DE1096490B - Oscillator circuit for electrical measuring purposes - Google Patents

Oscillator circuit for electrical measuring purposes

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DE1096490B
DE1096490B DEN16501A DEN0016501A DE1096490B DE 1096490 B DE1096490 B DE 1096490B DE N16501 A DEN16501 A DE N16501A DE N0016501 A DEN0016501 A DE N0016501A DE 1096490 B DE1096490 B DE 1096490B
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Willem Adrianus Joha Jaarsvelt
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Nederlandse Organisatie voor Toegepast Natuurwetenschappelijk Onderzoek TNO
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03BGENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
    • H03B5/00Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input
    • H03B5/08Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance
    • H03B5/10Generation 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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  • Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Oszillatorschaltung für elektrische Meßzwecke mit einem frequenzbestimmenden iC-Parallelkreis in einer rückgekoppelten Elektronenröhrenschaltung mit Mitteln zur Ausschaltung des Einflusses von Streukapazitäten der Schwingschaltung außerhalb des frequenzbestimmenden Kreises auf den XC-Kreis. Aus der USA.-Patentschrift 1 340193 ist eine derartige Oszillatorschaltung bekannt. Die dort angegebene Schaltung erfüllt den Zweck nicht befriedigend, da die rückgekoppelte Elektronenröhrenschaltung die Neigung hat, Schwingungen von ungewollter Frequenz zu erzeugen.The invention relates to an oscillator circuit for electrical measuring purposes with a frequency-determining circuit iC parallel circuit in a feedback electron tube circuit with means for eliminating the influence of stray capacitances in the oscillating circuit outside the frequency-determining circle on the XC circle. From U.S. Patent 1,340,193 there is one such an oscillator circuit is known. The circuit specified there does not fulfill the purpose satisfactorily, since the feedback electron tube circuit has the tendency to vibrate at an undesired frequency to create.

Erfindungsgemäß wird dieser Nachteil dadurch behoben, daß ein Dreischenkeltransformator vorgesehen ist, der je auf einem äußeren Schenkel eine Gitterkreiswicklung besitzt, die parallel zur Gitter-Kathoden-Strecke liegen und entgegengesetzt induzierend gewickelt sind, auf dessen einem Außenschenkel die Anodenwicklung angeordnet ist und dessen Mittelschenkel eine weitere Wicklung aufweist, die mit zwei erdpotentialnahen und symmetrischen Abgriffen der Spule L des £C-Parallelkreises verbunden ist. Die Wicklungsrichtung ist hierbei derart gewählt, daß, wenn man den mittleren Schenkel wegdenkt, die induzierten Spannungen beider parallel geschalteter Spulen sich gegeneinander aufheben, so daß zwischen Anodenwicklung und Gitterwicklung keine Kopplung stattfindet.According to the invention, this disadvantage is remedied in that a three-leg transformer is provided, which has a circular grid winding on each outer leg, which are parallel to the grid-cathode path and are oppositely inductively wound, on one outer leg of which the anode winding is arranged and whose central leg is one has another winding, which is connected to two ground potential and symmetrical taps of the coil L of the £ C parallel circuit. The winding direction is chosen so that, if you ignore the middle leg, the induced voltages of the two coils connected in parallel cancel each other out, so that there is no coupling between the anode winding and the grid winding.

Dieselbe Lage kann in Anwesenheit des mittleren Schenkels herbeigeführt werden, wenn um diesen mittleren Schenkel eine Kurzschlußwicklung liegt, die z. B. aus einer einzigen Windung bestehen kann.The same position can be brought about in the presence of the middle leg, if around this middle Leg is a short-circuit winding, the z. B. can consist of a single turn.

Ist dagegen die Wicklung auf dem mittleren Schenkel offen, so kann in diesem Schenkel durch Anodenstromvariationen ein wechselndes magnetisches Feld entstehen.If, on the other hand, the winding on the middle leg is open, anode current can vary in this leg an alternating magnetic field is created.

