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Übertrager mit Kapazitätsausgleich Zwischen den Wicklungen eines Übertragers
bestehen bekanntlich kapazitive Kopplungen, die in den meisten Fällen unerwünscht
sind. Sie beeinflussen den Frequenzgang und stören die Symmetrie. Es ist bekannt,
einen Teil dieser Kapazitäten durch statische Schirmung zwischen den Wicklungen
zu beseitigen. Die .-\nordnung eines Schirmes ist jedoch insofern nachteilig, als
dieser Schirm den Raumaufwand, der für die Übertragerwicklungen erforderlich ist,
vergrößert. Es muß nicht nur der Schirm an sich untergebracht werden, sondern er
muß auch gegenüber den Wicklungen isoliert werden.
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Die zwischen den Übertragerwicklungen vorhandenen Kapazitäten, die
über die Wicklungslängen verteilt sind, können für die folgende Betrachtung als
Kapazitäten zwischen den Endpunkten der Wicklung liegend gedacht werden. In Fig.
r sind diese Kapazitäten mit Cl, C2, C3, C4 bezeichnet.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine dieser Kapazitäten
ohne die Anwendung eines Schirmes zum Verschwinden zu bringen bzw. ihr ein negatives
Vorzeichen zu geben. Infolge der magnetischen Kopplung zwischen den beiden Wicklungen
des Übertragers können diese Wicklungen je als der Sitz einer elektromotorischen
Kraft aufgefaßt werden. Betrachtet man beispielsweise die Kapazität C.,, so wird
in dieser Kapazität durch die Spannung an der Primärwicklung ein Strom bestimmter
Richtung erzeugt. Aber auch die Spannung an der Sekundärwicklung ruft in derselben
Kapazität
einen Strom hervor. Der Richtungssinn dieser beiden Ströme
entspricht 'der Polarität der beiden Spannungen an den Wicklungen, die ihrerseits
von dem Wicklungssinn abhängt. Eine nähere Überlegung zeigt, daß in mindestens zwei
der vier Kapazitäten Cl bis C4 die beiden Ströme entgegengesetzte Richtung aufweisen
müssen. Die Größe dieser Ströme hängt von der Größe der Kapazitäten und von dem
Übersetzungsverhältnis ü des Übertragers ab. Es muß daher durch geeignete Bemessung
dieser Kapazitäten in bezug auf das Übersetzungsverhältnis möglich sein, in mindestens
einer der Kapazitäten die beiden Ströme gegeneinander zur Aufhebung zu bringen bzw.
den von der Primär-oder Sekundärseite aus gesehen negativen Strom größer zu halten
als den von derselben Wicklung aus gesehen positiven Strom. Im ersten Fall, bei
Gleichheit der Ströme, würde sich der Leitwert Null ergeben, d. lt. es wäre zwischen
den betreffenden Punkten eine völlige kapazitive Entkopplung ohne .Anwendung eines
Schirmes erreicht, im zweiten 1, all würde eine negative Kapazität erhalten werden.
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Auf Grund dieser Erkenntnis werden gemäß der Erfindung zu den Kapazitäten
zwischen den Wicklungsenden mit Bezug auf das Übersetzungsverhältnis derart bemessene
Kapazitäten hinzugeschaltet, claß der von der Spannung an der einen Wicklung in
einer der Gesamtkapazitäten zwischen den Enden dieser Wicklung und einem Ende der
anderen Wicklung erzeugte Strom gleich oder kleiner, aber entgegengesetzt zu dem
von der Spannung an der anderen Wicklung in dieser Gesamtkapazität erzeugte Strom
ist. Durch die Erfindung wird es also möglich, lediglich durch Zuschalten von in
bestimmter Weise bemessenen Kapazitäten die Wirkung eines statischen Schirmes zu
ersetzen, indem eine Kapazität zwischen den Wicklungsendpunkten in ihrer Wirkung
zum Verschwinden gebracht wird, oder aber die Wirkung einer negativen Kapazität
hervorzurufen. Dies kann in allen den Fällen zweckmäßig sein, in denen in der Schaltung
sonst vorhandene und störende Kapazitäten durch Übertrager kompensiert werden sollen.
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Für die folgende rechnerische. Untersuchung der Eigenschaften eines
derartigen Übertragers seien noch die Begriffe des Leerlauf- und Kurzschlußscheinwiderstandes
eingeführt. R1 bzw. R2 bedeuten den primären bzw. sekundären Leerlauf scheinwiderstand
und r1 bzw. r2 bedeuten den primären bzw. sekundären Kurzschlußscheinwiderstand.
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Für den in Fig. i dargestellten Übertrager, einschließlich der vorhandenen
Kapazitäten, läßt sich in bekannter Weise ein Ersatzschaltbild nach Fig. 2 angeben.
Hierin bedeutet T den reziproken Wert des Kernleitwertes des in Fig.2 dargestellten
V ierpoles.
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Er ist durch die Beziehung
bestimmt. Betrachtet man nur die Leitwerte zwischen den Punkten i und 4 und 2 und
4 das Ersatzvierpoles, so kann man den Stern mit dem Mittelpunkt 3 und den Strahlen
i . . . 3, 2 . . . 3 und 4 ... 3 in ein Dreieck umwandeln, das in Fig. 3
dargestellt ist. Die Leitwerte dieses Dreiecks zwischen den Punkten i . . . .4 und
2 : . ..4 sind im wesentlichen Kapazitäten, die außer von den Werten Cl bis C4 auch
vom Übersetzungsverhältnis des Übertragers
abhängen. Werden diese Leitwerte unter Zugrundelegung der Sterndreiecksumformung
und der in Fig. 2 angegebenen Werte für die einzelnen Widerstände ausgerechnet,
so ergeben sich die beiden Beziehungen & ^ 9(0 [C, -I- C, -T ü - (C,
+ Ca)] = iWC' (%" ^ 7oj IC2 -I- C4 ± ü ' (C, + Ca)] = 90)C" Aus vorstehenden
Gleichungen ist zu ersehen, daß entweder der eine oder der andere Leitwert zu Null
gemacht werden kann, wenn die Kapazitäten Cl h' S C4 unter Berücksichtigung
des Übersetzungsverhältnisses ü in geeigneter Weise bemessen werden. Es ist darüber
hinaus aber auch möglich, einem der Leitwerte einen negativen Wert zu geben, indem
jeweils das zweite Glied in der Klammer größer gemacht wird als das erste. Da die
Leitwerte im wesentlichen Kapazitäten darstellen, ist es möglich, auf diese Weise
negative Kapazitäten zu verwirklichen.
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In den Fig. 4 und 5 sind zwei Anwendungsbeispiele für den Übertrager
gemäß der Erfindung dargestellt. Fig. 4 zeigt eine aus den Widerständen R1, R2,
R3, R4 gebildete Brückenschaltung, die beispielsweise zu Meßzwecken dienen möge.
Die von dem Generator G gelieferte i%-Ießspannung wird an die eine Brückendiagonale
gelegt, die einseitig geerdet sei, während das Meßgerät T, z. B. ein Telefon, über
den Übertrager C an die andere Diagonale der Brücke angeschlossen ist. Ist die Sekundärseite
des Übertragers Ü an dem Punkt 4 ebenfalls geerdet, so liegt die zwischen den Wicklungsendpunkten
2 und 4 wirksame Kapazität C" parallel zu dem Brückenzweig R2, während die Kapazität
C zwischen den Punkten i und 4 als Parallelkapazität zu dem Widerstand R1 aufgefaßt
werden muß. Sind die beiden Widerstände R1 und R2 verschieden groß und beispielsweise
R2 so niederohmig, daß Parallelleitwerte nicht stören, dann ist es erwünscht, daß
nur von dem Punkt 2 aus ein Leitwert gegen Erde vorhanden ist, nicht aber von dem
Punkt i. Dies könnte entweder in bekannter Weise durch einen mit dem Punkt 2 verbundenen
statischen Schirm herbeigeführt werden oder aber dadurch, daß entsprechend der Gleichung
für C der Übertrager geeignet gepolt wird und zweitens eine Kapazität zu Cl, C3
oder C4 zugeschaltet wird, die so bemessen ist, daß der Leitwert j «o C zwischen
den beiden Punkten i und 4 Null wird.
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Fig. 5 zeigt den Eingangsübertrager L einer Verstärkerröhre h. In
Reihe mit der Primärwicklung des Übertragers liegt die zur Längsentzerrung dienende
Induktivität L. Der Kathodenpunkt ist wie üblich geerdet. Die Erdleitwerte zwischen
den
Punkten i .... und 2 ... :4 sind im allgemeinen
nicht gleich groß, cl. 11. der Übertrager hat eine bestimmte Erdunsymmetrie. Infolge
der durch die Längsentzerrung auftretenden Spannungserhöhung zwischen den Punkten
i und 2 wird die E.rdunsymmetrie vom Eingang i' . . . 2 aus gesehen scheinbar vergrößert.
Auch hier ist es deshalb zweckmäßig, dafür zu sorgen, daß vom Punkt i kein Leitwert
gegen Erde besteht. Dies kann auch hier dadurch herbeigeführt werden, daß zu den
vorhandenen Kapazitäten Cl, ('3 oder C4 eine Kapazität zugeschaltet wird,
die derart bemessen ist, daß der 1_eit@%ert zwischen den Punkten i und zu Null wird.
Bei der Berechnung der zuzuschaltenden Kapazität kann die Kapazität der Spule I_
gegenüber Erde mitherücksichtigt werden.