Schwingungsgenerator mit Serienresonanzverbraucher. Die Erfindung betrifft einen selbsterreg ten Schwingungsgenerator mit Elektronen röhre und einem Serienresonanz-Charakteristik aufweisenden Verbraucher. Derartige Ver braucher haben im Gegensatz zur Parallel resonanz für ihre Resonanzfrequenz den kleinsten Widerstand.
Es sind selbsterregte Schwingungsgenera toren mit Elektronenröhren bekannt, bei denen der Verbraucher mit. Serienresonanz-Charak- teristik, zum Beispiel ein piezoelektrischer Schwingkristall wie Quarz, direkt oder über Transformatoren am Anodenkreis angeschlos sen ist und welche mit der üblichen Anoden- Spannungsrüekkopplung arbeiten. Mit dieser Rückkopphing (parallel zum Anodenwider stand) erregt sieh immer diejenige Frequenz, für die der Anodenwiderstand am grössten ist.
BeiVerstimmung des Generatorschwingkreises bezüglich der Quarz-Resonanzfrequenz nimmt der Quarzwiderstand und damit die Anoden wechselspannung zu, so dass die Rückkopp lungsspannung und damit die Röhrenaus steuerung ebenfalls ansteigen, wodurch eine weitere Zunahme der Anodenwechselspannung eintritt. Die durch Verstimmung auftretende induktive oder kapazitive Komponente des Quarzes geht in die Abstimmung des Genera torschwingkreises ein.
Der Schwingungsgene r ator folgt deshalb der Generatorschwingkreis- frequenz, weil er bei Verstimmung einen grösseren Anodenwiderstand findet. Der Nach teil dieser Anordnungen ist daher, dass der Generatorschwingkreis auf die in einem Quarz sehr scharf ausgeprägte Resonanzfrequenz abgestimmt werden muss und bei Verstim- inung infolge Inkonstanz seiner Teile die Quarzschwingleistung abnimmt, wobei gleich zeitig die Wechselspannung zunimmt und die Röhren in den überspannten Zustand kommen.
Ferner sind selbsterregte Schwingungsgenera toren mit Elektronenröhren bekannt, die mit einem piezoelektrischen Schwingkristall, zum Beispiel einem Quarz, arbeiten, welcher an Gitter und Kathode bzw. an Gitter und Anode der Elektronenröhre angeschlossen ist. In diesen Anordnungen dient der Quarz zur Frequenzstabilisierung, wobei der Schwin gungsgenerator immer annähernd auf der Quarzresonanzfrequenz arbeitet.
Der Nachteil dieser Anordnung ist, dass der Quarz nicht als Verbraucher benutzt werden kann, da er in einem Falle nur kleine Wechselspannungen erhält und in beiden Fällen keine wesentliche Dämpfung durch Energieentnahme erfahren darf, weil sonst die Schwingungserregung aussetzt.
Weiterhin ist es möglich, selbsterregte Schwingungsgeneratoren mit Elektronen röhren, bei denen ein Verbraucher mit Serien resonanz-Charakteristik, zum Beispiel ein piezoelektrischer Schwingkristall (Quarz) be nutzt wird, mit einem zweiten piezoelektri- schen Schwingkristall zur Frequenzstabilisie- rung zu versehen.
Der Nachteil dieser An ordnungen ist, dass die beiden Kristalle wegen ihrer scharfen Resonanz genau dieselbe Reso nanzfrequenz haben müssen und bei Verstim- mung, zum Beispiel durch Erwärmung des einen Kristalls, insbesondere des Verbraucher kristalls, während des Betriebes, die Schwing leistung des Verbraucherkristalls ebenfalls abnimmt.
Die Nachteile der angeführten Genera toren werden durch den nachstehend an Hand der beiliegenden Zeichnung beschriebenen, ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfin- dung darstellenden Schwingungsgenerator be seitigt. Dieser ist ein selbsterregter Schwin- -ungsgenerator mit Elektronenröhre, dessen Verbraucher eine Serienresonanz-Charakteri- stik hat Lund dessen Schwingungsfrequenz auch bei - nicht zu grossen - Verstimmungen des Generatorschwingkreises durch die Resonanz frequenz des Verbrauchers bestimmt wird.
Die Anode der Elektronenröhre 1 ist mit dem Generatorschwingkreis 2 verbunden, welcher aus der Induktivität 3 und der Kapazität 4 besteht. An den Generatorschwingkreis 2 ist der Verbraucher 5 mit Serienresonanz-Charak- teristik angeschlossen, welcher zum Beispiel zur Erzeugung mechanischer Schwingungen dient; bei piezoelektrischen Schwingkristallen kann die Kapazität d auch durch die Elektro- denkapazität des Kristalls gebildet werden.
Der Generatorschwingkreis 2 ist anderseits mit dem Pluspol der Anodenspannungsquelle verbunden, welcher geerdet ist, so dass der Verbraucher 5 keine Anodengleichspannung erhält. Die Anodenspannungsquelle ist durch den Kondensator 6 überbrückt.
Das Wesentliche des dargestellten Schwin- gungsgenerators besteht darin, da.ss nicht die übliche Anoden-Spannungsrückkopplung (parallel zum Anodenwiderstand), sondern eine in Reihe mit dem Verbraucherwiderstand liegende Stromrückkopplung angewendet ist. Die Rückkopplungsspannung wird an einem phasenreinen Ohnlschen Rückkopplungswider stand 7 abgenommen, damit keine Phasen verschiebung zwischen Spannung Lind Strom entsteht.
Der Rückkopplungswiderstand 7 liegt in der Minusleitung des Anodenkreises. Weil die Kathode der Elektronenröhre 1 die negative Anodengleichspannung gegen Erde und eine Hochfrequenzspannung entsprechen([ der Spannung am Rüekkopplungswiderstancl r erhält, muss die Heizwicklung des Heizt.rans- formators der Elektronenröhre 1. demgemäss isoliert sein und zweckmässigerweise eine möglichst kleine Erdkapazität haben.
An den Enden des Rückkopplungswiderstandes 7 ist die Primärwicklung des Rüekhoppltungstrans- formators 8 angeschlossen, welcher eine mög lichst feste Kopplung beider Wicklungen, also eine möglichst kleine Streuung besitzen soll, so dass der Phasenwinkel zwischen Primär- Lind Sekundärspannung möglichst, genau 180' ist.
Damit die parallel zum Rückkopplungs widerstand 7 liegende Induktivität des Rüel@- kopplungstransforinators 8 sowie die parallel liegende Erdkapazität. der Heizwicklung und dynamische Gitterkapazität der Elektronen röhre 1 keine Phasenverschiebung hervor rufen, ist es zweckmässig, die Induktivität des Rückkopplungstransformators 8 so zu be messen, dass sein Blindwiderstand bei der Betriebsfrequenz entgegengesetzt gleich dem dieser Schaltungskapazitäten ist.
Die Sekun därwicklung des Rückkopplungstransforma tors 8 ist. einerseits über den Gitterableitunms- widerstand 9, welcher durch den Kondensator 10 überbrückt wird, mit der Kathode und anderseits mit dem Gitter der Elektronen röhre 1 verbunden.
Bei der angewandten Anoden-Stromriiel@- kopplung (in Serie mit dein Anodenwider stand) erregt sich immer diejenige Frequenz, für die der Anodenwiderstand am kleinsten ist. Bei Verstimmung des Generatorschwing- kreises Lund, angenommenerw eise, der G enera- torfrequenz bezüglich der Verbraueher-Reso- nanzfrequenz (Serienresonanz) nimmt der Verbraucherwiderstand wie üblich zu und damit der Anodenwechselstrom ab,
so dass die Rückkopplungsspannung und damit die Röh renaussteuerung ebenfalls kleiner werden, wo durch eine weitere Abnahme des Anoden wechselstromes und deshalb eine Abnahme der Anodenwechselspannung eintritt. Der Schwin gungsgenerator folgt daher der Resonanz frequenz des Verbrauchers, weil er bei nicht zu grosser Verstimmung nur mit dessen Eigen- Frequenz den kleinsten Anodenwiderstand findet.
Die frequenzbestimmende Wirkung des Serienresonanzverbrauchers 5 ist um so grö sser, je stärker seine Widerstandsänderungen bei Frequenzänderungen den Anodenwechsel strom beeinflussen. Es ist deshalb n-c,eck- mässig, alle mit ihm in Reihe liegenden Wider stände klein und alle zu ihm parallelliegenden Widerstände gross gegenüber seinem Reso nanzwiderstand zu machen.