Sind die Kraftlinienflüsse in den beiden Gitterspulen verschieden, so tritt bei richtig gewählter Wicklungsrichtung der Anoden- und Gitterspulen Rückkopplung ein. Die Wicklung auf dem Mittelschenkel ist mit zwei Punkten auf beiden Seiten des elektrischen Mittelpunkts einer Spule verbunden, deren Enden mit einem Kondensator verbunden sind. Von der Wicklung auf dem Mittelschenkel aus gesehen, hat dieser ZC-Kreis eine hohe Impedanz für Resonanzfrequenzen; die Impedanz für Frequenzen, die außerhalb liegen, ist gering, so daß sie dort nahezu als Kurzschluß wirkt.If the fluxes of the lines of force in the two grid coils are different, feedback occurs when the winding direction of the anode and grid coils is correctly selected a. The winding on the middle leg is with two points on either side of the electrical center point connected to a coil, the ends of which are connected to a capacitor. From the winding on the middle leg From the point of view of this, this ZC circuit has a high impedance for resonance frequencies; the impedance for Frequencies that are outside are low, so that it almost acts as a short circuit there.

Demnach kann die Schaltung in der Resonanzfrequenz des Kreises, der mit der Wicklung auf dem Mittelschenkel verbunden ist, schwingen, sie hat auch keine Neigung zum Erzeugen von ungewollten Schwingungsfrequenzen.Accordingly, the circuit can be in the resonance frequency of the circuit with the winding on the center leg is connected, vibrate, it also has no tendency to generate unwanted vibration frequencies.

Dadurch, daß man die Punkte der Spule, mit denen die Wicklung auf dem Mittelschenkel verbunden ist, dicht an der elektrischen Mitte der Spule des Schwingungskreises wählt, wird der Einfluß der Streukapazitäten weiter reduziert. Dies ist besonders dann wichtig, wenn Oszillatorschaltung für elektrische
Meßzwecke
By choosing the points of the coil to which the winding on the center leg is connected to be close to the electrical center of the coil of the oscillating circuit, the influence of the stray capacitances is further reduced. This is especially important when making oscillator circuits for electrical
Measurement purposes

Anmelder:Applicant:

Nederlandse OrganisatieNederlandse Organization

voorToegepast-Natuurwetenschappelijk Onderzoek ten behoeve van Nijverheid, Handel en Verkeer, Den HaagvoorToegepast-Natuurwetenschappelijk Onderzoek ten behoeve van Nijverheid, Handel en Verkeer, The Hague

Vertreter: Dr.-Ing. O. Stürner, Patentanwalt,
CaIw-Wimberg, Ostlandstr. 36
Representative: Dr.-Ing. O. Stürner, patent attorney,
CaIw-Wimberg, Ostlandstr. 36

Beanspruchte Priorität:
Niederlande vom 10. April 1958
Claimed priority:
Netherlands 10 April 1958

Willem Adrianus Johannes van Jaarsvelt, DelftWillem Adrianus Johannes van Jaarsvelt, Delft

(Niederlande),
ist als Erfinder genannt worden
(Netherlands),
has been named as the inventor

der mit der Spule verbundene Kondensator von einer aus vier Kondensatoren aufgebauten Brückenschaltung, deren eine Diagonale mit den Enden der Spule verbunden ist, gebildet wird.the capacitor connected to the coil by a bridge circuit made up of four capacitors, one diagonal of which is connected to the ends of the coil is formed.

Im Rahmen der Erfindung ist es möglich, eine weitere Anodenwicklung auf dem anderen Außenschenkel vorzusehen und die Anoden- und Gitterkreiswicklung jedes Außenschenkels mit einer Schwingröhre zu verbinden, deren Gitterkreise parallel geschaltet sind.In the context of the invention it is possible to provide a further anode winding on the other outer leg and to connect the anode and grid circular winding of each outer leg to a vibrating tube, whose grid circles are connected in parallel.

Eine Weiterbildung der Erfindung ist die Verwendung der Oszillatorschaltung zur Speisung einer Meßbrücke, mit der Maßgabe, daß die Speisediagonale mit der Spule des frequenzbestimmenden £C-Kreises verbunden ist.A further development of the invention is the use of the oscillator circuit for feeding a measuring bridge, with the proviso that the feeder diagonal is connected to the coil of the frequency-determining £ C-circle.

