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Einbaueinheit für hochfrequenztechnische Geräte, bestehend aus mehreren
Kondensatoren Die Praxis stellt hohe Anforderungen an die Unveränderlichkeit der
Betriebsedgenschaften von Nachrichtengeräten. Insbesondere spielt bei Geräten, die
dem Nachrichtenverkehr, der Signalübermittlung, Peilzwecken u. dgl. mittels modulierter,
getasteter oder unmodulierter Trägerwelle dienen, die Gleichmäßigkeit ihrer schwingungselektrischen
Abstimmv erhältnisse gegenüber -unterschiedlichen klimatischen Bedingungen und,
darüber hinaus auch gegenüber jeweils verschieden langer Betriebsdauer und unterschiedlicher
Belastung eine bedeutende Rolle. Klimaunterschiede, verschieden lange Einschaltdauer
und Wechsel zwischen Leerlauf und Belastung der Geräte wirken sich in erster Linie
temperaturmäßig aus. Daher handelt es sich beim Aufbau solcher Geräte uni die Lösung
der technischen Aufgabe, einen möglichst weitgehenden Ausgleich der verschiedenen
Temperatureinflüsse auf die schwingungselektrischen Abstimmelemente der Geräte zu
erreichen-.
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In Sendern; sowohl wie auch in Empfängern wird die Abstimmung mittels
in der Regel aus einer Selbstinduktionsspule und einem, Kondensator bestehenden
Resonanzkreisen vorgenommen. Bei beiden Gerätetypen müssen vor allen Dingen die
Osz:illato-rkreise temperaturunabhängig sein, d. h.
also, in einem
Sendegerät der Abstimmkreis der Steuersenderstufe und in einem Transponierungsempfänger
der Resonanzkreis der Ortsoszi Ilators tufe.
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Es ist bekannt, elektrische Schwingungskreise dadurch temperaturunabhängig
zu machen, daß man den Einfluß der temperaturbedingten Veränderung des einen Schwingkreiselementes
auf die Resonanzfrequenz eines Krises durch die gegensinnige Wirkung der durch den
gleichen TempEraturwechsel bedingten elektrischen Eigenschaftsänderung des anderen
Schwingkreiselementes aufhebt oder daß für den Schwingkreis Abstimmelemen te benutzt
werden, deren temperaturbedingte Veränderung in sich elektrisch ausgeglichen sind.
Die letztgenannte Methode hat gegenüber der ersteren den Vorzug, daß die F requenzstabilität
des Kreises unabhängig von dem Unterschied des Temperaturganges der einzelnen Schaltelemente
ist.
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Kommt es darauf an. durch den Schwingkreiskondensator die Temperaturabhängigkeit
der elektrischen Eigenschaft der Selbstinduktionsspule auszugleichen oder eine in
sich ausgeglichene Spule durch einen temperaturunabhängigen Kondensator zu einem
frequenzstabilen Schwingkreis zu ergänzen, so ist in beiden Fällen die auf den Kondensator
gerichtete technische Aufgabe im Prinzip die gleiche, nämlich eine Kapazität bestimmter
Größe zu bilden, deren elektrischer Temperaturlcoeffizient einen ganz bestimmten
Wert hat.
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Zum Aufbau eines Kondensators, der einen bestimmten Temperaturkennwert
haben soll, verwendet man heute keramisches --Material als Dielelktrikum. Dieses
weist bekanntlich je nach Zusammensetzung und Herstellungsweisw in elektrischer
Hinsicht die verschiedensten Temperaturabbängigheiten auf; es kann vor allen Dingen
auch einen negativen Temperaturkennwert haben, was von besonderer Wichtigkeit im
Hinblick auf den Umstand ist, daß Spulen und sonstige Kondensatoren fast ausschließlich
einen positiven Temperaturkoeffizienten haben.
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Mit der serienmäßigen Herstellung von temperaturkompensierten Kondensatoren
befaßt sich die Erfindung; sie geht davon aus, daß erstens d=e Kondensatoren, die
in der Schaltanordn-ing, wie z. B. in einem Oszillator, frequcnzbestimmend sind
oder wenigstens einen teilweisen Einfluß auf die Abstimmfrequenz haben., zumindest
also der eigentliche Abstimmkondensator, der gegebenenfalls aus Spannungsgründen
unterteilt aufgebaut ist, ferner gegebenenfalls die Block- und Kopplungskondensatoren
der gleichen Röhrenstufe, auf einem gemeinsamen Träger von möglichst hoher Unveränderlichkeif
angeordnet werden, und daß zweitens wenigstens der eigentliche Abstimmkondensator
durch entsprechende Auswahl von Kondensatoren von positivem und negativem Temperaturkenn-,vert
auf einem bestimmten resultierenden Temperaturkoeffizienten gebracht wird.
