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Verfahren zur Messung des Phasenwinkels zwischen zwei Wechselspannungen
Die Erfindung liegt auf dem Gebiet des Phasenvergleichs und bezieht sich auf ein
Verfahren zur Messung des Phasenwinkels zwischen zwei Wechselspannungen einer einzigen
Frequenz, bei dem aus den beiden gegebenen Wechselspannungen unter Verwendung von
Phasenverzögerungsmitteln zwei lIilfsspannungen hergestellt, diese Hilfsspannungen
gleichgerichtet werden und die Differenz dieser Gleichspannungen als Maß für den
Phasenwinkel dient. Die Erfindung bezweckt, eine Phasenvergleichseinrichtung zu
schaffen, welche Phasenunterschiede zwischen den beiden zugeführten Signalspannungen
bis über einen Bereich von + sir/2 absolute Winkeleinheiten hinaus anzuzeigen vermag
und dabei innerhalb dieses ganzen Bereichs einen linearen Zusammenhang zwischen
dem Phasenverscbiebungswinkel und der Ausgangsspannung des Phasenvergleichers liefert,
der über einen größeren Bereich der Phasenverschiebungen linear ist, als dies bei
den bisher bekannten Meßschaltungen der FaU war.
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So ist ein Phasenmesser bekannt, bei dem von den beiden zu vergleichenden
Wechselspannungen je zwei um weniger als 900 gedrehte Spannungen abgeleitet werden,
die wechselweise miteinander vektoriell addiert werden, die beiden Summenspannungen
je einem Gleichrichter zugeführt werden und die Differenz der beiden Gleichspannungen
als Maß für den Phasenwinkel dient. Bei diesem Phasenmesser erfolgt die Anzeige
jedoch durch ein Nullinstrument, das lediglich die Phasengleichheit anzeigt und
gegebenenfalls mit einer Skala versehen sein kann, wobei sich jedoch keine lineare
Anzeige ergibt.
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Gemäß der Erfindung wird eine lineare Anzeige über einen großen Bereich
dadurch erzielt, daß die beiden gegebenen Wechselspannungen je einen Amplitudenbegrenzer
durchlaufen und daß die beiden Hilfsspannungen je durch vektorielle Addition der
einen um weniger als .z/2 verzögerten mit der anderen unverzögerten Ausgangsspannung
des Amplitudenbegrenzers gebildet werden.
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Bei einer besonderen Ausführungsform der Erfindung liegt zwischen
den Ausgangsklemmen jedes der Amplitudenbegrenzer und den Ausgangsklemmen je eines
Gleichrichters je eine getrennte Verzögerungsschaltung; den Eingangsklemmen jedes
Gleichrichters wird dabei außerdem noch die Ausgangsspannung des anderen Amplitudenbegrenzers
zugeführt.
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Die Ausgangsklemmen jedes Amplitudenbegrenzers können auch mit den
Eingangsklemmen je eines Gleichrichters unmittelbar verbunden sein und zwischen
den Eingangsklemmen der beiden Gleichrichter kann eine Verzögerungsleitung liegen,
die beiderseitig mit einem Ohmschen Widerstand von der Größe ihres Wellenwiderstandes
ahgeschlossen ist.
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Die Phasenverzögerungsmittel können eine Phasenverschiebung gleich
einem ganzzahligen Vielfachen von z (mit Einschluß von 0 a) plus oder minus einer
Größe von weniger als a/2 erzeugen.
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Zur weiteren Linearisierung des Skalenverlaufs des Anzeigeinstrumentes
kann die Differenzgleichspannung einer an sich bekannten Schaltungsanordnung mit
stromabhängigem Widerstand so wie Heißleiteru oder Dioden zugeführt werden.
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Fig. 1 ist ein schematisches S-chaltbild eines Phasenvergleichs gemäß
der Erfindung; Fig. 2 ist eine Darstellung gewisser Betriebseigenschaften der Schaltung
nach Fig. 1; Fig. 3, 4 und 6 sind Darstellungen gewisser Abwandlungen der Schaltung
nach Fig. 1, und Fig. 5 ist eine Darstellung des Verhaltens der Schaltung nach Fig.
4.
