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Schaltung zum Beeinflussen der Eigenfrequenz eines Schwingungskreises mittels einer veränderlichen Reaktanz
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung zur Änderung der Eigenfrequenz eines Schwingungskreises mittels einer in den
Schwingungskreis eingeschalteten Reaktanz, deren
Grösse durch einen modulierenden Strom oder eine modulierende Spannung geändert werden kann. Eine Schaltung dieser Art lässt sich bei- spielsweise zur Frequenzmodulation anwenden.
In vielen Fällen und insbesondere bei der
Frequenzmodulation eines Generators ist es erwünscht, eine lineare Beziehung zwischen der Eigenfrequenz des Schwingungskreises und der Amplitude des modulierenden Stromes oder der modulierenden Spannung herzustellen. Es ist bekannt, zu diesem Zwecke eine Frequenzgegenkopplung anzuwenden, derart, dass die frequenzmodulierten Schwingungen mittels eines Frequenzdetektors in amplitudenmodulierte
Schwingungen umgewandelt und gleichgerichtet werden, worauf der so erhaltene gleichgerichtete Niederfrequenzstrom bzw. die Spannung in
Gegenphase mit dem ursprünglichen modulierenden Strom bzw. der Spannung die Grösse einer veränderlichen Reaktanz beeinflusst.
Auf diese Weise wird dann erreicht, dass die Beziehung zwischen der Eigenfrequenz des Kreises und der Amplitude des modulierenden Stromes oder der modulierenden Spannung nahezu linear wird.
Dieses Verfahren hat den Nachteil, dass ein verwickelter Frequenzdetektor erforderlich ist, in dem die frequenzmodulierten Hochfrequenzschwingungen in amplitudenmodulierte Schwingungen umgewandelt werden. Ausserdem können sehr leicht bei einer solchen verwickelten Schaltung und bei starker Gegenkopplung unerwünschte Schwingungen auftreten.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein einfaches Frequenzgegenkopplungsverfahren, bei dem das gewünschte Ziel dadurch erreicht wird, dass eine dem Schwingungskreis entnommene, amplitudenmodulierte Spannung einem Amplitudendetektor zugeführt wird, und dass die somit von der Amplitudenmodulation abhängige, gleichgerichtete Spannung den modulierenden Strom oder die modulierende Spannung derart beeinflusst, dass eine nahezu lineare Beziehung zwischen dem modulierenden Strom bzw. der Spannung und der Eigenfrequenz des Schwingungskreises entsteht.
In den Fig. l, 3,4 und 5 sind erfindunggemässe Ausführungsbeispiele dargestellt.
In Fig. 1 ist ein rückgekoppelter Oszillator dargestellt, dessen Frequenz moduliert wird.
Die Schaltung besitzt einen frequenzbestimmenden Schwingungskreis. ?, der aus einem Kondensator 2, einer gleichbleibenden Selbstinduktionsspule 3 und einer veränderlichen Selbstinduktionsspule 4 besteht, welche in Reihe mit der Primärwicklung 5 eines Transformators 6 liegt. Die Selbstinduktionsspule 4 ist mit einem Kern 7 aus ferromagnetischem Werkstoff versehen, der vom Anodenstrom einer Röhre 8 vormagnetisiert wird, so dass die Permeabilität des Kernmaterial und demnach die Induktivität der Spule 4 von der Grösse des Anodenstromes abhängig ist. Dieser Strom wird von einer modulierenden Spannung am Steuergitter 9 der Röhre 8 gesteuert. Der frequenzbestimmende Schwingungskreis ist in den Gitterkreis einer Röhre 10 aufgenommen, in deren Anodenkreis eine mit dem frequenzbestimmenden Kreis gekoppelte Rückkoppelungsspule eingeschaltet ist.
Infolge dieser Rückkopplung werden Schwingungen mit einer Frequenz erzeugt, die vorwiegend durch die Eigenfrequenz des frequenzbestimmenden Schwingungskreises bedingt ist. Die Amplitude dieser Schwingung wird durch die Charakteristik der Röhre 10 bedingt und hat daher einen nahezu gleichbleibenden Wert, der von der Eigenfrequenz des frequenzbestimmenden Schwingungskreises unabhängig ist.
