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Schaltungsanordnung zur selbsttätigen Umformung von Wechselspannungen
beliebiger Frequenzen in gleich große oder verhältnisgleiche Wechselspannungen konstanter
Frequenz für Meßzwecke Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur selbsttätigen
Umformung von Wechselspannungen beliebiger Frequenzen in gleich große oder verhältnisgleiche
Wechselspannungen konstanter Frequenz für Meßzxvecke.
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Bisweilen ist es in der Wechselstromtechnik erforderlich, Wechselspannungen
irgendwelcher Frequenzen in gleich große oder verhältnisgleiche Wechselspannungen
konstanter Frequenz umzuformen. So kann z. B. die Notwendigkeit bestehen, Wechselspannungen
sehr tiefer oder sehr hoher Frequenz einem Meßgerät zuzuführen, das nur in einem
begrenzten mittleren Frequenzbereich zu arbeiten vermag.
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Von den Überlagerungsmeßverstärkern, z. B. Tonfrequenzspektrometern,
Feldstärkenmeßgeräten usw., sowie von den lDl)erlagerungsrundfunkempfängern her
ist es bekannt, die zu messende bzw. zu empfangende Frequenz durch Überlagerung
mit einer im Gerät erzeugten Hilfsfrequenz (Oszillatorfrequenz) in eine konstante,
meistens niedrigere Zwischenfrequenz zu transponieren, die meß- oder verstärkertechnisch
besser beherrscht wird. Die Verwendung des Überlagerungsprinzips hat bei Meßgeräten
den Nachteil, daß zur Erzeugung einer konstanten Zwischenfrequenz die Oszillatorfrequenz
in Abhängigkeit von der zu messenden oder zu empfangenden Frequenz verändert werden
muß. Zur Uberlagerung (Modulation) bedient man sich der additiven oder multiplikativen
Mischung mittels Röhren oder Gleichrichter in Eintakt-, Gegentakt-oder Doppelgegentaktschaltungen
(Ringmodulator).
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Erfindungsgemäß wird die Abstimmung des Oszillators vermieden durch
eine Schaltungsanordnung, die darin besteht, daß die umzuformenden Wechselspannungen
gleichgerichtet, daß die gewonnene Gleichspannung mit jeweils entgegengesetzter
Polarität an die Steuergitter zweier gleicher, im parabolischen Teil ihrer Kennlinie
arbeitenden, im Gegentakt geschalteten Elektronen röhren gelegt ist und daß an dieselben
Steuergitter außerdem eine in einem Oszillator erzeugte Wechselspannung konstanter
Frequenz und Amplitude gleichphasig geschaltet ist.
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In den Fig. 1 bis 3 ist ein Ausführungsbeispiel der Schaltungsanordnung
dargestellt.
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Fig. 1 zeigt eine parabolisch gekrümmte Gitterspannungs-Anodenst
rom-Kennlinie und den Verlauf ihres Differentialquotienten; Fig. 2 zeigt eine Gegentaktschaltungsanordnung,
in der die gleichgerichtete Meßwechselspannung mit jeweils entgegengesetzter Polarität
auf die Steuergitter beider Röhren gegeben wird; in Fig. 3 ist eine Gegentaktschaltungsanordnung
dargestellt, in der die gleichgerichtete Meßwechselspannung auf nur eines der beiden
Steuergitter beider Röhren gegeben wird.
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In Fig. 1 ist eine parabolisch gekrümmte Gitterspannungs-Anodenstrom-Kennlinie
und die dazugehörige Steilheitskennlinie einer Elektronenröhre dargestellt. Die
Steilheitskurve einer solchen Röhre, die gleich der differenzierten Gitterspannungs-Anodenstrom-Kennlinie
ist, ist in dem parabolischen Teil der Kennlinie geradlinig, d. h., Änderungen der
Gittergleichspannung haben eine proportionale Änderung der Steilheit zur Folge und,
wenn die Röhre als Wechselstromverstärker arbeitet, auch eine proportionale Anderung
der Ausgangswechselspannung.
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Diese Tatsache macht sich die Erfindung zunutze.
