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Breitband-Ubertrager für Hör- und Fernsehfrequenzen Die Erfindung
bezieht sich auf einen Breitband-Übertrager für Hör- und Fernsehfrequenzen, und
zwar auf einen derartigen Übertrager mit elektrostatischer Abschirmung.
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In Stromkreisen mit Breitband-Übertragern, bei= spielsweise für Schaltungen
mit Amplitudenmodulation durch Hör- oder Fernsehfrequenzen, halben die Transformatoren
der bisherigen Bauart bei Frequenzen über io kHz keine ausreichend hohe Frequenztreue,
um die Anwendung einer Rückkopplung ohneAnordnung von korrigierenden Netzwerken
zu gestatten. Eine Störungsquelle liegt in der fehlenden Symmetrie zwischen den
beiden Hälften der Gegentakt-Primärwicklung des Übertragers. Diese Unsymmetrie kann
auf Streuinduktivität und kapazitive Unsymmetrie zurückgeführt werden.
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In dem Bestreben, einen Übertrager mit einer gewünschten Durchlaßbandcharakteristik
auszubilden, stößt man auf eine Reihe von erschwerenden Faktoren. Bei einer gegebenen
Größe des Kerns ist die gesamte Windungszahl durch die Anforderungen an die Spannung
und die Impedanz an dem unteren Frequenzende des erforderlichen Durchlaßban.des
festgelegt. Die Streuinduktivitäten und die verteilten Kapazitäten .dieser Spulen
können so hoch sein, daß sie bei einer hohen Frequenz, die unter dem gewünschten
Wert liegt (z. B. von i5o kHz bis zu 2 MHz), eine Begrenzung oder Verzerrung zur
Folge haben. Eine gewisse Verbbsserung läßt sich durch Vergrößerung des Kerns zur
Verminderung der Windüngszahl und durch Unterteilung der Spulen erzielen, jedoch
wird der dadurch erzielte Gewinn an verminderten Streuinduktivitäten häufig durch
erhöhte verteilte Kapazitäten, welche auf der längeren mittleren Windungslänge und
der größeren Zahl von Wicklungsoberflächen beruhen, mehr als aufgewogen.
Man
hat elektrostatische Abschirmungen verwendet, um die Wirkungen der verteilten Kopplungskapazitäten
zwischen den Windungen zu vermindern, die für die kapazitive Unsymmetrie überwiegend
verantwortlich sind. Durch symmetrische Ausbildung der Wicklungen werden die Streuinduktivitäten
und verteilten Kapazitäten mit größerer Annäherung ins Gleichgewicht gebracht. Durch
die Anordnung von elektrostatischen Abschirmungen werden jedoch die verteilten Kapazitäten
erhöht, die im Nebenschluß zu den Wicklungen liegen. Es läßt sich daher ein symmetrischer
Aufbau nicht leicht erzielen, ohne d#aß entweder die verteilte Kapazität oder die
Streuinduktivität zwischen den Hälften der Primärwicklung erhöht wird. Die Erhöhung
der Streuindukti vität zwischen den Hälften der Primärwicklung isst besonders unerwünscht
für B-SGegentaktbetrieb, und zwar wegen .des Halbwellenbetriebes dieser Wicklungen.
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Es sind ferner bei Hochfrequenzspulen und -übertragern elektrisch
leitende, unmagnetische, geschlitzte Abschirmungen benutzt worden, welche alle Wicklungen
umschließen und den Streufluß vermindern sollen.
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Schließlich ist bei Übertragern die Anordnung von streuungsvermindernden
Zusatzwicklungen bekannt, welche zwischen den Hauptwicklungen vorgesehen werden
und genau gleiche Windungszahlen haben müssen. Diese Zusatzwicklungen werden mit
ihren Anfängen und Enden miteinander verbunden. so daß sie hinsichtlich des Kernflusses
als leer laufende, parallel geschaltete Wicklungen zu betrachten sind, die aber
nicht als elektrostatische Schirme wirken. Nachteilig ist, daß diese Zusatzwicklungen
einen wesentlichen Teil des Wickelraumes in Anspruch nehmen und dadurch mittelbar
die Kupferverluste des Übertragers vergrößern.
