DE891094C

DE891094C - High-frequency generator circuit with an electron tube and a parallel resonance circuit loosely coupled to it

Info

Publication number: DE891094C
Application number: DES4025A
Authority: DE
Inventors: Hugo Dipl-Ing Diebold
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1950-05-17
Filing date: 1950-05-17
Publication date: 1953-09-24

Description

Hochfrequenzgeneratorschaltung mit einer Elektronenröhre und einem an sie lose angekoppelten Parallelresonanzkreis Bei Generatorschaltungen wirkt sich jede Veränderung einzelner Bauelemente um so stärker auf die Frequenzstabilität aus, j e höher die erzeugte Frequenz ist. Es ist daher bei Hochfrequenzgeneratorschaltungen erforderlich, den Einfluß insbesondere von schädlichen Kapazitäten klein zu halten, da diese vielfach betrieblichen Änderungen unterworfen sind, beispielsweise beim Auswechseln von Röhren in solchen Generatorschaltungen. Um diesen Einfiuß der als schädliche Kapazitäten wirkenden Röhrenkapazitäten möglichst klein zu halten, hat man hier die zur Frequenzbestimmung erforderlichen Schwingkreise lose an die Röhren angekoppelt. In einer bekannten Schaltung ist von diesem Prinzip derart Gebrauch gemacht worden, daß parallel zu einem Schwingkreis ein kapazitiver Spannungsteiler geschaltet worden ist, dessen am Abgriff abnehmbare Ausgangsspannung über einen Verstärker auf den Schwingkreis zurückgekoppelt wird. Auf diese Weise ist es möglich, die Einflüsse von Schwankungen der Eingangskapazität des Verstärkers zu verringern.High frequency generator circuit with an electron tube and a parallel resonance circuit loosely coupled to it every change in individual components has a stronger impact on frequency stability off, the higher the generated frequency is. It is therefore with high frequency generator circuits necessary to keep the influence of damaging capacities small, since these are often subject to operational changes, for example at Replacement of tubes in such generator circuits. In order to influence this as to keep damaging capacities acting tube capacities as small as possible, has the oscillating circuits required to determine the frequency are loosely attached to the tubes coupled. This principle is used in this way in a known circuit been made that a capacitive voltage divider parallel to an oscillating circuit has been switched, the output voltage of which can be removed at the tap via a Amplifier is fed back to the resonant circuit. In this way it is possible to reduce the effects of fluctuations in the input capacitance of the amplifier.

Die Erfindung befaßt sich ebenfalls mit einer Hochfrequenzgeneratorschaltung mit einer Elektronenröhre und einem an sie lose angekoppelten Parallelresonanzkreis, bei der nicht nur der Einfluß von Schwankungen der Gitter-Kathoden-Kapazität, welche als Eingangskapazität aufzufassen ist, sondern auch der Einfluß von Schwankungen der einer Ausgangskapazität entsprechenden Anoden-Kathoden-Kapazität weitgehend vermindert wird. Sie ist dadurch gekennzeichnet, daß die Ankopplung mittels zweier kapazitiver Spannungsteiler erfolgt, von denen der die anodenseitige Ankopplung bewirkende Spannungsteiler aus einer zwischen Anode und Schwingungskreis liegenden Längskapazität und einer zwischen Anode und Kathode liegenden Querkapazität besteht, -während der die gitterseitige Ankopplung bewirkende Spannungsteiler als Bestandteil des Schwingungskreises mit einer gegebenenfalls einstellbaren Kapazität und einer parallel zur Gitter-Kathoden-Kapazität liegenden Kapazität ausgebildet ist, wobei die Spannungsteilerverhältnisse für eine derart lose Ankopplung bemessen sind, daß betriebsmäßige Änderungen der Röhrenkapazitäten, z. B. infolge Auswechselns der Röhre, praktisch ohne Einfluß auf die Frequenz des Schwingungskreises sind.The invention is also concerned with a high frequency generator circuit with an electron tube and a parallel resonance circuit loosely coupled to it, in which not only the influence of fluctuations in the grid-cathode capacitance, which is to be understood as input capacitance, but also the influence of fluctuations the anode-cathode capacitance corresponding to an output capacitance largely is decreased. It is characterized in that the coupling by means of two capacitive voltage divider takes place, of which the anode-side coupling effecting voltage divider from a lying between the anode and the oscillating circuit Longitudinal capacitance and a transverse capacitance between the anode and cathode consists, - during the voltage divider causing the coupling on the grid side as a component of the oscillating circuit with an optionally adjustable capacity and a parallel to the grid-cathode capacitance is formed, wherein the voltage divider ratios are dimensioned for such a loose coupling that operational changes in tube capacities, e.g. B. as a result of replacing the Tube, practically without influence on the frequency of the oscillating circuit.

Eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltung ist in der Figur nur in dem interessierenden Umfange zur Darstellung gebracht. Die Anode der Elektronenröhre E ist über den aus den Kondensatoren Cl und C2 bestehenden Spannungsteiler mit dem Schwingkreis L1, C3, C4 gekoppelt. Das Steuergitter der Elektronenröhre E ist zwischen dem Kondensator C4 und der Induktivität L1 des Schwingkreises an letzteren angekoppelt. An dieser Stelle erfolgt auch die Energieauskopplung. Die Kondensatoren C3 und C4 bilden einen Spannungsteiler, welcher zur Induktivität L1 des Schwingkreises parallel liegt. Die Kapazität des parallel zur Anoden-Kathoden-Strecke liegenden Kondensators C2 im Spannungsteiler Cl-C. und die Kapazität des parallel zur Gitter-Kathoden-Strecke liegenden Kondensators C4 sind groß gegenüber der Kapazität des Kondensators C, im übrigen Teil des Spannungsteilers C,-C, und der Kapazität des einstellbaren Schwingkreiskondensators C3. Damit ist der Einfluß der zu dem Kondensator C2 bzw. C4 parallel liegenden Röhrenkapazitäten, nämlich der Anoden-Kathoden-Kapazität und der Gitter-Kathoden-Kapazität, auf den Schwingkreis so weit herabgesetzt, daß z. B. bei Röhrenwechsel, welcher oft infolge der bei der Fertigung unvermeidlichen Streuung eine Änderung dieser Kapazitäten zur Folge hat, praktisch keine Frequenzänderung des abgestimmten Schwingkreises erfolgt, wie später noch gezeigt wird. Die Anodenspannung wird in der gezeigten Schaltung über einen im Verhältnis zum Röhrenwiderstand kleinen Widerstand R1 an die Anode der Elektronenröhre E angelegt. Der Widerstand R, liegt hochfrequenzmäßig mit dem Reihenkondensator C5 großer Kapazität parallel zum inneren Röhrenwiderstand Ri, welcher wie die Röhrenkapazitäten die Frequenz der Generatorschaltung beeinflußt, also, da er sich z. B. mit den Schwankungen der Stromversorgung ändert, in diesen Fällen zu einer Frequenzänderung der Generatorschaltung führen würde. Da in der in der Figur dargestellten Schaltung der für die Schwingungsfrequenz mit maßgebende Widerstand praktisch aus den beiden Parallelwiderständen R1 und Ri besteht, also ist, ist der Einfluß derÄnderungen des inneren Widerstandes Ri um 4 Ri auf die Frequenz in erster Näherung um den Faktor herabgesetzt. Die gleiche Wirkung kann erzielt werden, wenn statt eines Ohmschen Widerstandes R1 eine entsprechend kleine Induktivität zum inneren Röhrenwiderstand Ri parallel geschaltet wird.One embodiment of the circuit according to the invention is shown in the figure only to the extent that is of interest. The anode of the electron tube E is coupled to the resonant circuit L1, C3, C4 via the voltage divider consisting of the capacitors C1 and C2. The control grid of the electron tube E is coupled to the latter between the capacitor C4 and the inductance L1 of the resonant circuit. This is also where the energy is extracted. The capacitors C3 and C4 form a voltage divider which is parallel to the inductance L1 of the resonant circuit. The capacitance of the capacitor C2 in the voltage divider Cl-C, which is parallel to the anode-cathode path. and the capacitance of the capacitor C4 lying parallel to the grid-cathode path are large compared to the capacitance of the capacitor C, in the remaining part of the voltage divider C, -C, and the capacitance of the adjustable resonant circuit capacitor C3. Thus, the influence of the tube capacitances lying parallel to the capacitor C2 or C4, namely the anode-cathode capacitance and the grid-cathode capacitance, on the resonant circuit is reduced so far that, for. B. when changing tubes, which often results in a change in these capacitances due to the inevitable scatter during manufacture, there is practically no change in frequency of the tuned resonant circuit, as will be shown later. In the circuit shown, the anode voltage is applied to the anode of the electron tube E via a resistor R1, which is small in relation to the tube resistance. The resistor R, is high-frequency with the series capacitor C5 large capacitance parallel to the inner tube resistance Ri, which like the tube capacitance affects the frequency of the generator circuit, so because it is z. B. changes with the fluctuations in the power supply, in these cases would lead to a frequency change of the generator circuit. Since, in the circuit shown in the figure, the resistance which is also decisive for the oscillation frequency consists practically of the two parallel resistors R1 and Ri, that is is, the influence of the changes in the internal resistance Ri by 4 Ri on the frequency is in a first approximation by the factor degraded. The same effect can be achieved if, instead of an ohmic resistance R1, a correspondingly small inductance is connected in parallel to the inner tube resistance Ri.