Wird nun eine modulierende Spannung dem Steuergitter 9 zugeführt, so ändert sich die Grösse der veränderlichen Selbstinduktionsspule 4 und demnach die Eigenfrequenz des Schwingungskreises 1.
Nun ist die Beziehung zwischen der Eigenfrequenz des Kreises und der Amplitude der modulierenden Spannung nicht völlig linear.
Um die Linearität zu verbessern, wird eine besondere Frequenzgegenkopplung angewendet. Da die Spannung am Schwingungskreis praktisch gleichbleibend ist, entsteht an der Primär-
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wicklung 5 des Transformators 6, der eine kleine
Impedanz in bezug auf die veränderliche Selbst- induktionsspule 4 besitzt, eine Spannung, welche nahezu umgekehrt proportional zur Grösse der ver- änderlichen Selbstinduktionsspule 4 ist. Mittels der Sekundärwicklung des Transformators 6 wird diese amplitudenmodulierte Spannung einem
Amplitudendetektor 11 zugeführt, und die Gegen- kopplung wird dadurch erzielt, dass die gleich- gerichtete Spannung und die modulierende
Spannung e gemeinsam dem Steuergitter 9 der
Röhre 8 zugeführt wird.
Durch die Gegenkopp- lung entsteht in bekannter Art eine lineare
Beziehung zwischen der Spannung an der
Primärwicklung 5 des Transformators 6 und der modulierenden Spannung e. Da die erstge- nannte Spannung umgekehrt proportional der
Grösse der veränderlichen Selbstinduktions- spule 4 ist, wird durch die Gegenkopplung gleichzeitig erreicht, dass sich die Grösse der veränderlichen Selbstinduktionsspule umgekehrt proportional der modulierenden Spannung e ändert, und da sich die Eigenfrequenz des frequenzbestimmenden Schwingungskreises umgekehrt proportional der Grösse der veränderlichen Induktivität ändert, wird daher durch die Gegenkopplung eine lineare Beziehung zwischen der Eigenfrequenz des frequenzbestimmenden Schwingungskreises und der modulierenden Spannung e hergestellt.
Im vorhergehenden ist angenommen, dass die
Spannung an der Primärwicklung 5 umgekehrt proportional der Grösse der veränderlichen Induktivität 4 ist, wenn die Spannung am Schwingungskreis gleichbleibend ist. Ist dies nicht der Fall, so kann dennoch erreicht werden, dass die Spannung an der Primärwicklung 5 umgekehrt proportional der Grösse der veränderlichen Selbstinduktionsspule ist, beispielsweise durch Anwendung der Schaltung nach Fig. 5. In dieser Schaltung wird zu diesem Zwecke eine Wechselspannung E mit gleichbleibender Amplitude und mit einer anderen Frequenz als die Eigenfrequenz des Schwingungskreises in den Kreis aufgenommen. Die Kombination der Spule 3 und des Kondensators 2 bildet für diese Frequenz nahezu einen Kurzschluss und der durch die Spule 4 fliessende Strom ist dann nahezu umgekehrt proportional der Induktivität dieser Spule.
Die Spannung über die Primärwicklung 5, insoweit sie von der Spannungsquelle E herrührt, ist daher umgekehrt proportional der Grösse der veränderlichen Induktivität und die für die Gegenkopplung zu verwendende Spannung kann über ein nur für die Frequenz der Wechselspannung E durchlässiges Filter 18 von den Klemmen 16, 17 abgenommen werden.