An Hand einer Zeichnung, in der zwei Ausführungsbeispiele der Oszillatorschaltung und eine "Meßbrücke dargestellt sind, wird die Erfindung nunmehr im einzelnen erläutert werden:On the basis of a drawing in which two exemplary embodiments of the oscillator circuit and a "measuring bridge" are shown are, the invention will now be explained in detail:

Fig. 1 ist eine Oszillatorschaltung mit einer einzigen Röhre;Fig. 1 is a single oscillator circuit Tube;

Fig. 2 ist eine gleichartige Schaltung mit zwei Röhren;Fig. 2 is a similar two-tube circuit;

Fig. 3 dient zur Erläuterung des Einflusses von Streukapazitäten auf eine Meßbrücke, die über einen Transformator von einem Generator gespeist wird.Fig. 3 serves to explain the influence of stray capacitances on a measuring bridge, which is over a transformer fed by a generator.

Der Grundgedanke der erfindungsgemäßen Oszillatorschaltung ist in Fig. 1 dargestellt. Das frequenzbestimmende Element der Schaltung ist der Schwingungskreis, der sich aus der Spule L und der Serienschaltung derThe basic idea of the oscillator circuit according to the invention is shown in FIG. The frequency-determining element of the circuit is the oscillating circuit, which consists of the coil L and the series circuit of the

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Kondensatoren C1 und C2 bildet. Um die Wirkungsweise der Schaltung deutlicher darzulegen, ist der Verbindungspunkt von C1 und C2 als geerdet gezeichnet. Auf der Spule L ist dann ein Punkt zu finden, dessen Spannung in bezug auf Erde Null ist. Ein sehr kleiner TeIL-L1 der Spule L, der hinsichtlich des genannten Erdpotentialpunktes tunlichst symmetrisch liegt, ist mit der Wicklung TF3 eines Transformators T verbunden. Diese Wicklung W3 liegt auf dem Mittelschenkel des Transformatorenkernes, der, wie ersichtlich, dreischenkelig ausgebildet ist. Die Wicklung W3 hat sehr wenige Windungen, z. B. nur eine. Der Transformatorkern, ist geerdet oder, wenn dies nicht möglich ist, mit einem geerdeten Schirm rund um den Mittelschenkel versehen. Die Wicklung Tf3 ist derart ausgeführt, daß sie nur eine kleine Streukapazität besitzt. Die Streukapazitäten der Wicklung TF3 sind als zwischen den Enden des TeUeSi1 der Spule L und Erde geschaltet zu denken. Ihr Einfluß auf die Verteilung der Spannung über C1 und C2 läßt sich dadurch ermitteln, daß man ihren transformierten Wert zwischen den Enden der Spule und Erde berechnet.Forms capacitors C 1 and C 2. In order to show the operation of the circuit more clearly, the connection point of C 1 and C 2 is shown as grounded. A point can then be found on the coil L , the voltage of which is zero with respect to earth. A very small part L 1 of the coil L, which is as symmetrical as possible with regard to the aforementioned ground potential point, is connected to the winding TF 3 of a transformer T. This winding W 3 lies on the middle limb of the transformer core, which, as can be seen, has three limbs. The winding W 3 has very few turns, e.g. B. only one. The transformer core is earthed or, if this is not possible, provided with an earthed screen around the center leg. The winding Tf 3 is designed in such a way that it has only a small stray capacitance. The stray capacitances of the winding TF 3 are to be thought of as being connected between the ends of the TeUeSi 1 of the coil L and earth. Their influence on the distribution of the voltage across C 1 and C 2 can be determined by calculating their transformed value between the ends of the coil and earth.

Dieser Wert ist um den Faktor y-^ kleiner, wenn derThis value is smaller by the factor y- ^ if the

Koppelfaktor zwischen den Windungen der Spule L als 1 angenommen wird. Aus dieser Überlegung geht hervor, daß der Einfluß der Streukapazität der Wicklung W3 auf die Verteilung der Spannung über C1 und C2 weitgehend ausgeschaltet werden kann.Coupling factor between the turns of the coil L is assumed to be 1. From this consideration it can be seen that the influence of the stray capacitance of the winding W 3 on the distribution of the voltage across C 1 and C 2 can be largely eliminated.

