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Einrichtung zur Neutralisierung von kapazitiver Kopplung.
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Geltung gebracht. Fig. 5 und 6 sind Schaltungen, bei welchen das in Fig. 2 dargestellte Prinzip in seiner Anwendung auf einen mehrstufigen thermionischen Röhrenverstärker veranschaulicht ist, wobei nicht abgestimmte (Fig. 5) bzw. abgestimmte (Fig. 6) Zwischentransformatoren verwendet sind. Fig. 7 zeigt ein Schaltungselement, welches eine Abänderung der vorliegenden Erfindung in ihrer Anwendung auf ein System von mehr als zwei Kreisen veranschaulicht. Fig. 8 ist eine Schaltung eines Radioempfängers mit einem mehrstufigen Hochfrequenzverstärker, bei welchem die in Fig. 7 gezeigten Prinzipien in ihrer Anwendung auf einen Verstärker der in Fig. 6 gezeigten Art, ausgenutzt sind.
Fig. 9 zeigt in Draufsicht und Ansicht eine konstruktive Ausführung der Erfindung in ihrer Anwendung für eine Radio-Empfangsanlage. Fig. 10 ist die zugehörige Schaltung.
In den Fig. 1 bis 7 sind mit A und B elektrische Stromkreise irgendwelcher Art bezeichnet ; z. B. abgestimmte, nicht abgestimmte oder resonante Kreise, Mit den Buchstaben Cl, C2, C'und CIf sind Kapazitäten bezeichnet,-welche die vier Zweige einer aus lauter Kapazitäten bestehenden Brücke bilden und welche beliebiger Art sein können, z. B. Kondensatoren oder natürliche inhärente Kapazitäten zwischen Stromkreiselementen oder zwischen den Elektroden thermionischer Ventile. Wenn eine dieser
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Die Werte der Kapazitäten werden so lange eingestellt, bis kein Teil der zwischen den Ansehlusspunkten eines Kreises erzeugten Spannung zwischen den Anschlusspunkten des andern Kreises zur Geltung kommt. Zwischen den beiden Kreisen darf keine induktive oder Widerstandskopplung bestehen, wenn eine genaue Ausbalanzierung erhalten werden soll. Die quantitative Bedingung für eine genaue Ausbalanzierung oder für eine Neutralisierung der kapazitiven Kopplung zwischen den Kreisen A und B ist :
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Für den in Fig. 1 dargestellten fundamentalen Kreis, ebenso für die in den andern Figuren dargestellten Kreise ist für die Zwecke der Beschreibung angenommen, dass diese vier fundamentalen Kapazitäten derart eingestellt sind, dass sie der durch obige Gleichung ausgedrückten Bedingung Genüge leisten.
Eine induktive Kopplung oder eine Widerstandskopplung kann gewünschtenfalls dann zwischen die Kreise eingeführt werden. Die kapazitive Kopplung jedoch wird so lange neutralisiert bleiben, als der Gleichung 1 entsprochen wird.
Fig. 2 zeigt das Prinzip der Erfindung in ihrer Anwendung auf einen einfachen Stromkreis mit thermionischem Ventil. Hier, wie in Fig. 3, kann A und B als Eingangs-bzw. Ausgangskreis des thermonischen Ventils 1 angesehen werden, welches die Anode P, das Gitter G und den Faden F enthält. Da entsprechend der allgemeinen Praxis der Eingangskreis stets mit dem Gitter und der Ausgangskreis mit der Anode verbunden ist, so ruft die natürliche Kapazität zwischen Gitter und Anode gewöhnlich eine kapazitive Kopplung zwischen dem Eingangs-und Ausgangskreis hervor. Durch die dargestellte Anordnung der Kapazitätsbrücke wird diese kapazitive Kopplung ausbalanziert und neutralisiert.
Sowohl bei dieser als auch bei den in den andern Figuren dargestellten Schaltungen kann die Kapazität C'als jene angesehen werden, welche die unerwünschte und zu neutralisierende Kopplung hervorruft. Der zwischen Gitter und dem Fadenkreis geschaltete grosse Widerstand oder die Gitterableitung 2 ist, wie üblich, zu dem Zweck vorgesehen, um ein konstantes durchschnittliches Gitterpotential in bezug auf den Faden aufrechtzuerhalten. Ein soleher Widerstand ist ein einfaches Mittel, das erforderliche Gitterpotential aufrechtzuerhalten, welches in bezug auf den Faden entweder positiv oder negativ sein kann, je nachdem es für das besondere verwendete thermionisehe Ventil notwendig ist und es kann auch in vielen andern Weisen, z. B. durch Verwendung einer Impedanz oder einer besonderen Batterie erhaltenwerden.