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Die Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Phasenvergleicher zur Herstellung
eines Ausgangssignals, welches dem zeitlichen Verlauf des Phasenwinkels zwischen
den Signalen oder elektromotorischen Kräften einer Signalquelle 10 von fester Phase
und einer Signalquelle 11 von schwankender Phase entspricht, wobei diese beiden
Signale die gleiche Frequenz besitzen. Die Signalquelle 10 ist in den Eingangskreis
einer
Kathodenverstärkerröhre 12 eingeschaltet, und zwar über einen Amplitudenbegrenzer
13 und ein Phasenverzögerungsnetzwerk 14, welches seinerseits aus zwei Serienwiderständen
15 und einem Kondensator 16 in T-Schaltung besteht. Ein Abschlußwiderstand 17, dessen
Größe dem Wellenwiderstand des Netzwerks 14 entspricht, ist zwischen die Ausgangsklemmen
dieses Netzwerks 14-eingeschaltet, d. h. liegt zwischen dem Gitter der Kathodenverstärkerröhre
und der nach Erde führenden Leitung 7. Der Widerstand 17 stellt somit den Widerstand
zwischen Gitter und I(athode der Kathodenverstärkerröhre dar und verhindert gleichzeitig
eine Reflexion der seitens der Signälquelle~10 über den Amplitudenbegrenzer 13 zugeführten
Signale.
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Der Ausgangskreis der Kathodenverstärkerröhre 12 enthält? einen Kathodenwiderstand
18 zwischen der Kathode der Röhre 12 und dem negativen Pol einer Gleichspannungsquelle
19, deren positiver Pol seinerseits an der- Anode der Röhre 12 liegt. Ein Anzapfpunkt
dieser Gleichspannungsquelle ist über die Leitung 9 geerdet. Diese Gleichspannungsquelle
19 liefert daher sowohl die Anodenspannung als auch die Kathodenvorspannung für
die Röhre 12. Das kathodenseitige Ende des Widerstandes 18 liegt über einen Koppiungskondensator
20 an der Anode 21 eines als Diode ausgeführten Gleichrichters 22, dessen Kathode
mit 23 bezeichnet ist. Die Diode 22 ist als Spitzengleichrichter geschaltet, wobei
ein Widerstand 24 den Anoden- oder Eingangswiderstand und ein Widerstand 25 den
Kathoden- oder Ausgangswiderstand, die beide in Reihe mit der- Diode geschaltet
sind, darstellen. Der Spitzengleichrichterkrei-s enthält außerdem einen sich auf
den Spitzenwert der zugeführten Spannung aufladenden Kondensator 26, der parallel
zum Widerstand 25 liegt.
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Ein gleichartig ausgeführter Kanal ist an die Signalquelle 11 angeschlossen
und enthält in Kaskadenschaltung die folgenden Elemente in folgender Reihenfolge:
einen Amplitudenbegrenzer 27, ein Phasenverzögerungsnetzwerk28 und eine Kathodenverstärkerröhre
29. Das Netzwerk 28 enthält zwei in Serie geschaltete Widerstände 30 und einen Kondensator
31 in T-Schaltung sowie einen Ausgangswiderstand 32 zwischen dem Gitter einer Röhre
29 und Erde. Die Röhre 29 bezieht ihre Anodenspannung sowie ihre Kathodenvorspannung,
ebenso wie die Röhre 12, von der Gleichspannungsquelle 19 und ist mit einem Widerstand
33 in ihrer Kathodenzuleitung ausgerüstet, der über einen Kopplungskondensator 34
an die Anode 35 eines Diodengleichrichters36 mit der Kathode 37 gelegt ist, welcher
seinerseits zusammen mit der Diode 23 in demselben Vakuumkolben untergebracht werden
kann. Die Diode 36 ist ein Spitzengleichrichter von gleichartiger Schaltung wie
die Diode 22. Die Spitzengleichrichterschaltung für .die Diode 36 enthält somit
einen Anodenwiderstand 38 und einen Kathodenwiderstand 39, die beide in Reihe mit
der Diodenstrecke liegen, sowie einen sich auf die Spitzenspannung aufladenden Kondensator
40 parallel zum Widerstand 39.
