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Vorrichtung zur Erzeugung der Differenzfrequenz zweier Impulsreihen
Die Erfindung betrifft Vorrichtungen zur Erzeugung der Differenzfrequenz zweier Impulsreihen mit geschlossenen ferromagnetischen Kernen mit annähernd rechteckiger Hystereseschleife. Mit derartigen Vorrichtungen kann die Differenzfrequenz zweier Impulsreihen erzeugt und direkt gemessen bzw. als
Grundlage für eine Messung anderer physikalischer Grössen direkt ermittelt werden. Dies ist z. B. erforderlich, wenn zwei frequenzvariable Multivibratoren, deren Impulsfolge mit einer steuernden Gleichspannung linear ist, in Gegentakt geschaltet werden sollen, um dadurch die Multivibratorfrequenz bis zur Frequenz Null heruntersteuern zu können, so dass die Impulsfolge einer steuernden Gleichspannung proportional ist, was bei Verwendung nur eines Multivibrators bekanntlich nicht möglich ist.
Nach der Erfindung wird dies bei Vorrichtungen der eingangs beschriebenen Art dadurch erreicht, dass zwei Kerne mit je zwei Eingangswicklungen sowie zwei Kerne mit je einer Eingangswicklung und einer Vormagnetisierungswicklung vorgesehen und die in jedem Kern durch die stromdurchflossenen Eingangswicklungen erzeugten Felder gegensinnig sind und jeder Kern eine Ausgangswicklung aufweist, wobei die Ausgangswicklung des ersten ferromagnetischen Kernes überein RC-Netzwerk und einen Transistor an eine Eingangswicklung des zweiten ferromagnetischen Kernes angeschaltet ist und diejenigen der übrigen Kerne über Regulierwiderstande sowie Dioden miteinander verbunden und dabei bestimmte Regulierwiderstände so geschaltet sind, dass die an ihnen auftretenden Spannungen einander entgegenwirken,
und dass ferner der Zusammenschluss der Diode und des Regulierwiderstandes des letzten ferromagnetischen Kernes den Ausgang für die resultierende Spannung bildet, der über einen Widerstand und einen Transistor an die eigentliche Ausgangsklemme angeschlossen ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemässen Vorrichtung sind zwischen den Eingangswicklungen des ersten ferromagnetischen Kernes und den Eingangsklemmen ein RC-Netzwerk und ein Transistor geschaltet.
Schliesslich ist vorgesehen, dass die Vormagnetisierungswicklungen an einer konstanten Spannung liegen, die vorzugsweise mindestens so gross ist, dass die dadurch erzielte Vormagnetisierung grösser ist als die eigentliche Sättigungsfeldstärke.
In der Zeichnung ist in Fig. 1 als Ausführungsbeispiel für die erfindungsgemässe Vorrichtung zur Erzeugung der Differenzfrequenz zweier Impulsreihen ein Schaltschema dargestellt, weiters zeigen Fig. 2 eine Anzahl Impulsdiagramme und schliesslich Fig. 3 und 4 je eine Hystereseschleife.
In Fig. 1 sind vier geschlossene ferromagnetische Kerne 1 - 4 dargestellt, von denen die Kerne 1 und 2 je zwei Eingangswicklungen 5 - 6 bzw. 7 - 8 sowie die Kerne 3 und 4 eine Eingangswicklung 10 bzw. 11 und eine Vormagnetisierungswicklung 9 bzw. 12 tragen. Ausserdem ist auf jedem Kern je eine Ausgangswicklung 13, 14, 15 und 16 vorgesehen.
Der Wicklungssinn der beiden jeweils auf einem Kern 1 bzw. 2 befestigten zwei Eingangswicklungen
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gen 6, 8 und 10 in Reihe geschaltet, wobei das freie Ende 6a der Wicklung 6 über eine RC-Kopplung R, C, einen Transistor T und einen Widerstand 19 mit einer Eingangsklemme 20 und das freie Ende 10a der Wicklung 10 mit dem negativen Pol der Batterie B verbunden ist. Die Eingangswicklung 7 des Kernes 2 ist
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Rg. Cgund anderseits über einen Widerstand 21 mit der negativen Klemme der Batterie B verbunden. Die Vor- magnetisierungswicklungen 9 bzw. 12 der Kerne 3 bzw. 4 werden von der Batterie B über die Widerstände
22 bzw. 23 mit einem konstanten Strom gespeist.
