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Röhrenschaltung, deren Anoden-Kathoden-Strecke als Blindwiderstand
wirkt Bei Rundfunkwellen ist es bereits bekannt, zur elektrischen Frequenzregelung,
z. B. zur selbsttätigen Scharfabstimmung, eine geregelte Röhre zu verwenden, die
durch eine um 9o° phasenverschobene Rückkopplung der Anodenwechselspannung auf das
Steuergitter als Blindwiderstand wirkt. Die go°-Rückkopplung (Blindrückkopplung)
wird durch einen hochohmigen Spannungsteiler bewirkt, der aus einem Wirkwiderstand
und einem Blindwiderstand, vorzugsweise einer Kapazität, besteht. Der Spannungsteiler
liegt zwischen Anode und Kathode, während der Verbindungspunkt des Wirk- und des
Blindwiderstandes an das Gitter gelegt wird. Diese bekannte Anordnung ist, wie weiter
unten näher dargelegt wird, für sehr kurze elektrische Wellen (Dezimeterwellen)
nicht ohne weiteres verwendbar.
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Eine wirksame Übertragung dieser Schaltung auf sehr kurze Wellen wird
erst gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch ermöglicht, daß als Wirkwiderstand
des Spannungsteilers der Wirkanteil der Gitter-Kathoden-Strecke und als Blindwiderstand
die Blindwiderstände der Elektroden und ihre Zuleitungen gemeinsam mit zwei äußeren
Blindwiderständen zwischen Anode
und Gitter bzw. zwischen Gitter
und Kathode dienen, welche derart bemessen sind, daß zwischen Anode und Gitter bzw.
zwischen Gitter und Kathode zwei gegensinnig gegen die Arbeitsfrequenz verstimmte
Schwingkreise liegen. Insbesondere sollen die Schwingkreise derart bemessen sein,
daß -die Phasenverschiebung zwischen Anodenstrom und Anodenspannung von 9o' im Sinne
einer positiven Rückkopplung um so viel abweicht, daß die durch den Eingangswiderstand
der Gitter-Kathoden-Strecke verbrauchte Leistung von der Röhre selbst aufgebracht
wird.
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Bei der Übertragung der obenerwähnten bekannten Schaltung auf Dezimeterwellen
treten folgende Verhältnisse auf, die die beabsichtigte Wirkung zunächst unterbinden:
t. Elektroden und Elektrodenzuleitungen stellen Blindwiderstände dar, die nicht
mehr vernachlässigt werden dürfen; 2. die Gitter-Kathoden-Strecke stellt außerdem
einen parallel geschalteten ohmschen Widerstand dar, der in der Größenordnung von
Zooo Ohm und weniger liegt; 3. der Verstärkungsgrad ist verhältnismäßig niedrig.
Dieser geringe Verstärkungsgrad erfordert einen verhältnismäßig großen Rückkopplungsfaktor
von z. B. 0,5.
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In diesem Fall läßt sich aber eine Phasenverschiebung der Rückkopplung
von 9o" oder sogar noch etwas mehr (zur Erzielung einer zusätzlichen positiven Rückkopplung
zwecks Ausgleichs der durch den kleinen Gitter-Kathoden-Widerstand bewirkten Dämpfung)
nur durch die erfindungsgemäße Anordnung erzielen. Hiernach Wird kein äußerer Wirkwiderstand
benutzt, sondern es Werden lediglich äußere Blindwiderstände hinzugeschaltet, welche
mit den inneren Blindwiderständen derart zusammenwirken, daß zwischen Anode und
Gitter einerseits und zwischen Gitter und Kathode andererseitszweigegensinnig verstimmte
Parallelkreise wirksam werden, wobei zu dem letzteren der Wirkle itwert der Gitter-Kathoden-Strecke
parallel liegt. Es läßt sich dann, wie im nachfolgenden näher erläutert wird, eine
Phasenverschiebung von angenähert go° oder mehr auch bei verhältnismäßig großen
Rückkopplungsgraden erzielen.
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Die Wirkungsweise der Erfindung sei an Hand von Abb. z auseinandergesetzt.
Die Schaltung stellt eine Triode für Dezimeterwellen mit den inneren Röhrenkapazitäten
und inneren Widerständen und den Blindwiderständen der Elektrodenzuleitungen dar.
Diese Blindwiderstände sind bei Dezimeterwellen von merklichem Einfluß und machen
die Verwendung des aus der Rundfunkwellentechnik bekannten Spannungsteilers unmöglich.