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'Gemäß der Erfindung wird ein Übertrager mit einem magnetischen Kern
und wenigstens zwei Primärwicklungen, von denen jede- mit einer Sekundärwicklung
magnetisch gekoppelt ist, wobei zwischen jeder Primärwicklung und der zu-@gehöri:gen
Sekundärwicklung ein leitender elektrostatischer Schirm angeordnet ist, in - der
Weise ausgebildet, daß jeder Schirm unmittelbar oder mittelbar geerdet ist und zugleich
eine isolierte Wicklung mit wenigstens einer Windung bildet und daß Mittel vorgesehen
sind, welche die Schirme zu einem geschlossenen Kreis mit solcher Polarität zusammen
elektrisch verbinden, daß in diesem Kreis ein die Streuinduktivität des Übertragers
vermindernder Strom fließt.
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Die gemäß der Erfindung vorgesehenen Zusatzwicklungen sind also so
ausgebildet und geschaltet, daß ,sie zwei verschiedene und getrennte Aufgaben erfüllen,
nämlich sowohl eine elektrostatische Abschirmung als auch eine Vergrößerung der
magnetischen Kopplung durch Verbesserung .der Streuinduktivität des Übertragers,
ohne die Nachteile der bekannten Anordnungen aufzuweisen.
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:Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus
der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen an Hand der Zeichnung. Fig.
i ist das Schaltbild eines Übertragers für Gegentaktmodulation gemäß der Erfindung;
Fig. 2 ist eine Seitenansicht eines Manteltransformators mit Schaltung nach Fig.
i, wobei gewisse Teile ausgeschnitten sind, um die Einzelheiten des inneren Aufbaues
zu zeigen; Fig. 3 ist ein Schnitt nach der Ebene 3-3 der Fig.2; Fig.4 ist eine teilweise
geschnittene Seitenansicht einer geänderten Ausführung eines Übertragers, der ebenfalls
nach Fig. i geschaltet sein kann; Fig. @ ist das Schaltbild eines Gegentaktübertragers
mit Vielfachwicklung gemäß der Erfindung; Fig.6 und 7 sind Seitenansichten eines
Kerntransformators bzw. eines Manteltransformators, die nach Fig. 5 geschaltet sein
können; Fig.8 ist eine schematische Darstellung einer weiteren Bauart eines Transformators
für Gegentaktmodulation mit Vielfachwicklung gemäß der Erfindung, der vier Wicklungspaare
besitzt; Fig.9 ist eine Seitenansicht des Übertragers nach Fig.8, wobei eine der
Spulengruppen teilweise ausgeschnitten ist, um den inneren Aufbau zu zeigen; Fig.
io zeigt eine besondere Prüfschaltung und die sich ergebenden Frequenzcharakteristiken
eines Übertragers gemäß der Erfindung für Hörfrequenzmodulation.
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In den verschiedenen Figuren sind entsprechende Elemente mit gleichen
Bezugsziffern bezeichnet. In den baulichen Darstellungen der Fig. 2, 3, .4, 6, 7
und 9 sind,die äußeren Anschlußverbindungen und die Verbindungen zwischen den Wicklungen
des Übertragers weggelassen, da sie in den entsprechenden Schaltbildern deutlich
gezeigt sind und ihre Wiedergabe in den baulichen Darstellungen nur verwirrend wirken
würde.
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Der in Fig. i gezeigte Übertrager 'besitzt einen lamellierten Magnetkern
ro, zwei Primärwicklungen ii und i2 und eine dazwischenliegende Sekundärwicklung
13. Die Primärwicklungen i i und 12 sind in Reihe zwischen zwei Eingangsklemmen
14 und 15 geschaltet, wobei eine Mittelanzapfung zur Herstellung einer Gegentaktsteuerung
an die Eingangsklemme 16 geführt ist. Die Sekundärwicklung 13 ist an zwei Ausgangsklemmen
17, i8 angeschlossen. Gemäß der Erfindung sind die betreffenden Primärwicklungen
gegen .die .dazwischenliegende Sekundärwicklung i13 mit Hilfe von geerdeten elektrostatischen
Schirmen i9 und 2o abgeschirmt. Die Schirme i9, 2o sind ebenfalls in Form von Wicklungen
dargestellt, deren Ausbildung unten näher beschrieben wird, und sie sind in einem
geschlossenen Kreis mit solcher Polarität verbunden, daß die in ihnen durch den
Streufluß induzierten Spannungen zur Herstellung eines in ihnen -kreisenden Stromes
einander entgegenwirken. Die Spannungen, .die in ihnen durch die Leerlaufkomponente
des Kernflusses induziert werden, sind annähernd gleich und entgegengesetzt. Daher
fließt in unbelastetem Zustand und bei normaler Erregung praktisch kein abschirmender
Kreisstrom.