Die Außenschenkel des Transformators T sind mit den Wicklungen Wn, TF12 und TF22 bewickelt. Die Streukapazitäten, mit denen diese Wicklungen in nachteiliger Weise unvermeidlich belastet sind, werden auch in den frequenzbestimmenden Kreis transformiert, aber nur unmittelbar zwischen den Enden der Spule L, so daß sie wohl die Frequenz der erregten Spannung beeinflussen, aber nicht die Spannungsverteilung über C1 und C2.The outer legs of the transformer T are wound with the windings W n , TF 12 and TF 22. The stray capacitances with which these windings are unavoidably loaded are also transformed into the frequency-determining circuit, but only directly between the ends of the coil L, so that they affect the frequency of the excited voltage, but not the voltage distribution over C 1 and C 2 .

Die Wicklung TF11 des Transformators liegt im Anodenkreis der Röhre B, während die Wicklungen TF12 und TF22, unter sich parallel geschaltet, im Gitterkreis der Röhre B liegen. Einzelheiten der Schaltung, die zu ihrem völligen Verständnis nicht notwendig sind, wie z. B. Mittel zum Erhalt einer Begrenzung der Amplitude der erzeugten Schwingungen, sind weggelassen worden.The winding TF 11 of the transformer lies in the anode circuit of tube B, while the windings TF 12 and TF 22 , connected in parallel, lie in the grid circle of tube B. Circuit details that are not necessary to fully understand them, such as B. Means for obtaining a limitation on the amplitude of the generated vibrations have been omitted.

Die Schaltung der Wicklungen ist derart, daß, wenn der Mittelschenkel des Transformators weggedacht wird, die induzierten Spannungen der parallel geschalteten Spulen sich gegeneinander aufheben. Der Strom durch die Wicklung TF11 kann in den Wicklungen PF12 und TF22 keine Spannung induzieren, da die Flußrichtungen in diesen Wicklungen entgegengesetzt sind.The connection of the windings is such that, if the center leg of the transformer is ignored, the induced voltages of the coils connected in parallel cancel each other out. The current through the winding TF 11 cannot induce a voltage in the windings PF 12 and TF 22 , since the directions of flow in these windings are opposite.

Die obenerwähnte Wirkungsweise ohne Mittelschenkel des Transformators kann für den Wechselkrafthnienfluß durch Kurzschluß der Wicklung auf diesem Mittelschenkel herbeigeführt werden, so daß darin praktisch kein Wechselkraftlinienfluß auftreten kann.The above-mentioned mode of operation without the center leg of the transformer can be used for the alternating force flow be brought about by short-circuiting the winding on this center leg, so that there is practically no flow of alternating lines of force can occur.

Ist nun die Spule um den Mittelschenkel offen, so können die Flüsse in den Außengliedern sich über den Mittelschenkel schließen, so daß positive Rückkopplung zwischen Anoden- und Gitterkreis entsteht. Die Spannungen der Wicklungen TF12 und TF22 sind jetzt nicht mehr entgegengesetzt, sondern phasengleich und gleich groß. Die Schaltung kann dann als sogenannter »Blocking oscillator« funktionieren. Bei einer bestimmten Frequenz kann also die Schaltung schwingen.If the coil around the middle limb is now open, the fluxes in the outer limbs can close via the middle limb, so that positive feedback occurs between the anode and grid circuit. The voltages of the windings TF 12 and TF 22 are no longer opposite, but in phase and of the same size. The circuit can then function as a so-called "blocking oscillator". The circuit can therefore oscillate at a certain frequency.

Dadurch, daß nun an die Wicklung um den Mittelschenkel ein LC-Parallelkreis angeschlossen ist, ist diese Wicklung praktisch für alle Frequenzen mit Ausnahme der Resonanzfrequenz des Kreises kurzgeschlossen, so daß die Schaltung nur in dieser Frequenz schwingt.Due to the fact that an LC parallel circuit is now connected to the winding around the center leg, this is Winding practically shorted to all frequencies except the resonant frequency of the circuit, so that the circuit only oscillates at this frequency.

