DE1005615B

DE1005615B - Vibration generator with series resonance consumer

Info

Publication number: DE1005615B
Application number: DESCH10576A
Authority: DE
Inventors: Heinrich Tigler
Original assignee: TH SCHULTES DR ING
Current assignee: TH SCHULTES DR ING
Priority date: 1952-09-23
Filing date: 1952-09-23
Publication date: 1957-04-04

Description

Rückkopplungsspannung und damit die Röhrenaus- 20 Kristalle wegen ihrer scharfen Resonanz genau diesteuerung ebenfalls ansteigen, wodurch eine weitere selbe Resonanzfrequenz haben müssen und bei VerZunahme der Anodenwechselspannung eintritt. Die Stimmung, z. B. durch Erwärmung des einen Kristalls, durch Verstimmung auftretende induktive oder kapa- insbesondere des Verbraucherkristalls, während des zitive Komponente des Quarzes 1 geht in die Abstim- Betriebes, die Schwingleistung des Verbrauchermung des Generatorschwingkreises 2 ein. Der 25 kristalle ebenfalls abnimmt.Feedback voltage and thus precisely control the tube out-20 crystals because of their sharp resonance also increase, which means that they must have the same resonance frequency and when they increase the anode alternating voltage occurs. The mood, e.g. B. by heating one crystal, due to detuning occurring inductive or capacitive in particular the consumer crystal, during the zitive component of the quartz 1 goes into the tuning operation, the oscillating power of the consumer measurement of the generator oscillating circuit 2. The 25 crystals are also decreasing.

Schwingungsgenerator folgt der Generatorschwing- Bei dem Schwingungsgenerator gemäß der Erfin-Vibration generator follows the generator oscillation In the oscillation generator according to the invention

kreisf requenz, weil er bei Verstimmung einen größeren dung sind diese Nachteile dadurch vermieden, daß Anodenwiderstand findet. Der Nachteil dieser Anord- eine Stromrückkopplung in an sich bekannter Weise nungen ist daher, daß der Generatorschwingkreis 2 in Reihe mit der Anodenimpedanz liegt, so daß die auf die in einem Quarz sehr scharf ausgeprägte Reso- 30 Schwingfrequenz des Generators der Resonanznanzfrequenz abgestimmt werden muß und bei Ver- frequenz des Verbrauchers folgt. Dabei kann der Verstimmung infolge Inkonstanz seiner Teile die Quarz- braucher z. B. mechanische Schwingungen erzeugen Schwingleistung abnimmt, wobei gleichzeitig die und ein piezoelektrischer Schwingkristall sein. Wechselspannung zunimmt und die Röhren in den Als Ausführungsbeispiel zeigt Fig. 2 einencircular frequency, because when detuned, these disadvantages are avoided by having an anode resistance. The disadvantage of this arrange- current feedback is therefore voltages in a known manner, that the generator oscillation circuit 2 is connected in series to the anode of impedance so that on the very sharply defined in a quartz resonance 30 oscillation frequency of the generator of Resonanznanzfrequenz must be matched and with frequency of the consumer follows. The detuning due to the inconsistency of its parts can cause the quartz consumers z. B. mechanical vibrations generate vibration power decreases, and at the same time be a piezoelectric oscillating crystal. AC voltage increases and the tubes in the As an exemplary embodiment, FIG. 2 shows a

