DE713415C

DE713415C - Four-pole circuit for adjustable phase rotation, especially of high-frequency alternating voltages

Info

Publication number: DE713415C
Application number: DER98730D
Authority: DE
Inventors: Walter Van B Roberts
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1936-03-16
Filing date: 1937-03-02
Publication date: 1941-11-07

Description

Vierpolschaltung zur regelbaren Phasendrehung, insbesondere von Hochfrequenzwechselspannungen Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur regelbaren Phasendrehung von Wechselspannungen in einem Vierpol, bei der bei der Phasenregelung das Verhältnis zwischen Eingangs- und Ausgangsschaltung unverändert bleibt. Gemäß der Erfindung ist der Vierpol aus mindestens drei Elementen derart aufgebaut, daß eine bzw. mehrere in bezog .auf ihre Steilheit gleiche Röhren als Querglieder) und mehrere untereinander gleiche Scheinvriderstände bz#,v. ein solcher- als Längsglieder) geschaltet sind, von denen die Gittervorspannung der Röhren, gegebenenfalls über Transformatoren, ,abgenommen wird, und daß der an den Vierpol angeschlossene Abechlußleitwert gleich der Steilheit einer der als Querglied geschalteten Röhren des Vierpols ist; dabei erfolgt die Regelung der Phasendrehung durch Änderung der Gittervorspannung der veiivendeten Röhre bzw. Röhren und entsprechende Änderung des Abschlußleitwertes. Das Hauptanwendungsgebiet der Erfindung liegt in der Hochfrequenztechnik; sie kann aber ,auch in der Niederfrequenztechnik überall dort mit Vorteil angewandt werden, wo bisher andere Phasendrehanordnungen benutzt wurden.Four-pole circuit for controllable phase rotation, especially of high-frequency alternating voltages The invention relates to a device for the controllable phase rotation of alternating voltages in a quadrupole, in which the phase control determines the ratio between the input and output circuit remains unchanged. According to the invention, the quadrupole is off at least three elements constructed in such a way that one or more related to their steepness equal tubes as cross members) and several equal to each other Apparent resistances bz #, v. such as longitudinal links) are connected, of which the grid bias of the tubes, possibly via transformers, removed and that the termination conductance connected to the quadrupole is equal to the slope is one of the tubes of the quadrupole connected as a cross member; the Regulation of the phase rotation by changing the grid bias of the veiivendeten Tube or tubes and corresponding change in the final conductance. The main area of application the invention lies in high frequency technology; but it can, also in low-frequency technology can be used with advantage wherever other phase rotation arrangements have previously been used were used.

An Hand der Zeichnung soll die Erfindung näher beschrieben werden. Die Abb. i und 2 dienen zur Erläuterung der bei der Erfindung benutzten Prinzipien. In Abb. i sind mit i und 2 die Eingangsklemmen- des Vierpols bezeichnet, denen die zu beeinflussen & Wechselspannung zugeführt wird. Der Scheitelwert der zugeführten Spannung sei ei. Mit T ist ein verlustloser Transformator mit dem übersetzungsv erhältnis i : i bezeichnet, dessen Primärseite an einen Scheinwiderstand Z und dessen Sekundärseite an Gitter und Kathode einer Röhre 1o angeschlossen ist.The invention will be described in more detail with reference to the drawing. Figs. I and 2 serve to explain the principles used in the invention. In Fig. I, i and 2 denote the input terminals of the four-pole, which the to influence & AC voltage is supplied. The peak value of the supplied Tension be egg. With T is a lossless transformer with the translation ratio ratio i: i denotes whose primary side is connected to an impedance Z and whose Secondary side is connected to the grid and cathode of a tube 1o.

In den Abbildungen ist zur Spannungsübertragung ein Transformator T dargestellt, der jedoch durch irgendeine beliebige andere Einrichtung ersetzt werden kann. Wenn z:-h. in Abb. i der Scheinwiderstand Z eine verlustlose Drosselspule ist, s,o kann die Wicklung zwischen Gitter und Kathode der Röhre 1o unmittelbar mit der Drosselspule Z gekoppelt werden, so daß die an das Gitter gelangende Spannung genau gleich dem Spannungsabfall an der Drosselspule Z ist, vorausgesetzt, daß die Gegeninduktivität gleich der Selbstinduktivitä t der Drosselspule Z ist. .außer dieser Schaltung gibt :es noch andere völlig gleichwertige Übertragersch.altungen.In the pictures there is a transformer for voltage transmission T is shown, but is replaced by any other device can be. If z: -h. in Fig. i the impedance Z is a lossless choke coil is, s, o can direct the winding between the grid and cathode of the tube 1o are coupled to the choke coil Z, so that the voltage reaching the grid is exactly equal to the voltage drop across the inductor Z, provided that the Mutual inductance is equal to the self-inductance of the reactor Z. .except This circuit gives: there are other completely equivalent transformer circuits.