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Die Kathode 37 ist geerdet und beide Gleichrichterausgangswiderstände
sind so geschaltet, daß in einem Ausgangskreis 41 mit den Widerständen 25 und 39
und den Kondensatoren 26 und 40 die Differenz der gleichgerichteten Signale auftritt.
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Die Widerstände 39-und 25 sind vorzugsweise gleich groß, wenn die
Dämpfung im Signalkanal mit der Röhre 12 und der -Diode 22 derselbe ist wie im Signalkanal
mit der Röhre 29 und der Diode 36, so daß die Ausgangssignale gleiche absolute Größe
an-
nehmen. Wenn jedoch die Dämpfung in den beiden erwähnten Kanälen verschieden
groß ist, können die Widerstände 25 und 39 so bemessen werden, daß gleiche Amplituden
am Signalausgang entstehen, was dann erforderlich ist, wenn der P-hasenvergleicher
einen symmetrischen Verlauf der Ausgangssignalamplitude in Abhängigkeit vom Phasenwinkel
zeigen soll.
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Zusätzlich zu den Signalwegen, welche von den Signalquellen 10 und
11 über die Verzögerungsnetzwerke 14 und 28 zu den Gleichrichtern 22 und 36 verlaufen,
sind auch noch unmittelbar von den Signalquellen 10 bzw. 11 zu den Gleichrichtern
36 bzw. 22 verlaufende Signalwege vorhanden. Genauer gesagt enthalten diese Signalwege
einen ersten Kopplungs-und Isolationswiderstand 42, der mit seinem einen Ende an
der einen Ausgangsklemme des Amplitudenbegrenzers 13 und mit seinem anderen Ende
an dem gitterseitigen Ende des Widerstandes 32 liegt. In gleichartiger Weise ist
ein Widerstand 43 mit seinem einen Ende an eine Ausgangsklemme des Amplitudenbegrenzers
27 angeschlossen und mit seinem anderen Ende an die obere Klemme des Widerstandes
17.
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Durch geeignete Erdungsverbindungen werden diese einzelnen Signalwege
zwischen dem Amplitudenbegrenzer 13 und der Kathodenverstärkerröhre 29 bzw. zwischen
dem Amplitudenbegrenzer 27 und der Kathodenverstärkerröhre 12 vervollständigt, wobei
diese Erdanschlüsse aus den Leitungen 7, 8 und 9 bestehen. Die Widerstände 42 und
43 sind gleich groß und sind jeder für sich genommen groß gegenüber dem Widerstand
17 bzw. 32, so daß die Signale, welche über die Netzwerke 14 bzw. 28 übertragen
werden, nicht von der Ausgangsseite je eines dieser Netzwerke auf die Eingangsseite
des jeweils anderen zurückwirken können.
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Die Größen des Widerstandes 15 und des Kondensators 16 werden in
bekannter Weise so gewählt, daß bei der Frequenz der Signalquelle 10 eine Phasen
verschiebung von weniger als ?z/2 eintritt. Ebenso werden der Widerstand 30 und
der Kondensator 31 so gewählt, daß eine Phasenverschiebung von weniger als a/2 erzielt
wird. Außerdem werden diese Größen so gewählt, daß die Netzwerke 14 und 28 die gleiohe
Dämpfung besitzen. Bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel wird angenommen,
daß die Phasenverzögerungen etwa n/12 oder 150 betragen mögen.
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Man sieht somit, daß die Netzwerke 14 und 28 zusammen mit den Widerständen
42 und 43 ein Phasenverschiebungsnetzwerk 44 zur Ankopplung zweier Signalquellen
10 und 11 von gleicher Frequenz und einem schwankenden gegenseitigen Phasenwinkel
an die Gleichrichter 22 und 36 darstellen. Das phasenverschiebende Netzwerk 44 enthält
Mittel zur Einführung einer festen Phasenverschiebung von weniger als s/2 bei der
Frequenz der Signale der Quellen 10 und 11 zwischen den an den Gleichrichtern liegenden
Spannungen.