Durch die geschilderte Ankopplung der Anode über den kapazitiven Spannungsteiler C,-C, an den Schwingkreis erscheint der Widerstand Rl am Kondensator C3 als Bedämpfung . Bei entsprechender Wahl des Spannungsteilerverhältnisses von Cl und C3 kann man erreichen, daß diese zusätzliche Bedämpfung des Schwingkreises verschwindend klein wird.Due to the described coupling of the anode via the capacitive voltage divider C, -C, to the resonant circuit, the resistor Rl appears on the capacitor C3 as damping . With an appropriate choice of the voltage divider ratio of Cl and C3 one can achieve that this additional damping of the resonant circuit is vanishingly small.

Bei der Betrachtung des Einflusses von Schwankungen der Anoden-Kathoden-Kapazität auf die Frequenz ist zu berücksichtigen, daß die Kapazität des Schwingkreises L,/C3, C4 praktisch nur durch die Kapazität des Drehkondensators C3 gebildet wird, da dessen Kapazität, wie bereits gesagt, klein gegenüber der Kapazität des Kondensators C4 sein soll. Es ist also nur notwendig, die Auswirkungen von Schwankungen der Gitter-Kathoden-Kapazität in bezug auf die Kapazität des Drehkondensators C3 zu berechnen, um ein Maß für die daraus folgenden Frequenzschwankungen zu erhalten. Parallel zum Drehkondensator C3 liegt der durch die beiden Kondensatoren Cl und C2 gebildete Spannungsteiler, dessen resultierender Kapazitätswert durch die Gleichung bestimmt ist. Da der Kondensator C2 parallel zur Anoden-Kathoden-Kapazität liegt, sind also Schwankungen der Anoden-Kathoden-Kapazität gleichbedeutend mit Schwankungen der Kapazität des Kondensators C, Änderungen der resultierenden Kapazität Ca in Abhängigkeit von Änderungen der Anoden-Kathoden-Kapazität lassen sich demnach berechnen, indem man die Bestimmungsgleichung für Ca nach C, differenziert: Aus dieser Gleichung ist ersichtlich, daß bei dem angegebenen Spannungsteilerverhältnis (C2 groß gegenüber Cl) die Schwankungen der Anoden-Kathoden-Kapazität praktisch nur mit dem Quadrat des Kapazitätsverhältnisses der beiden Kondensatoren des Spannungsteilers Cl und C2 in die Kapazität des Drehkondensators eingehen. Bei einem Kapazitätsverhältnis von beispielsweise Cl : C2 = z : 5o erhält man also eine Verminderung der Schwankungen der Anoden-Kathoden-Kapazität im Verhältnis z : 2500. When considering the influence of fluctuations in the anode-cathode capacitance on the frequency, it must be taken into account that the capacitance of the resonant circuit L, / C3, C4 is practically only formed by the capacitance of the variable capacitor C3, since its capacitance, as already mentioned, should be small compared to the capacitance of the capacitor C4. It is therefore only necessary to calculate the effects of fluctuations in the grid-cathode capacitance in relation to the capacitance of the variable capacitor C3 in order to obtain a measure of the frequency fluctuations which result therefrom. Parallel to the variable capacitor C3 is the voltage divider formed by the two capacitors C1 and C2, the resulting capacitance value of which is given by the equation is determined. Since the capacitor C2 is parallel to the anode-cathode capacitance, fluctuations in the anode-cathode capacitance are equivalent to fluctuations in the capacitance of the capacitor C; changes in the resulting capacitance Ca depending on changes in the anode-cathode capacitance can therefore be calculated by differentiating the determining equation for Ca from C: From this equation it can be seen that with the specified voltage divider ratio (C2 large compared to Cl), the fluctuations in the anode-cathode capacitance practically only enter into the capacitance of the variable capacitor with the square of the capacitance ratio of the two capacitors of the voltage divider Cl and C2. With a capacitance ratio of, for example, Cl: C2 = z: 50, a reduction in the fluctuations in the anode-cathode capacitance in the ratio z: 2500 is obtained.