Der Transformator T überträgt .auf das Gitter der Röhre i o eine Spannung er-e., wenn e. die Ausgangsspannung an den Klemmen 3 und 4. darstellt. Parallel zu den Ausgangsklemmen 3, 4. liegt der Anoden-Kathoden-Weg der Röhre 1o, deren Steilheit ä sei. Der reziproke Wert des Wellenwiderstandes des in Abb. i dargestellten Vierpols, der im folgendenkenn7eichnender Leitwert< genannt werde, sei gleich der Steilheit der Röhr` 10, d.11. gleich a. Wenn daher ein Wirkwiderstand mit dem Leitwert « an die Ausgangsklemmen angeschlossen wird, so sind die Strom- und Spannungsbeziehungen innerhalb des Vierpols dieselben, wie wenn der Vierpol an eine unbegrenzte Reihe weiterer gleicher Kettenleiter angeschlossen wäre. Das Verhältnis der Ausgangsspannung e., zur Eingangsspannung er ist, wie sich leicht zeigen läßt, gleich 1---Z;. Da ä reell ist, folgt, daß-, wenn Z eine rein imaginäre Größe besitzt, die Ausgangsspanming gegenüber der Eingangsspannung in der Phase verschoben ist und daß im allgemeinen außerdem noch der Scheitelwert der Au sgangsspannung e._, in seiner Größe geändert ist.The transformer T transmits a voltage to the grid of the tube er-e. if e. represents the output voltage at terminals 3 and 4. Parallel to the output terminals 3, 4 is the anode-cathode path of the tube 1o, its steepness ä is. The reciprocal value of the wave resistance of the quadrupole shown in Fig. I, which is called the characteristic conductance <in the following, is equal to the slope der Röhr` 10, d.11. same a. If there is an effective resistance with the conductance «on the output terminals are connected, so are the current and voltage relationships within the quadrupole the same as when the quadrupole adjoins an unlimited row another identical chain ladder would be connected. The ratio of the output voltage e., for the input voltage it is, as can easily be shown, equal to 1 --- Z ;. There ä is real, it follows that, if Z has a purely imaginary quantity, the output voltage is shifted in phase with respect to the input voltage and that in general also the peak value of the output voltage e._, changed in size is.

Abb. z zeigt eine ähnliche Schaltung, bei der die Gitterspannung wieder gleich e,-e;; ist, bei der jedoch die Röhre 1o parallel zu dien Eingangsklemmen 1,2 liegt. In diesem Fall isi der kennzeichnende Leitwert ebenfalls gleich der Steilheit g, aber das Verhältnis von e. zu er ist gleich Auch hier ,ergibt sich nicht nur eine Phasendrehung der Ausgangsspannung e= gegenüber der . Eingangsspannung er, sondern auch eine Beeinflussung des Scheitelwertes der Spannunge. in der Anordnung gemäß Abb. i.Fig. Z shows a similar circuit in which the grid voltage is again equal to e, -e ;; in which, however, the tube 1o is parallel to the input terminals 1,2. In this case the characteristic conductance is also equal to the slope g, but the ratio of e. to he is the same Here too, there is not just one Phase shift of the output voltage e = compared to the. Input voltage er, but also an influence on the peak value of the voltages. in the arrangement according to Fig. i.