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Zur Verwertung der in den Dioden 22 und 36 gleichgerichteten Signale
ist ein Verbraucherkreis 45 ober einen Verstärker 46 in Kaskade mit einem Linearisator
47 an den Ausgangskreis 41 --angekoppelt. Der Linearisator 47 enthält einen Längswiderstand
48 zwischen dem Verstärker 46 und dem Verbraucher 45 und einen festen Querwiderstand
48'. Der Längswiderstand 48 weist eine nicht lineare Abhängigkeit des durch den
Widerstand hindurchfließenden Stromes von seiner Klemmenspannung auf. Er kann z.
B. ein Heißleiter sein. Allgemein läßt sich sagen, daß der LineariH" stator 47 in
dem Signalübertragungsweg liegen muß,
der sich zwischen den Signalquellen
10 und 11 und dem Verbraucherkreis 45 befindet. Der Einfluß des Linearisators wird
aus der nachfolgenden Beschreibung noch deutlicher werden.
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Die Amplitudenbegrenzer 13 und 27 können von beliebiger bekannter
Ausbildung sein, solange sie dem phasenverschiebenden Netzwerk 44 Signale konstanter
Amplitude auch bei schwankender Amplitude der Signale an der Eingangsseite der Amplitudenbegrenzer
zuführen. Der Verstärker 46 kann ebenfalls in bekannter Weise ausgeführt werden,
wenn er nur einen genügenden Frequenzbereich besitzt, um alle in den Ausgangsspannungen
der Gleichrichter 22 und 36 enthaltenen Frequenzen gleichmäßig gut zu verstärken.
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Der Verbraucherkreis 45 kann gleichfalls verschiedene Formen annehmen.
Wenn es sich z. B. um den Fall handelt, daß die Signalquelle 10 eine Normalphase
besitzt und die Signalquelle 11 mit der Quelle 10 in Phase gehalten werden muß,
kann der Verbraucher 45 eine übliche Blindröhre sein, die in bekannter Weise an
die Quelle 11 angekoppelt wird und daher die Schaltung zu einem selbsttätigen Phasenregler
macht.
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I)abei dient dann der erfindungsgemäße Phasenvergleicher zur Lieferung
eines Korrektionssignals, welches von dem Phasenunterschied zwischen den Spannungen
von 10 und 11 abhängt, und dieses Korrektionssignal regelt die Phase der Quelle
11, so daß diese in bekannter Weise mit der Phase der Spannung 10 in Übereinstimmung
gehalten wird.
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Ein weiteres Beispiel, bei dem ein genau linearer Zusammenhang zwischen
der Ausgangssignalamplitude und dem Phasenunterschied noch wichtiger ist als bei
dem eben beschriebenen Anwendungsfall ist die Demodulation eines phasenmodulierten
Signals. In diesem letzteren Fall liefert die Quelle 10 wieder eine Normalphase
und die Quelle 11 stellt das ankommende phasenmodulierte Signal dar. Die Modulationsspannungen
dieses Signals werden im Ausgangskreis 41 erhalten, in der Stufe 46 verstärkt und
über die Stufe 47 dem Verbraucher 45 zugeführt. Wenn die Modulation innerhalb des
Hörfrequenzbereiches liegt, ist der Verbraucher 45 ein Lautsprecher od. dgl.
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Zur Erläuterung der Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Phasenvergleichers
sei auf die Fig. 2 Bezug genommen, welche die Spannungen an verschiedenen Punkten
der Schaltung in Abhängigkeit von dem Phasenwinkel zwischen den Signalen der Quellen
10 und 11 darstellt, wobei die Phasenwinkel als Abszisse und die Spannungen als
Ordinate dargestellt sind.
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Wenn man zunächst die dem Diodenglkeichrichter 22 zugeführten Signale
betrachtet, so wird das Wechselstromsignal der Quelle 10 im Phasenverzögerungsnetzwerk
14 einer Phasenverzögerung von a/12 unterworfen und dieses verzögerte Signal dem
Eingangskreis der Kathodenverstärkerröhre 12 zugeführt. Die Signale der Quelle 11
liegen über den Widerstand 43 ebenfalls an der Kathodenverstärkerröhre 12, und die
verzögerten und die- unverzögerten Signale werden am Widerstand 17 vektoriell addiert.