überspannten Zustand kommen. Ferner sind selbst- 35 Schwingungsgenerator gemäß der Erfindung. Sein erregte Schwingungsgeneratoren mit Elektronen- Verbraucher 1, der eine Serienresonanzcharakteristik röhren bekannt, die mit einem piezoelektrischen aufweist und der beispielsweise zur Erzeugung mecha-Schwingkristall, z. B. einem Quarz, arbeiten, welcher nischer Schwingungen dient, liegt parallel zum an Gitter und Kathode bzw. an Gitter und Anode der Anodenschwingungskreis 2, welcher aus der Indukti-Elektronenröhre angeschlossen ist. In diesen Anord- 40 vität 5 und der Kapazität 6 besteht. Bei piezoeleknungen dient der Quarz zur Frequenzstabilisierung, irischen Schwingkristallen als Verbraucher kann die wobei der Schwingungsgenerator immer annähernd Kapazität 6 auch durch die Elektrodenkapazität des auf der Quarzresonanzfrequenz arbeitet. Der Nach- ' Kristalles gebildet werden. Der Anodenschwingungsteil dieser Anordnung ist, daß der Quarz nicht als kreis 2 des Generators liegt einseitig am Pluspol der Verbraucher benutzt werden kann, da er in einem 45 Anodenspannungsquelle, der geerdet ist, so daß am Falle nur kleine Wechselspannungen erhält und in Verbraucher 1 keine Gleichspannung gegen Erde aufbeiden Fällen keine wesentliche Dämpfung durch tritt. Die Anodenspannungsquelle ist durch den Kon-Energieentnahme erfahren darf, weil sonst die densator 12 überbrückt.overstrained state come. Furthermore, self-oscillation generators are in accordance with the invention. being Excited vibration generators with electron consumers 1, which have a series resonance characteristic known tubes, which has a piezoelectric and which, for example, to generate mecha oscillating crystal, z. B. a quartz, which serves niche vibrations, is parallel to on the grid and cathode or on the grid and anode the anode oscillation circuit 2, which consists of the inductive electron tube connected. In this arrangement there is 40 vity 5 and the capacity 6. With piezoelectric outputs The quartz is used to stabilize the frequency, the Irish oscillating crystals can be used as a consumer whereby the oscillation generator always has approximately the capacity 6 also due to the electrode capacity of the works on the quartz resonance frequency. The after- 'crystals are formed. The anode vibration part This arrangement is that the quartz is not as circle 2 of the generator on one side at the positive pole Consumer can be used because it is in a 45 anode voltage source that is grounded so that am The case only receives small alternating voltages and there is no direct voltage to earth in consumer 1 In cases, no significant damping occurs. The anode voltage source is through the con-energy draw may experience, because otherwise the capacitor 12 will be bridged.

Schwingungserregung aussetzt. Das Wesentliche des dargestellten Schwingungs-Suspends vibration excitation. The essentials of the illustrated vibration

Weiterhin ist es möglich, selbsterregte Schwingungs- 50 generators besteht darin, daß nicht die übliche generatoren mit Elektronenröhren, bei denen ein Anodenspannungsrückkopplung (parallel zum Anoden-Furthermore, it is possible to use a self-excited vibration generator that is not the usual one generators with electron tubes in which an anode voltage feedback (parallel to the anode

Verbraucher mit Serienresonanzcharakteristik, z. B.
ein piezoelektrischer Schwingkristall (Quarz) benutzt
wird, mit einem zweiten piezoelektrischen Schwingwiderstand), sondern eine in Reihe mit dem Verbraucherwiderstand liegende Stromrückkopplung angewendet ist. Die Rückkopplungsspannung wird anConsumers with series resonance characteristics, e.g. B.
a piezoelectric oscillating crystal (quartz) is used
is, with a second piezoelectric oscillating resistor), but a current feedback lying in series with the consumer resistor is used. The feedback voltage will be on

609 867/1«609 867/1 «

einem phasenreinen Ohmschen Rückkopplungswiderstand 7 abgenommen, damit keine Phasenverschiebung zwischen Spannung und Strom entsteht. Der Rückkopplungswiderstand 7 liegt in der Kathodenleitung der Generatorröhre. Weil die Kathode der Elektronenröhre 11 die negative Anodengleichspannung gegen Erde und eine Hochfrequenzspannung entsprechend der Spannung am Rückkopplungswiderstand 7 erhält, muß die Heizwicklung des Heiztransformators der Elektronenröhre 11 demgemäß isoliert sein und zweckmäßigerweise eine möglichst kleine Erdkapazität haben. An den Enden des Rückkopplungswiderstandes 7 ist die Primärwicklung des Rückkopplungstransformators 8 angeschlossen, welcher eine möglichst feste Kopplung beider Wicklungen, also eine möglichst kleine Streuung besitzen soll, so daß der Phasenwinkel zwischen Primär- und Sekundärspannung möglichst genau 180° ist. Damit die parallel zum Rückkopplungswiderstand 7 liegende Induktivität des Rückkopplungstransformators 8 sowie die parallel liegende Erdkapazität der Heizwicklung und dynamische Gitterkapazität der Elektronenröhre 11 keine Phasenverschiebung hervorrufen, ist es zweckmäßig, die Induktivität des Rückkopplungstransformators 8 so zu bemessen, daß sein Blind- widerstand bei der Betriebsfrequenz entgegengesetzt gleich dem dieser Schaltungskapazitäten ist. Die Sekundärwicklung des Rückkopplungstransformators 8 ist einerseits über den Gitterableitungswiderstand 9, welcher durch den Kondensator 10 überbrückt wird, mit der Kathode und andererseits mit dem Gitter der Elektronenröhre 11 verbunden.a phase pure ohmic feedback resistor 7 removed so that no phase shift between voltage and current. The feedback resistor 7 is in the Cathode lead of the generator tube. Because the cathode of the electron tube 11 is the negative anode DC voltage to earth and a high frequency voltage corresponding to the voltage across the feedback resistor 7 receives, the heating winding of the heating transformer of the electron tube 11 must accordingly be isolated and expediently have the smallest possible earth capacitance. At the ends of the Feedback resistor 7 is connected to the primary winding of the feedback transformer 8, which have the strongest possible coupling of the two windings, i.e. the smallest possible spread should, so that the phase angle between the primary and secondary voltage is as precisely as possible 180 °. In order to the inductance of the feedback transformer 8 lying parallel to the feedback resistor 7 as well as the parallel earth capacitance of the heating coil and dynamic grid capacitance of the electron tube 11 do not cause a phase shift, it is advisable to dimension the inductance of the feedback transformer 8 so that its reactive resistance at the operating frequency is opposite to that of these circuit capacitances. the The secondary winding of the feedback transformer 8 is on the one hand via the grid leakage resistor 9, which is bridged by the capacitor 10, with the cathode and on the other hand with the Grid of the electron tube 11 connected.