Zwischen Gitter G und Kathode K liegt der XVirkwiderstand Rgk, der bei einer ßrellenlänge
von 5o cm in der Größenordnung von 5oo Ohm liegen kann. Die Anoden-Gitter-Kapazität
C49 und die Gitter-Kathoden-Kapazität liegen in der Größenordnung von Z bis 2 pF,
was bei der genannten Wellenlänge einem kapazitiv en Blindwiderstand von einigen
hundert Ohm entspricht. Hierdurch ist bereits innerhalb der Röhre ein verhältnismäßig
niederohmiger Spannungsteiler wirksam, welcher eine wenn auch nicht ganz phasenreine
negative Rückkopplung (Gegenkopplung) bewirkt. Irgendwelche äußeren Widerstände
oder Kreise kann man nicht unmittelbar an die Elektroden A, G, L legen, sondern
nur über die meist als Induktivitäten La, Lg, Lx wirkenden Durchführungen. Die Anwendung
des aus der Rundfunkwellentechnik bekannten Spannungsteilers versagt infolgedessen
bei den hier vorliegenden kurzen Wellen. Schließlich ist noch zu bedenken, daß die
Steilheit der Röhre bei sehr kurzen Wellen nicht rein reell ist, sondern eine imaginäre
Komponente hat.
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Gemäß der Erfindung wird nun go°-Rückkopplung oder, streng gesagt,
eine go°-Phasenverschiebung zwischen Anodenstrom und Anodenspannung dadurch erzielt,
daß zunächst zwischen die Anschlußklemmen KD und K,, ein Blindwiderstand Zk passender
Größe gelegt wird. Dieser muß zusammen mit den Zuleitungsinduktivitäten L" und Lx
zwischen Gitter und Kathode als Induktivität Lgk wirken, wie Abb. 2 zeigt. Hierdurch
kann die Gitter-Kathoden-Kapazität ganz oder teilweise kompensiert oder sogar überkompensiert
werden. Im letzteren Falle stellt die Gitter-Kathoden-Impedanz die Parallelschaltung
eines Wirkwiderstandes und einer Induktivität dar, welche zusammen mit der Gitter-Anoden-Strecke
einschließlich der Kapazität Csg zwischen Anode und Gitter die gewünschte Phasenverschiebung
zwischen Anodenwechselspannung und Gitterwechselspannung erzeugen soll. Hierzu wird
zwischen Anodenanschlußklemme und Gitteranschlußklemme ein weiterer Blindwiderstand
Z" gelegt, welcher zusammen mit La und L, ebenfalls als Induktivität L"" dient.
Zwischen Anode und Gitter einerseits und Gitter und Kathode andererseits liegt also
je ein Parallelkreis, von denen der letztere durch R" gedämpft ist. Die beiden Kreise
werden nun so gegensinnig gegen die Arbeitsfrequenz verstimmt, daß der eine induktiv,
der andere kapazitiv wirkt. Die Beträge der beiden Blindwiderstände sollen vorzugsweise
angenähert gleich groß sein, so daß der eine etwa durch - j X, der
andere durch -- j X dargestellt werden kann. Für die Spannungsaufteilung gilt dann
das Widerstands- bzw. Spannungsdiagramm gemäß Abb. 3. Parallel zu - j X liegt der
Gitter-Kathoden-Widerstand Rgk, so daß sich als gesamter Scheinwiderstand Rgk ergibt.
Die Reihenschaltung dieses Scheinwiderstandes und des Blindwiderstandes
- j -V ergibt den Gesamtwiderstand R des Spannungsteilers, der, wie ersichtlich,
auf dem
Scheinwiderstandsvektor Rgk. der Gitter-Kathoden-Strecke
senkrecht steht. Die entsprechenden Spannungen sind also um go° phasenverschoben.
Dies gilt für jedes Verhältnis von X : RDk. Jedoch bestimmt dieses Verhältnis, das
man durch die Größe der Verstimmung der Parallelkreise in der Hand hat, den Rückkopplungsgrad,
den man unter Umständen sogar größer als z machen kann, meist jedoch etwa gleich
o,5 wählen wird. Bei Verwendung von Trioden verhältnismäßig geringer Steilheit,
wie sie bei Dezimeterwellen vorliegen, sind derart große Rückkoppelgrade notwendig.
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Die hier gegebene Bemessungsvorschrift erfährt insofern noch eine
gewisse Abänderung, als die Steilheit der Röhre unter Umständen nicht reell ist,
sondern eine imaginäre Komponente hat. Dann muß die Rückkopplung als solche nicht
genau go° Phasenverschiebung besitzen, sondern einen von go° um so viel abweichenden
Wert, daß die imaginäre Komponente der Steilheit S kompensiert wird, so daß insgesamt
Anodenwechselstrom J. und Anodenwechselspannung U" gegeneinander um go° phasenverschoben
sind, entsprechend der Beziehung Ja=k-S-U, Dabei bedeutet k den Rückkopplungsfaktor.
UnterUmständenkann es aber auch erwünscht sein, der Phasenverschiebung zwischen
Anodenwechselstrom undAnodenwechselspannungeinen von go° etwas abweichenden Wert
zu geben, und zwar im Sinne einer kleinen positiven Rückkopplung (Wirkrückkopplung),
so daß die Leistungsverluste am Innenwiderstand RD, der Gitter-Kathoden-Strecke
durch die Röhre selbst aufgebracht werden. Die gesamte Anordnung, einschließlich
des gesamten Rückkopplungsweges, wirkt dann als reiner Blindwiderstand. Eine solche
Anordnung ist insbesondere dann zweckmäßig, wenn die als Blindwiderstand geschaltete
Röhre zur Frequenzmodulation eines Senders dient, da nur dann eine gleichzeitig
auftretende Amplitudenmodulation -vermieden werden kann.
