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Schaltung zur Erzeugung eines Blindwiderstandes zwischen Anode und
Kathode einer Elektronenröhre Es ist bekannt, zur Regelung der Resonanzfrequenz
eines Schwingungskreises sogenannte Blindwiderstandsröhren zu verwenden. Dies sind
Röhren, die zwischen ihrer Anode und Kathode einen Blindwiderstand darstellen, weil
ihr Gitter mit einer gegenüber ihrer Anodenwechselspannung um 9o° phasenverschobenen
Wechselspannung gesteuert wird und daher ein gegenüber der Anodenwechselspannung
um go° phasenverschobener Anodenwechselstrom entsteht. Die Phasenverschiebung von
etwa 9o° wird bekanntlich mittels eines an der Anodenwechselspannung liegenden Spannungsteilers
erzeugt, der aus einem Widerstand und einem Kondensator besteht. Diese Schaltung
liefert jedoch nur einen kleinen Anodenwechselstrom, weil das Verhältnis des Blindwiderstandes
zum Wirkwiderstand groß sein muß, um die gewünschte Phasenverschiebung von etwa
9o° zu erzeugen. Um einen genügend großen Anodenwechselstrom zu erhalten, muß man
daher die Phasenverschiebung etwas kleiner als 9o° wählen. Diese Abweichung von
der genauen Phasenverschiebung von go° hat zur Folge, daß in Reihe mit dem Blindwiderstand
auch noch ein kleiner reeller Widerstand erscheint, der dämpfend auf den angeschalteten
Schwingungskreis wirkt.
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Es ist bekannt, eine Phasenverschiebung von genau 9o° und zugleich
einen größeren Anodenwechselstrom dadurch zu gewinnen, daß in Reihe mit dem Widerstand
des
Spannungsteilers eine Spule geschaltet wird. Die Erfindung löst dieselbe Aufgabe
unter Vermeidung von Spulen, die bekanntlich einen größeren Raumbedarf haben und
kostspieliger sind als Kondensatoren.
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Es ist ferner bekannt, bei der Bemessung der Phasenverschiebung zu
berücksichtigen, daß die Blindwiderstandsröhre an sich einen reellen Widerstand
hat, indem die Phasenverschiebung am Gitter so viel größer als 9o° bemessen wird,
daß der durch die Röhre an sich fließende positive Wirkstrom durch einen negativen
Wirkstrom ausgeglichen wird. Bei einer hierzu bestimmten Schaltung ist ein Teil
des erwähnten Spannungsteilers als Brückenschaltung aufgebaut, die zwei Widerstände,
einen Kondensator und eine Spule, die zugleich die Primärwicklung eines Transformators
darstellt, enthält. Die Erfindung kommt, wie gesagt, ohne eine Spule im Spannungsteiler
aus.
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Bei einer anderen bekannten Schaltung, bei der sich ein zu dem Blindwiderstand
zusätzlicher negativer Widerstand erzeugen läßt, benötigt man zwei Röhren an Stelle
einer einzigen Blindwiderstandsröhre.
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung zur Erzeugung eines
Blindwiderstandes zwischen Anode und Kathode einer Elektronenröhre, bei welcher
einem Gitter und der Anode der Elektronenröhre um annähernd oder genau go° gegeneinander
phasenverschobene Wechselspannungen zugeführt -und die Verstärkung dieser Röhre
entsprechend der gewünschten Blindwiderstandsänderung geändert wird, insbesondere
zur Veränderung der Abstimmung eines Resonanzkreises oder zur Frequenzmodulation,
und besteht darin, daß die Phasenverschiebung von annähernd oder genau 9o° in zwei.
aufeinanderfolgenden Spannungsteilern, die je einen Widerstand und einen Kondensator
enthalten, vorgenommen wird.
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Zum besseren Verständnis der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug
genommen.
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Abb. i zeigt in vereinfachter Darstellung die neue Phasenverschiebungsschaltung,
während Abb. ia das zur Erklärung der Wirkungsweise herangezogene Vektordiagramm
darstellt; Abb.2 zeigt ein praktisches Ausführungsbeispiel der Erfindung und Abb.
2a das dazugehörige Vektordiagramm; in Abb. 3 ist eine weitere Ausführungsform mit
vier in Gegentaktschaltung arbeitenden Blindwiderstandsröhren dargestellt. Gleiche
Bezugszeichen bezeichnen in allen Abbildungen dieselben Bestandteile.