Abb.3 zeigt die Vereinigung der Schaltungen der Abb. i und 2, die eine Schaltung gemäß der Erfindung darstellt. Die Gitterspannung der Röhre 1o' setzt sich hierbei zusammen aus der Summe der Gitterspannungen der vorli.Qr beschriebenen Schaltungen. Auch bei der Anordnung gemäß Abb. 3 ist die endgültig Gitterspannung gleich e,-e.. Auch der kennzeichnende Leitwert ist gleich g. Ist die Schaltung mit diesem Leitwert belastet, so ist das Verhältnis der Ausgangsspannunge. zur Eingangsspannung er gleich T Die ses Verhältnis ist seinem Absolutwert nach stets gleich i, solange das ProduktZg rein imaginär ist. Die Phase der Ausgangsspannunge-, wird jedoch gegenüber derjenigen d°r Eingangsspannung er gedreht, und zwar um den doppelten Phasenwinkel des Wertes von 4 _I' Zg. Das heißt also, die Phase der Ausgangsspannung e;; wird von der Gleichph.asiglceit bis zur Gegenphasigkeit mit der Eingangsspannung ei gedreht, wenn sich u zwischen den Werten Null und Unendlich ändert. Ändert man g, so muß naturgemäß auch der Abschlußwiderstand geändert werden. - Um größere Phasenwerte zu erzielen, könn°n mehrere der beschriebenen Schaltungen gemäß Abb. 3 in Reihe geschaltet werden. Dies zeigt z. B. Abb. 3a, deren Abschlußwiderstand in Abb.5 dargestellt ist. In diesem Falle können Modulationsspannungen an jede Röhre der Reihenschaltung angelegt werden, wie in Abb.3a dargestellt. Die erzielte Phasendrehung; ist dann proportional den Modulationsspannungen.Figure 3 shows the combination of the circuits of Figures i and 2, which constitutes a circuit according to the invention. The grid voltage of the tube 1o 'is composed of the sum of the grid voltages of the circuits described above. With the arrangement according to Fig. 3, too, the final grid voltage is equal to e, -e .. The characteristic conductance is also equal to g. If the circuit is loaded with this conductance, then the ratio of the output voltage is. to the input voltage it is equal to T. This ratio is its absolute value always equal to i as long as the product Zg is purely imaginary. The phase of the output voltage, however, is rotated with respect to that of the input voltage, namely by twice the phase angle of the value of 4 _I 'Zg. That is to say, the phase of the output voltage e ;; is rotated from in-phase to antiphase with the input voltage ei when u changes between the values zero and infinity. If you change g, the terminating resistor must of course also be changed. - In order to achieve greater phase values, several of the circuits described in Fig. 3 can be connected in series. This shows e.g. B. Fig. 3a, the terminating resistor is shown in Fig.5. In this case, modulation voltages can be applied to each tube in the series circuit, as shown in Figure 3a. The phase rotation achieved; is then proportional to the modulation voltages.

Abb. 4. zeigt eine Schaltung, bei der der Ausgang der Schaltung nach Abb. a an den Eingang der Schaltung nach Abb. i angeschlossen ist und bei der die beiden Scheinwiderstände Z und die beiden Transformatoren T zu einem gemeinsamen Schein-,viderstand z Z und einem gemeinsamen Transformator T., zusammengefaßt sind, der den Git- i tern-der Röhren 1o' und 1o" Spannungen ziiführt, die gleich der Hälfte der Differenz zwischen der Eingangsspannung e, und der Ausgangsspannung e. der ganzen Schaltung sind. Die WirhungsWe ise dieser Schaltung ist dieselhe wie bei den übrig-en Schaltungen.Fig. 4. shows a circuit in which the output of the circuit is after Fig. A is connected to the input of the circuit according to Fig. I and in which the two apparent resistors Z and the two transformers T to one common Apparent resistance z Z and a common transformer T. which leads to the grids of the tubes 1o 'and 1o "voltages which are equal to half the difference between the input voltage e and the output voltage e. The whole Circuit are. The way this circuit works is the same as the others Circuits.