Ähnliches wie für die Anoden-Kathoden-Kapazität gilt auch für die Gitter-Kathoden-Kapazität. Die Schwankungen dieser Kapazität müssen jedoch in bezug auf die resultierende Schwingkreiskapazität der erfindungsgemäßen Schaltung berechnet werden, d. h. die Kapazität C4 darf jetzt nicht vernachlässigt werden, da andernfalls auch die Änderungen der Gitter-Kathoden-Kapazität vernachlässigt werden würden. Die resultierende Schwingkreiskapazität wird bestimmt durch die Gleichung: Differenziert man diese Gleichung nach C4, so erhält man die Schwankungen der resultierenden Schwingkreiskapazität Cv in Abhängigkeit von den Schwan- Auch hier gelten die Ausführungen, die sich mit den Auswirkungen von Schwankungen der Anoden-Kathoden-Kapazität befassen. Wählt man beispielsweise das gleiche Kapazitätsverhältnis, wie dort beschrieben, nämlich C3 : C4 = i : 5o, so ergibt sich auch hier, daß Schwankungen der Gitter-Kathoden-Kapazität nur mit ihrem 25oo. Teil in die resultierende Schwingkreiskapazität Cb eingehen.Similar to the anode-cathode capacitance also applies to the grid-cathode capacitance. The fluctuations in this capacitance must, however, be calculated in relation to the resulting resonant circuit capacitance of the circuit according to the invention, ie the capacitance C4 must not now be neglected, since otherwise the changes in the grid-cathode capacitance would also be neglected. The resulting resonant circuit capacitance is determined by the equation: If one differentiates this equation according to C4, one obtains the fluctuations in the resulting resonant circuit capacitance Cv as a function of the fluctuations The explanations that deal with the effects of fluctuations in the anode-cathode capacitance also apply here. If, for example, one chooses the same capacitance ratio as described there, namely C3: C4 = i: 50, then here, too, the result is that fluctuations in the grid-cathode capacitance are only 25oo. Part of the resulting resonant circuit capacitance Cb.

Ebenso wird der zur Zuführung der Gittervorspannung dienende Widerstand R2, der wegen seines Einflusses auf die Frequenz der Generatorschaltung möglichst groß gewählt werden sollte, auf den hohen Wert gebracht, worin C3' gleich ist. Ähnliches gilt, wenn der Widerstand R2 anstatt eines Ohmschen Widerstandes eine große Induktivität ist.Likewise, the resistor R2, which is used to supply the grid bias and which should be selected to be as large as possible because of its influence on the frequency of the generator circuit, is set to the high value brought where C3 'equals is. The same applies if the resistor R2 is a large inductance instead of an ohmic resistance.

Die erfindungsgemäße Schaltung ist schwingungsfähig, wenn ist, worin (Ankoppelkreis) und S die Steilheit der Elektronenröhre sind. Eine konstante Spannung ist demnach sowohl am Kondensator C4 als auch am Kondensator C2 zu erhalten, wenn das Verhältnis frequenzunabhängig ist. Da dies für die Schwingkreisinduktivität L1 allein nur schwer zu erreichen sein wird, muß man unter Umständen dem Widerstand R noch einen frequenzunabhängigen Widerstand vorschalten, welcher die Frequenzabhängigkeit von R entsprechend verkleinert. Benötigt man zur Aussteuerung eines Verstärkers eine höhere Spannung als die an dem Kondensator C2 oder C4, so kann man die Spannung durch Einschalten des in der Figur punktiert angedeuteten Kondensators C6 erhöhen.The circuit according to the invention is capable of oscillation if is where (Coupling circuit) and S is the slope of the electron tube. A constant voltage can therefore be obtained across both capacitor C4 and capacitor C2 if the ratio is frequency independent. Since this will only be difficult to achieve for the resonant circuit inductance L1, it may be necessary to connect a frequency-independent resistor upstream of the resistor R, which reduces the frequency dependence of R accordingly. If you need a higher voltage than that at the capacitor C2 or C4 to control an amplifier, you can increase the voltage by switching on the capacitor C6 indicated by dotted lines in the figure.