Der Votreil dieser Schaltung im Vergleich zu ähnlichen Schaltungen, wie z. B. der Meissner Oszillatorschaltung, besteht darin, daß diese Schaltung viel weniger Neigung zum Schwingen in ungewollten Schwingungsfrequenzen zeigt, da für andere Frequenzen als die Resonanzfrequenz praktisch keine Rückkopplung entsteht.The advantage of this circuit compared to similar circuits such. B. the Meissner oscillator circuit, is that this circuit has much less tendency to oscillate at unwanted oscillation frequencies shows that there is practically no feedback for frequencies other than the resonance frequency.

Auch ist es möglich, die Schaltung wie in Fig. 2 mit zwei Röhren auszuführen, wozu eine weitere Anodenwicklung für die zweite Röhre auf dem anderen Außenschenkel vorgesehen ist. Da die Ströme und Spannungen der beiden Röhren S1 in Phase sind, arbeiten die beiden Röhren parallel.It is also possible to carry out the circuit as in FIG. 2 with two tubes, for which purpose a further anode winding is provided for the second tube on the other outer leg. Since the currents and voltages of the two tubes S 1 are in phase, the two tubes work in parallel.

In Fig. 3 ist eine Kapazitätenmeßbrücke mit den Kondensatoren C1, Cx, C3 und C4 dargestellt. Die Kondensatoren C3 und C4 sind einander gleich, und der Verbindungspunkt von C1 und Cx ist hier geerdet.In Fig. 3 a capacitance measuring bridge with the capacitors C 1 , C x , C 3 and C 4 is shown. The capacitors C 3 and C 4 are equal to each other, and the connection point of C 1 and C x is grounded here.

Die Spannung zwischen Erde und dem Verbindungspunkt von C3 und C4 wird zum Eingang eines Verstärkers geführt, in dessen Ausgang ein Indikator I aufgenommenThe voltage between earth and the connection point of C 3 and C 4 is fed to the input of an amplifier, in the output of which an indicator I is recorded

Die Streukapazitäten C2, und C2 zwischen der primären und der sekundären Wicklung des Transformators T stehen praktisch parallel zu C1 bzw. Cx. Da diese Streukapazitäten Schwankungen unterliegen, können sie zu Meßfehlern Veranlassung geben. Sind die Kapazitätswerte der Brückenkondensätoren von der Ordnung 100 pF, die Streukapazitäten Cp und C2 von der Ordnung 10 pF bei einer !Inkonstanz von z. B. 5%, so ist der Einfluß auf die Stabilität der Brücke von der Ordnung 0,5 bis 1 °/0 von C1 oder Cx. The stray capacitances C 2 and C 2 between the primary and the secondary winding of the transformer T are practically parallel to C 1 and C x, respectively. Since these stray capacitances are subject to fluctuations, they can give rise to measurement errors. If the capacitance values of the bridge capacitors are of the order 100 pF, the stray capacitances C p and C 2 are of the order 10 pF with an! B. 5%, the influence on the stability of the bridge is of the order 0.5 to 1 ° / 0 of C 1 or C x .

Wenn man von den Kapazitätswerten der Brückenkondensatoren eine Konstanz von 1O-4 zu 10~5 verlangt, so bedeutet dies, daß die Größe von C3, und C2 so stark wie möglich reduziert werden soll.If one requires the capacitance values of the bridge capacitors constancy of 1O to 10 -4 ~ 5, this means that the size of C 3, and C 2 is to be reduced as much as possible.

Besonders die Kapazität zwischen den Wicklungen eines Transformators ist meistens ziemlich stark temperaturabhängig, so daß der Beitrag dieses Transformators zu den Streukapazitäten C7, und C2 so klein wie möglich sein soll.In particular, the capacitance between the windings of a transformer is mostly temperature dependent, so that the contribution of this transformer to the stray capacitances C 7 and C 2 should be as small as possible.

