DE972342C

DE972342C - Tunable circuit with temperature compensation

Info

Publication number: DE972342C
Application number: DEN11479A
Authority: DE
Inventors: Brian Ernest Attwood
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1954-11-26
Filing date: 1955-11-24
Publication date: 1959-07-09
Also published as: FR1140879A; NL104052C

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen abstimmbaren Kreis, der in Anordnungen eingebaut ist, bei denen ein guter Temperaturausgleich in einem großen Frequenzbereich erforderlich ist.
Solche abstimmbaren Kreise können beispielsweise bei einem UHF-Oszillator Verwendung finden, etwa in Mischstufen in einem Überlagerungsempfänger für Ultrahochfrequenzen. Bei solchen Anwendungen ist es üblich, zum Erzielen eines ίο Temperatarausgleiches außer dem Hauptabstimmkondensator einen temperaturabhängigen Kondensator zu verwenden. Dieser Auegleich würde im Idealfall in dem ganzen Abstimmbereich genau sein, und dazu ist es erforderlich, daß die Kapazität des temperaturabhängigen Kondensators sich mit der Frequenz ändert. Dies könnte grundsätzlich durch die Anbringung eines veränderbaren Abstimmkondensators erzielt werden, der einen temperaturabhängigen Teil enthält, aber es würde schwierig sein, diesen einzustellen und. in einem ao ausgedehnten Abstimmbereich eingestellt zu halten. Auch ist es möglich, eine Anzahl temperaturabhängiger Kondensatoren in Verbindung mit Mitteln zu verwenden, durch die jeweils einer dieser Ausgleichskondensatoren selbsttätig parallel zum Abstimmkondensator geschaltet wird, je nach der Stellung des Abstimmkondensators. Eine solche Vorrichtung würde jedoch nicht befriedigendThe invention relates to a tunable circuit which is incorporated in arrangements where good temperature compensation is required over a wide range of frequencies.
Such tunable circuits can be used, for example, in a UHF oscillator, for example in mixer stages in a heterodyne receiver for ultra-high frequencies. In such applications it is common to use a temperature-dependent capacitor in addition to the main tuning capacitor in order to achieve temperature compensation. This equilibrium would ideally be accurate over the entire tuning range, and this requires that the capacitance of the temperature-dependent capacitor change with frequency. This could basically be achieved by adding a changeable tuning capacitor that contains a temperature dependent part, but it would be difficult to adjust and adjust. to keep set in an ao extended tuning range. It is also possible to use a number of temperature-dependent capacitors in connection with means by which one of these equalizing capacitors is automatically switched in parallel to the tuning capacitor, depending on the position of the tuning capacitor. However, such a device would not be satisfactory

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wirken, und es würde schwierig sein, einen kontinuierlichen und gleichmäßigen Ausgleichseffekt zu erzielen.act and it would be difficult to keep one continuous and to achieve an even balancing effect.

Die Erfindung bezweckt, einen verbesserten abstiimmbaren Kreis zu schaffen, bei dem ein konstanter Temperaturausgleich auf einem ausgedehnten Abistimmbereich in einfacher und zuverläss^;ger Weise erzielbar ist.The aim of the invention is to create an improved tunable circuit in which a constant temperature compensation over an extended tuning range can be achieved in a simple and reliable manner ^; ger way is achievable.

Bei einem abstimmbaren Kreis mit einer Lecherleitung, die an einem Ende von einem veränderbaren Kondensator abgeschlossen ist und am anderen Ende erregt wird, so daß sich auf der Leitung stehende Wellen ausbilden, ist erfindungsgemäß die Leitungslänge so bemessen, daß einIn the case of a tunable circle with a Lecher line, the one at one end of which is changeable Capacitor is terminated and energized at the other end, so that on the Form line standing waves, the line length is dimensioned according to the invention so that a

