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Elektrische Kondensatorkombination oder Schwingungskreis mit Kondensator-Kombinationen
Kondensatoren mit einem Dielektrikum aus anorganischem, insbesondere keramischem
Isolierstoff sind im allgemeinen insofern in ihren Kapazitätswerten mit der Temperatur
veränderlich, als sich ihre Kapazität infolge der Wärmeausdehnung des Isolierstoffes
und der Änderungen der Dielektrizitätskonstanten desselben mit der Temperatur ändert.
Im allgemeinen nimmt die Dielektrizitätskonstante keramischer Isolierstoffe mit
der Temperatur zu, d. h. ihre Dielektrizitätskonstante und damit auch die Kapazität
der aus diesen Isolierstoffen gefertigten Kondensatoren hat einen positiven Temperaturkoeffizienten.
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Im Gegensatz dazu weist die Dielektrizitätskonstante keramischer Isolierstoffe
mit einem überwiegenden Gehalt an glühbeständigen Stoffen besonders hoher Dielektrizitätskonstante,
wie z. B. Titandioxyd oder Titandioxyd mit geringen alkalifreien Zuschlägen, einen
negativen Temperaturkoeffizienten auf, d. h. die Dielektrizitätskonstante dieser
Isolierstoffe und damit auch die Kapazität aus ihnen gefertigter Kondensatoren nimmt
bei z. B. steigender Temperatur verhältnisgleich mit dieser ab.
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Die Erfindung betrifft nun eine elektrische Kondensatorkombination
oder einen Schwingungskreis mit Kondensatorkombinationen, deren Kapazität entweder
von der Temperatur unabhängig ist oder sich mit der Temperatur nach einer vorbestimmten
Gesetzmäßigkeit ändert, indem in der Kondensatorkombination solche Kondensatoren
enthalten sind, deren Dielektrikum aus :einem Isolierstoff negativen dielektrischen
Temperaturkoeffizientens besteht.
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Gemäß der Erfindung werden diese Kondensatorkombinationenund Schwingungskreise
in der Weise aufgebaut, daß als Dielektrikum für die Kondensatoren negativen dielektrischen
Temperaturkoeffizientens ein dichtgesinterter und formstarrer keramischer Isolierstoff
mit einem überwiegenden Gehalt an glühbeständigem Titandioxyd (Rutil) hoher Dielektrizitätskonstante,
insbesondere ein solcher Isolierstoff aus Titandioxyd mit geringen alkalifreien
Zuschlägen oder Titandioxyd allein, dient.
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Derartig aufgebaute Kondensatoren und Schwingungskreise sind in hervorragender
Weise geeignet, die bisher bekannten Mittel, wie Piezooszillatoren, die dazu dienen,
die Wellenlänge und Frequenz von Schwingungskreisen unveränderlich zu halten, in
wirtschaftlicher Weise zu ersetzen. Häufig besteht auch die Notwendigkeit, die Frequenz
solcher Schwingungskreise willkürlich oder beständig zu ändern, was mit allen bisher
bekannten Mitteln nicht erreicht werden
konnte. Auch die Lösung
dieser letztgenannten Aufgabe wird gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Kondensators
nach der Erfindung dadurch ermöglicht, daß die in der Kondensatorkombination enthaltenen
Kondensatoren mit negativen Temperaturkoeffizienten eine willkürliche Regelfähigkeit
ihrer Kapazitätswerte erhalten.
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Man hat zwar schon vorgeschlagen, temperaturunabhängige Luftkondensatoren
und Schwingungskreise herzustellen, indem die Kondensatorplatten der Kondensatoren
an Trägern verschiedener Wärmedehnungszahl befestigt werden, wobei die Zunahme der
Kapazität, die infolge der mit steigender Temperatur erfolgenden Flächenausdehnung
der metallischen Kondensatorplatten eintritt, ausgeglichen wird durch die Vergrößerung
des Abstandes der einander gegenüberstehenden Kondensatorplatten durch die vergleichsweise
große Wärmedehnung eines Trägers, an dem die Kondensatorplatten befestigt sind.