Wenn die Selbstinduktionsspule zu grosse Verluste hat und daher nicht mehr als reine Selbstinduktion betrachtet werden kann, wird die Spannung an der Primärwicklung 5 der Grösse der veränderlichen Selbstinduktion nicht völlig umgekehrt proportional sein, selbst wenn die Spannung am Kreis konstant ist. Die Ver- luste können so betrachtet werden, als ob sie von einem in Fig. 1 dargestellten, parallel zu der Spule 4 geschalteten Verlustwiderstand 13 verursacht wären. In vielen Fällen ist dieser Paralleldämpfungswiderstand so klein, dass die Impedanz der Selbstinduktionsspule wenig von der Impedanz des reaktiven Teiles dieser Selbstinduktionsspule abweicht. Werden die Verluste aber zu gross, so wird die Spannung über die Primärwicklung 5 des Transformators nicht mehr genau der Grösse der Selbstinduktionsspule 4 proportional sein.
Infolgedessen wird trotz der Gegenkopplung vielfach dennoch keine genügende Linearität erreicht. Wenn der Verlustwiderstand gleichbleibend und nicht zu sehr vom vormagnetisierenden Strom abhängig ist, kann dies durch Anbringung eines Widerstandes 14 verbessert werden, der die Anode der Oszillatorröhre über eine grosse Kapazität 12 mit dem gemeinsamen Punkt der Selbstinduktionsspule 4 und der Primärwicklung 5 verbindet.
Der Widerstand 14 wird derart bemessen, dass der über diesen Widerstand durch die Primärwicklung 5 fliessende Strom nahezu von gleicher Grösse aber in Gegenphase ist mit der von dem Verlustwiderstand 13 herbeigeführten Komponente des durch die veränderliche Selbstinduktionsspule 4 und die Primärwicklung 5 fliessenden Stromes. Auf diese Weise wird erreicht, dass die Spannung über die Primärwicklung 5 nur von der induktiven Komponente des durch die veränderliche Selbstinduktionsspule fliessenden Stromes abhängt, und demnach diese Spannung sich umgekehrt proportional der Grösse der veränderlichen Selbstinduktionsspule ändert.
Bei Verwendung von ferromagnetischem Kernmaterial tritt Hysterese auf, d. h. es besteht ein nicht eindeutiger Zusammenhang zwischen dem vormagnetisierenden Strom und der magnetischen Induktion. Hiedurch ist auch die Beziehung zwischen der Grösse der veränderlichen Selbstinduktion und dem vormagnetisierenden Strom nicht eindeutig, so dass auch die Eigenfrequenz des Schwingungskreises bei einem bestimmten vormagnetisierenden Strom verschiedene Werte besitzen kann. Ein zusätzlicher Vorteil der Schaltung nach der Erfindung besteht darin, dass dieser unerwünschte Einfluss der Hysterese durch die Frequenzgegenkopplung herabgesetzt wird.
In Fig. 2 ist durch die Kurve 1 der Zusammenhang zwischen der modulierenden Gitterspannung e und der Eigenfrequenz (0 bei Abwesenheit einer Gegenkopplung dargestellt. Wenn die modulierende Spannung, ausgehend von einem kleinen Wert, zunimmt, so wird beim Wert e1 der modulierenden Spannung die Eigenfrequenz
EMI2.1
reicht. Bei Anwendung der Frequenzgegenkopplung wird die Eigenfrequenz Mi bei Zunahme der modulierenden Spannung e erst bei einem
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Wert e3 erreicht werden, der grösser ist als el, und zwar so, dass der Unterschied zwischen e3 und e1 gleich der über den Widerstand 15 (Fig. l) auftretenden Gegenkopplungsspannung et ist.
Bei abnehmender modulierender Spannung wird die Eigenfrequenz Mi bei einem Werte e4 erreicht. Da die Gegenkopplungsspannung et bei einer bestimmten Frequenz einen bestimmten Wert besitzt, wird der Unterschied zwischen e4 und es gleich gross sein wie der zwischen e3 und e1'Der Zusammenhang zwischen der modulierenden Spannung und der Eigenfrequenz wird bei Gegenkopplung durch die Kurve 2 dargestellt. Der Einfluss der Hysterese hat daher abgenommen, da bei einer bestimmten Frequenz, z. B. mi die entsprechende mögliche Abweichung der modulierenden Spannung verhältnismässig kleiner geworden ist, u. zw. vom Wert
EMI3.1
gesunken ist.