Spannungsknoten der stehenden Welle auf der Lecherleitung liegt, und der Kreis zusätzlich wenigstens einen Kondensator enthält, dessen Temperaturabhängigkeit nicht vernachlassigbar ist, und der an eine solche Stelle der Leitung geschaltet ist, daß der Einfluß dieses Kondensators auf die Frequenz des abgestimmten Kreises sich mit der Lage des Spannungsknotens und somit mit der Betriebsfrequenz, auf die der Kreis abgestimmt ist, ändert, derart, daß sich eine Temperatures kompensation der Frequenz unabhängig von der eingestellten Frequenz ergibt. Es dürfte einleuchtend sein, daß ein an die Leitung, angeschlossener Ausgleichskondensator wirkungslos ist, wenn ein Spannungsknoten bei einer bestimmten Frequenz in dem Punkt liegt, in dem der Kondensator angeschlossen ist, und gleichfalls, daß die Wirkung eines solchen Kondensators sich mit dem Abstand vom Knoten ändert.The voltage node of the standing wave lies on the Lecher line, and the circle in addition contains at least one capacitor, the temperature dependence of which is not negligible, and which is connected to such a point on the line that the influence of this capacitor on the Frequency of the tuned circle is related to the location of the voltage node and thus to the Operating frequency to which the circuit is tuned changes in such a way that a temperature compensation of the frequency independent of the set frequency. It should make sense be that a compensating capacitor connected to the line is ineffective if a voltage node at a certain frequency lies in the point where the capacitor is connected, and likewise that the effect of such a capacitor increases with the distance changes from the node.

Bei solchen Vorrichtungen wird die Bewegung eines Spannungsknotens der stehenden Wellen dazu benutzt, um die Einwirkung des oder eines jeden temperaturabhängigen Atisgleichskondensators in Abhängigkeit von der Frequenz zu regeln oder um zwischen mindestens zwei solchen Kondensatoren die Beeinflussung der Ausgleichswirkung einstellbar zu machen. Bei einer Vorrichtung, bei der zwei temperaturabhängige Kondensatoren Verwendung finden, die in voneinander entfernten Punkten angeschaltet sind, kann die Wirkung der beiden Kondensatoren zu gleicher Zeit durch einen Spannungsknoten geregelt werden, der zwischen den erwähnten Punkten bei Frequenzänderungen bewegt wird, die von dem veränderbaren Abstimmkondensator erzeugt werden.In such devices, the movement of a tension node of the standing waves becomes such used to reduce the action of the or each temperature-dependent equalizing capacitor in Depending on the frequency to regulate or to switch between at least two such capacitors to make the influence of the compensating effect adjustable. In a device where two temperature-dependent capacitors are used, which are switched on in distant points are, the effect of the two capacitors can be regulated at the same time by a voltage node between the mentioned Points is moved with frequency changes by the variable tuning capacitor be generated.

Bei dem Bau von Überlagerungsempfängern für UHF-Bänder ist die Stabilität des Oszillators eines der größten Probleme. Hinsichtlich des Fernsehitones in UHF-Bändern tritt dieses Problem ernsthafter beim englischen System auf, bei dem ein amplitudenmoduliertes Tonträgerwellensystem Verwendung findet, als beim amerikanischen System, bei dem die Anwendung des Differenzträgerverfahrens eine verhältnismäßig große Toleranz in der Verschiebung der Oszillatorfrequenz ermöglicht. Es ist besonders wichtig, einen Oszillator zu verwenden, der eine geringe Anfangsverschiebung oder Anheizverschiebung aufweist. Wenn die Ton-ZF-Bandbreite und die Tonträgerwellenunterdrückung in Betracht gezogen werden, ist der Höchstwert der zulässigen Verschiebung 100 kHz- und vorzugsweise nicht mehr als 50 kHz.When building heterodyne receivers for UHF bands, the stability of the oscillator is important one of the biggest problems. This problem arises with regard to the TV sound in UHF bands more seriously in the English system, in which an amplitude-modulated sound carrier wave system It is used, as in the American system, in which the application of the differential carrier method allows a relatively large tolerance in the shift in the oscillator frequency. It is especially important to use an oscillator that has a small initial offset or heat-up shift. If the audio IF bandwidth and the sound carrier wave suppression to be considered, the maximum value of the allowable displacement is 100 kHz- and preferably no more than 50 kHz.

Eine Grenze von 50 kHz bedeutet eine Stabilität von 0,00625% bei 800 MHz und von 0,01% bei 500 MHz. Deshalb muß der Oszillator unter allen normalen Betriebsverhältnissen sehr stabil sein, wobei auch große Änderungen der Umgebungstemperatur und Änderungen im Speisenetz in Betracht gezogen werden, müssen. Die anfängliche Anheizverschiebung muß in möglichst kurzer Zeit (hierbei wird eine Zeitdauer von 2 Minuten als angemessen betrachtet) beendet sein.A limit of 50 kHz means a stability of 0.00625% at 800 MHz and 0.01% at 500 MHz. Therefore the oscillator must be very stable under all normal operating conditions, large changes in the ambient temperature and changes in the supply network are also taken into account must be pulled. The initial heating shift must be as short as possible (a period of 2 minutes is considered appropriate here) have ended.

Das Verfahren zum Abstimmen von UHF-Oszillatoren durch Veränderung der Kapazität am Ende einer Lecherleitung ist das günstigste infolge seiner Einfachheit und guten Leistung. Mittels eines geeigneten veränderbaren Kondensators können die Bänder IV (470 bis 580 MHz) und V (610 bis 960 MHz) fast völlig überstrichen werden, und eine Ausführungsform der Erfindung, die bei einem Oszillator dieser Art Anwendung findet, wird nachstehend an Hand der Zeichnung beschrieben, wobei ein kapazitiver Ausgleich durch Kondensatoren mit negativem Temperaturkoeffizienten (»NTC«) in zwei verschiedenen Formen zum Beschränken oder Beseitigen der erwähnten Verschiebung Verwendung findet.The process of tuning UHF oscillators by changing the capacitance on the The end of a Lecher line is the cheapest due to its simplicity and good performance. Means Using a suitable variable capacitor, bands IV (470 to 580 MHz) and V (610 to 960 MHz) are almost completely swept over, and an embodiment of the invention that is used in an oscillator of this type is used, is described below with reference to the drawing, with capacitive compensation by capacitors with negative temperature coefficients ("NTC") in two different forms to limit or eliminate the ones mentioned Shift is used.

Fig. ι zeigt ein Schaltbild eines Triodenoszillators ;Fig. Ι shows a circuit diagram of a triode oscillator ;

Fig. 2 zeigt eine Draufsicht auf den abgestimmten Kreis;Figure 2 shows a top view of the matched circle;

Fig. 3 zeigt die Abmessungen des bei dieser Anordnung benutzten Bimetallstreifenluftkondensators, undFig. 3 shows the dimensions of the bimetallic strip air condenser used in this arrangement, and

Fig. 4 zeigt den montierten Oszillator schaubildlich. 4 shows the mounted oscillator in perspective.

In der nächstehenden Beschreibung werden, genaue Werte nur zum besseren Verständnis der Schaltungsanordnung und zur Erleichterung der Durchführung in der Praxis gegeben.The following description will be precise Values only for a better understanding of the circuit arrangement and to facilitate the Implementation given in practice.

Fig. ι zeigt die Schaltungsanordnung eines mit Hilfe eines Schmetterlingskondensators (d. h. eines Kondensators mit viertelkreissektorförmigen Platten) abgestimmten Oszillators mit einer Lecherleitung, bei der eine Triode 1 und eine Lecherleitung 2 Verwendung finden. Der überstrichene Frequenzbereich liegt zwischen 530 und 830 MHz bei Verwendung eines einzigen Schmetterlingskondensators 3.Fig. Ι shows the circuit arrangement of a with the help of a butterfly capacitor (i.e.. a capacitor with quarter circle sector-shaped plates) tuned oscillator with a Lecher line in which a triode 1 and a Lecher line 2 are used. The overlined one Frequency range is between 530 and 830 MHz using a single butterfly capacitor 3.

Der Oszillator ist im Prinzip ein Colpitts-Oszillator mit Drosselspulen 6, 7 in den Leitungen zum Heizdraht und zur Kathode, um bei dieser letzteren die HF-Spannung nicht kurzzuschließen, und die Anordnung dieser Drosselspulen ist in Fig. 4 dargestellt.The oscillator is basically a Colpitts oscillator with choke coils 6, 7 in the lines to the heating wire and to the cathode, so as not to short-circuit the HF voltage in the latter, and the arrangement of these reactors is shown in FIG.

Der Schmetterlingskondensator 3 ist von üblicher Art mit einer Kapazitätsänderung von 2,5 bis 15 pF zwischen den beiden Statorplatten, obgleich auch ein Kondensator mit einem größeren Bereich Verwendung finden kann, um die vorstehend erwähnten Bänder IV und V völlig zu überstreichen.The butterfly capacitor 3 is of the usual type with a change in capacitance of 2.5 to 15 pF between the two stator plates, although a capacitor with a larger area is also used can be found to completely pass over the aforementioned bands IV and V.

Die Ausgleichsmittel bestehen aus einem kera-The compensation means consist of a ceramic

mischen NTC-Kondensator ίο und einem NTC-Luftkondensator ii, bei dem ein Bknetallausgleichselement 12 Verwendung findet. Bei verhältnismäßig niedrigen Frequenzen ist die Korrektion durch den keramischen NTC-Kondensator völlig ausreichend, aber dies ist am oberen Ende des Bandes V nicht der Fall aus den nachstehenden zwei Gründen. Erstens ergibt sich eine sehr große Verschiebung infolge der sich ändernden Kapazitat der Röhre, die bei hohen Frequenzen einen großen Teil der Kapazität des äußeren abgestimmten Kreises bildet; infolgedessen ist ein hoher Korrektionsgrad erforderlich. Der zweite Grund liegt in der Tatsache, daß der NTC-Kondensator einen sehr niedrigen Wert haben muß, weil er sonst das obere Ende des Bereiches beschränkt. Um diese Anforderung zu erfüllen, liefert der NTC-Luftkondensator, bei dem der Bimetallstreifen Verwendung findet, diese große Änderung bei einer ge-mix NTC condenser ίο and an NTC air condenser ii, in which a Bknetallausgleichselement 12 is used. The correction is at relatively low frequencies completely sufficient through the ceramic NTC capacitor, but this is at the upper end of the Volume V does not do so for the following two reasons. First, there is a very large one Displacement as a result of the changing capacitance of the tube, which occurs at high frequencies forms large part of the capacity of the outer concerted circle; as a result is a high Degree of correction required. The second reason lies in the fact that the NTC capacitor must have a very low value, otherwise it will limit the upper end of the range. Around The NTC air condenser, in which the bimetal strip is used, delivers the requirement finds this big change in a

ao ringen Mindestkapazität.ao wrestling minimum capacity.

Wenn wir das Ende des Bandes betrachten, in dem die niedrigen Frequenzen liegen, muß der keramische NTC-Kondensator 10 so angeordnet werden, daß er den erforderlichen Ausgleich beiIf we look at the end of the band where the low frequencies lie, it must be ceramic NTC capacitor 10 can be arranged so that it provides the necessary compensation

«5 niedrigen Frequenzen liefert und dennoch bei hohen Frequenzen wenig oder gar keine Wirkung hat.«Provides 5 low frequencies and yet at high Frequencies has little or no effect.

Dies wird dadurch erzielt, daß er beim Spannungsknoten angeordnet wird, wenn der Oszillator am oberen Ende des Bandes betrieben wird. Wenn die Frequenz herabgesetzt wird, verschiebt sich der Spannungsknoten, und am niedrigeren Ende des Bandes befindet sich der keramische NTC-Kondensator 10 im Bereich eines Spannungsbauches,- so daß er die größte Wirkung auf die Frequemzverschiebung ausübt. Bei der dargestellten Schaltungsanordnung ergibt sich der hochfrequente Spannungsbauch bei den Röhrenstiften 15, die einen Teil des Röhrensockels 14 bildet. Der Wert des keramischen Kondensators 10 ist hierbei vorzugsweise 1 pF mit einem Temperaturkoeffizienten von 750 · 10—« ° C.This is achieved by placing it at the voltage node when the oscillator operated at the top of the belt. If the frequency is decreased, it shifts Voltage node, and at the lower end of the ribbon is the ceramic NTC capacitor 10 in the area of a tension belly - so that it has the greatest effect on the frequency shift exercises. In the circuit arrangement shown, the high-frequency bulge results in the tube pins 15, the a part of the tube base 14 forms. The value of the ceramic capacitor 10 is preferable here 1 pF with a temperature coefficient of 750 · 10- «° C.

Wenn die Oszillatorschaltung bei einem Überlagerungsempfänger Verwendung findet, wird ein Trimmerkondensator 13 benutzt, um am niederfrequenten Ende des Bereiches den Frequenzunterschied konstant zu halten. Dieser Trimmerkondensator kann einen Wert von etwa 1,5 pF aufweisen und kann ein Kondensator der keramischen Art mit einem negativen Temperaturkoeffizienten von 300 ■ ro~~⁵ je Grad Celsius sein. Der letztere Kondensator wird vorzugsweise in dem gleichen Punkt wie der keramische NTC-Ausgleichskondensator 10 angeordnet, wie dies in der Zeichnung dargestellt ist.If the oscillator circuit is used in a heterodyne receiver, a trimmer capacitor 13 is used to keep the frequency difference constant at the low-frequency end of the range. This trimmer capacitor can have a value of around 1.5 pF and can be a ceramic type capacitor with a negative temperature coefficient of 300 ± ⁵ per degree Celsius. The latter capacitor is preferably placed in the same point as the ceramic NTC compensation capacitor 10, as shown in the drawing.

Der Bimetallstreifen 12 ist mit einem Draht der Lecherleitung in dem Punkt verbunden, in dem diese mit einem Stator des Schmetterlingskondensators verbunden ist (vgl. Fig. 2 und 4). Am anderen Stator des Schmetterlingskondensators ist in der Nähe des Bimetallstreifens eine Platte befestigt, so daß ein Kondensator gebildet wird. Im Betrieb wird, wenn die Röhre sich erwärmt, Wärme über einen Draht der Lecherleitung zum Bimetallstreifen hin geleitet, wodurch dieser sich etwas krümmt, so daß die Kapazität über den Leitern herabgesetzt wird. Der normale oder mittlere Abstand zwischen der festen Platte und dem Bimetallstreifen ist sehr kritisch, und bei den günstigen Werten, die in Fig. 3 angegeben sind, hat es sich herausgestellt, daß ein Abstand von 2 mm die besten Ergebnisse liefert.The bimetallic strip 12 is connected to a wire of the Lecher line at the point in which this is connected to a stator of the butterfly capacitor (see. Fig. 2 and 4). At the a plate is attached to the other stator of the butterfly capacitor near the bimetallic strip, so that a capacitor is formed. In operation, as the tube heats up, it generates heat routed via a wire of the Lecher line to the bimetallic strip, which causes it to move slightly bends so that the capacitance across the conductors is reduced. The normal or medium distance between the solid plate and the bimetallic strip is very critical, and at the cheap Values given in Fig. 3, it has been found that a distance of 2 mm the delivers the best results.

Der Bimetallstreifen hat nach 2 Minuten seine volle Wirkung und hält von diesem Augenblick an die Oszillatorfrequenz konstant, sogar bei starken Änderungen der Umgebungstemperatur.The bimetallic strip has its full effect after 2 minutes and stops from that moment the oscillator frequency is constant, even with large changes in the ambient temperature.

Die Klemmen 17 können als Überwachungspunkte für den Gitterstrom ausgenutzt werden. Die Stromzuführung erfolgt über Durchführungen 16 und Widerstände 8 umd 9.The terminals 17 can be used as monitoring points for the grid current. the Power is supplied via bushings 16 and resistors 8 and 9.

Der beschriebene Oszillator mit abgeschlossener Leitung arbeitet mit guter Frequenzstabilität sowohl am hochfrequenten als am niederfrequenten Ende der UHF-Bänder IV und V. Es hat sich herausgestellt, daß die Frequenzverschiebung bei MHz vernachlässigbar ist bei einer Änderung der Umgebungstemperatur von 26 auf 6o° C.The terminated-line oscillator described operates with good frequency stability both at the high-frequency than at the low-frequency end of the UHF bands IV and V. It has been found that the frequency shift at MHz is negligible when the ambient temperature changes from 26 to 60 ° C.

Claims

Patent claims:

1. Tunable circle with a Lecher line, which at one end of a changeable Capacitor is terminated and energized at the other end, so that on the Form line standing waves, characterized in that the line length is dimensioned in this way is that a voltage node of the standing wave lies on the Lecher line, and that the circuit additionally contains at least one capacitor, the temperature of which is dependent is not negligible, and which is connected to such a point on the line that the influence of this capacitor on the frequency of the tuned circuit varies with the Position of the voltage node and thus with the operating frequency to which the circuit is tuned is, changes, such that a temperature compensation of the frequency is independent of the set frequency results.

2. tunable circle according to claim 1, characterized in that the tuning foare The circuit for temperature compensation contains at least two temperature-dependent capacitors, which are connected to the line at slightly distant points, which Points are so located that the action of each capacitor on the frequency of the tuned Circle itself with the position of the voltage node and thus with the operating frequency to which the circle is tuned, changes.

3. Tunable circuit according to one of the preceding claims, characterized in that that the Lecher line is only so long that at every frequency within the tuning range a single tension node emerges on it

and that a ceramic capacitor with a negative temperature coefficient is connected across the line at or near the end to which the line is connected is connected, while a second capacitor with a negative temperature coefficient, near the other end of the line in parallel with a variable tuning capacitor of the butterfly type is connected, in which second capacitor with negative Temperature coefficient of air as a dielectric is used, with the capacitor has at least one plate which consists of a bimetallic organ or of this being affected.

4. Tunable circuit according to claim or 3 in a Colpitts circuit with a Tube, whose anode and control grid are connected to the excited end of the Lecher line are.

Considered publications:

German Patent No. 902 026;

German patent application T 2288 VIII a / 21 a ⁴ (published May 21, 53);

G. Megla, decimeter wave technology, Leipzig, 1954, pp. 45, 47, 60, 61 and 186 to 199;

H. E. Hollmann, Physics and Technology of Ultra-Short Waves, Berlin, 1936, Vol. I, pp. 79 and 80; Radio Mentor, 1941, p. 341.

1 sheet of drawings