Bei den bisherigen Schaltungen war der Abschluflleitwert stets gleich der Steilheit der verwendeten Röhre. An Hand der Abb. j soll eine andere Art des Abschlusses besclirieb°n tverden. Es wird hierbei eine Röhre 2o verlvendet, deren Kathode zt an der AiiSgangS-kleinnie i- einer der oben beschriebenen Schaltungen liegt. Gitter 2z. und Anode 24 der Röhre 2o .sind miteinander verbunden und an die Ausgangsklemme 3 angeschlossen. Der Abschlußwiderstand ist in diesem Falle abhängig von der Ausgangsspannung e.. Sämtliche Röhren sind in den Schaltungen naturgemäß mit Spannungsquelle usw. versehen, die der Einfachheit halber nicht e ingezeiclinet sind. Von wesentlicherer Bedeutung ist lediglieh: die Gittervorspannung;.- deren .-Wert die Steilheit der Röhre. -bestimmt. Bei. Mehrröhrenschaltungen ist diese Gittervorspannung bei : allen - -Röhren gemeinsam;, zu: -verändern. :Ist -dia Zchaltung-nit eirein Abschlußwiderütänd gemäß A.bb:-5: versehen, -so kann auch der Abschußwiderstand gleichzeitig durch Vorspannungsänderüng verändert werden: Ist eine' Schältang gemäß Abb.. 4 mit :einer- Röhre belastet, .So können -diese Röhre und die Röhre i o'-. zu ..einer - gemeinsamen Röhre- zusammengefaßt werden: Bei der Schaltung der Abb.6 ist die Gitterspannung der Röhre 36 gleich dem Mittelwert zwischen der Eingangsspannung ei und ..der Ausgangsspannung e2. = Die. Schaltung gemäß Abb. 6 kann als Abschlüßschaltung ;angesehen werden, die allein oder .in ,Verbindung reit :einer der Mderen beschriebenen Schaltungen =verwendet-werden kann. Von dieser Schaltung kann jedoch keine beträchtliche Leistung abgenamnmen werden, da sie schon von selbst stets richtig belastet ist. Eine besonders praktische Ausführungsform der Schaltung gemäß Abb. 6 zeigt Abb. 7. Dabei ist es zweckmäßig, eine vom Eingangsscheinwiderstand der Schaltung unabhängige Spannungsquelle zu benutzen; um eine Beeinflussung des Scheit.-1-wertes der Ausgangsspannung zu vermeiden.In the previous circuits, the final conductance was always the same as the slope of the tube used. On the basis of Fig. J, another type of closure is to be described. A tube 2o is used here, the cathode of which is partly on the output line of one of the circuits described above. Grid 2z. and anode 24 of the tube 2o .are connected to each other and connected to the output terminal 3. In this case, the terminating resistance is dependent on the output voltage e .. All tubes in the circuits are of course provided with voltage sources, etc., which for the sake of simplicity are not drawn. Of essential importance is only: the grid prestress; - whose value is the steepness of the tube. -certainly. At. Multi-tube circuits, this grid bias is common to: all - tubes; to: -change. : If the connection is not provided with a terminating resistance according to A.bb: 5: - the firing resistance can also be changed at the same time by changing the bias voltage: If a 'Schältang according to Fig. 4 is loaded with: a pipe, .So can -this tube and the tube i o'-. to ... a common tube: In the circuit of Fig. 6, the grid voltage of the tube 36 is equal to the mean value between the input voltage ei and ... the output voltage e2. = The. The circuit according to Fig. 6 can be viewed as a final circuit, which can be used alone or in connection: one of the circuits described = can be used. However, no considerable power can be drawn from this circuit, since it is always properly loaded by itself. A particularly practical embodiment of the circuit according to Fig. 6 is shown in Fig. 7. It is useful to use a voltage source independent of the input impedance of the circuit; in order to avoid influencing the Scheit.-1 value of the output voltage.

Abb. 8 zeigt, wie die Schaltung gemäß der Erfindung in eine Übertragungsanlage verwandelt werden kann. In dem Oszillator O werden Schwingungen erzeugt, die auf -eine Schaltung gemäß Abb.7, übertragen werden. Dies kann vorzugsweise ber einen induktiven Ausgangsblindwiderstand 8o und einen induktiven Blindwiderstand Z, der dem ersten induktiven Blindwiderstand Z der Schaltung ;gemäß Abb. 7 gleichwertig ist, geschehen. Infolge des hohen Scheinwiderstandes des Oszillatoranodenkreises fließt in dem induktiven Blindwiderstand 8o ein von der Rückwirkung der folgenden Kreise unabhängiger Strom, so daß auch die Eingangsspannung e, konstant ist. Die Ausgangsspannung e2 der Schaltung gemäß Abb. 7 ist gemäß Abb. 8 an die Eingangsklemmen 3, q. eines Verstärkers oder Frequenzvervielfachers A gelegt, der zu dem Ausgang der ganzem. Schaltung führt. Der Betrag der Phasendrehung wird durch die Gitterspanneng der Röhre 7o bestimmt.Fig. 8 shows how the circuit according to the invention in a transmission system can be transformed. In the oscillator O vibrations are generated that on -a circuit according to Fig.7, can be transmitted. This can preferably be done through a inductive output reactance 8o and an inductive reactance Z, the the first inductive reactance Z of the circuit; equivalent to Fig. 7 it happened. As a result of the high impedance of the oscillator anode circuit flows into the inductive reactance 8o from the reaction of the following Circuits of independent current, so that the input voltage e i is also constant. the Output voltage e2 of the circuit according to Fig. 7 is according to Fig. 8 at the input terminals 3, q. of an amplifier or frequency multiplier A connected to the output the whole. Circuit leads. The amount of phase rotation is narrowed by the lattice span of the tube 7o determined.