Die Vektorsumme liegt dann nach Verstärkung in der Röhre 12 an der Anode des Gleichrichters
22, und nach Gleichrichtung dieser Vektorsumme tritt dieselbe im Ausgangskreis 41
auf.
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Da der Phasenwinkel zwischen den Spannungen der Signalquellen 10
und 11 schwankt, schwankt auch die Spannung. am Kondensator 26 sinusförmig zwischen
Null und einem Maximalwert. Dies -ist in Fig..2 durch die Kurve 49 dargestellt,
welche zeigt, daß die Spannung am Kondensator 26 nach einer gleichgerichteten
Sinuskurve
verläuft mit einem Minimal- oder Nullwert im Abstand von jeweils 2 7r und einem
Maximale wert jeweils in der Mitte zwischen den Nullstellen.
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Die Kurve 49 läßt sich durch Vektoraddition rechnesich oder empirisch
gewinnen.
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Tn ähnlicher Weise wird das Signal der Quelle 11 dem Eingangskreis
der Kathodenverstärkerröhre 29 nach Verzögerung um ar/12 im Netzwerk 28 zugeführt,
während das Signal der Quelle 10 über den Widerstand 42 ohne Phasenverzögerung an
der Röhre 29 liegt. Die Spannung am Kondensator 40 ist in Fig. 2 durch die Kurve
50 dargestellt, welche mit der Kurve 49 übereinstimmt, jedoch entgegengesetzte Polarität
besitzt und mit ihren Nullstellen gegenüber der Kurve 49 um a/6 verschoben ist.
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Die Ladungen an den Kondensatoren 26 und 40 schwanken also entsprechend
der Phasendifferenz zwischen den Signalen der Quellen 10 und 11. zwischen Null und
einem positiven bzw. negativen Wert. Der Kondensator 26 wird positiv gegenüber Erde
geladen während der Kondensator 40 gegenüber Erde eine negative Ladung empfängt,
so daß, da diese Kondensatoren in Reihe geschaltet sind, dem Verstärker 46 jeweils
die Differenz der Kondensatorspannungen zugeleitet wird. Diese Differenz ist theoretisch
gleich dem Amplitudenunterschied zwischen den Kurven 49 und 50, der durch die strichpunktierte
I,inie 51 dargestellt ist. Die Kurve 51 weist Teile auf, in denen der Differentialquotient
sich unstetig ändert, und zwar findet diese unstetige Änderung an den Nullstellen
der Kurven 49 und 50 statt, jedoch sind in der Praxis diese Knicke weniger scharf
ausgeprägt, und der tatsächliche Verlauf entspricht etwa der gestrichelten Kurve
52.
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Man sieht, daß die Kurve 51 einen mittleren Teil enthält, der für
Phasenabweichungen zwischen + m12 linear mit einer Abweichung von der Geraden von
höchstens 5 0/o verläuft. Der nutzbare Bereich des Phasenvergleichers erstreckt
sich aber über diese Grenzen hinaus, und das Element 47 dient zur Aufrechterhaltung
der Linearität in sogleich zu beschreibendier Weise. Wie oben auseinandergesetzt,
zeigt der Widerstand 48 einen nichtlinearen Zusammenhang zwischen seinem Strom und
seiner Klemmenspannung, d. h., sein Widerstandswert hängt von der zugeführten Spannung
ab. Da die Größe des Parallelwiderstandes 48' konstant bleibt, bewirkt das Element
47 bei zunehmender Signalamplitude eine abnehmende Dämpfung. Die Nichtlinearität
des Widerstandes 48 wird so gewählt, daß die Krümmung der Kurve 51 jenseits von
:c z/2 ausgeglichen wird. Die sich dadurch ergebende Abhängigkeit der Ausgangssignalamplitude
von der Phasenverschiebung ist durch die Strich-Doppelpunkt-Kurve 53 dargestellt.
Man sieht, daß diese Kurve 53 einen linearen Bereich besitzt, der sich nahezu bis
+ 3. a/4 erstreckt.
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Man sieht also, daß dler erfindungsgemäße Phasenvergleicher einen
hinsichtlich der Größe des Phasenverschilehungswinkels linearen Arbeitsbereich besitzt,
der erheblich größer ist als bisher und daß deshalb seine Anwendbarkeit erheblich
erweitert ist.