Dieses wird durch die Verwendung der Oszillatorschaltung nach den Fig. 1 oder 2 zur Speisung der Meßbrücke mit der Maßgabe erreicht, daß die Speisediagonale mit der Spule L des frequenzbestimmenden LC-Kreises verbunden ist.This is achieved by using the oscillator circuit according to FIGS. 1 or 2 to feed the measuring bridge with the proviso that the feed diagonal is connected to the coil L of the frequency-determining LC circuit.

Es ist klar, daß die beiden Abgriffe Lx der Spule L nicht immer symmetrisch und erdpotentialnahe zu sein brauchen. In Schaltungen, in denen der Schwingungskreis sich aus der Spule L und nur einem einzelnen Kondensator C bildet, wird dies im allgemeinen der Fall sein.It is clear that the two taps L x of the coil L need not always be symmetrical and close to earth potential. In circuits in which the resonant circuit is formed from the coil L and only a single capacitor C, this will generally be the case.

Claims (3)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Oszillatorschaltung für elektrische Meßzwecke mit einem frequenzbestimmenden LC-Parallelkreis in einer rückgekoppelten Elektronenröhrenschaltung mit Mitteln zur Ausschaltung des Einflusses von Streukapazitäten der Schwingschaltung außerhalb des frequenzbestimmenden Kreises auf dem iC-Kreis, dadurch gekennzeichnet, daß ein Dreischenkeltransformator (T) vorgesehen ist, der je auf einem äußeren Schenkel eine Gitterkreiswicklung (TF12, TF22) besitzt, die parallel zur Gitter-Kathoden-Strecke liegen und entgegengesetzt induzierend gewickelt sind, auf dessen einem Außenschenkel die Anodenwicklung (TF11) angeordnet ist und dessen Mittelschenkel eine weitere Wicklung (TF3) aufweist, die mit zwei erdpotentialnahen und symmetrischen Ab-1. Oscillator circuit for electrical measurement purposes with a frequency-determining LC parallel circuit in a feedback electron tube circuit with means for eliminating the influence of stray capacitances of the oscillating circuit outside of the frequency-determining circuit on the iC circuit, characterized in that a three-arm transformer (T) is provided, the depending has a circular grid winding (TF 12 , TF 22 ) on one outer leg, which are parallel to the grid-cathode section and are wound in opposite directions, the anode winding (TF 11 ) is arranged on one outer leg and a further winding (TF 3 ) with two symmetrical near-earth potential griffen (X1) der Spule L des iC-Parallelkreises verbunden ist.handles (X 1 ) of the coil L of the iC parallel circuit is connected. 2. Oszillatorschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere Anodenwicklung (TF21) auf dem anderen Außenschenkel vorgesehen ist und daß die Anoden- und Gitterkreiswicklung (Wn, W12 bzw. W21, W22) jedes Außenschenkels mit einer Schwingröhre (B1), deren Gitterkreise parallel geschaltet sind, verbunden sind.2. Oscillator circuit according to claim 1, characterized in that a further anode winding (TF 21 ) is provided on the other outer leg and that the anode and grid circular winding (W n , W 12 or W 21 , W 22 ) of each outer leg with an oscillating tube (B 1 ), whose grid circles are connected in parallel, are connected. 3. Verwendung der Oszillatorschaltung nach Anspruch 1 oder 2 zur Speisung einer Meßbrücke mit der Maßgabe, daß die Speisediagonale mit der Spule L der frequenzbestimmenden iC-Kreises verbunden ist.3. Use of the oscillator circuit according to claim 1 or 2 for feeding a measuring bridge with the proviso that the feed diagonal is connected to the coil L of the frequency-determining iC circuit. In Betracht gezogene Druckschriften:
Britische Patentschriften Nr. 254 424, 146 708;
USA.-Patentschrift Nr. 1 340 193.
Considered publications:
British Patent Nos. 254 424, 146 708;
U.S. Patent No. 1,340,193.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
DEN16501A 1958-04-10 1959-04-04 Oscillator circuit for electrical measuring purposes Pending DE1096490B (en)

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NL (2) NL226693A (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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NL97396C (en)
GB884940A (en) 1961-12-20
FR1219820A (en) 1960-05-19
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