Bei den bisher beschriebenen Schaltungen wurden die inneren Röhrenkapazitäten der verwendeten @ Schirmgitberröhren nicht berücksichtigt. Sollten sie stören, so können sie in bekannter Weise neutralisiert oder kcimp:ensiert werden. Auch unerwünschte Widerstände können in der Schaltung auftreten; die ebenfalls in bekannter Weise ausgeglichen werden können. - Bei-.einer Schaltung gemäß Abb. 8 :verläuft die Phasendrehung bis zu (etwa 15 oder 2o° linear :it der -Steuerspannung.- Wird, die Stenerspannttng weitererhöht, so wächst die Phasendrehung immer , langsamer, was' jedoch- durch die 'Verwendung von. Röhren ausgeglichen - werden kann, deren Steilheit' mit steigender Gitterspannung'stärker wächst. Es ist@aüch möglich, eine-kleine lineare Phasendrehung dadurch zu vergrößern, daß- die Ausgangsspäirnung@frequenzvervieffacht wird..In the circuits described so far, the inner tube capacitances were of the @ screen tubes used are not taken into account. Should they disturb, so can they be neutralized or kcimp: ensiert in a known manner. Also undesirable Resistances can appear in the circuit; which also in a known manner can be compensated. - In a circuit according to Fig. 8: the phase rotation occurs up to (about 15 or 20 ° linear: it is the control voltage if it is further increased, the phase rotation always grows, more slowly, which, however, does the usage of. Tubes can be balanced - whose steepness' increases with increasing Lattice tension grows more strongly. It is @ also possible to have a-small linear phase shift by increasing the output voltage @ frequency fourfold ..

Claims

PATENT CLAIMS: i. Four-pole circuit for adjustable phase rotation, in particular - of - = high-frequency alternating voltages: genes, characterized that; the quadrupole, is made up of at least three: elements in such a way that: one Tube -: or. Triehrer6 in -relation to their steepness identical tubes as cross member (s) and several identical impedances or one as a longitudinal link (s) are connected, of which the grid bias of the tube (s), -possible via transformers,; is removed, and that the connected to the quadrupole Final conductance equal to the slope of one of the tubes connected as a cross member of the quadrupole and the degree of phase rotation by changing the grid bias of the tube (s) and a corresponding change in the final conductance can be regulated. z. . Circuit according to Claim i, characterized in that both an input terminal and a tube used as a cross member and between an output terminal and the tube each has an impedance, each of which has a voltage transformer, e.g. B. feed a transformer, of which the grid bias voltage is connected in series is removed. G. Circuit according to Claim i, characterized in that two Tube, used as cross members, between which as a longitudinal member an impedance lies, the z. B. via a transformer the grid bias g for the two Tubes supplies. q .. Circuit according to claim i, characterized in that the the The quadrupole final conductance is formed by a tube of the same type as the Cross members of the quadrupole, but with an alternating current connected grid and anode. 5. A circuit according to claim q., Wherein the quadrupole has two tubes of the same slope as cross members and two identical apparent resistances arranged between dwRUxes as Contains longitudinal links and the grid voltage of the first cross-connected tube over a transformer tapped from the impedance connected to this tube is characterized in that it is formed by a tube of the same steepness Termination?; The conductance of the quadrupole is thus transferred into the last cross-connected tube is that the grid voltage of the latter tube is turned away from that of its node Point of the second series resistance, is tapped. 6. Circuit according to claim i and 5, characterized in that, instead of the first cross-connected tube and the series impedance connected to it with transformer signal Grid tap just a line impedance of the downstream tube same series impedance is switched on. Modification of a two longitudinal links of a circuit containing the same impedance according to claim 6, characterized in that instead of the first longitudinal member, the impedance own secondary coil of the transformer is used, over which as input control source a Voltage source high internal resistance is coupled. Ä. Circuit according to claim i to 7th characterized in that screen grid tubes are used as tubes. G. Circuit according to Claims i and z, characterized by its use for phase modulation.