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Aus der Betrachtung der Fig. 2 ergibt sich auch, daß Phasenverzögerungen
von anderer Größe als a/12 verwendet werden können. Wenn beispielsweise statt einer
Verzögerung von a/12 die Netzwerke 14 und 28 die Signale um 23 z/12 verzögern, wird
die Kurve 50 gegenüber der Kurve 49 in ihrer Phase nach rechts um 5 az/3 verschoben,
mit anderen Worten, der Abstand zwischen aufeinanderfolgenden Nullstellen beträgt
n/6, und zwar in der umgekehrten Richtung wie in Fig. 2.
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Der Phasenvergleicher arbeitet auch dann ebenso, wie an Hand der Kurven
49 und 50 beschrieben, jedoch besitzt die Kurve 51 dann die umgekehrte Polarität
wie in Fig. 2 und ist gegenüber der Kurve 51 in Fig. 2 nach links um n/6 verschoben.
Natürlich können auch andere Größen der Phasenverzögerung verwendet werden, nämlich
Größen, die innerhalb eines ganzzahligen Vielfachen (mit Einschluß von Null) von
z + einer Größe von weniger als a/2 liegen. Man kann also die folgende Gleichung
anschreiben n 1 + a in welcher 0 den Phasenwinkel in absoluten Winkeleinheiten angibt,
t eine ganze Zahl mit Einschluß von Null ist und d eine Größe von weniger als ,R.
Die Größe des gewählten Phasenwinkels ist beliebig, jedoch ist es, um möglichst
geringe Verluste in der Verzögerungsleitung zü erhalten, am wirtschaftlichsten,
eine Anordnung zu wählen, in der die Phasenverzögerung weniger als z/2 beträgt,
wie es bei der Ausffihrungsform nach Fig. 1 der Fall ist.
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Die Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, welche ein einziges
Phasenverzögerungsnetzwerk 60 in Verbindung mit Schaltungshestandteilen zeigt, die
den in Fig. 1 enthaltenen Schaltungsbestandteilen entsprechen und mit denselben
Bezugszeichen versehen sind. An Stelle des Aufbaus aus Widerständen und Kapazitäten,
wie er in den Netzwerken 14 und 28 in Fig. 1 verwendet ist, besteht das Netzwerk
60 aus Längsinduktivitäten 61 und Querkonden satoren 62 in n-Schaltung. Wie bekannt,
kann ein solches Netzwerk für höhere Frequenzen verwendet werden als das in Fig.
1 dargestellte Netzwerk und kann eine Phasenverzögerung von weniger als a/2 liefern.
Die Widerstände 63 und 64 sind an die Enden des Netzwerkes 60 angeschlossen, wobei
jeder dieser Widerstände eine Größe besitzt, die dem Wellenwiderstand des Netzwerkes
entspricht und dazu dient, die Reflexion von Signalenergie zu verhindern. Eine unmittelbare
Kopplung zwischen dem Begrenzer 13 und der Kathodenverstärkerstufe 12 besteht aus
einer Leitung65 sowie aus einer Erdverbindung, und desgleichen ist eine unmittelbare
Kopplung zwischen dem Begrenzer 27 und der Kathodenverstärkerröhre 29 über ~eine
Leitung 66 zusammen-mit einer geeigneten Erdverbindung-vorhanden. Das eine Ende
des Netzwerkes- 60 ist zwischen den Amplitudenbegrenzer 13 und die Kathodenverstärkerröhre
12 angeschlossen und das andere Ende zwischen den Begrenzer 27 und die Kathodenverstärkerröhre
29.
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Man sieht, daß das Signal der Quelle 10 der Röhre 12 ohne Verzögerung
zufließt, während das Signal der Quelle11 an der Röhre 12 mit einer durch das Netzwerk
60 hervorgerufenen Phasenverzögerung vorhanden ist. In gleicher Weise wird dias
Signal der Quelle 11 an der Röhre 29 ohne Verzögerung und das Signal der Quelle
10 mit einer durch das Netzwerk 60 bewirkten Verzögerung wirksam.