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In Abb. i ist die Spule 7 die Schwingradkreisinduktivität eines Schwingungserzeugers
9, dessen Resonanzfrequenz verändert werden soll und an dem eine hochfrequente Wechselspannung
auftreten soll. Die Änderung der Frequenz eines Schwingungserzeugers wird jedoch
nur als Beispiel für eine Verwendungsmöglichkeit der Blindwiderstandsröhre beschrieben
und soll keine Beschränkung der Erfindung bedeuten. Die Anode 17 und die
Kathode i9 der Blindwiderstandsröhre ii sind zu der Spule 7 parallel geschaltet,
während der Blockkondensator 13 dazu dient, die Anodengleichspannung von
der Kathode der Blindwiderstandsröhre fernzuhalten. Ein Blockkondensator 15 mit
einem für die Betriebsfrequenz kleinen Widerstand koppelt die Anode 17 mit dem Phasenschiebernetzwerk,
welches einen Widerstand R1 und - einen Kondensator C, enthält und in Reihenschaltung
mit -dem - Kopplungskondensator 15 die Spule 7 überbrückt; ferner gehören
dazu ein Widerstand R2, der in Reihe mit dem Kondensator C2 einen Nebenschluß zu
dem Kondensator C, bildet. Das Gitter a9 der Blindwiderstandsröhre ist mit dem Verbindungspunkt
von R2 und C2 verbunden. Zwischen Erde und dem Verbindungspunkt des Kondensators
15 mit dem Widerstand R1 liegen in Reihe eine feste Vorspannungsquelle 31 und eine
Regelwechselspannungsquelle 33.
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Die Impedanzen der beiden Widerstände R1 und R2 und der beiden Kondensatoren
Cl und C2 werden vorzugsweise bei der Betriebsfrequenz praktisch gleich groß gemacht.
Infolgedessen beträgt die durch Cl und R1 hervorgerufene Phasenverschiebung annähernd
¢5°; eine weitere Phasenverschiebung gleicher Größe wird durch C2 und R2 erzeugt.
Durch Vergrößerung oder Verkleinerung des Blindwiderstandes des einen Kondensators
oder beider Kondensatoren kann man die resultierende Phasenverschiebung nach Wunsch
ein wenig kleiner oder ein wenig größer als 9o° machen. Mit einer einfachen Widerstands-Kondensator-Kombination
kann man eine Phasenverschiebung über go° hinaus nicht erzeugen. Das dargestellte
Phasenschiebernetzwerk hat nicht nur den Vorteil, daß es eine Spannung liefert,
deren Phase um weniger oder mehr. als 9o° verschoben werden kann, sondern auch noch
den zusätzlichen Vorteil, daß es eine phasenverschobene Spannung von viel größerer
Amplitude liefert, als man sie mittels eines einzigen Widerstandes und Kondensators
erhalten könnte. Der Vorteil davon besteht darin, daß die Röhre einen größeren Blindwiderstand
erzeugt und dadurch für eine gegebene Änderung der Verstärkung der Blindwiderstandsröhre
eine größere Frequenzänderung ermöglicht.
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Der Vektor ep in Abb. ia stellt die Wechselspannung dar, welche über
den geregelten Kreis zwischen Kathode und Anode der Blindwiderstandsröhre aufgedrückt
wird. Wie oben angegeben, trachtet diese Spannung, in der Blindwiderstandsröhre
einen veränderlichen Strom zu erzeugen, welcher dem von einer Ohmschen Belastung
aufgenommenen Strom gleichwertig ist und infolgedessen im Zusammenhang mit der Erzeugung
eines Blindwiderstandes als reiner Vesrlust zu bewerten ist.
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Der Vektor e" stellt die übliche Gitterspannung dar, deren Phasenverschiebung
kleiner als 90° ist. Wie man sieht, besitzt die Gitterspannung eine Komponente,
die mit der Anodenspannung ep in Phase ist und den unerwünschten Anodenwirkstrom
stark vergrößert, da ihr Einfluß durch die Röhre verstärkt wird. In Abb. i wird
dagegen dem Gitter eine durch den Vektor en I dargestellte Spannung zugeführt,
deren Phasenverschiebung gegen die Anodenspannung größer als 9o° ist. Bei gleicher
Blindkomponente hat die Spannung e" 1 eine Komponente e., welche zur Anodenspannung
gegenphasig ist, so daß sie den Innenwiderstand der Röhre in umgekehrter Richtung
wie die Anodenspannung ändert- und eine vollständige Neutralisation
des
Einflusses der schwankenden Anodenspannung ermöglicht. Die Änderung der Impedanz
der zum Schwingungserzeuger parallel geschalteten Blindwiderstandsröhre ist infolgedessen
im wesentlichen reaktiv, während Änderungen der Amplitude der Oszillatorspannung,
die von einer Änderung der Anodenspannung herrühren, unterdrückt sind. Die Röhre
läßt sich sogar bis zu einem gewissen Grad überkompensieren, so daß sie die Eigenschaft
eines negativen Widerstandes erhält. Die vorhin beschriebene Verbesserung läßt sich
sowohl bei voreilender als auch bei nacheilender Gitterspannung anbringen.