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Die erstgenannte Maßnahm° gewährleistet einerseits gleichbleibende
elektrische Eigenschaften der Kondensatoranordnung selbst bei robuster Behandlung
während des Einbaues der Einheit in das Gerät, andererseits ermöglicht sie auch
die vorherige Verdrahtung der Kondensatoren untereinander und damit in elektrischer
Hinsicht die genaue Festlegung der Verbindungsleitungen; der zweitgenannte Schritt
schafft die '\Toraussetzuttg. um mit den heute zur Verfügung stehenden Festkondensatoren
zu einem gewünschten Temperaturkentnvert zu gelangen.
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Nun handelt es sich in der Praxis, insbesondere beim Aufbau einer
Steuersenderstufe vonTelegraphiesendern. derenTräger getastet wird, oft um das Problem,
der Abstimmkapazität einen bestimmten Abhängigkeitswert von dem durch die Hochfrequenzbclastung
bedingten Temperatarw;chsel zu geben. Der Wert dieses Temperaturkoeffizienten, den
man zweckmäßig dynamischen Temperaturkoeffizienten nennt. ist von verschiedenen
Einflußfaktoren abhängig; u. a. spielt der Unterschied zwischen der verschieden
starken, durch die Hochfrequenzströme bedingten Erwärmung der einzelnen Kondensatoren,
die einen verschiedenen Te:nl><jraturkennwert haben, eine Rolle, ferner natürlich
auch das kapazitätsmäßige Größenverhältnis der Kondensatoren verschiedenen Temperaturkennwert-es
zueinander. Die verschieden starke Erwärmung des einzelnen Kondensators ist u. a.
durch das Verhältnis seines Verlustfaktors (Verlusttvinke-ls) zu einer Abkühloberfläche
bzw. zu seiner Wärmekapazität bedingt. Diese Angaben mögen genügen. um die komplizierten
Verhältnisse, die bei der Erreichung eines wertmäßig genauen dynamischen Temperaturkoeffizienten
zu berücksichtigen sind, anzudeuten.
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Zur technischen Lösung dieser besonderen Aufgabe werden nach vorliegender
Erfindung die bereits aufgeführten, auf dieTemperaturkompensation abzielenden -Maßnahmen
durch folgende Verfahrensweise ergänzt bzw. verbessert: Der resultierende Temperaturkoeffizient
jedes Kondensators der Einbaueinheit wird vor dem Einbau derselben dadurch bestimmt,
daß nicht nur die Kondensatoren in kapazitiv e Einzelelemente mit entsprechend zusammengestellten
Verlustwinkeln und Temperaturkennwerten unterteilt auf einen bestimmten positiven
oder negativen Wert gebracht
sind, sondern daß zugleich auch für
die resultierenden Koeffizienten der Kondensatoren eine vorher bestimmte Abhängigkeit
von denn zeitlichen Temperaturverlauf des Gerätes, bedingt durch die hochfrequenzmäßige
Belastung, erzielt wird.
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Diese letztgenannte Maßnahme schafft erst die praktischen Voraussetzungen,
um: unter den gegebenen Bedingungen zu einem genauen Abgleich des endgültigen dynamischen
Temperaturkennwertes zu gelangen. Das hat seinen Grund darin, da.ß ein und dasselbe
keramische Material für Kondensatoren hinsichtlich seines Temperaturkennwertes in
nicht vorher bestimmbarer Weise beim. Brand sehr unterschiedlich ausfällt und die
mit diesem Material hergestellten Einzelkondensatoren in bezug auf ihren Temperaturkoeffizienten
nicht unerheblich von ihrem. Sollwert abweichten.
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Dieser Umstand hat die -Verwendung von keramischen Kondensatoren für
hochwertige Anlagen außerordentlich erschwert und ist besonders deswegen so nachteilig,
weil nur das keramische Material die Ausbildung von kap,azitiven Elementen negativen
Temperaturkennwertes ohne mechanisch bewegliche Teile, wie 6,ie z. B. Konstruktionen
mit Bimetallstreifen aufweisen, ,ermöglicht. Erst in der vorgeschlagenen Verbesserung
des Kompensationsverfahrens ist eine brauchbare Methode gefunden worden, die erlaubt,
mit den: in der Praxis zur Verfügung stehenden Keramikkondensatoren einen bestimmten
Temperaturkennwert in Abhängigkeit von der Hochfrequenzmäßigen Belastung für eine
gegebene Kapazität mit hoher Genauigkeit zu erzielen.
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Der technische Wert der nach dem vorangegangenen Verbesserungsvorschlag
aufgebauten Kondensatoranordnung offenbart sich vor allen Dingen für die serienmäßige
Herstellung von temperaturkompensierten Kapazitäten, die in der Steuersenderstufe
von Flugzeugsendern, für deren Betriebseigenschaften außer der unterschiedlich langen
Einschaltdauer und, der wechselnden hochfrequenzmäßigen Belastung auch noch die
ungewöhnlich verschiedenartigen klimatischen Betriebsbedingungen maßgebend sind,
als Abstimm-und Kopplungselemente Verwendung finden.