Auch wenn die Selbstinduktion des Schwingungskreises aus einer veränderlichen Selbstinduktionsspule besteht, die in Reihe mit einer unveränderlichen Selbstinduktion geschaltet ist, kann die Frequenzgegenkopplung in einfacher Weise erzielt werden.
In Fig. 3 ist eine solche Schaltung dargestellt, bei der die Selbstinduktion des Schwingungkreises aus einer in Reihe mit der unveränderlichen Selbstinduktion 3 geschalteten veränderlichen Selbstinduktionsspule 4 besteht, die klein ist in bezug auf die unveränderliche Selbstinduktion 3.
Die Spannung an der veränderlichen Selbstinduktionsspule 4 wird der Grösse dieser Selbstinduktion proportional sein. Diese amplitudenmodulierte Spannung wird vom Gleichrichter 11 gleichgerichtet und zusammen mit der modulierenden Spannung e dem Steuergitter 9 der den
EMI3.2
veränderliche Selbstinduktionsspule fliessenden
Stromes an dieser Spule erzeugt wird.
In Fig. 4 ist eine Schaltung dargestellt zur Erzielung einer linearen Beziehung zwischen der modulierenden Spannung und der Eigenfrequmu des Schwingungskreises für den Fall, dass die Eigenfrequenz mittels einer veränderlichen Kapazität beeinflusst wird. Hiebei besteht der frequenzbestimmende Schwingungskreis hauptsächlich aus einem Kondensator 2, einer gleichbleibenden Selbstinduktionsspule 3 und einer parallel zum Kondensator 2 geschalteten ver- änderlichen Kapazität 4. Die Kapazität 4 enthält ein Dielektrikum 19 mit einer Dielektrizitätskonstante e, deren Grösse von der Feldstärke abhängig ist. Dazu eignet sich z. B. Seignettesa1z.
Durch eine der Kapazität aufgedrückte modulierende Spannung e wird die Feldstärke und damit die Grösse der Kapazität beeinflusst. Der durch die veränderliche Kapazität fliessende Strom ist sodann von der Grösse dieser Kapazität abhängig und es kann auf ähnliche Weise, wie es bei Fig. 2 bereits beschrieben wurde, durch die Gegenkopplung eine gute Linearität zwischen der Amplitude der modulierenden Spannung und der Eigenfrequenz des Schwingungskreises erzielt werden, wenn die amplitudenmodulierte Span" nung, die über die kleine, in Reihe mit der ver- änderlichen Kapazität 4 geschaltete Selbstinduktion 20 auftritt, umgeformt und gleichgerichtet und die über den Widerstand 15 auftretende, gleichgerichtete Spannung gegenphasig mit der ursprünglichen modulierenden Spannung e zurückgeführt wird.
Wenn die Kapazität 4 Verluste aufweist, so können dazu ähnliche Massnahmen, wie bereits bei Fig. 1 beschrieben, getroffen werden, so dass auch dann die gewünschte lineare Beziehung erzielt werden kann.
PATENTANSPRÜCHE : l. Schaltung zum Beeinflussen der Eigenfrequenz eines Schwingungskreises mittels einer in den Schwingungskreis eingeschalteten veränderlichen Reaktanz (4), deren Grösse durch einen modulierenden Strom (i) oder eine modulierende Spannung (e) geändert werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass ein dem Kreis der veränderlichen Reaktanz entnommener amplitudenmodulierter Strom oder eine amplitudenmodulierte Spannung einem Amplitudengleichrichter (11) zugeführt wird, und dass der gleichgerichtete Strom bzw. die gleichgerichtete Spannung in Gegenphase zum modulierenden Strom bzw. zu der modulierenden Spannung die Steuerung der veränderlichen Reaktanz bewirkt, so dass eine nahezu lineare Beziehung zwischen dem modulierenden Strom bzw. Spannung und der Eigenfrequenz des Schwingungskreises erzielt wird.