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Abb.2 zeigt die praktische Anwendung dieses Merkmals der Erfindung
bei einer Gegentaktanordnung, welche außerdem im B-Betrieb arbeitet. Der Schwingungserzeuger
9- enthält eine übliche Triode 21, in deren Anodenkreis die Spule 7 liegt. Eine
zweite Spule 7' ist mit der Spule 7 zwecks Erzeugung einer phasenverschobenen Spannung
fest gekoppelt. Die beiden Spulen 7 und T bestehen vorzugsweise aus einer angezapften
Wendel. Das offene Ende der Spule 7' liefert entweder die notwendige Rückkopplungsspannung
für den Schwingungserzeuger oder ist mit der Anode eines zweiten in Gegentakt arbeitenden
Oszillators verbunden.
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Die erste Blindwiderstandsröhre ii' ist mit dem Phasenschiebernetzwerk
R, Cl, R2 C2 und der Spule in genau der gleichen Weise verbunden wie die Röhre ii
in Abb. i. Die Anode 37 einer zweiten Blindwiderstandsröhre 35 ist mit der Anode
17 der ersten Blindwiderstandsröhre unmittelbar verbunden, während das Gitter
dieser Röhre an ein Phasenschiebernetzwerk R3 C3, R4 C4 angeschlossen ist, welches
über einen Kondensator 39 mit dem Hochspannungsende der Spule 7' verbunden ist.
Obgleich die Phasenverschiebung des Netzwerkes R3 C3, R3 C4 kleiner als 9o' ist,
wie später noch erläutert wird, ist die dargestellte zweistufige Anordnung eines
einfachen Kondensator-Widerstandsnetzwerk vorzuziehen, weil eine größere Spannung.
zur Verfügung steht.
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Die festen Gittervorspannungen für die beiden Blindwiderstandsröhren
werden den Batterien 31 bzw. 41 und den Spannungsteilern 43 und 45 entnommen. Den
Gittern der Blindwiderstandsröhren werden über einen Transformator 47 mit zwei Sekundärwicklungen
.19 und 5 1 gegenphasigeWechselspannungen überlagert.
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In dem in Abb. 2 a dargestellten Vektordiagramm bedeutet e1 die Spannung
an der Spule 7, welche zwischen den Kathoden und Anoden der beiden Blindwiderstandsröhren
angelegt wird. Der Vektor e2 ist die an der Spule 7' entstehende gegenphasige Spannung.
Der Vektor e. 1 ist die phasenverschobene Spannung, die dem Gitter der ersten Blindwiderstandsröhre
ii' zugeführt wird und gegen die Spannung e1 um mehr als 9o' voreilt. Der Vektor
e. 2 ist die dem Gitter der zweiten Blindwiderstandsröhre 35 zugeführte Spannung,
die von e2 abgeleitet ist. Wie man sieht, ist in diesem Falle die Phasenverschiebung
zwischen e2 und e9 2 kleiner als 9o', so daß die Gitterspannung e. , um mehr als
9o° gegen die Anodenspannung e, versetzt ist. Infolgedessen wird die von der Anodenspannung
e1 herrührende Wirkkomponente des Anodenstromes in beiden Röhren in der im Zusammenhang
mit der Abb. i a erläuterten Weise neutralisiert.
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Die den Blindwiderstandsröhren zugeführten festen Vorspannungen sind
vorzugsweise getrennt einstellbar, damit die Arbeitspunkte der Röhren so eingestellt
werden können, daß eine möglichst lineare Frequenzänderung erzeugt wird; es kommt
natürlich auch durchaus in Frage, beiden Röhren die gleiche Vorspannung zu erteilen.
Die Vorspannung wird vorzugsweise so gewählt, daß sie ausreicht, um dieAnodenströme
der Röhren praktisch zu Null zu machen, solange den Gittern keine Wechselspannung
aufgedrückt wird. Auf diese Weise ist während der negativen Halbperiode die eine
Röhre unwirksam, während die andere Röhre an dem geregelten Kreis einen kapazitiven
Blindwiderstand hervorruft und seine Resonanzfrequenz verringert; während der anderen
Halbwelle ruft die vorher unwirksam gewesene Röhre im Nebenschluß zu dem geregelten
Kreis einen induktiven Blindwiderstand hervor und vergrößert seine Resonanzfrequenz.
Die Röhren sind infolgedessen abwechselnd wirksam und ihre mittlere Leistungsaufnahme
ist niedriger als die der gleichen Röhren, wenn sie dauernd arbeiten.
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Bei der Abb. 2 ist zu beachten, daß der Blindwiderstand der beiden
Röhren zur Spule 7 und nicht zur Spule 7' parallel liegt. Bei einem Gegentaktoszillator
ist es erwünscht, die Abstimmung des ganzen Schwingungskreises einschließlich der
Spule 7' zu ändern. Eine hierzu geeignete Anordnung ist in Abb. 3 dargestellt.
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Die Spulen 7 und 7' bestehen nunmehr aus den beiden Hälften einer
Spule mit Mittelanzapfung, welche die Anodenkreisspule eines Gegentaktoszillators
9 darstellt. Es werden vier Blindwiderstandsröhren und vier Phasenschiebernetzwerke
verwendet. Die Anoden des ersten Röhrenpaares 51, 53 sind miteinander und mit dem
ungeerdeten Ende der Spule 7 verbunden. In gleicher Weise sind die Anoden der Röhren
55, 57 mit dem ungeerdeten Ende der Spule 7' verbunden. Alle Kathoden sind geerdet.
Die Gitter der Röhren 51, 55 sind an die Phasenschiebernetzwerke 59 und 61
angeschlossen, welche durch die Spannung an der oberen Hälfte 7 der Oszillatorspule
gespeist werden. Die Gitter der übrigen Röhren 53 und 57 sind mit den Phasenschiebernetzwerken
63 und 65 verbunden, die in Gegenphase zu den beiden vorerwähnten Netzwerken von
der unteren Hälfte 7' der Oszillatorspule gespeist werden.
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Um den durch die Röhren erzeugten Blindwiderstand zu beeinflussen,
wird die Leitfähigkeit der Röhren mittels einer Modulationsspannungsquelle 67 geändert.
Mittels eines Paares von Sekundärwicklungen 49 und 51 werden zwei gegenphasige Spannungen
erzeugt, von denen die eine über eine Leitung 69 den Gittern der Röhren
51 und 57 und die andere über die Leitung 71 den Gittern der Röhren 53 und
55 aufgedrückt wird. Die Amplituden der Steuerspannungen können mittels der Spannungsteiler
73 und 75 eingestellt werden.
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Wie man sieht, ist zu jeder Hälfte des Oszillatorschwingungskreises
ein Röhrenpaar parallel geschaltet.
Die Röhren .eines jeden Paares
werden gleichphasig, jedoch in Gegenphase zum anderen Paar gesteuert. Infolgedessen
werden die beiden Hälften des Schwingungskreises durch die entsprechenden Röhrenpaare
gleichsinnig verstimmt.
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Ein besonderer Vorteil der Gegentakt-Blindwiderstands-Röhrenanordnung
besteht darin, daß sie sehr viel stabiler ist als eine Einröhrenanordnung. Schwankungen
der Anodengleichspannung, der Schirmgitterspannung, der Vorspannung und der Temperatur
beeinflussen .alle Röhren in gleicher Weise und trachten, gleiche Änderungen der
Röhren hervorzurufen. Hingegen erhält man eine Änderung des Blindwiderstandes nur
dann, wenn die Röhren gegensinnig beeinflußt werden. Infolgedessen wird der übertragene
Blindwiderstand und damit die Oszillatorfrequenz von Änderungen der Gleichspannung
u. dgl. nicht berührt.
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Bei dem vorhin beschriebenen Ausführungsbeispiel sind die Anoden parallel
geschaltet und arbeiten in Phase, während die Gitter durch die um go° verschobenen
Spannungen praktisch in Gegenphase zueinander gesteuert werden. Es läßt sich auch
die umgekehrte Anordnung ausführen. Betrachtet man nur die Röhren 51 und 55 der
Abb. 3, so werden den Anoden gegenphasige Spannungen zugeführt, während die Gitter
praktisch gleichphasig arbeiten; wie oben angegeben, kann die Phasenverschiebung
zwischen den Gitter- und Anodenspannungen- auch etwas größer als go° sein.
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Die Steuerspannungen brauchen nicht den Steuergittern zugeführt zu
werden, wie dargestellt, sondern können den Schirah- oder Bremsgittern aufgedrückt
werden.