Daher soll der Rückkopplungswiderstand 7 und der Innen widerstand Ri=4IT,@/dla der Elektronenröhre l klein gegenüber dem Resonanzwiderstand R.z des Verbrauchers 5 sein:
um einen kleinen In nenwiderstand der Elektronenröhre 1 zu er halten, ist es günstig, Trioden zu benutzen. Zur Erreichung eines kleinen Verhältnisses RJRa ist es weiterhin vorteilhaft, den an die Elektronenröhre 1 angepassten Resonanzwider- stand Ra (Anpassungswiderstand) des Ver brauchers 5, eventuell durch entsprechende Transformation, gross zu machen; um einen entsprechend grossen Anpassungswiderstand (Grenzwiderstand) der Elektronenröhre 1 zu erhalten, ist es notwendig, dass deren Anoden gleichspannung möglichst hoch ist.
Ander seits soll nach obiger Feststellung der Reso nanzwiderstand (Parallelresonanz) des Gene- ratorseh\vingkreises 2 gross gegenüber dem Resonanzwiderstand Ra des Verbrauchers 5 sein; zur Erzielung eines grossen Resonanz widerstandes des Generatorschwingkreises 3 ist es erforderlich, dass dieser ein grosses Ver hältnis LIC hat und verlustarm ist.
Damit die Rückkopphingsspannung bei Frequenzänderungen in der Phase und Ampli tude unabhängig von den im Rückkopplungs weg liegenden Blindwiderständen bleibt., ist es notwendig, dass der RüekkoppIungswidei - stand 7 klein gegenüber den parallelliegenden Blindwiderständen ist und die Gitterstrom belastung durch die Elektronenröhre 1 wegen der Streuinduktivitä.t des Rückkopplungs transformators S gering ist.
Die Röhrenaus steuerung in das positive Gitterspannungs gebiet soll daher möglichst klein sein, was durch einen grossen Anodendurchgriff (min- destens 10 /o) der Elektronenröhre 1 und eine möglichst hohe Anodengleichspannung der selben erreicht wird.
Der Verbraucher 5 mit Serienresonanz- Charakteristik kann direkt oder über Trans formationsglieder an den Generatorschwing- kreis 2 angeschlossen werden.
Vibration generator with series resonance consumer. The invention relates to a self-excited oscillation generator with electron tube and a series resonance characteristic having consumer. In contrast to parallel resonance, such consumers have the lowest resistance for their resonance frequency.
There are self-excited Schwingungsgenera factors with electron tubes known in which the consumer with. Series resonance characteristics, for example a piezoelectric oscillating crystal such as quartz, is connected to the anode circuit directly or via transformers and which work with the usual anode voltage feedback. With this feedback ring (standing parallel to the anode resistance), the frequency for which the anode resistance is greatest is always excited.
If the generator oscillating circuit is wrong with respect to the quartz resonance frequency, the quartz resistance and thus the anode AC voltage increase, so that the feedback voltage and thus the tube output also increase, which leads to a further increase in the anode AC voltage. The inductive or capacitive component of the quartz caused by detuning is included in the tuning of the generator oscillating circuit.
The oscillation generator follows the generator oscillating circuit frequency because it finds a greater anode resistance when it is detuned. The disadvantage of these arrangements is therefore that the generator oscillating circuit has to be tuned to the resonance frequency, which is very sharply defined in a quartz, and if its parts are out of tune, the quartz oscillating power decreases, with the alternating voltage increasing at the same time and the tubes becoming over-stressed .
Furthermore, self-excited Schwingungsgenera gates with electron tubes are known that work with a piezoelectric oscillating crystal, for example a quartz, which is connected to the grid and cathode or to the grid and anode of the electron tube. In these arrangements, the quartz is used to stabilize the frequency, the oscillation generator always working approximately at the quartz resonance frequency.
The disadvantage of this arrangement is that the quartz cannot be used as a consumer, since in one case it only receives small alternating voltages and in both cases it must not experience any significant damping due to energy consumption, because otherwise the vibration excitation is interrupted.
It is also possible to tube self-excited oscillation generators with electrons, in which a consumer with series resonance characteristics, for example a piezoelectric oscillating crystal (quartz) is used, with a second piezoelectric oscillating crystal for frequency stabilization.
The disadvantage of this arrangement is that the two crystals, because of their sharp resonance, must have exactly the same resonance frequency and, if they are out of tune, for example due to heating of one crystal, in particular the consumer crystal, during operation, the oscillation power of the consumer crystal as well decreases.
The disadvantages of the generators listed are eliminated by the vibration generator, which is described below with reference to the accompanying drawing and represents an exemplary embodiment of the present invention. This is a self-excited oscillation generator with electron tubes, the consumer of which has a series resonance characteristic. Lund whose oscillation frequency is determined by the resonance frequency of the consumer even if the generator oscillating circuit is not too large.
