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Rückkopplungsschaltung mit mindestens einer magnetisch übersteuerten Eisendrossel. Zur Erzeugung von Viel fachen einer Grundfrequenz werden bekanntlich mit Vorteil magnetisch übersteuerte Eisendrosseln benutzt. Schickt man durch die Eisendrosselspule einen sinusförmigen Wechselstrom genügender Stärke derart, dass im Takte des Wechselstromes eine starke magnetische Übersättigung der Drossel auftritt, so entsteht in der Spule bei jedem Nulldurchgang des Magnetisierungsstromes eine elektromotorische Kraft in Form einer Spannungsspitze, deren Vorzeichen abwechselnd positiv und negativ ist.
Die harmonische Analyse der Wechselspannung zeigt, dass in der so erhaltenen Spannungskurve neben der Grundfrequenz nur un- geradzahlige Vielfache der Grundfrequenz vorhandem sind.
Es ist weiter bekannt, dass bei Überlagerung einer andern Frequenz über den Grundfrequenzstrom ausser den ungeradzahligen Vielfachen der Grundfrequenz noch die Seitenfrequenzen der geradzahligen Vielfachen der Grundfrequenz auftreten. Die magnetisch übersteuerte Eisendrossel wirkt also als sogenannter Oberwellenmodulator, wenn ausser dem Magnetisierungsstrom der Grundfrequenz noch ein Strom einer modulierenden Frequenz der Eisendrossel zugeführt wird.
Wird ein Oberwellenmodulator durch den äusseren Widerstand in den Frequenzgebieten der Seitenbänder belastet, so entstehen Seitenbandströme, die in der Drossel neuerdings modulieren, das heisst ihrerseits wieder neue Seitenfrequenzen der geradzahligen Harmonischen der Grundfrequenz hervorrufen.
So entstehen zum Beispiel, wenn mau einem Oberwellenmodulator mit der Grundfrequenz f, eine Modulationsfrequenz n zu- führt, u. a. elektromotorische Kräfte der Seitenbänder 2f, n. Wenn nun der Modu- lator zum Beispiel für die Frequenz (2 f g-n) mit einem Scheinwiderstand Ra belastet wird, so entsteht ein Strom der Frequenz (2fg-n), der nun zusätzlich magnetisiert und dadurch
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als Seitenbänder von 2fg elektromotorische Kräfte der Frequenz 3 fg - (2 fg - n) = n und 2fg + (2fg - n )
= 4fg - n erzeugt. Es entsteht also u. a. eine Zusatz-EMK der Modulationsfrequenz n, die als Rückkopplung wirkt. Die Zusatz-EMK ist in Phase mit dem Strom der Modulationsfrequenz, wenn der Strom der Seitenbandfrequenz, (2fg-n) in Phase ist mit der EMK, das heisst, wenn die Belastung (Ri + Ra) des Ge- nerators bei der Frequenz (2fg - n) reell ist (Ri ist hierbei der betriebsmässige induktive innere Widerstand der Modulationsdrossel). und man erhält eine reelle Rüeklopplung, das heisst einen durch die Zusatz-EMK erzeugten Zusatzstrom der Modulationsfrequenz, der mit dem ursprünglichen Strom in Phase ist, wenn auch für die Modulationsfrequenz die Belastung (Ra + Ri) reell ist.
Die Rückkopplung ist jedoch auch dann reell, wenn bei komplexer Belastung die Phasenverschiebung zwischen Zusatzstrom und Zu- satz-EMK entgegengesetzt gleich der Phasenverschiebung zwischen Seitenbandstrom und Seitenbaud-EMK gemacht wird.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass man nur die Riickkopplung reell und zugleich genügend fest zu machen braucht, um die Schaltimsanordnung stark zu ent- dämpfen oder zur Selbsterregung zu bringen. Bei einer Rückkopplungsschaltung mit wenigstens einer magnetisch übersteuerten Eisendrossel sieht daher die Erfindung vor, dass die Eisendrossel mit einem Scheinwiderstand belastet ist, der bei zwei Frequenzen, deren Kombinationsfrequenzen wenigstens teilweise ein geradzahliges Vielfaches der magnetisierenden Grundfrequenz sind, eine solche Bemessung zeigt, dass sich ein reelles Rückkopplungsmass von einer Grösse ergibt, die wenigstens nahezu zur Selbsterregung führt.
Die Übersteuerung der Eisendrossel kann dabei durch ein magnetisches sinus- förmiges Wechselfeld oder auch durch eine angelegte sinusförmige Spannung erfolgen. Bei Verwendung eines magnetischen sinus- förmigen Wechselfeldes benutzt man vor- zugsweise Reihenschwingkreise in Parallelschaltung als Belastung, die auf die genannten Frequenzen abgestimmt sind. Bei Anle- gung einer sinusförmigen Spannung verwendet man hingegen zweckmüssig Parallelschwingkreise in Reihenschaltung als Belastung. Ein reelles Rückkopplungsmass, das wenigstens nahezu zur Selbsterregung führt, kann dabei immer durch entsprechende Bemessung des Scheinwiderstandes erreicht werden.
Je nachdem, ob ein mnagnetisches sinusförmiges Wechselfeld benutzt ist oder eine sinusförmige Spannung angelegt ist, gibt man dem Scheinwiderstand bei diesen Frequenzen zweckmässig Nullstellen oder Unendlichkeitsstellen, reelle Minima oder reelle Maxima. Die beiden Frequenzen, für die der Scheinwiderstand eine solche Bemessung zeigen soll, können dabei zusammenfallen. Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand der Fig. 1-4 erläutert. In der Fig. 1 ist das Frequenzsehema der Vorgänge in einer Anordnung nach Fig.2 dargestellt. Die Wee hselstromquelle S treibt einen sinusförmigen Strom über den Schwingkreis LC durch die Eisendrossel Dr, deren Magnetisierungskurve dadurch bis in die Sättigungsgebiete gesteuert wird.
Dadurch entsteht an der Drossel eine Spannung mit stark verzerrter Kurvenform, die neben der Grundfrequenz fg noch die ungeradzahligen Vielfachen 3fg, 5fg usw. enthält. Wird ausserdem aus der Stromquelle S' über einen Vorschaltwiderstand Rv., wie gestrichelt angedeutet, ein zweiter Wechselstrom der Frequenz f durch die Drossel Dr geschickt, so entstehen ausserdem die Seitenfrequenzen der geradzahligen Vielfachen 2fR, 4f,. usiv. Die Frequenz f sei beispielsweise a. Es entstehen dabei also die Seitenfrequenzen b, e sowie d,
e usw. Falls die Frequenz f = b gewählt würde, würde umgekehrt die Frequenz a entstehen. Bei unbelasteter Drossel steht die WIK des betreffenden Moduhtionsproduktes, wie durch Messun-en bestätigt worden ist, zu dem Strom der modulierenden Frequenz für
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einen gewissen Amplitudenbereich in linearer Beziehung.
Es gilt also Eb = Ja ³ #ab, Ea = Jb ³ #ba (1) Ec = Ja ³ #ac, Ea = Jc ³ #ca Belastet man nun die Drossel über zwei Schwingkreise L1C1 und L2C2 mit den Widerständen R1 und R2 und stimmt zum Beispiel den Kreis 1 auf die Frequenz a und den Kreis 2 auf die Frequenz b ab, so entsteht infolge der EMK Eb ein Strom der Frequenz b, der umgekehrt wieder eine EMK Ea hervorruft, die einen Strom durch die Drossel und den Kreis 1 treibt, der den von S' gelieferten Strom unterstützt. Man hat also eine s Rückkopplung und es tritt, auch wenn S' und Rv nicht vorhanden, Selbsterregung ein, wenn
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Es ist dabei angenommen, dass die Drossel Dr,
die Induktivitäten L1, L2, die Kapazitäten C1, C2 frei von Verlustwiderständen sind. Sind Verluste vorhanden, so sind in R1 und R2 die Gesamtverlustwiderstände der Kreise 1 und 2 einzusetzen, damit die obige Instabilitätsbedingung Gültigkeit hat.
Im Beispiel ist angenommen worden, dass nur über die Frequenzen a und b zurückgekoppeltwird. Es entstehen jedoch in der Drossel auch die übrigen Modulationsprodukte c, d, e usf. und können erforderlichenfalls entnommen werden. Es kann jedoch auch Selbsterregung eintreten, wenn an Stelle von a und b andere Modulationspro- dukte für die Rückkopplung benutzt werden. So können zum Beispiel die Kreise 1 und 2 auch auf die beiden Seitenfrequenzen b und c oder d und e abgestimmt werden. Wird beispielsweise der Kreis 1 auf die Frequenz b abgestimmt, so entsteht als Seitenfrequenz des geraden Vielfachen 4fg der Grundfrequenz die Frequenz c. Die beiden Kreise sind also auch hierbei auf eine Modulationsfre- quenz und auf eine der entstehenden Seitenfrequenzen abgestimmt.
Es hat sich gezeigt, dass es besonders vorteilhaft ist, auf eine der entstehenden untern Seitenfrequenzen abzustimmen.
Für a = 2fg ergibt sich ein Sonderfall. Es fallen dann nämlich die Frequenzen a und d zusammen, und zwar auf das betreffende Vielfache 2fg. Stimmt man also auf 2 f s oder ein anderes geradzahliges Vielfaches der Grundfrequenz ab (man braucht dann nur noch einen Resonanzkreis), so kann auch Selbsterregung eintreten. Es entstehen dann die geradzahligen Vielfachen der Grundfrequenz. Für a = f g oder 3f g usf. entstehen durch Selbsterregung in der gleichen Weise ungeradzahlige Vielfache der Grundfrequenz. Die praktische Anwendung eines nach diesem Prinzip arbeitenden Frequenzverdopplers bezw. Vervielfachers usw. ist in der Fig. 3 dargestellt.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Rückkopplungsschwingkreis zugleich als Eingangskreis eines Bandfilters F benutzt worden, das beispielsweise zur besseren Aussiebung eines geradzahligen Vielfachen der Grundfrequenz, zum Beispiel der Frequenz 2fg, benutzt ist.
An Stelle des auf die Grundfrequenz abgestimmten Schwingkreises LC in den Fig. 2 und 8 kann auch ein grösserer Vorwiderstand benutzt werden. Die Schwingkreise L1, C, und L2, C, sind in Fig. 2 als Längsresonanzkreise mit Spulen und Kondensatoren dargestellt. Statt dessen können auch Schwingkristalle oder sonstige elektromechanische Reso- natoren verwendet werden.
Besonders vorteilhaft ist es, einen besonders selektiven Resonanzkreis, zum Beispiel einen Schwingkristall, als Kreis 1 und einen weniger selektiven Kreis, zum Beispiel einen gedämpften Spulen-Kondensator-Kreis, als Kreis 2 zu kombinieren, um die Gefahr des Stabilwer- dens bei gegenseitigen Verstimmungen von Kreis 1 und Kreis 2 und Grundfrequenz f, zu vermindern. Dies ist zum Beispiel von besonderer Bedeutung, wenn aus einer ungenauen Grundfrequenz, die beispielsweise dem Starkstromnetz entnommen wird, eine genaue Frequenz erzeugt werden. soll.
Man wird dann einen der beiden Kreise als Schwingkristall ausbilden und kann den andern Kreis erfor-
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derlichenfalls als Bandfilter mit einem Wellenwiderstand, der im Durchlassbereich geebnet ist und im Sperrbereich gegen L nend- lich verläuft, ausbilden, das mit einem reellen Widerstand abzuschliessen ist und somit in einem grösseren Frequenzbereich einen konstanten Scheinwiderstand hat. Der induktive innere Widerstand der Eisendrossel Dr kann, falls erforderlich, bei der Abstimmung der Rückkopplungskreise berücksichtigt werden. Der Rückkopplungsgrad wird dadurch auch bei Änderungen der Grundfrequenz konstant.