Soll der Schwingkreis frequenzstabilisiert werden, dann kann man in bekannter Weise einen Quarz Q gemäß der gestrichelten Darstellung in die Gitterleitung einschalten. Der Quarz Q schwingt dann in Reihenresonanz.If the resonant circuit is to be frequency stabilized, then one can use known way a quartz Q according to the dashed line in the grid line turn on. The quartz Q then oscillates in series resonance.

Ist die Schwingkreisanordnung temperaturabhängig, so kann der Temperatureinfluß durch entsprechende Temperaturabhängigkeit der Kondensatoren Cl, C2 und C4 ausgeglichen werden. Da aber der Widerstand R1 ebenfalls in die Frequenzabhängigkeit eingeht, kann man auch durch entsprechende Wahl des Temperaturkoeffizienten des Widerstandes R1 einen Temperaturausgleich erzielen, der, was besonders vorteilhaft ist, nicht von der eingestellten Frequenz abhängig sein muß.If the resonant circuit arrangement is temperature-dependent, the temperature influence can compensated for by the corresponding temperature dependence of the capacitors C1, C2 and C4 will. But since the resistor R1 is also included in the frequency dependence, you can also choose the temperature coefficient of the resistance accordingly R1 achieve a temperature equalization which, which is particularly advantageous, does not must be dependent on the set frequency.

Die Spannungsteiler CI- C2 und C3-C4 werden zweckmäßig so bemessen, daß die Rückwirkung der Anoden-Kathoden-Kapazität und der Gitter-Kathoden-Kapazität der Elektronenröhre E auf den Schwingkreis etwa gleich klein wird.The voltage dividers CI- C2 and C3-C4 are expediently dimensioned in such a way that that the reaction of the anode-cathode capacitance and the grid-cathode capacitance of the electron tube E on the resonant circuit is about the same size.

Der Rückkopplungsfaktor wird so groß gewählt, daß ein sicherer Schwingungseinsatz erzielt wird. Damit die Elektronenröhre E dann nicht im Gitterstromgebiet gesteuert wird, erhält sie über den Widerstand R2 eine negative Vorspannung, die so groß ist, daß die Elektronenröhre im gitterstromfreien Teil ihrer Kennlinie arbeitet.The feedback factor is chosen to be so large that the use of vibrations is reliable is achieved. So that the electron tube E is then not controlled in the grid current area it receives a negative bias voltage via the resistor R2, which is so great that that the electron tube works in the current-free part of its characteristic curve.

Claims

PATENT CLAIMS: i. High frequency generator circuit with an electron tube and a parallel resonance circuit loosely coupled to it, one of the anode voltage antiphase voltage is taken and fed to the grid of the tube, thereby characterized in that the coupling takes place by means of two capacitive voltage dividers, of which the voltage divider effecting the coupling on the anode side consists of a between the anode and the oscillating circuit and a series capacitance (Cl) between Anode and cathode lying transverse capacitance (C2) exists, while the grid-side Coupling effecting voltage divider as part of the oscillation circuit an optionally adjustable capacitance (C; 3) and one parallel to the grid-cathode path lying capacitance (C4) is formed, the voltage divider ratios are dimensioned for such a loose coupling that operational changes to the Tube capacities, e.g. B. as a result of replacing the tube, practically without influence are on the frequency of the oscillation circuit.

2. High frequency generator circuit according to claim i, characterized in that a resistor with opposite the tube resistor small resistance value is parallel to the inner tube resistance.

3. High frequency generator circuit according to claim 2, characterized in that the resistor is an ohmic resistor is.

4. High frequency generator circuit according to claim 2, characterized in that that the resistance is an inductance.

5. High frequency generator circuit according to Claim 2, characterized in that the resistance material is a temperature-dependent Resistance material is used, which has a temperature dependence of the resonant circuit inductance compensates. Cited pamphlets: H. Pitsch, textbook of radio reception technology (1948), pp. 331 to 334; British Patent No. 618 229. grid-cathode capacitance information, because this is parallel to C4. This gives the following equation: