DE1030444B - Vibration generator with series resonance consumer - Google Patents
Vibration generator with series resonance consumerInfo
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Classifications
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- H03B5/00—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input
- H03B5/30—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element being electromechanical resonator
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- H03B5/10—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance active element in amplifier being vacuum tube
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- Inductance-Capacitance Distribution Constants And Capacitance-Resistance Oscillators (AREA)
Description
DEUTSCHESGERMAN
Die Erfindung betrifft einen selbsterregten Schwingungsgenerator mit Elektronenröhre, dessen Verbraucher eine Serienresonanzcharakteristik besitzt. Derartige Verbraucher haben im Gegensatz zur Parallelresonanz für ihre Resonanzfrequenz den kleinsten Widerstand.The invention relates to a self-excited oscillation generator with an electron tube, its consumers has a series resonance characteristic. In contrast to parallel resonance, such consumers have the smallest resistance for its resonance frequency.
Es sind selbsterregte Schwingungsgeneratoren mit Elektronenröhren bekannt, bei denen der Verbraucher mit Serienresonanzcharakteristik, z. B. ein piezoelektrischer Schwingkristall, wie Quarz, direkt oder über Transformatoren am Anodenkreis angeschlossen ist und welche mit der üblichen Anodenspannungsrückkopplung arbeiten. Mit dieser Rückkopplung (parallel zum Anodenwiderstand) erregt sich immer diejenige Frequenz, für die der Anodenwiderstand am größten ist. Bei Verstimmung des Generatorschwingkreises in bezug auf die Quarzresonanzfrequenz nimmt der Quarzwiderstand und damit die Anodenwechselspannung zu, so daß die Rückkopplungsspannung und damit die Röhrenaussteuerung ebenfalls ansteigen, wodurch eine weitere Zunahme der Anodenwechselspannung eintritt. Die durch Verstimmung auftretende induktive oder kapazitive Komponente des Quarzes, geht in die Abstimmung des Generatorschwingkreises ein. Der Schwingungsgenerator folgt deshalb der Generatorschwingkreisfrequenz, weil er bei Verstimmung einen größeren Anodenwiderstand findet.There are self-excited vibration generators with electron tubes known, in which the consumer with series resonance characteristics, e.g. B. a piezoelectric oscillating crystal, such as quartz, directly or is connected to the anode circuit via transformers and which have the usual anode voltage feedback work. With this feedback (parallel to the anode resistance) always excites the frequency for which the anode resistance is greatest. If the generator oscillating circuit is detuned With respect to the quartz resonance frequency, the quartz resistance and thus the anode alternating voltage increase closed, so that the feedback voltage and thus the tube output also increase, whereby a further increase in the anode alternating voltage occurs. The one that occurs due to detuning inductive or capacitive component of the quartz goes into the tuning of the generator oscillating circuit a. The oscillation generator therefore follows the generator oscillating circuit frequency because it is detuned finds a greater anode resistance.
Der Nachteil dieser Anordnung ist daher, daß der Generatorschwingkreis auf die in einem Quarz sehr scharf ausgeprägte Resonanzfrequenz abgestimmt werden muß und bei Verstimmung infolge Inkonstanz seiner Teile die Quarzschwingleitung abnimmt, wobei gleichzeitig die Wechselspannung zunimmt und die Röhren in den überspannten Zustand kommen.The disadvantage of this arrangement is therefore that the generator oscillating circuit is very sensitive to that in a quartz sharply pronounced resonance frequency must be tuned and in the event of detuning due to inconsistency of its parts the quartz oscillating line decreases, at the same time the alternating voltage increases and the Tubes come into the overstretched state.
Ferner sind selbsterregte Schwingungsgeneratoren mit Elektronenröhren bekannt, die mit einem piezoelektrischen
Schwingkristall, z. B. 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 Schwingungsgenerator immer annähernd auf der Quarzresonanzfrequenz
arbeitet. Der Nachteil dieser Anordnung ist, daß der Quarz nicht als Verbraucher benutzt werden
kann, da er in dem einen 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 Elektronenröhren, bei denen ein
Verbraucher mit Serienresonanzcharakteristik, z. B. ein piezoelektrischer Schwingkristall (Quarz), benutzt
wird, mit einem zweiten piezoelektrischen Schwingkristall zur Frequenzstabilisierung zu ver-Furthermore, self-excited oscillation generators with electron tubes are known which are equipped with a piezoelectric oscillating crystal, for. B. a quartz work, which is connected to the grid and cathode or to the grid and anode of the electron tube. In these arrangements, the quartz serves 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 receives only small alternating voltages and in both cases it may not experience any significant: damping through energy extraction, because otherwise the vibration excitation is interrupted.
'Furthermore, it is possible to use self-excited vibration generators with electron tubes, in which a consumer with series resonance characteristics, e.g. B. a piezoelectric oscillating crystal (quartz) is used, with a second piezoelectric oscillating crystal for frequency stabilization
S chwingungs generator
mit Serienresonanz-VerbraucherVibration generator
with series resonance consumers
Anmelder:Applicant:
Dr.-Ing. Th. Schultes,Dr.-Ing. Th. Schultes,
München 27, Holbeinstr. 36Munich 27, Holbeinstr. 36
Heinrich Tigler, Karlsruhe (Bad.),
ist als Erfinder genannt wordenHeinrich Tigler, Karlsruhe (Bad.),
has been named as the inventor
sehen. Der Nachteil dieser Anordnung ist, daß diesee. The disadvantage of this arrangement is that the
ao beiden Kristalle wegen ihrer scharfen Resonanz genau dieselbe Resonanzfrequenz haben müssen und bei Ver·1 Stimmungen, z. B. durch Erwärmung des einen Kristalls während des Betriebs, die Schwingleistung des Verbraucherkristalls ebenfalls abnimmt.ao two crystals because of their sharp resonance must have exactly the same resonance frequency and at Ver · 1 moods such. B. by heating one crystal during operation, the vibration power of the consumer crystal also decreases.
Es ist ferner ein selbsterregter Schwingungsgenerator mit Elektronenröhre und einem Verbraucher bekannt, der eine Serienresonanzcharakteristik aufweist und über ein aus einem Kondensator und einer variablen Induktivität bestehenden Impedanzglied an den Generator angeschlossen ist. Hierbei sind jedoch» um eine Überlastung.zu vermeiden, der Verbraucher und der Generator so schwach miteinander gekoppelt,-daß keine gegenseitige Beeinflussung entsteht.There is also a self-excited vibration generator with electron tube and a consumer known, which has a series resonance characteristic and a capacitor and a variable inductance existing impedance element is connected to the generator. However, here are » in order to avoid overloading, the consumer and the generator are so weakly coupled to one another that there is no mutual influence.
Bei dem selbsterregten Schwingungsgenerator nach der Erfindung ist im Gegensatz hierzu der Verbraucher über ein Impedanzumkehrglied unmittelbar parallel zum frequenzbestimmenden Parallelresonanzkreis des Generators angeschlossen. Man erreicht hier-In the self-excited oscillation generator according to the invention, in contrast, the consumer is Via an impedance reversing element, directly parallel to the frequency-determining parallel resonance circuit of the generator connected. One reaches here-
:. durch eine Kopplung von 100% sowie bei entsprechender Bemessung der Kreise einen starken Einfluß des Kehrwertes der Verbrauchercharakteristik auf den Generatorschwingkreis.:. a coupling of 100% and a corresponding dimensioning of the circles have a strong influence the reciprocal of the consumer characteristics on the generator oscillating circuit.
Der Erfindungsgedanke ist an Hand des Schaltbildes näher erläutert, das ein Ausführungsbeispiel eines selbsterregten Schwingungsgenerators nach der Erfindung zeigt. Dieser ist ein selbsterregter Schwingungsgenerator mit Elektronenröhre, dessen Verbraucher eine Serienresonanzcharakteristik hat und dessen Schwingungsfrequenz auch bei — nicht zu großen — Verstimmungen des Generatorschwingkreises durch die Resonanzfrequenz des Verbrauchers bestimmt wird. Die Anode der Elektronenröhre 1 ist an den Generatorschwingkreis 2 angeschlossen, welcher aus der Induktivität 3 und der Kapazität 4 besteht. DerThe concept of the invention is explained in more detail with reference to the circuit diagram, which shows an exemplary embodiment shows a self-excited vibration generator according to the invention. This is a self-excited vibration generator with an electron tube whose consumer has a series resonance characteristic and whose Oscillation frequency even with - not too great - detunings of the generator oscillating circuit the resonance frequency of the consumer is determined. The anode of the electron tube 1 is connected to the Generator resonant circuit 2, which consists of inductance 3 and capacitance 4, is connected. Of the
»09 527/188»09 527/188
Generatorschwingkreis 2 ist anderseits, mit dem Pluspol der AnodenspannungsqueUe - verbunden, welcher geerdet ist, so daß der Verbraucher 5 keine. Anodengleichspannung erhält. Die AnodenspannungsqueUe wird durch den Kondensator 6-überbrückt. Der negative Pol der' AnodenspannungsqueUe ist mit der Kathode der Elektronenröhre 1 verbunden. Weil die Kathode- der Elektronenröhre 1 die negative Anodenspannung gegen Erde erhalt, muß die Heizwicklung des Heiztransformators der Elektronenröhre 1 demgemäß isoliert sein. Die Rückkopplungsspannung wird an der Induktivität 3 'über eine Rückkopplungswicklung 7 abgenommen, welche eine möglichst kleine Streuung mit der Induktivität 3 besitzen soll, so daß der Phasenwinkel zwischen Primär- und Sekundärspannung möglichst genau 180° ist. Die Rückkopplungswicklung 7 ist einerseits über den Gitterableitungswiderstand 8, welcher durch den Kondensator 9 überbrückt wird, mit der Kathode und anderseits mit dem Gitter der Elektronenröhre 1 verbunden. Generator oscillating circuit 2 is on the other hand, with the positive pole the anode voltage source - connected, which is grounded, so that the consumer 5 no. DC anode voltage receives. The anode voltage source is bridged by the capacitor 6. The negative one The pole of the 'anode voltage source is with the Cathode of the electron tube 1 connected. Because the cathode of the electron tube 1 has the negative anode voltage to earth received, the heating winding of the heating transformer of the electron tube 1 must accordingly be isolated. The feedback voltage is applied to the inductance 3 'via a feedback winding 7 removed, which should have the smallest possible scatter with the inductance 3, so that the phase angle between the primary and secondary voltage is as precisely as possible 180 °. The feedback winding 7 is on the one hand via the grid discharge resistor 8, which is through the capacitor 9 is bridged, connected to the cathode and on the other hand to the grid of the electron tube 1.
Das Wesentliche der Erfindung besteht darin, daß der Verbraucher nicht direkt oder über die üblichen Wicklungstransformatoren, sondern über ein Impedanzumkehrglied an den Generator angeschlossen ist, wodurch die Widerstandskurve des Verbrauchers am Schwingungsgenerator im Sinne ihres Kehrwertes verläuft und der Verbraucher eine Parallelresonanzcharakteristik erhält. DasÜmkehrglied kann aus einer ein- oder mehrgliedrigen Drossel-Kondensator-Kette bestehen. Das Umkehrglied kann ein Serienschwingkreis sein, wobei der Verbraucher an der Induktivität oder Kapazität und der Schwingungsgenerator an deren Reihenschaltung angeschlossen wird. In dem Schaltbild ist der Verbraucher 5 mit Serienresonanzcharakteristik über das Umkehrglied 10 mit dem Generatorschwingkreis 2 verbunden. Der Verbraucher 5 kann z. B. zur Erzeugung mechanischer Schwingungen dienen. Das Umkehrglied 10 ist hier ein Serienschwingkreis, welcher aus der Induktivität 11 und der Kapazität 12 besteht, wobei der Schwingungsgenerator an deren Reihenschaltung und der Verbraucher 5 an der Kapazität 12 angeschlossen ist. Die Induktivität 11 soll eine möglichst kleine Wicklungskapazität und eine größere Eigenfrequenz als die Betriebsfrequenz besitzen. Bei piezoelektrischen Schwingkristallen kann die Kapazität 12 auch durch die Elektrodenkapazität des Kristalls gebildet werden. Damit das Umkehrglied keine Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung hervorruft, ist es zweckmäßig, daß die Blindwiderstände seiner Induktivität 11 und der Kapazität 12 bei der Betriebsfrequenz gleich und klein gegenüber dem an der Kapazität 12 angeschlossenen Wirkwiderstand bzw. groß gegenüber dem an der Reihenschaltung angeschlossenen Wirkwiderstand ist.The essence of the invention is that the consumer does not directly or through the usual Winding transformers, but is connected to the generator via an impedance reverser, whereby the resistance curve of the consumer at the vibration generator in terms of its reciprocal value runs and the consumer receives a parallel resonance characteristic. The reversing member can consist of a single or multi-link choke-capacitor chain exist. The reversing element can be a series resonant circuit be, with the consumer at the inductance or capacitance and the vibration generator at whose series connection is connected. In the circuit diagram, the consumer 5 is with series resonance characteristics Connected to the generator oscillating circuit 2 via the reversing element 10. The consumer 5 can e.g. B. serve to generate mechanical vibrations. The inverter 10 is here a series resonant circuit, which consists of the inductance 11 and the capacitance 12, the oscillation generator to whose series connection and the consumer 5 is connected to the capacitor 12. The inductance 11 should have the smallest possible winding capacitance and a greater natural frequency than own the operating frequency. In the case of piezoelectric oscillating crystals, the capacitance 12 can also through the electrode capacitance of the crystal can be formed. So that the reversing element does not have a phase shift between current and voltage, it is useful that the reactances of its inductance 11 and the capacitance 12 at the operating frequency is the same and small compared to that at the Capacity 12 connected effective resistance or large compared to that connected to the series circuit Effective resistance is.
In der angewandten Schaltung erregt sich, wie üblich, immer diejenige Frequenz, für die der Anodenwiderstand am größten ist. Bei Verstimmung des Generatorschwingkreises und — angenommenerweise — der Generatorfrequenz in bezug auf die Verbraucherresonanzfrequenz (Serienresonanz) nimmt infolge des Umkehrgliedes der Verbraucherwiderstand am Schwingkreisgenerator ab (Parallelresonanz), und damit fällt die Anodenwechselspannung, so daß die Rückkopplungsspannung und damit die Röhrenaussteuerung ebenfalls kleiner werden, wodurch eine weitere Abnahme der Anodenwechselspannung eintritt. Der Schwingungsgenerator folgt daher der Resonanzfrequenz des Verbrauchers, weil er bei —: nicht zu großen — Verstimmungen nur mit ■ dessen-Eigenfrequenz den größten Anodenwiderstand findet.In the circuit used, as usual, the frequency for which the anode resistance is excited is always excited is greatest. In the event of a detuning of the generator oscillating circuit and - presumably - the generator frequency with respect to the consumer resonance frequency (series resonance) takes as a result of the reversing link, the consumer resistance at the oscillating circuit generator decreases (parallel resonance), and thus the anode alternating voltage falls, so that the feedback voltage and thus the The tube output will also be smaller, resulting in a further decrease in the anode alternating voltage entry. The vibration generator therefore follows the resonance frequency of the consumer because he at -: not too big - upsets only with ■ whose natural frequency has the greatest anode resistance finds.
Die frequenzbestimmende Wirkung des Serien-. resonanzverbrauchers 5 wird um so höher, je stärker -seine Wider&tandsänderungen bei Frequenzänderungen die Anodenwechselspannung beeinflussen. Es ist deshalb zweckmäßig, alle mit seinem durch das Umkehrglied 10 transformierten Widerstand parallel liegenden Widerstände groß gegenüber seinem transformierten Resonanzwiderstand R0 zu machen. Daher soll der Resonanzwiderstand Rp des Generatorschwingkreises 2 groß gegenüber dem transformierten Resonanzwiderstand Ra des Verbrauchers 5 sein. Zur Erzielung eines großen Resonanzwiderstandes des Generatorschwingkreises 2 ist es erforderlich, daß dieser ein großes Verhältnis L/C hat und verlustarm ist. Ferner soll der äquivalente Parallelverlustwiderstand des Umkehrgliedes 10 groß gegenüber dem Resonanzwiderstand des Verbrauchers 5 sein. Deshalb muß das Umkehrglied 10 ebenfalls verlustarm sein. Nach obiger Feststellung ist es auch zweckmäßig, wenn der Innenwiderstand Ri = A UJAJa der Elektronenröhre 1 groß gegenüber dem Widerstand Ra ist. Um einen großen Innenwiderstand der Elektronenröhre 1 zu erhalten, ergibt es sich als günstig, Schirmgitterröhren (Pentoden) zu benutzen. Zur Erreichung eines großen Verhältnisses RiIR0 und R0IR0 ist es anderseits vorteilhaft, den an die Elektronenröhre 1 angepaßten Resonanzwiderstand Ra (Anpassungswiderstand) des Verbrauchers 5 durch entsprechende Transformation klein zu machen. Um einen entsprechend kleinen Anpassungswiderstand (Grenzwiderstand) der Elektronenröhre 1 zu erhalten, ist es notwendig, daß deren Anodengleichspannung möglichst niedrig gewählt wird. Zweckmäßig ist sie so niedrig gewählt, daß der Anodenwirkungsgrad noch 50 °/o beträgt.The frequency-determining effect of the series. The higher the resonance consumer 5, the stronger its resistance changes affect the anode alternating voltage when the frequency changes. It is therefore expedient to make all of the resistances lying parallel with its resistance transformed by the inverter 10 large compared to its transformed resonance resistance R 0 . Therefore, the resonance resistance R p of the generator oscillating circuit 2 should be large compared to the transformed resonance resistance R a of the consumer 5. In order 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. Furthermore, the equivalent parallel loss resistance of the reversing member 10 should be large compared to the resonance resistance of the consumer 5. Therefore, the reversing member 10 must also be low-loss. According to the above statement, it is also expedient if the internal resistance Ri = A UJAJ a of the electron tube 1 is large compared to the resistance R a . In order to obtain a high internal resistance of the electron tube 1, it is advantageous to use screen grid tubes (pentodes). In order to achieve a large ratio RiIR 0 and R 0 IR 0 , on the other hand, it is advantageous to make the resonance resistance R a (matching resistance) of the consumer 5, which is matched to the electron tube 1, small by means of a corresponding transformation. In order to obtain a correspondingly small matching resistance (limit resistance) of the electron tube 1, it is necessary that its anode DC voltage is selected to be as low as possible. It is expediently chosen to be so low that the anode efficiency is still 50%.
Damit die Rückkopplungsspannung bei Frequenzänderungen in der Phase und Amplitude unabhängig von der Streuung der Rückkopplungswicklung 7 mit der Induktivität 3 bleibt, ist es notwendig, daß die Gitterstrombelastung durch die Elektronenröhre 1 gering ausfällt. Die Röhrenaussteuerung in das positive Gitterspannungsgebiet soll daher möglichst klein sein, was durch einen großen Schirmgitterdurchgriff (mindestens 20%) der Elektronenröhre 1 und möglichst hohe Schirmgitterspannung derselben erzielt wird.So that the feedback voltage is independent of frequency changes in phase and amplitude of the leakage of the feedback winding 7 with the inductance 3 remains, it is necessary that the Lattice current load through the electron tube 1 turns out to be low. The tube level in the positive The grid voltage area should therefore be as small as possible, which is achieved by a large screen grid penetration (At least 20%) of the electron tube 1 and the highest possible screen grid voltage of the same achieved will.
Das Umkehrglied 10 kann auch zur Spannungstransformation benutzt werden und direkt oder über ein Transformationsglied am Generatorschwingkreis 2 angeschlossen sein.The reversing member 10 can also be used for voltage transformation and directly or via a transformation element can be connected to the generator oscillating circuit 2.
Claims (18)
Belgische Patentschrift Nr. 499 119.Considered publications:
Belgian patent specification No. 499 119.
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|---|---|---|---|
| DESCH10578A DE1030444B (en) | 1952-09-23 | 1952-09-23 | Vibration generator with series resonance consumer |
Applications Claiming Priority (1)
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| DESCH10578A DE1030444B (en) | 1952-09-23 | 1952-09-23 | Vibration generator with series resonance consumer |
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| BE499119A (en) * | 1949-11-02 | 1951-03-01 |
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1952
- 1952-09-23 DE DESCH10578A patent/DE1030444B/en active Pending
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|---|---|---|---|---|
| BE499119A (en) * | 1949-11-02 | 1951-03-01 |
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