Die nach der Erfindung zu erzielende Temperaturunabhängigkeit der Kapazität wird
im Gegensatz hierzu dadurch erreicht, daß das Dielektrikum .eines Teils der zu einer
Kombination zusammengeschalteten Kondensatoren aus einem keramischen Isolierstoff
besteht, dessen Dielektrizitätskonstante mit steigender Temperatur abnimmt.
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Ferner ist es bekanntgeworden, einen Kondensator dadurch temperaturunabhängig
zu gestalten, daß man ihn aus einer Anzahl Einzelkondensatoren in geeigneter. Neben-
oder Hintereinanderschaltung zusammensetzt, von denen der eine Teil mit einem organischen
Dielektriktun mit positivem, der andere mit einem solchen mit negativem Temperaturkoeffizienten
der Kapazität ausgerüstet ist. Von dieser bekannten Ausführungsform temperaturunabhängiger
Kondensatorkombinationen unterscheiden sich die Kombinationen nach der Erfindung
dadurch, daß als Dielektrika formstarre keramische Isolierstoffe Verwendung finden,
die nicht, wie die bei den bekannten Ausführungsformen verwendeten organischen Dielektrika,
formändernden Wirkungen äußerer mechanischer Einnüsse und der Temperatur unterliegen.
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Schließlich hat man als Dielektrika negativen dielektrischen Temperaturkoeffizientens
bestimmte Arten von Porzellan und Glimmer sowie Pottaschecarbonat vorgeschlagen.
Diese Dielektrika haben jedoch nur innerhalb eines beschränkten Temperaturbereiches,
Pottaschecarbonat sogar nur bei Raumtemperatur, einen negativen dielektrischen Temperaturkoeffizienten.
Die gemäß der Erfindung zur Verwendung gelangenden förmstarren keramischen Isolierstoffe
mit einem Gehalt an glühbeständigen Stoffen besonders hoher Dielektrizitätskonstante
haben jedoch innerhalb eines größeren Temperaturbereiches zwischen einer Raumtemperatur
von etwa 2o° und 8o' einen negativen dielektrischen Temperaturkoeffizienten, der
sich auch bei wiederholten Erwärmungen und Abkühlungen dieser Dielektrika nicht
ändert. Zum Aufbau von Kondensator- und Schwingungskreisen nach der Erfindung sind
daher nur solche formstarre keramische Isolierstoffe wirksam verwendbar.
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An Hand der Schaltschemen Fig. i und Fig. z sei die Erfindung näher
erläutert.
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In Fig. i stellt C, einen z. B. plattenförmigen Kondensator mit Glimmerblättchen
als Dielektrikum dar, auf die die Kondensatorbelegungen in Form von Edelmetallbelegungen
aufgeschmelzt sind. Der positive Temperaturkoeffizient eines solchen Glimmerkondensators
liegt `bei etwa 4 # l0-'. In Nebenschaltung zu diesem Kondensator C, befindet sich
ein Kondensator C2, dessen Dielektrikum aus titandiozydhaltigem keramischem Isolierstoff
gefertigt ist, wie er oben näher gekennzeichnet ist. Auch bei diesem Kondensator
sind die leitenden Belegungen in Form von Edelmetällbelegungen aufgeschmelzt. Es
läiit sich erreichen, daß dieser Kondensator einen negativen Temperaturkoeffizienten
von etwa - 4. 10-4 besitzt. Wird nun die Kapazität dieses Kondensators so
gewählt, daß sich die Kapazitäten der Kondensatoren C2 und C, wie i : i o verhalten,
so ergibt sich durch die in Fig. i dargestellte Nebeneinanderschaltung dieser Kondensatoren
eine Gesamtkapazität, die temperaturun abhängig ist, weil die positiven Änderungen
der Kapazität des Kondensators Cl durch die negativen Kapazitätsänderungen des Kondensators
C2 vollkommen ausgeglichen werden.