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Die Wirkungsweise dieser Ausführungsform der Erfindung ist dieselbe
-wie diejenige-nach Fig. 1 und bedarf daher mit Rücksicht auf die-an Hand der Fig.
2 gegebenen Erklärungen keiner nochmaligen Erläuterung.
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An Stelle der Widerstands-Kapazitäts- und Induktivitäts-Kapazitäts-Netzwerke
in Fig. 1 und 3 kann man auch verschiedene andere bekannte Arten von Schaltungen
zur Erzielung einer Phasenverzögerung benutzen. Zum Beispiel lassen sich Hohlleitcr
bei geeigneter Anordnung verwenden. Die Größe der Phasenverzögerung ist in jedem
Fall weniger als a/2, und der
Verzögerungswert wird im einzelnen Fall nach Bedarf
gewählt.
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In diesem Zusammenhang sei gesagt, daß der lineare Teil der Kurve
53 hinsichtlich seiner Steilheit und I,änge von der Größe der Phasenverzögerung
im Phasenverschiebungsnetzwerk abhängt. Im einzelnen ist die Steilheit bei einer
Verzögerung von 7G/2 groß, jedoch ist der nutzbare Phasenverschiebungsbereich dann
auf + a/2 beschränkt. Wenn man die Phasen- -verschiebung abnehmen läßt, nimmt die
Steilheit des linearen Teiles der Kurve ab, jedoch nimmt ihre Länge zu. Eine Durchrechnung
von zwei verschiedenen Fällen hat ergeben, daß der nutzbare Bereich bei einer Phasenverzögerung
von a/12 etwas mehr als 1 11 tut/12 beträgt, während bei einer Phasenverzöge- -rung
von a/4 der nutzbare Bereich 3. 4 s/4 beträgt.
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Jedoch ist die Steilheit der Kennlinie bei der geringeren Phasenverschiebung
um ein Drittel geringer als bei der größeren.
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Wenn auch die Phasenverzögerung der Signale an jeder der Kathodenverstärkerstufen
12 und 29 gewöhnlich dieselbe ist, so haben doch Versuche gezeigt, daß ungleich
große Verzögerungen ohne wesentliche Beeinträchtigung der Wirkungsweise des Phasenvergleichers
verwendet werden können. So kann z. in Fig. 1, wenn das Netzwerk 28 so bemessen
wird, dlaß es eine Phasenverzögerung von z/24 an Stelle von z!12 liefert, die Kurve
51 in Fig. 2 etwas unsymmetrisch werden, wobei sich jedoch die Länge ihres linearen
Teiles und deren Steilheit um nicht mehr als einige Prozent ändert.
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In Fig. 4 ist eine andere Möglichkeit des Aufbaues der Linearisatoren
dargestellt, die an Stelle des Linearisators 47 in Fig. 1 verwendet werden kann.
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Diese andere Ausführungsform enthält einen nichtlinearen, d. h. als
Heißleiter ausgebildeten Widerstand 70 zwischen dem Verstärker 46 und dem Verbraucher
45 und einen Querwiderstand 71 von fester Größe.
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Eine Reihe von Gleichrichtern 72, die mit gleicher Durchlaß richtung
in Reihe geschaltet sind, liegt zum Widerstand 70 über eine Vorspannungsquelle 73
parallel. Diese letztere ist so gepolt, daß die Dioden 72 für Signale einer Amplitude
unter derjenigen der Größe der Spannung 73 gesperrt bleiben. Eine weitere Gruppe
von dreißig in Reihe geschalteten Gleichrichtern 74 und einer Vorspannungsquelle
75 liegt ebenfalls zum Widerstand 70 parallel, jedoch mit umgekehrter Polarität
wie die Schaltelemente 72 und 73.
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Die Gleichrichter 72 und 74 können z. B. aus Germanium bestehen, das
praktisch nur in einer Richtung durchlässig ist. Außerdem besitzen diese Gleichrichter
eine Strom-Spannungskennlinie, die nicht linear verläuft und sich von derjenigen
von Heißleiterwtderständen unterscheidet.