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Die Erfindung wird zweckmäßigerweise in der Weise durchgeführt, daß
die Röhre in Dreipunktschaltung an einen Schwingkreis, insbesondere das Innere eines
Hohlraumschwingers (Hohlraumresonator) angeschaltet wird, wobei man jedoch von der
üblichen Dreipunktschaltung insofern abweicht, als in eine oder mehrere der Verbindungsleitungen
Blindwiderstände derartiger Größe eingeschaltet werden, daß die Röhrenkapazitäten,
wie oben geschildert, mehr oder weniger kompensiert werden und eine Blindrückkopplung
erzielt wird. Ein derartiges Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt Abb. q.. Innerhalb
des als flache Dose ausgebildeten Hohlraumschwingers H befindet sich die Dezimeterwellentriode
T. Anode und Kathode sind unmittelbar mit je einer Breitseite des Hohlraumes verbunden.
Dabei ist angenommen, daß die elektrischen Feldlinien senkrecht auf den beiden Breitseiten
stehen. Der Anschluß des Gitters an den Hohlraum erfolgt über zwei in die Breitseiten
eingesetzte koaxiale Doppelleitungen K1, K2, die durch je einen verschiebbaren Kurzschlußbügel
abgestimmt werden. K1 dient zusammen mit den Blindwiderständen der Zuleitung zur
Bildung der Parallelinduktivität L"", K2 in entsprechender Weise zur Bildung der
Parallelinduktivität Lflk (Abb.2). Die Abstimmungen können unabhängig voneinander
so vorgenommen werden, daß. der gewünschte Rückkopplungsfaktor und die gewünschte
Phasenlage der Rückkopplung entsprechend den an Hand von Abb. 3 angestellten Überlegungen
erreicht werden kann.
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Die Wirkung der Elektrodenzuführungen läßt sich dann am besten beherrschen,
wenn man jede von ihnen- nicht unmittelbar an den Hohlraum anschließt, sondern durch
einen zwischengeschalteten Blindwiderstand, dargestellt durch eine abgestimmte Doppelleitung,
abstimmbar macht, wie Abb. 5 zeigt. Die Schaltung ähnelt äußerlich einer Dreipunktschaltung.
Die Abstimmungen der drei Blindwiderstände bzw. Doppelleitungen K3, K4, K, werden
jedoch so vorgenommen, daß die Röhre als reiner Blindwiderstand wirkt.
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Die Gleichspannungszuführungen sind bei Abb. q.#und 5 nicht dargestellt.
Durch Änderung irgendeiner Betriebsspannung, vorzugsweise der Gittergleichspannung,
und damit durch Änderung der Verstärkung kann der durch die Röhre dargestellte Blindwiderstand
verändert und der Hohlraum H somit rein elektrisch verstimmt werden.
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Vielfach ist es nicht notwendig, wie bei Abb. 5, sämtliche Elektrodendurchführungen
getrennt abstimmbar zu machen. In der Praxis wird es häufig genügen, wenn man Gitter
und Anode fest anschließt und lediglich die Kathodendurchführung über einen passend
eingestellten Blindwiderstand an den Schwingkreis bzw. Hohlraum anschließt. Es kann
gezeigt werden, daß durch alleinige Abstimmung der Kathodenleitung die go°-Rückkopplung
eingestellt werden kann. Bei üblicher Dimensionierung ist hierbei der Absolutwert
des Rückkopplungsfaktors noch genügend groß. Eine solche Anordnung zeigt Abb. 6.
Die Triode T' dient hierbei zur Frequenzmodulation des aus dem Hohlraum H und der
Sendetriode T" bestehenden Dezimeterwellensenders. Während Anode und Gitter jeder
der beiden Röhren an gegenüberliegende Punkte des Hohlraumschwingers angeschlossen
sind, sind die Kathoden über je eine kurzgeschlossene koaxiale Leitung K' bzw. K"
ähnlich der üblichen Dreipunktschaltung an die
Seitenwände angeschlossen.
Es ist nun möglich, allein durch passende Einstellung der Leitungslängen
d' bzw. d" zu erreichen, daß T' als reiner Blindwiderstand
wirkt, wobei sogar der Leistungsverlust durch den Gitter-Kathoden-Wirkwiderstand
von der Röhre selbst aufgebracht wird, während die Röhre T" als reiner Generator,
d. h. als reiner negativer Widerstand wirkt. Die Röhre T' dient als Frequenzmodulator,
indem ihre Gitterspannung über den Transformator Tr im Takt der zu übertragenden
Niederfrequenz gesteuert wird. Es läßt sich auf diese Weise eine reine Frequenzmodulation
ohne eine unerwünschte Amplitudenmodulation erzielen. Die Röhre T' kgnn in entsprechender
Weise auch zur selbsttätigen Frequenzregelung des Senders dienen.