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Natürlich wäre es bei geeigneter Auswahl. der Kondensatoren Cl und
C., auch möglich, unter Benutzung der unter Fig. i dargestellten Schaltung eine
Gesamtkapazität zu erhalten, die einen Temperaturkoeffizienten besitzt, dessen Wert
innerhalb eines großen vom Positiven über Null. ins Negative erstreckten Bereiches
beliebig festgelegt werden kann.
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Alle Selbstinduktivitäten haben einen positiven Temperaturkoeffizienten.
Schaltet man eine Kapazität mit negativem Temperaturkoeffizienten, wie sie beispielsweise
durch die vorheschriebene Nebeneinanderschaltung von Kondensatoren C, und C2 mit
entsprechend gewählten positiven und negativen Temperaturkoeffizienten erhalten
werden kann, mit einer Selbstinduktivität zusammen, deren positiver Temperaturkoeffizient
gerade so groß ist wie der negative Temperaturkoeffizient der Kondensatorkombination,
so ergibt sich ein Schwingungskreis mit dem Temperaturkoeffizienten Null. Damit
ist- die Aufgabe eines
temperaturunabhängigen Schwingungskreises
in sehr vollkommener und einfacher Weise gelöst.
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Selbstverständlich lassen sich in der vorbeschriebenen Weise auch
Kondensatorkombinationen erhalten, deren negativer Temperaturkoeffizient innerhalb
eines bestimmten Bereiches, z. B. durch Zu- und Abschalten von Kondensatoren mit
positiven oder negativen Temperaturkoeffizienten oder durch kontinuierliche Veränderung
der Kapazitätswerte, verändert werden kann. Auf diesem Wege ermöglicht die Erfindung,
die Kondensatorkombination mit negativem Temperaturkoeffizienten auf jeden beliebigen
positiven Temperaturkoeffizienten mit ihr zusammenzuschaltender Spulen nachträglich
einzustellen.
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Da mit den Schwingungskreisen für Meß-, Sende- und Empfangszwecke
auch meist Elektronenröhren verbunden sind, genügt es in vielen Fällen nicht, lediglich
die Temperaturkoeffizienten des Schwingungskreises allein auszugleichen; denn auch
die mit dem Schwingungskreis verbundenen Röhren besitzen einen im allgemeinen hohen
Temperaturkoeffizienten. Die Erfindung ermöglicht es, auch den Temperaturkoeffizienten
der Röhren auszugleichen, indem z. B. der Temperaturkoeffizient des Schwingungskreises
durch geeignete Auswahl der Kondensatoren mit negativen und positiven Temperaturkoeffizienten
von vornherein so stark negativ gestaltet wird, als dies zum Ausgleich des positiven
Temperaturkoeffizienten der angeschlossenen Röhren erforderlich ist.
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Das Schaltschema Fig.2 veranschaulicht ein Beispiel einer solchen
Kombination. In diesem Falle besitzt der Kondensator C1 einen positiven Temperaturkoeffizienten
und der danebengeschaltete Kondensator C2 mit dem oben angegebenen keramischen Stoff
als Dielektrikum einen so hohen negativen Temperaturkoeffizienten, daß sich bei
der Zusammenschaltung dieser beiden Kondensatoren C1 und C2 mit der Selbstinduktionsspule
L ein Schwingungskreis mit negativem Temperaturkoeffizienten ergibt, der gerade
ausreicht, den positiven Temperaturkoeffizienten der mit dem Schwingungskreis verbundenen
Elektronenröhre R mit der Kapazität Co auszugleichen. Die Wellenlänge und Frequenz
der aus dem Schwingungskreis und der Röhre R gebildeten Kombination sind in diesem
Falle vollkommen temperaturunabhängig.
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Die Selbstinduktivität L des Schwingungskreises kann in einer der
üblichen Hochfrequenzspulen oder Drahtspulen bestehen, oder sie kann auch gebildet
sein .durch einen Spulenträger aus anorganischem keramischem Isolierstoff, insbesondere
solchem geringer Wärmedehnung, auf den die Spulenwindungen in Form von Edelmetallbelegungen
aufgeschmelzt sind.