Beispielsweise ist der Schwingkristall auf die Frequenz d und der andere Kreis auf die Frequenz a abgestimmt. Bei Änderung der Grundfrequenz fg ändert sich damit auch 4fg. Da der Kreis für die Frequenz a weniger selektiv sei, kann sich auch die Frequenz a ändern, ohne dass das Phasenmass in den Rückkopplungskreisen wesentlich verändert wird. Infolge der Benutzung eines sehr selektiven Kreises, zum Beispiel eines Schwingkristalles, bleibt jedoch die Frequenz d konstant. Die genaue Frequenz d erhält man dann zum Beispiel an einem mit dem Schwingkristall in Reihe geschalteten Widerstand.
Ähnlich kann man verfahren, wenn man mittels Eisendrosseln, die mit konstanter -Grundfrequenz magnetisiert werden, veränderbare Frequenzen erzeugen will. In diesem Falle macht man beispielsweise den auf die Frequenz a abgestimmten Schwingkreis selektiv und veränderbar und benutzt zum Beispiel an Stelle eines zweiten Schwingkreises für die Frequenz d ein Bandfilter mit geebnetem Eingangsscheinwiderstand.
Ein nach der Erfindung aufgebauter Rückkopplungsgenerator ist besonders geeignet zur Erzeugung von modulierten Schwingungen, zum Beispiel für Ruf- und Signalzwecke. So kann beispielsweise ein modulierter Rufstrom 500/20 Hz aus dem 50-Hz-Netz abgeleitet werden. Mit dieser Grundfrequenz magnetisiert man eine Eisendrossel und koppelt mit 10 und zum Beispiel 490 Hz oder auch mit 110 und 90 Hz zurück. Es entstehen dann die Seitenfrequenzen der gerad- zahligen Vielfachen von 50 Hz, unter anderem also auch die Frequenzen 490 und 510 Hz, die dann entnommen werden können und als modulierter Rufstrom Verwendung finden.
An Stelle der in den Fig. 2 und 3 dargestellten einfachen Schaltungen können auch Gegentaktschaltungen und Doppelgegentakt- sehaltungen benutzt werden, die den Vorteil bieten, dass unerwünschte Modulationsprodukte, wie vor allemn die ungeradzahligen Harmonischen der Grundfrequenz fg, unterdrückt werden und auch die Kreise 1 und 2 gegeneinander entkoppelt werden können, beispielsweise dann, wenn auf a und b abgestimmt ist und die beiden Frequenzen an verschiedenen Klemmen entnommen werden sollen.
In der Fig. 4 ist der Fall dargestellt, dass die Drossel, statt sie mit sinusförmigem Strom zu speisen, an eine sinusförmige Spannung gelegt wird, wie es bereits vorgeschlagen wurde. Es entsteht dann ein Strom in der Spule mit stark verzerrter Kurvenform, und man muss dann statt Reihenschwingkreise parallel zur Drossel Parallelschwingkreise L,C1 und L_C_ in Reihe mit der Drossel schalten. Der als Energiespeicher dienende Schwingkreis LC wird als Parallelkreis ausgebildet und statt in Reihe dem Generator S parallelgeschaltet. Bei R1 und R_ können dann die gewünschten Dlodulationsprodukte entnommen -erden.
Eine solche Schaltung ist besonders vorteilhaft, wenn der Grundtv ellengenerator . in Unteranpassung betrieben wird, zum Beispiel bei einer Pentoden- iöhrenschaltung als Grundwellengenerator.
Schaltungsanordnungen gemäss der Erfindung können auch mit Vorteil als selektiver Verstärker benutzt werden, wenn man den Rückkopplungsgrad etwas geringer wählt, so da.ss noch keine Selbsterregung eintritt. Wird dies zum Beispiel in einer Anordnung nach Fig. 4 durchgeführt, beispielsweise durch Erniedrigen der Widerstände R1 und R2, so kann man eine an Kreis 1 (L1, Cl, R1) zugeführte Spannung der Frequenz a an Kreis 2
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(L2, C2, R2) mit einer andern Frequenz, zum Beispiel d, verstärkt entnehmen.