In den Ausgangsstromkreisen der Kerne 2 und 3 sind
Dioden G bzw. G und Regulierwiderstände 24 bzw. 25 vorgesehen. Nach der schaltungsmässigen Anord- nung sind die an den Regulierwiderständen auftretenden Spannungen einander entgegengerichtet und die daraus resultierende Spannung erscheint an den Klemmen 26, 27, welche über eine Diode Gs und einen
Regulierwiderstand 28 miteinander verbunden sind. Desgleichen befindet sich im Ausgangsstromkreis des
Kernes 4 eine Diode G4 und ein Regulierwiderstand 29. Die Regulierwiderstände 28, 29 sind wie die Regu- lierwiderstände 24,25 geschaltet, so dass die an ihnen auftretenden Spannungen gleichfalls gegensinnig sind.
Die resultierende Spannung wird über einen Widerstand 30 an ein Schaltelement, beispielsweise einen Transistor T4 gelegt, der über einen Widerstand 31 von der Batterie B gespeist wird. Der Transistor T4 lässt nur Impulse mit negativer Polarität gegen Erde durch und gibt zwischen einer Ausgangsklemme 32 und Erde gleichgerichtete, verstärkte Spannungsimpulse ab.
Die Wirkungsweise der beschriebenen Vorrichtung ist mit Hilfe der dargestellten Diagramme näher erläutert. Die beiden Impulsreihen E bzw. f, deren Differenzfrequenz ermittelt werden soll, werden den Eingangsklemmen 18 bzw. 20 zugeführt. Die Polarität jeder der beiden zueinander bezogenen Impuls- reihen . ist hiebei ohne Belang. In unserer beispielsweisen Ausführung wird angenommen, dass bei- de Impulsreihen f1' aus Impulsen negativer Polarität zusammengesetzt sind. Die Impulsreihen , #y gelangen jede für sich getrennt nach Verstärkung durch die Transistoren, bzw. T an die Eingangswick- lungen 5 und 11. bzw. 6,8 und 10.
Da die Eingangswicklungen 5 und 6 des Kernes 1 einen entgegenge- setzten Wicklungssinn haben, ist im Diagramm a der Fig. 2 die Impulsreihe der Frequenz f positiv und im
Diagramm b diejenige der Frequenz fi negativ dargestellt worden. Der Gesamteinfluss der beiden Impuls-
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Diagrammen a und b zusammensetzt. wie auch aus der Hystereseschleife in Fig. 3 der Kerne ersehen. Die durch-die Impulse erzeugte Feldstärke ist nämlich grösser, als sie für die eigentliche Sättigung des Kernes erforderlich wäre. Gemäss der Fig. 3 ist dies dadurch veranschaulicht, dass die Impulsamplituden der Impulse 34 und 35, die Sättigungsfeldstärke. Hg überragen. Beim Auftreten des ersten Impulses 36 der Impulsreihe c, steigt die Magnetisierung des Kernes plötzlich bis zu seiner magnetischen Sättigung an.
In der Ausgangswicklung 13 wird daher an Stelle der Vorderflanke des Impulses 36 ein differenzierter, positiver Spannungsimpuls induziert, wie es das Diagramm d zeigt. Die Rilckflanke des Impulses 36 ruft keinen so grossen Impuls mehr in der Ausgangswicklung 13 hervor, da die Magnetisierung des Kernes 1 nunmehr gemäss dem fast horizontalen oberen Ast der Hystereseschleife verläuft. Erst beim Ummagnetisieren des Kernes durch den erstfolgenden, negativen Impuls 37, tritt wieder ein differenzierter, diesmal negativer, scharfer Spannungsimpuls in der Ausgangswicklung 13 auf. In letzterer wird auf diese Weise eine Spannung induziert, deren Verlauf aus dem Diagramm d hervorgeht.
Der Transistor T, verstärkt aber nur die negativen Impulse und verbreitert sie, so dass Impulse, wie sie im Diagramm e dargestellt sind, entstehen, die dann der Eingangswicklung 7 des nächsten Kernes 2 zugeführt werden. Der Einfluss der Impulse e zusammen mit dem der Eingangswicklung 8 zugeführten Impuls a ergibt sich aus dem Diagramm f, in dem nun beide Impulsreihen zusammengesetzt dargestellt sind. An der Ausgangswicklung 14 des Kernes 2 treten dann die im Diagramm g dargestellten Spannungsimpulse auf. Von diesen werden die negativen durch die Diode Cl gesperrt, so dass nur positive Impulse am Regulierwiderstand 24 erscheinen. Die an einer konstanten Spannung liegende Vormagnetisierungswicklung 9 bewirkt eine Vormagnetisierung des Kernes 3, wie in der Fig. 4 mit 38 veranschaulicht ist.