Eine praktische Ausführungsform des Übertragers nach
Fig. i ist in den Fig.2 und 3 wiedergegeben. Der magnetische Kern io ist als Mantelkern
dargestellt und besteht aus einem rechteckigen Stapel von Blechen, die miteinander
in geeigneter Weise, z. B. durch Niete 25, verbunden sind. Alle Wicklungen und Schirme
sind konzentrisch auf den Mittelschenkel :des Kerns gewickelt, wobei die Sekundärwicklung
zwischen der inneren Primärwicklung i i und der äußeren Primärwicklung 12 angeordnet
ist. Die Sekundärwicklung 13 ist gegen die Primärwicklungen vi und 12 :durch
,die Schirme ig bzw. 2o abgeschirmt. Bei dieser Ausführung besteht jeder der Schirme
ig und 2o aus mehreren Windungen eines Streifens aus leitendem Metall, vorzugsweise
Kupfer, der zu einem spiralförmigen Rohr geformt ist, dessen Breite annähernd der
axialen Länge der Transform:atorwicklungen gleich ist. Die einzelnen Windungen jedes
Schirmes sind gegeneinander durch geeignetes Material und auch gegen die benachbarten
Spulenwicklungen isoliert. Wie aus Fig. 3 ersichtlich, sind die spiralförmigen Rohrschirme
iig und 20 mittels der Endstreifen 26 und 27 in einem geschlossenen Kreis verbunden.
Die Schirme sind in entgegengesetzten Richtungen gewickelt, und das innere Ende
des Schirmes ig ist mit dem äußeren Ende :des Schirmes 2o durch die Verbindungsstreifen
26 verbunden, während das äußere Ende des Schirmes ig mit dem inneren Ende des Schirmes
2o durch den Verbindungsstreifen 27 verbunden ist. Die entgegengesetzten Ränder
der Schirme sind vorzugsweise ebenfalls miteinander in ähnlicher Weise verbunden,
wie :durch die Verbindungsstreifen 28 und 29 in Fig. 2 dargestellt, um ein ausreichendes
Stromleitungsvermögen zu schaffen. Die beiden Schirme sind auf diese Weise zu einem
geschlossenen Kreis verbunden, und die Polaritäten der Wicklungen sind so, daß ein
Streufluß, welcher die Schirme schneidet und von dem Belastungsstrom in der sekundären
oder in einer primären Wicklung herrührt, in ihnen entgegenlaufende Spannungen induziert.
Dadurch wird wiederum ein in den beiden Schirmen fließender Kreisstrom erzeugt,
der eine MMK entwickelt, welche der den Streufluß erzeugenden MMK entgegenwirkt
und die induktive Reststreuung des Transformators wirksam herabsetzt.
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Wenn auch die Erfindung in ihrer Anwendung nicht auf die besonderen
Ausbildungen oder Abmessungen der verschiedenen Teile beschränkt ist, wurde als
praktisches Ergebnis festgestellt, daß die Summe der Leiterquerschnitte der beiden
Schirme ziemlich groß sein soll im Vergleich zu dem Leiterquerschnitt der Sekundärwicklung,
um eine im höchsten Grade befriedigende Wirkung zu erzielen. Es ist wünschenswert,
daß dieses Verhältnis annähernd z : i ist. Das bedeutet, daß die aktive Querschnittsfläche
des Metallschirmes ig, wie in Fig. 3 ersichtlich, plus der aktiven Ouerschnittsfläche
des Metallschirmes 2o ungefähr der aktiven Ouerschnittsfläche der Sekundärwicklung
13 gleich sein soll. Dies ist indessen nicht sehr kritisch, und Prüfungen haben
ergeben, daß dieses Verhältnis in einem erheblichen Bereich geändert werden kann,
ohne an Wirksamkeit zu verlieren, was die Verminderung der nichtlinearen Verzerrung
bei hohen Frequenzen betrifft. `Nenn ein Kupferstreifen von ausreichender Dicke
für die Schirme verwendet wird, kann für einen oder beide Schirme nur eine einzige
Windung erforderlich sein. Andernfalls können mehrere Windungen erforderlich sein,
um die benötigte Querschnittsfläche an Metall zu erhalten, wie bei der Ausführung
nach Fig. ti bis 3 dargestellt ist.
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Fig. q. zeigt eine ähnliche übertragerbauart gemäß der Erfindung,
welche jedoch von dem oben beschriebenen Aufbau _darin abweicht, daß die Schirme
ig' und 2o' aus einem starken, schmalen Kupferstreifen bestehen, .der zu einer einlagigen
Schraube geformt ist. Die beiden Wicklungen sind an ihren Enden mittels Streifen
35 und 36 miteinander verbunden, so daß ein kreisender Strom, der von dem Streufluß
herrührt, in derselben Richtung fließen kann wie bei der oben beschriebenen Bauart
der F ig. i bis 3.