Eine maximale Verstärkung wird erhalten werden, wenn eine möglichst hohe Eingangsspannung dem Gitter des thermionischen Ventils aufgedrückt wird und es ist daher vorzuziehen, dass das Ver-
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neutralisierende Brücke im Verhältnis zum Gitter und zur Anode verkehrt angeordnet ist. Bei dieser Figur ist mit A der mit dem Gitter G und dem Faden F des thermionischen Ventils 3 verbundene Eingangskreis bezeichnet. Die Kapazität 0'stellt die zwischen dem Gitter G und der Anode P vorhàndene inhärente Kapazität C'dar. Im Ausgangskreis B sind die Kapazitäten C1, C2 und 0", die derart eingestellt sind, dass die durch die Gleichung (1) ausgedrückte Gleichgewichtsbedingung zwischen den Kreisen A und B erreicht ist.
Eine Drosselspule 4 von hoher Induktanz und geringer elektrostatischer Kapazität ist in den Anodenkreis zwischen der Anode P und der Anodenbatterie 12 eingeschaltet, wodurch der Anodengleichstrom nicht behindert wird, wogegen die Hochfrequenzströme, welche im Anodenausgangskreis fliessen, infolge der hohen Impedanz der Spule 4 von der Batterie 12 des Stromkreises B abgehalten werden.
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Die in Fig. 4 veranschaulichte Anordnung zeigt das System nach Fig. 1 in seiner Anwendung auf den Eingangsstromkreis eines thermionischen Ventils. In diesem Beispiel soll angenommen werden, dass die Kreise A und B als Quellen von zwei getrennten Spannungen angesehen werden können, die in Serie zwischen zwei durch eine Kapazität verbundene Punkte zur Geltung gebracht werden : diese Kapazität ist in diesem Falle die natürliche inhärente Kapazität C', die als jene Kapazität dargestellt ist, welche zwischen dem Gitter G und dem Faden F des thermionischen Ventils 5 besteht. Wenn die beiden Kreise A und B hintereinander zwischen dem Gitter und dem Faden geschaltet sind, sind sie durch die
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G ci mal der Spannung über den Kreis B.
Die Schaltung in Fig. 5 veranschaulicht zwei Stufen eines Mehrstufenverstärkers, bei welchem die in Fig. 2 gezeigte Einrichtung zum Neutralisieren der kapazitiven Kopplung zwischen zwei aufeinanderfolgenden Transformatoren verwendet ist, welche durch die natürliche inhärente Kapazität C' zwischen Gitter und Anode P des thermiomsehen Ventils 8 besteht. Die beiden Stufen sind identisch, so dass nur eine derselben hier in Betracht gezogen werden kann. Strom schwankungen im mit "Eingang" bezeichneten Kreis, welche aus dem Ausgang einer vorhergehenden, die Primärwicklung eines Transformators 10 enthaltenden Stufe stammen können, induzieren Schwankungen in der Spannung über den Gitterfadenkreis des thermionischen Ventils 8 durch die sekundäre Wicklung des Transformators 10.
Dieser Kreis ist durchaus identisch mit dem in Fig. 2 veranschaulichten und die Kapazitäten Cl und C" und C2 wirken gleich wie die entsprechenden Kapazitäten der früheren Figur.
Die Schaltung nach Fig. 6 ist im Wesen gleich jener nach Fig. 5 mit dem Unterschied, dass die periodischen Transformatoren 10 der Fig. 5 hier durch induktiv gekoppelte abgestimmte Transformatoren mit Primär-und Sekundärwicklung 13 bzw. 14 ersetzt sind. Die sekundäre Wicklung 14 ist durch den variablen Kondensator 15 abgestimmt. Im Zusammenhang mit den Fig. 5 und 6 ist es wichtig zu bemerken, dass die Neutralisation der kapazitiven Kopplung gänzlich unabhängig von dem Grade der induktiven Kopplung in den durch 10 in Fig. 5 und durch 13-14 in Fig. 6 bezeichneten Transformatoren ist.
Die schematische Schaltung nach Fig. 7 ist in ihren Grundzügen gleich dem System nach Fig. 1, dem eine damit verbundene vierzweigige Kapazitätsbrücke Ca, Cb, Ce, Cd beigefügt ist, die durch die Kapazität Co mit einem Zweig der Brücke der Fig. 1 gekoppelt ist. Diese Schaltung ergibt auf diese, Weise eine erm eiterte Kapazitätsbrücke, welche kapazitive Kopplungen der Kreise A bzw. B und D neutralsiert. Die Kapazität Cl der Fig. 1 besteht hier aus einem System von Kapazitäten, welches wie folgt dargestellt werden kann :
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Durch die angeschlossene Brücke, Ca, Cb, Ce, Cd wird die kapazitive Kopplung zwischen dem Kreis D
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entsprechend der Gleichung (1) für die einfache Kapazitätsbrücke ist.
Wird der Gleichung 3 entsprochen, so wirkt die angeschlossene Brücke als eine reine Kapazität im Zweig Ci des Hauptnetzes im Nebenschluss zu Co. Die Bedingung für die Neutralisation der kapazi-
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Die Schaltung nach Fig. 7 kann'offensichtlich auf jede beliebige Zahl von Kreisen erweitert werden, dadurch, dass man irgendeinem Kapazitätszweig des Netzes subordinierte Brücken anschliesst, z. B. im Ast C2 oder im Ast Ce.
Fig. 8 zeigt eine Schaltung eines Radioempfängers mit zwei Stufen von abgestimmter Hochfrequenzverstärkung und einem Detektor oder Gleichrichter. Hiebei sind 3 abgestimmte Transformatoren in Verwendung, von denen jeder zwei induktiv gekoppelte Wicklungen- ? enthalt, wobei die
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Neutralisation der kapazitiven Kopplung wird hier durch Verwendung der in Fig. 1 und 7 veranschaulichten fundamentalen Kreise erhalten. Die kombinierte Brücke nach Fig. 7 neutralisiert sowohl die kapazitive Kopplung infolge der inhärenten Kapazität C'des thermionischen Ventils 16, als auch jene, welche durch die bestehende natürliche Kapazität Ca hervorgebracht wird. Die einfache Brücke nach Fig. 1 wird zur Neutralisierung der Kopplung verwendet, die durch die inhärente Kapazität C'im thermio- nischen Ventil 17 verursacht wird.
Die bestehende natürliche Kapazität Ca tritt zwischen den leitenden Flächen, welche mit dem Gitter des thermionischen Ventils 16 verbunden sind und den leitenden
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Flächen auf, welche'mit dem Gitter des thermionischen Ventils-M verbunden sind. Die mit dem Hoch- frequenzverstärkerventilen 16 und 17 verbundenen Kreise sind im Wesen ähnlich den in Fig. 6 veran-
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mögliche Spannung infolge von Hochfrequenzströmen in den Fäden der thermionischen Ventile 16 und 17 verhindert. Gleichzeitig ist für den gleichen Zweck ein Ablenkungskondensator 24 zwischen der gemeinsamen Anodenbatterie 12 und den Zuleitungen hiezu eingeschaltet.
Ein Ablenkungskondensator 26 ist unmittelbar zwischen Anode und Fadenkreis des Gleichrichterventils 18 eingeschaltet, um alle möglichen Hochfrequenzströme abzulenken, die im Anodenkreis dieses thermionischen Ventils fliessen und welche in den Telephonen 27 eine Spannung hervorbringen könnten. Damit das Gleichrichten im vorteilhaftesten Teil der Gitterpotential-Gitterstrom Charakeristik des thermionischen Ventils 17 stattfinde, kann, wie veranschaulicht, zwischen dem Gitterkreis dieses Ventils und seinem Fadenkreis eine Gitterableitung 25 eingeschaltet werden.
Die Fig. 9 und 10 zeigen die Instrumente im ausgebreiteten Zustande bzw. die Schaltung einer Radioempfangsanlage, für welche die vorliegende Erfindung mit grossem Erfolg verwendet wird. Dieser Empfänger enthält zwei Stufen von abgestimmter Hochfrequenzverstärkung, einen Gleichrichter oder Detektor und eine Stufe von Niederfrequenzverstärkung. Der obere Teil der Fig. 9, welcher eine Draufsieht darstellt, zeigt die vorgeschlagene Anordnung der in diesem Empfänger verwendeten Instrumente, die mit gleichen Bezugsbuchstaben, wie ihre symbolischen Darstellungen in der Schaltung nach Fig. 10 bezeichnet sind. Der untere, eine Vorderansicht zeigende Teil der Fig. 9 stellt die Anordnung der Abstimmregler, Fadenregler und zwei Telephonklinken dar, die später in ihren Einzelheiten beschrieben werden.
Zu beachten ist die Stellung der Zwischentransformatoren 32, 33 und 34, die mit ihren Mittelpunkten in der gleichen Geraden liegen, zu welcher ihre Achsen unter einem Winkel von annähernd 55" geneigt sind, um hiedurch die magnetische Kopplung zwischen den Spulen zu beseitigen. Alternativ könnte auch eine geeignete magnetische Umschirmung verwendet werden.
Die beiden Stufen der Hochfrequenzverstärkung sind im Wesen ähnlich den beiden Stufen der Hochfrequenzverstärkung die unter Bezugnahme auf Fig. 8 beschrieben wurde und diese Verstärkereinrichtung besteht aus zwei thermonischen Ventilen 28 und 29, welche mit der Antenne untereinander und mit dem Gleichrichterventil durch die Transformatoren 32 bzw. 33 und 34 gekoppelt sind, welche durch die Kondensatoren 35 bzw. 36 und 37 abgestimmt werden. Vom Ausgang des Detektorventils kann eine Telephonklinke 48 abgezweigt werden, in welche ein Telephonstöpsel eingeführt werden kann, der mit dem Telephon verbunden ist.
Um starke Signalwiedergabe zu erzielen, kann der Telephonstöpsel in die Klinke 49 eingesetzt werden, die im Ausgangskreis des Niederfrequenzverstärkers 31 liegt, der mit dem Ausgangskreis des Gleichrichters 30 durch den Niederfrequenztransformator 47 gekoppelt ist.
Die induktiv gekoppelten Transformatoren 32,33 und 34 können eine Sekundär-oder Gitterspule von 55 Windungen von isoliertem Draht und eine Primär-oder Antennen-oder Anodenspule von 20 Windungen von isoliertem Draht enthalten, die von einem zum ändern Ende auf eine zylindrische isolierende Form von etwa 62 mm Durchmesser aufgewickelt sind. Die variablen Kondensatoren 35, 36 und 37, die zur Abstimmung dieser Spulen geeignet sind, können eine maximale Kapazität von ungefähr 500 Mikromikrofarad haben, damit der Empfänger ein Frequenzband von ungefähr 1,250. 000 bis 550.000 Perioden aufzunehmen vermag.
Der Ablenkungskondensator 40, der eine Kapazität von einem Mikrofarad hat, ist zwischen die Fäden der thermionischen Ventile 28 und 29 geschaltet, um zu verhindern, dass Hochfrequenzströme über die Fäden eine Spannung hervorbringen. Ein Kondensator 41 derselben Kapazität kann, wie veranschaulicht, über die gemeinsame Anodenbatterie eingeschaltet werden, um zu verhindern, dass Hochfrequenzströme über diese Batterie eine Spannung erzeugen. Der Heizstrom für die parallelgeschalteten Fäden der thermionischen Ventile 28 und 29 wird durch den Rheostaten 4 : ? geregelt und'in gleicher Weise wird der zu den Fäden der thermionischen Ventile 30 und 31 zugeführte Strom durch den Rheostaten 43 geregelt.
Eine erfolgreiche Methode des Ausbalanzierens und Neutralisieren der kapazitiven Kopplung zwischen Gitteranoden in den Hochfrequenzverstärkungsventilen 28 und 29, von welchen zur Neutralisation angenommen werden mag, dass sie eine Gitteranodenkapazität von ungefähr 10 Mikromikrofarad haben, ist folgende : ein starker Wechselstrom, der innerhalb des Frequenzbandes, für welches der Verstärker bestimmt ist, veränderbar ist, wird in den Eingangskreis an den Punkten 21 und 22 zugeführt und der Abstimmregler 35 so geändert, dass eine maximale Wiedergabe in den Telephonen entsteht, die in die Klinken 48 und 49 eingeschaltet sein können.
Die Verbindung wird dann bei einem Faden- anschluss des thermionischen Ventils 28 unterbrochen, dessen Kapazität C'zwischen Gitter und Anode nunmehr ausbalanziert und neutralisiert werden soll. Bei den angegebenen Konstanten wird gefunden, dass, wenn C'=10, Cl =60 und C2=480 Mikromikrofarad und C", welches vorzugsweise ein kleiner variabler Kondensator ist, auf 80 Mikromikrofarad eingestellt wird, eine minimale Wiedergabe in den Telephonen erhalten wird, was eine vollständige Ausbalanzierung der Kapazität C'anzeigt. Ein gleich-
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zu neutralisieren.
Nachdem die Kapazitäten zwischen Gitter und Anoden der thermionisehen Ventile 28 und 29 neutralisiert worden sind, ergibt sich, dass der Empfänger über das ganze Frequenzband, für welches er bestimmt ist, abgestimmt werden kann, ohne dass irgendwelche unerwünschte Wechselwirkungen infolge kapazitiver Rückkopplung von der Anode zum Gitter auftreten, welche durch die inhärenten, kapazitiven Kopplungen zwischen Gitteranoden in den thermionischen Ventilen hervorgerufen würden.
Bei komplexen Kapazitätsbrüeken müssen die Einstellmethoden zur Bewirkung einer Ausbalan-
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Thermionische Ventilverstärker gemäss der Erfindung, wie z. B. Verstärker, die aus einer oder aus mehreren Stufen in der in den Fig. 5 oder 6 veranschaulichten Art bestehen, sind manehmal wegen ihrer Eigenschaft als nach einer Richtung wirkende Relais ganz besonders wertvoll. Wegen der Wirkung des thermionischen Ventils als Verstärker werden Wechselströme in der Richtung vom Gitter zur Anode periodisch verstärkt, dagegen werden infolge der Eigenschaften der Kapazitätsbrücke, Weehselströme unter geeigneten Verhältnissen in der umgekehrten Richtung nicht durchgelassen.
Bei Empfangsanlagen, welche nach dem Regenerativ, Rückkopplung, Heterodyne oder dem sogenannten"beat"-System arbeiten, wobei Wechselströme in dem Empfänger lokal erzeugt werden, verstärkt ein Verstärker, welcher diese Gleichrichtungscharakteristik besitzt und gemäss der vorgeschlagenen Methode ausbahmziert und zwischen der Antenne und dem schwingenden thermionischen Ventil geschaltet ist, nicht nur das empfangene Signal, sondern verhindert auch, dass die lokal erzeugten Ströme von der Antenne übertragen werden und dadurch einen andern Empfang in der Nachbarschaft stören.
Es möge bemerkt werden, dass bei den in den Fig. 2,3, 5. ü. 8 und 10 veranschaulichten Fällen,
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Beispielsweise ist bei der in Fig. 9 und 10 erläuterten Anlage dieses Verhältnis ungefähr 1/6, welches in diesem Fall vollständig zufriedenstellend ist.
PATENT-ANSPRÜCHE : l. Einrichtung zum Neutralisieren kapazitiver Kopplungen in einem elektrischen System, welches Pine oder mehrere Elektronenröhren enthält, wobei jede Elektronenröhre einen Eingangsstromkreis und Ausgangsstromkreis enthält, die unerwünsehterweise miteinander durch die Kapazität zwischen Gitter und Anode dieser Elektronenröhre gekoppelt sind, gekennzeichnet durch ein Netz, das im Wesen aus 4 Kapazitäten besteht, die ganz oder zum Teil natürlich inhärente Kapazitäten sind, indem eine der das Netz bildenden Kapazitäten die inhärente Anode-Gitter-Kapazität der Elektronenröhre und eine andere dieser Kapazitäten eine andere zwischen den Elektroden vorhandene,
inhärente Kapazität der Elektronenröhre mit oder ohne Hinzufügung der Kapazität eines parallelgeschalteten Kondensators enthält, wobei die Kapazitäten des Netzes so angeordnet sind, dass sie eine ausbalanzierte KapazitätenBrücke bilden, und Eingangs-und Ausgangsstromkreis der Elektronenröhre konjugierte Zweige dieser brücke sind und wodurch die kapazitiven Reaktanzen dieser 4 Kapazitäten zusammen genügen, um das Neutralisieren der kapazitiven Kopplung zu bewirken.