Diese ist grösser als die eigentliche Sättigungsfeldstärke Hs dieses Kernes. Die Amplitude der der zweiten Eingangswicklung 10 zugeführten Impulse a ist so gross. dass der Kern 3 bei jedem Impuls zweimal vollständig ummagnetisiert wird. An der Ausgangswicklung 15 erscheint daher eine Impulsfolge, wie sie im Diagramm h gezeigt wird. Die an der Vorder- und Rückflanke der Impulse a entstehenden Spannungsspitzen sind nun gleich gross. Die Diode G sperrt die negativen Ausgangsimpulse des Kernes 3 und lässt nur die positiven durch den Widerstand 25 fliessen. Da die Spannungen an den Widerständen 24 und 25 gegensinnig wirken, werden die an ihnen auftretenden Impulsreihen einander subtraktiv überlagert. Ihre Amplitude kann durch entsprechende Einstellung der Widerstände 24, 25 auf gleiche Grösse gebracht werden.
Da für jeden Impuls der Impulsreihe a und b am Regulierwiderstand 24 bzw. 25 ein positiver Impuls g bzw. h auftritt, und die die Impulse b darstellenden
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positiven Impulse der Impulsfolge g immer mit positiven Impulsen der Impulsfolge h zusammentreffen, erscheint an den Klemmen 26, 27 eine Impulsfolge, deren Frequenz gleich der Differenz der Frequenzen f und fl der Impulsreihen a und b ist, wie das Diagramm i zeigt.
Hätten die Impulse der beiden Impulsreihen f1 und L gleiche Frequenz und gleiche Form, und lägen sie zueinander gegensinnig in Phase, so würden an den Klemmen 26, 27 positive Impulse von derselben Frequenz wie die Impulse a, b auftreten. Um vorzubeugen, dass in diesem Fall am Ausgang der Vorrichtung keine Impulse erscheinen, die eine von Null abweichende Differenzfrequenz vortäuschen könnten, ist der ferromagnetische Kern 4 vorgesehen. Seine Vormagnetisierungswicklung 12 liegt, ebenso wie die des Kernes 3, an einer Vorspannung, die die in der Fig. 4 mit 38 angedeutete Vormagnetisierung ergibt.
Die über die Vormagnetisierungswicklung 12 geleiteten Impulse b werden daher differenziert und es entstehen die im Diagramm j dargestellten Impulse. Durch die Diode Gwird erreicht, dass am Regulierwiderstand 29 nur positive Spannungsimpulse auftreten. Wenn die letzteren nun mit den am Regulierwiderstand 28 auftretenden Impulsen h zusammenfallen, was unter den angenommenen Umständen der Fall ist, so heben sie sich bei zwei Impulsreihen nach dem vorstehend angeführten Beispiel gegenseitig auf und die Ausgangsspannung zwischen der Klemme 32 und Erde ist gleich Null.
Fallen die Impulsreihen h und j nicht zusammen, so werden nur die am Widerstand 28 auftretenden Impulse durch den Transistor T 4 verstärkt, die am Widerstand 29 auftretenden dagegen gesperrt, weil der Transistor T4 nur Impulse durchlässt, die gegenüber Erde negativ polarisiert sind. Die RC-Netzwerke R und C. bzw. ru und Q sowie die Transi-
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die an den Widerständen 24, 25 auftretenden Impulse nicht ganz genau identisch und in Phase, so entstehen nach ihrer Überlagerung doch noch Restimpulse entgegengesetzter Polarität.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Vorrichtung zur Erzeugung der Differenzfrequenz zweier Impulsreihen, mit geschlossenen ferromagnetischen Kernen mit annähernd rechteckiger Hystereseschleife, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Kerne (1, 2) mit je zwei Eingangswicklungen (5-6 bzw. 7-8) sowie zwei Kerne (3,4) mit je einer Eingangswicklung und einer Vormagnetisierungswicklung (9-10 bzw. 11-12) vorgesehen und diein jedem Kern durch die stromdurchflossenen Eingangswicklungen erzeugten Felder gegensinnig sind und jeder
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Kerne (2, 3 und 4) über Regulierwiderstände (24-29) sowie Dioden (G-G) miteinander verbunden und dabei bestimmte Regulierwiderstände (24 - 25 bzw.
28 - 29) so geschaltet sind, dass die an ihnen auftretenden Spannungen einander entgegenwirken, und dass ferner der Zusammenschluss der Diode (G4) und des Regulierwiderstandes (29) des letzten ferromagnetischen Kernes (4) den Ausgang für die resultierende Spannung bildet, der über einen Widerstand (30) und einen Transistor (T4) an die eigentliche Ausgangsklemme (32) angeschlossen ist.
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