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Zur Erläuterung der Wirkungsweise des Linearisators nach'Fig. 4 sei
die Fig. 5 betrachtet, welche die Ausgangsspannung (Ordinate) in Abhängigkeit von
der Eingangsspannung (Ahszisse) darstellt. Wenn man lediglich den Widerstand 70
berücksichtigt, so ist die Wirkungsweise dieselbe wie sie der Widerstand 48 im Linearisator
nach Fig. 1 besitzt und man erhält also den gestrichelten Spannungsverlauf 76. Jedoch
ist fit Amplituden, die größer sind als die Höhe c1Sr-Spannungsquellen 73 und 75
zu beachten, daß auch die Gleichrichter 72 und 74 wirksam werden, d. h. daß von
den Punkten 77 und 78 der Kurve 76 an zum Widerstand 70 die Parallelstromzweige
mit den Gleichrichtern 72 und 74 hinzutreten und die sich ergebende Kennlinie daher
viel steiler verläuft, d h. derart, wte es durch die ausgezogenen Kurven 79 und
80 dar
gestellt ist. Wenn man d;ie Kurve 76 bis 80 zur Korrektion
der Nichtlinearität der Kurve 51 in Fig. 2 verwendet, so hat man es so einzurichten,
daß die Kurventeile 79 und 80 in Fig. 5 in die Nähe der ab-1 gerundeten Teile 52
der Kurve 51 fallen. Man braucht also mit anderen Worten dort, wo die Steilheit
der Kurve 51 immer stärker von der Steilheit des linearen Teiles abweicht, eine
stärkere Korrektion. Die Abweichung ist bei größeren Phasenverschiebungen stärker,
und die Äste 79 und 80 der Linearisatorkurve werden dort wirksam. Auf diese Weise
kann also die Phasenvergleicherkennlinie praktisch innerhalb ihres ganzen Bereiches
durchlaufen werden.
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Fig. 6 stellt eine andere Ausführungsform eines Linearisators dar,
die zwischen den Verstärker 46 und den Verbraucher 45 in Fig. 1 eingeschaltet werden
kann. Die Schaltung nach Fig. 6 enthält eine erste Kathodenverstärkerstufe 85, deren
Kathodenwiderstand 86 über einen Kondensator 87 und einen Serienwiderstand 88 an
den Gitterkreis einer zweiten Kathodenverstärkerstufe 89 angekoppelt ist. Ein Heißleiterwiderstand
90 liegt zum Widerstand 88 parallel.
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I)ie Röhre 89 ist mit einem Gitberwiderstand 91 ausgeriistet, und
ein in der Kathodenzuleitung liegender Widerstand 92 ist über einen Koppelkondensator
93 und einen dazu in Reihe liegenden Widerstand 94 mit einem Parallelwiderstand
95 verbunden. Die den betreffenden Kathoden abgewandten Klemmen der Widerstände
86 und 92 sind mit der negativen Seite einer Spannungsquelle 19 verbunden, von welcher
ein Anzapfkontakt geerdet wird. Ein weiterer Heißleiterwiderstand 96 liegt parallel
zum Widerstand 94.
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In der Schaltung nach Fig. 6 tritt an jedem der die Heißleiterwiderstände
90 und 96 enthaltenden Schaltungsteile die durch die Kurve 76 in Fig. 5 dargestellte
Abhängigkeit der Ausgangsspannung gegenüber der Eingangsspannung auf. Da die Kathodenverstärkerstufe
89 die beiden erwähnten Schaltungsteile in Kaskade schaltet, werden die Ordinaten
dieser beiden Kennlinien multipliziert. Anders ausgedrückt, besitzt die Ausgangsspannungsamplitude
in Abhängigkeit von der Eingangsspannungsamplitude für die Gesamtschaltung nach
Fig. 6 eine erheblich größere Krümmung der an die Punkte 77 und 78 anschließenden
Kurvenäste. Wenn beispielsweise die Kurve 76 durch eine Gleichung, die ein Glied
mit quadratischem Exponenten enthält, ausgedrückt werden kann, so würde die Gleichung
für eine Schaltung nach Fig. 6 ein Glied mit dem Exponenten 4 enthalten. Die Schaltung
nach Fig. 6 läßt sich also sehr wirksam als Linearisator für die Kurve 51 in Fig.
2 verwenden.