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In Fig. 2 sind 1 und 2 zwei im Gegentakt geschaltete und genau symmetrierte
Elektronen röhren. In ihrem gemeinsamen Anodenkreis liegt der symmetrische Differentialübertrager
3. Eine gleichphasig auf die beiden Steuergitter gegebene Wechselspannung hat zwei
gleichphasige Anodenwechselspannungen zur Folge, die sich durch Gegeneinanderschaltung
in der Primärwicklung des Ausgangsübertragers 3 aufheben.
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In der Sekundärwicklung wird also keine Wechselspannung induziert.
Das Potentiometer 4 zwischen den Kathoden der beiden Röhren 1 und 2 gestattet, eine
eventuell vorhandene Differenz in den Kathodenströmen beider Röhren auszugleichen.
5, 6 und 7, 8 ist je ein einen Teil des Kathodenwiderstandes 4 überbrückendes RC-Glied
zur Erzeugung einer Gegenkopplung, deren Kondensatoren 6 und 8 den Kathodengleichstrom
von den Widerständen 5 und 7 fernhalten.
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Durch Veränderung des einen, als Potentiometer ausgebildeten Widerstandes
5 kann die Gegenkopplung der Röhre 1 und damit die Verstärkung dieser Röhre geändert
und der der Röhre 2 gleichgemacht werden.
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Aus dem Frequenzgenerator (Oszillator) 9 wird über die Widerstände
10 und 11 eine gleich große gleichphasige Steuerwechselspannung U0 konstanter Frequenz
an die beiden Steuergitter der Röhren 1 und 2 gelegt. Bei abgeglichenem Zustand
der Symmetriermittel 4 und 5 tritt an den Ausgangsklemmen des Übertragers 3 keine
Spannung auf.
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An die Klemmen des Eingangsübertragers 12 wird die umzuformende Eingangswechselspannung
UE gelegt. Diese wird in der Gleichrichter-Graetzschaltung 13 gleichgerichtet, durch
die Siebkette 14 geglättet und mit jeweils entgegengesetzter Polarität auf die beiden
Steuergitter der Röhren 1 und 2 gegeben. Diese Gleichspannung, deren Wert proportional
der Amplitude der Eingangswechselspannung ist, verschiebt den Arbeitspunkt der Röhre
1 nach der positiven und den der Röhre 2 nach der negativen Seite. Dadurch wird
die Röhre 1 steiler und die Röhre 2 weniger steil. Die Verstärkung von 1 steigt
also und die von 2 sinkt. Da beide Röhren nur im parabolischen Teil der Kennlinie
betrieben werden, sind die Verstärkungsänderungen der Röhren proportional der angelegten
Gleichspannung und damit auch der Amplitude der Eingangswechselspannung UE. Ebenfalls
ist die Differenz der Verstärkungen der Röhren 1 und 2 der Eingangswechselspannung
proportional, Durch geeignete Bemessung der Amplitude der Wechselspannung des Generators
11 oder durch passende Wahl des Übersetzungsverhältnisses des Ausgangsübertragers
3 kann die Amplitude der Ausgangswechselspannung UA entweder gleich oder proportional
der Amplitude der umzuformenden Eingangswechselspannung Ur. gemacht werden.
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Der Proportionalitätsbereich ist nach oben begrenzt durch die obere
Grenze des parabolischen Bereiches der Kennlinie, nach unten durch die Genauigkeit
der Symmetrierung beider Röhren. Da eine Erweiterung des Proportionalitätsbereiches
nach oben nur mit größeren Röhren und höheren Betriebsspannungen möglich ist, wird
vorzugsweise die Erweiterung des Proportionalitätsbereiches nach unten verwendet.
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Außer durch Auswahl passender Röhrenpaare der gleichen Type mit möglichst
weitgehend gleichen Betriebsdaten und Kennlinien wird die Symmetrierung durch Abgleich
der Kathodenströme und durch Gegenkopplung, nötigenfalls auch noch durch Regulierung
der Heizspannungen, durchgeführt. Praktisch kann so
ein Proportionalitätsbereich
von 1:1000 erreicht werden.
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Die Proportionalität zwischen Eingangs- und Ausgangsspannung bleibt
auch dann noch gewahrt, wenn die umzuformende Wechselspannung nach ihrer Gleichrichtung
nur auf das eine Gitter der beiden Röhren gegeben wird. Diese Schaltungsanordnung
zeigt Fig. 3, in der entsprechende Schaltmittel die gleichen Bezugsnummern haben.