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Fi:g.5 ist eine schematische Darstellung eines Transformators mit
zwei (Gruppen von magnetisch gekoppelten Wicklungen 37 und 38 der Type, wie sie
gewöhnlich bei einem B-Gegentaktverstärker verwendet wird. Jede der beiden Gruppen
von Spulen und Schirmen kann genau in derselben Weise, wie oben in Verbindung mit
Fig. i bis 3 oder in Verbindung mit der Ausführung der Fig. .4 beschrieben, ausgebildet
werden. Die entsprechenden Wicklungen der beiden Gruppen haben daher dieselben Bezugszeichen
mit den zusätzlichen Buchstaben a und b. Bei dieser übertra-gertype sind vier Abschirmwindungen
iga, 2od, igb, tob an ihren unteren Enden für Signalfrequenzen durch einen Nebenschlußkondensator
22 wirksam geerdet. Die Fig.6 und 7 zeigen weiterhin, ,daß die beiden Spulengruppen
in dem Übertrager .der Fig. 5 entweder durch einen Kern .derjenigen Bauart, bei
welcher die Spulen 37 und 38 auf gegenüberliegenden Schenkeln, wie in Fig.6 gezeigt,
angeordnet sind, oder durch einen Mantelkern, bei welchem, wie in Fig. 7 gezeigt,
ähnliche Spulen 37' und 38' auf demselben Schenkel angeordnet sind, magnetisch gekoppelt
werden können.
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Die Fig. 8 und g zeigen die Schaltung bzw. die mechanische Ausbildung
einer weiteren Type eines Modulationsübertragers mit Vielfachwicklung gemäß der
Erfindung. Diese Bauart verwendet zwei Gruppen von magnetisch gekoppelten Spulen
40 und 41 auf einem Schenkel eines rechteckigen Blechkernes 39 und zwei weitere
Gruppen von magnetisch gekoppelten Wicklungen 4.2 und 43 auf dem anderen Schenkel
des Kerns. Dieser übertrager ist als Abwärtstransformator dargestellt, wie er gewöhnlich
in Kreisen mit Hörfrequenzmodulation verwendet wird, mit vier Primärwicklungen P,
bis P4, die in Serien-Parallelschaltung über Kreuz verbunden sind, und mit vier
entsprechenden Sekundärwicklungen S1 bis S4, die parallel geschaltet sind.
Die
Ausbildung des Schirmes in dem übertrager der Fig. 8 und 9 unterscheidet sich von
derjenigen der oben beschriebenen Ausführungen. Die oberen Wicklungsgruppen 40 und
41 sind mit einem gemeinsamen Schirm44 in Form eines. spiralförmigen Rohres versehen,
dessen axiale Länge so groß ist, daß es sich ganz über die beiden Wicklungsgruppen
erstreckt. Die unteren Wicklungsgruppen 42, und ¢3 sind in ähnlicher Weise mit einem
gemeinsamen spiralförmigen Schirm 45 versehen. Bei dieser Ausbildung haben .die
rechten und .die linken Abschnitte jedes Schirmes 44 bzw. 45 die Aufgabe des einen
der beiden Schirme der Ausführungen der Fig. i bis 3. Da jeder Schirm in Form eines
einzigem fortlaufenden Bleches ausgebildet ist; welches sich zwischen beiden Wicklungsgruppen
erstreckt, besteht keine Notwendigkeit für die Anbringung von zusätzlichen Verbindungsstreifen
über die Enden, um einen geschlossenen Strompfad über die Schirmabschnitte herzustellen.
Es sei beispielsweise eine augenblickliche Richtung des Stromflusses in der Primärwicklung
P, in Fig. 8 so angenommen, daß der von der Belastung des sekundären Abschnittes
Si herrührende Streufluß einen Stromfluß von der inneren Fläche des linken Abschnittes
des Schirmes 44 zu seiner äußeren Fläche induziert. Gleichzeitig wird, da die augenblickliche
Polarität der Primärwicklung P2 umgekehrt ist, .der Stromfluß, welcher von der Belastung
des sekundären Abschnittes- S2 herrührt, einen Stromfluß in dem rechten Abschnitt
des Schirmes 44 von der äußeren Oberfläche zu der inneren Oberfläche induzieren.