Bei der angewandten Anodenstromrückkopplung (in Serie mit dem Anodenwiderstand) erregt sich immer diejenige Frequenz, für die der Anodenwiderstand am kleinsten ist. Bei Verstimmung des Generatorschwingkreises und — angenommenerweise — der Generatorfrequenz bezüglich der Verbraucherresonanzfrequenz (Serienresonanz) nimmt der Verbraucherwiderstand wie üblich zu und damit der Anodenwechselstrom ab, so daß die Rückkopplungsspannung und damit die Röhrenaussteuerung ebenfalls kleiner werden, wodurch eine weitere Abnahme des Anodenwechselstromes und deshalb eine Abnahme der Anodenwechselspannung eintritt. Der Schwingungsgenerator folgt daher der Resonanzfrequenz des Verbrauchers, weil er bei nicht zu großer Verstimmung nur mit dessen Eigenfrequenz den kleinsten Anodenwiderstand findet.With the applied anode current feedback (in series with the anode resistance), excites always the frequency for which the anode resistance is lowest. If the generator oscillating circuit is detuned and - presumably - the generator frequency with respect to the consumer resonance frequency (Series resonance) the load resistance increases as usual and thus the anode alternating current decreases, so that the feedback voltage and thus the tube output also increases become smaller, resulting in a further decrease in the anode alternating current and therefore a decrease the anode alternating voltage occurs. The vibration generator therefore follows the resonance frequency of the consumer, because if the detuning is not too great, it only uses its natural frequency finds smallest anode resistance.

Die frequenzbestimmende Wirkung des Serienresonanzverbrauchers 1 ist um so größer, je stärker seine Widerstandsänderungen bei Frequenzänderungen den Anodenwechselstrom beeinflussen. Es ist deshalb zweckmäßig, alle mit ihm in Reihe liegenden Widerstände klein und alle zu ihm parallel liegenden Widerstände groß gegenüber seinem Resonanzwiderstand zu machen. Daher soll der Rückkopplungswiderstand 7 und der Innenwiderstand Ri = A U_a/A I_a der Elektronenröhre 11 klein gegenüber dem Resonanzwiderstand R_a des Verbrauchers 1 sein; um einen kleinen Innenwiderstand der Elektronenröhre 11 zu erhalten, ist es günstig, Trioden zu benutzen. Zur Erreichung eines kleinen Verhältnisses R₁J' R_a ist es weiterhin vorteilhaft, den an die Elektronenröhre 11 angepaßten Resonanzwiderstand R_a (Anpassungswiderstand) des Verbrauchers 1, eventuell durch entsprechende Transformation, groß zu machen; um einen entsprechend großen Anpassungswiderstand (Grenzwiderstand) der Elektronenröhre 11 zu erhalten, ist es notwendig, daß deren Anodengleichspannung möglichst hoch ist.The frequency-determining effect of the series resonance consumer 1 is greater, the more strongly its changes in resistance influence the anode alternating current when the frequency changes. It is therefore advisable to make all resistances in series with it small and all resistances in parallel with it large in relation to its resonance resistance. Therefore, the feedback resistance 7 and the internal resistance Ri = AU _a / AI _{a of} the electron tube 11 should be small compared to the resonance resistance R _{a of} the consumer 1; in order to obtain a small internal resistance of the electron tube 11, it is favorable to use triodes. To achieve a small ratio R ₁ J 'R _a , it is also advantageous to make the resonance resistance R _a (matching resistance) of the consumer 1, which is matched to the electron tube 11, large, possibly by means of a corresponding transformation; in order to obtain a correspondingly large matching resistance (limit resistance) of the electron tube 11, it is necessary that its anode DC voltage is as high as possible.