The anode of the electron tube 1 is connected to the generator oscillating circuit 2, which consists of the inductance 3 and the capacitance 4. The consumer 5 with series resonance characteristics, which is used, for example, to generate mechanical vibrations, is connected to the generator oscillating circuit 2; In the case of piezoelectric oscillating crystals, the capacitance d can also be formed by the electrode capacitance of the crystal.
The generator oscillating circuit 2 is on the other hand connected to the positive pole of the anode voltage source, which is grounded so that the consumer 5 does not receive an anode direct voltage. The anode voltage source is bridged by the capacitor 6.
The essence of the oscillation generator shown is that it does not use the usual anode voltage feedback (parallel to the anode resistor), but rather a current feedback in series with the consumer resistor. The feedback voltage is taken from a phase-pure Ohnl feedback resistor 7 so that there is no phase shift between voltage and current.
The feedback resistor 7 is in the negative line of the anode circuit. Because the cathode of the electron tube 1 corresponds to the negative DC anode voltage to earth and a high frequency voltage ([the voltage at the feedback resistor, the heating winding of the heating transformer of the electron tube 1. must be insulated accordingly and, appropriately, have the smallest possible earth capacitance.
At the ends of the feedback resistor 7, the primary winding of the feedback transformer 8 is connected, which should have a strong coupling of the two windings, i.e. the smallest possible spread, so that the phase angle between the primary and secondary voltage is as close as possible to exactly 180 '.
So that the inductance of the Rüel @ - coupling transformer 8 lying parallel to the feedback resistor 7 and the parallel earth capacitance. the heating winding and dynamic grid capacitance of the electron tube 1 do not cause a phase shift, it is useful to measure the inductance of the feedback transformer 8 so that its reactance at the operating frequency is opposite to that of this circuit capacitance.
The secondary winding of the feedback transformer 8 is. on the one hand connected to the cathode via the grid discharge resistor 9, which is bridged by the capacitor 10, and on the other hand to the grid of the electron tube 1.
With the applied anode current coupling (in series with your anode resistance), the frequency for which the anode resistance is lowest is always excited. If the generator oscillator circuit Lund is detuned, presumably, the generator frequency with respect to the consumer resonance frequency (series resonance), the consumer resistance increases as usual and thus the anode alternating current decreases.
so that the feedback voltage and thus the tube modulation also decrease, where a further decrease in the anode alternating current and therefore a decrease in the anode alternating voltage occurs. The oscillation generator therefore follows the resonance frequency of the consumer because, if the detuning is not too great, it only finds the lowest anode resistance with its natural frequency.
The frequency-determining effect of the series resonance consumer 5 is greater, the more its resistance changes affect the anode alternating current when the frequency changes. It is therefore n-c, angular, to make all resistances lying in series with it small and all resistances lying parallel to it large compared to its resonance resistance.
Therefore, the feedback resistance 7 and the internal resistance Ri = 4IT, @ / dla of the electron tube 1 should be small compared to the resonance resistance R.z of the consumer 5:
in order to keep a small internal resistance of the electron tube 1, it is advantageous to use triodes. To achieve a small ratio RJRa, it is also advantageous to make the resonance resistance Ra (adaptation resistance) of the consumer 5, which is matched to the electron tube 1, large, possibly by means of a corresponding transformation; in order to obtain a correspondingly large matching resistance (limit resistance) of the electron tube 1, it is necessary that the anode DC voltage is as high as possible.
On the other hand, according to the above determination, the resonance resistance (parallel resonance) of the generator resonance circuit 2 should be large compared to the resonance resistance Ra of the consumer 5; To achieve a large resonance resistance of the generator oscillating circuit 3, it is necessary that it has a large LIC ratio and is low-loss.
So that the feedback ring voltage remains independent of the reactances lying in the feedback path in the event of frequency changes in phase and amplitude, it is necessary that the feedback resistance 7 is small compared to the parallel reactances and that the grid current load through the electron tube 1 is due to the leakage inductance. t of the feedback transformer S is low.
The tube control in the positive grid voltage area should therefore be as small as possible, which is achieved by a large anode penetration (at least 10 / o) of the electron tube 1 and the highest possible DC anode voltage.
The consumer 5 with series resonance characteristics can be connected to the generator oscillating circuit 2 directly or via transformation elements.