De. die beiden Oberflächen elektrisch miteinander über die mittleren Teile des Schirmes
zwischen den: beidenWicklungsgruppen verbunden sind, ist leicht ersichtlich, daß
ein geschlossener Kreis für die kreisenden. Schirmströme geschaffen wird, der in
gleicher Weise wirkt wie bei den oben beschriebenen Bauarten des Übertragers.
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Fig. io zeigt eine Schaltung, die zur Prüfung eines besonderen Übertragers
für Hörfrequenzmodulation gemäß der Erfindung benutzt wurde, in Verbindung mit aufgenommenen
Kurven, welche seine Frequenzcharakteristiken zeigen. Die äquivalenten Anodenwiderstände
der Gegentaktverstärkerröhren, die normalerweise an die Eingangsklemmen z, 2 und
2, 3 des Übertragers angeschlossen würden, wurden durch zwei 1400-Ohm-Widerstände
in Reihe nachgebildet. Der an die Klemmen q., 5 angeschlossene Ausgangskreis enthält
ein, übliches Filternetzwerk mit einer Drossel von 50 mH und einem Nebenschlußwiderstand
von io4ooOhm. Der Kondensator von o,o1ooq.,uF bildet die verteilte Kapazität der
Modulationsdrossel nach, die normalerweise in dem Ausgangskreis vorhanden wäre,
während der Kondensator von 0,0015 fzF die Belastung und Nebenschlußkapazitäten
(des Sendesystems nachbildet. Der Widerstand von 520o Ohm bildet den Anodenwiderstand
der modulierten Röhre nach.
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Die aufgenommenen Kurven der Fig. io zeigen, daß die Ausgangsspannung
für diese besondere Schaltung von etwa 3o bis etwa 12 ooo Hz innerhalb von 3 d#b
flach verläuft. Wenn der Übertrager eine reine Widerstandsbelastung gespeist hätte,
würde sogar eine noch bessere Wiedergabe bei hohen Frequenzen erzielt werden.
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Es sei hervorgehoben, daß bei jeder Bauart des Übertragers gemäß der
Erfindung ein Streufluß zwischen den beiden Schirmabschnitten auftritt, sobald Strom
in einer Sekundärwicklung oder in einer Primärwicklung fließt, der SpannungsunsYmmetrien
erzeugt, die kreisende Schirmströme induzieren. Diese Ströme entwickeln wiederum
MMKe, welche denjenigen entgegenwirken, welche von (dem Streufluß herrühren, und
vermindern dadurch wirksam die Streuinduktivität des Übertragers. Durch Vergrößerung
der Abstände zwischen den Wicklungen wird die verteilte Kapazität ebenfalls vermindert.
Prüfungen an ausgeführten Übertragern haben eine wesentliche Verminderung der Streuinduktivität
sowie eine wesentliche Verbesserung der Wiedergabe bei hoher Frequenz und der Wellenform
der primären Spannung gezeigt. Berechnungen, die sich auf eine besondere Ausbildung
beziehen, zeigen, @daß man durch Anwendung der Abschirmung nach der Bauart der Erfindung
die Streuinduktivität auf etwa zwei Drittel des Wertes herabsetzen kann, der ohne
die Schirmwicklungen vorhanden wäre. Prüfungen, die an gemäß der Erfindung gebauten
übertragern durchgeführt wurden, haben einen gewissen Fehler zwischen den berechneten
und den gemessenen Werten der Streuinduktivität gezeigt, wobei die letzteren Werte
erheblich niedriger waren. Dies kann auf die Wirkung der Wicklungswiderstände auf
die Messungen zurückgeführt werden. Indessen haben sorgfältige Verzerrungsmessungen
an einer Reihe von Prüfübertragern, die so angeordnet waren, daß sie die Einschaltung
eines Widerstandes in den Pfaddes Schirmstromes gestatten, gezeigt, daß der Grad
der Wirksamkeit bei der Verminderung der Verzerrung sehr gut dem des berechneten
Wertes der Induktivität, besser als dem gemessenen Wert, entspricht. Es wurde, ohne
daß die Erfindung darauf beschränkt wäre, festgestellt, daß diese Bauart besonders
geeignet ist für die Klasse B von Modulationsübertragern für Hör-und Fernsehfrequenzen,
bei welchen es normalerweise schwierig ist, der Verzerrung auf einen annehmbaren
Wert zu vermindern, und zwar wegen der ungleichmäßigen Belastung des Übertragers
während des Arbeitszyklus.
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Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele
beschränkt. Diese könnten vielmehr in verschiedener Hinsicht abgeändert werden,
ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.