Andererseits soll nach obiger Feststellung der Resonanzwiderstand (Parallelresonanz) des Generatorschwingkreises 2 groß gegenüber dem Resonanzwiderstand R_a des Verbrauchers 1 sein; zur Erzielung eines großen Resonanzwiderstandes des Generatorschwingkreises 2 ist es erforderlich, daß dieser ein großes Verhältnis L/C hat und verlustarm ist.On the other hand, according to the above finding, the resonance resistance (parallel resonance) of the generator oscillating circuit 2 should be large compared to the resonance resistance R _{a of} the consumer 1; to achieve a large resonance resistance of the generator oscillating circuit 2, it is necessary that this has a large L / C ratio and is low in loss.

Damit die Rückkopplungsspannung bei Frequenzänderungen in der Phase und Amplitude unabhängig von den im Rückkopp lungs weg liegenden Blindwiderständen bleibt, ist es notwendig, daß der Rückkopplungswiderstand 7 klein gegenüber den parallel liegenden Blindwiderständen ist und die Gitterstrombelastung durch die Elektronenröhre 11 wegen der Streuinduktivität des Rückkopplungstransformators 8 gering ist. Die Röhrenaussteuerung in das positive Gitterspannungsgebiet soll daher möglichst klein sein, was durch einen großen Anodendurchgriff (mindestens 10%) der Elektronenröhre 11 und eine möglichst hohe Anodengleichspannung derselben erreicht wird.So that the feedback voltage is independent of frequency changes in phase and amplitude of the reactances lying in the feedback remains away, it is necessary that the feedback resistance 7 is small compared to the parallel reactive resistances and the grid current load through the electron tube 11 because of the leakage inductance of the feedback transformer 8 is low. The tube modulation in the positive grid voltage area should therefore be as small as possible, what by a large anode penetration (at least 10%) of the electron tube 11 and one possible high DC anode voltage of the same is achieved.

Der Verbraucher 1 mit Serienresonanzcharakteristik kann direkt oder über Transformationsglieder an den Generatorschwingkreis 2 angeschlossen werden.The consumer 1 with series resonance characteristics can be used directly or via transformation elements can be connected to the generator oscillating circuit 2.

Claims

Patent claims:

1. Self-excited vibration generator with electron tube and one from the parallel circuit its parallel resonance circuit with a series resonance characteristic Consumers existing anode impedance, characterized in that a current feedback in a manner known per se in series with the anode impedance, so that the oscillation frequency of the generator of the resonance frequency of the consumer follows.

2. Vibration generator according to claim 1, characterized in that the consumer mechanical vibrations generated.

3. Vibration generator according to claim 1, characterized in that the consumer is a is a piezoelectric oscillating crystal.

4. Vibration generator according to claim 1, characterized in that the feedback voltage is removed at an ohmic feedback resistor.

5. Vibration generator according to claim 1, characterized in that the feedback resistance is small compared to the resonance resistance of the consumer is.

6. Vibration generator according to claim 1, characterized in that the feedback voltage via a feedback transformer is removed.

7. Vibration generator according to claim 1, characterized in that the windings of the Feedback transformer are firmly coupled to one another in such a way that their voltages are practically out of phase.

8. Vibration generator according to claim 1, characterized in that the inductance of the Feedback transformer is sized so that its reactance is at the operating frequency opposite is equal to that of the parallel circuit capacitances.

9. Vibration generator according to claim 1, characterized in that the feedback resistance is small compared to the parallel ones Reactances is.

10. Vibration generator according to claim 1, characterized in that the internal resistance Δ U _a \ ΔΙ _{a of} the electron tube is small compared to the resonance resistance of the consumer.

11. Vibration generator according to claim 1, characterized in that the anode passage of the electron tube is at least 10%.

12. Vibration generator according to claim 1, characterized in that the electron tube is a triode.

13. Vibration generator according to claim 1, characterized in that to achieve one large matching resistance and a small grid current the electron tube with that for it maximum permissible anode DC voltage is operated.

14. Vibration generator according to claim 1, characterized in that the resonance resistance of the generator oscillating circuit is large compared to the resonance resistance of the consumer.

15. Vibration generator according to claim 1, characterized in that the plus point of the Generator resonant circuit is grounded and the feedback resistor in the cathode line of the Generator tube lies.

16. Vibration generator according to claim 1, characterized in that the heating winding of the Heating transformer of the electron tube to achieve a small earth capacitance an air gap of primary winding and core.

17. Vibration generator according to claim 1, characterized in that the consumer over a transformation element is connected to the generator oscillating circuit.

Considered publications:

German Patent Nos. 861 869, 872 965;
German patent application S 6810 IXb / 42 s.

1 sheet of drawings