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Was die praktische Ausführung der vorgeschlagenen Kondensatoranordnung
betrifft, so ist es zweckmäßig, den Träger für die Kondensatoren aus keramischer
Masse zu fertigen. Dieses Material ist für vorliegenden Zweck angesichts seiner
hohen mechanischen Stabilität und Unveränderlichkeit, seines geringem Wärmeausdehnungskoeffizienten,
seiner guten Isolationsfähigkeit und, seiner elektrischen. Verlustfreiheit in besonderem
Maße gut geeignet. Um die Anbringung der Kondensatoren &uf einer solchen keramischen
Trägerplatte besonders einfach zu gestalten, wird noch vorgeschlagen, in der Platte
Öffnungen vorzusehen, in die die stirnseitigenEn.den der meist zylinderförmigen
Keramikkondensatoren hineinpassen, und die Innenseite dieser Öffnungen metallisch
zu belegen.. Dann kann durch einfache Verlötung der metallischen Stirnkappe des
Kondensators mit der Oberflächenmetallisierung der Öffnung die Befestigung der Kondensatoren
vorgenommen werden.
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Ferner wird für diese Ausführungsart noch eine weitere Verbesserung
vorgeschlagen. Diese besteht darin, daß die elektrischen Verbindungen der Kondensatoren
fest auf dem keramischen Träger befestigt werden, und zwar so, daß in vorgesehenen
Rillen, möglichst auf der Unterseite der Trägerplatte, metallisch verstärkte Oberflächenm-etallisi:erungen
angebracht werden. Diese werden zweckmäßig bis an die für die Aufnahme, der Kondensatoren
vorgesehenen Öffnungen und deren Beläge herangeführt, so daß beim Anlöten eines
Kondensators gleichzeitig sein elektrischer Anschluß mit durchgeführt wird..
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Ein Ausführungsbeispiel einer nach den vorstehend- erläuterten Vorschlägen
aufgebauten Kondensatoranordnung ist in den Fig. i bis .a. dargestellt. Fig. 5 zeigt
das Prinzipschaltbild- einer Generatorröhrenstufe, für die die dargestellte Kondensatoranordnung
z. B. Verwendung finden kann, und zwar entspricht der in dieser Abbildung mit gestrichelter
Linie eingefaßte, nur schematisch angedeutete Teil C der Kondensatoranordnung nach
Fig. i bis 4.
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Fig. i und 2 zeigen je eine Seitenansicht des fertigmontierten keramischen
Kondensatorträgers; Fig. 3 zeigt eine Aufsicht, und in Fig. q. ist der Schnitt q.-q.
dargestellt.
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Die keramische Grundplatte i ist an ihrer Oberfläche mit Aussparungen
2 bzw. 3 versehen, in diediezubefestigendenTeilederaufmontierten Gegenstände, wie
Kondensatoren und Tragbleche, hineinpassen. Die Aussparungen sind nach der Unterseite
hin offen. Für die zu verbindenden Kondensatoren sind die Aussparungen q. als Kanäle
ausgebildet, die von einer Aussparung zur anderen reichen und dazu dienen:, mit
Metall ausgefüllt die elektrischen Verbindungen herzustellen. Ferner weist die keramische
Grundplatte noch die Ausspiaru.ngen 5 für die Befestigung der Platte mittels Schraubverbindungen
durch die Löcher 6 auf. Die unmittelbar auf der keramischen Grundplatte befestigten
Kondensatoren sind mit 7, 8, 9, 10, 11, 12 und 13 bezeichnet. Die auf der Grundplatte
befestigten Tragbleche 1q., 15, 16 und 17 tragen kleinere vertikal
gelagerte
Kondensatoren und KondensatorgrUppen 18, 1g, 20 und 21. Zum Anschluß dieser Kondensatoren
sind die Lötfahnen 22 vorgesehen. Die Lötfahnen 22 der Kondensatoren ;, 8, g und
io sind durch den Draht 23 untereinander elektrisch verbunden. Zur Befestigung der
Kondensatoren auf der Grundplatte sowie zur elelktrischen Verbindung der am Fuße
der Kondensatoren liegenden Elektrodenpole sind die Randflächen der durchgehenden
Aussparungen q. mit einer dünnen metallischen Auflage 2:1, z. B. Silber, versehen,
die mit einem Lötmetall 23, z. B. Zinn, verstärkt ist. Die Befestigung der
Kondensatoren und die elektrische Verbindung geschieht in einem Arbeitsgang durch
Verlöten. In gleicher Weise sind die Tragbleche 14, 15, 16 und 1; in den Aussparungen
3 befestigt. Zum Teil dienen diese Tragbleche gleichzeitig dem elektrischen Anschluß.
Aus dem gleichen Grunde enden in den Aussparungen 3 auch die mit Metall ausgefüllten
Kanäle .4.
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Die Auswahl der Teilkondensatoren bzw. TI-ilkondensatorgruppen kleinerer
Kapazität erfolgt nach den oben geschilderten Gesichtspunkten, indem die einzelnen
Teilkapazitäten so ausgewählt werden. daß für die gesamte Kondensatoranordnung der
gewünschte dynamische Temperaturkoeffizient erzielt wird. Diese so hergestellten
Einheiten können dann in Seriengeräte eingebaut werden.