DE1100806B

DE1100806B - Process for obtaining a frequency-dependent direct voltage from an alternating voltage without rectification

Info

Publication number: DE1100806B
Application number: DEK39237A
Authority: DE
Inventors: Dr Werner Kroebel
Original assignee: Kieler Howaldtswerke AG
Current assignee: Kieler Howaldtswerke AG
Priority date: 1959-11-23
Filing date: 1959-11-23
Publication date: 1961-03-02
Also published as: DE1100806C2

Description

Verfahren zur Gewinnung einer frequenzabhängigen Gleichspannung aus einer Wechselspannung ohne Gleichrichtung Für die Messung der Frequenz von Wechselspannungen bzw. für die Rückwandlung von Anzeigewerten, die durch besondere Schaltungen als Frequenz eines Wechselspannungsgenerators gegeben sind, in Gleichspannungen, sind eine Vielzahl von Schaltungen bekannt. Sie basieren alle darauf, daß aus den Wechselspannungen eine Folge von in ihrem Spannungszeitverlauf konstanten Impulsen gewonnen wird, die durch die bekannten Methoden der Gleichrichtung von Wechselspannungen gleichgerichtet werden.Method for obtaining a frequency-dependent DC voltage an alternating voltage without rectification For measuring the frequency of alternating voltages or for the reconversion of display values, which by special circuits as Frequency of an alternating voltage generator are given in direct voltages a variety of circuits are known. They are all based on the fact that from the alternating voltages a sequence of impulses that are constant in their voltage-time curve is obtained, which are rectified by the known methods of rectifying alternating voltages will.

Diese Verfahren haben den Nachteil, daß wegen der zumeist sehr hoch zu wählenden Zeitkonstanten der Gleichrichtung die erzeugten Gleichspannungen schnellen Änderungen der Wechselspannungsfrequenz nicht folgen können. Sind insbesondere aus äußeren Gründen die anzuzeigenden Werte durch Wechselspannungen einer relativ tiefen Frequenz von beispielsweise 100 Hz gegeben, dann können Änderungen der Anzeigewerte, die an hundertstel Sekunden heranreichen, nicht mehr in Gleichspannungen umgewandelt werden.These processes have the disadvantage that they are usually very high To select the time constants of the rectification, the generated DC voltages accelerate Changes in the AC voltage frequency cannot follow. Are in particular out external reasons the values to be displayed by alternating voltages of a relatively low Given a frequency of 100 Hz, for example, changes to the display values, that come close to a hundredth of a second, no longer converted into direct voltages will.

Um daher aus Wechselspannungen eine frequenzabhängige Gleichspannung zu gewinnen, die auch für den Fall einer hohen Änderungsgeschwindigkeit den Anzeigewert richtig wiedergibt, muß ein Verfahren angewendet werden, das die Umwandlung der Wechselspannung in eine Gleichspannung ohne eigentliche Gleichrichtung erlaubt.In order, therefore, to generate a frequency-dependent direct voltage from alternating voltages to gain the display value even in the case of a high rate of change correctly reproduces, a process must be used which converts the AC voltage to DC voltage without actual rectification allowed.

Nach der Erfindung besteht ein solches Verfahren darin, daß eine Wechselspannung zur Synchronisation zweier Sägezahnspannungsgeneratoren dient, deren Amplitude von der Frequenz abhängig ist und von denen der Spannungszeitverlauf des einen Generators ein festes Batteriepotential als Ausgangsspannung hat, während für den anderen die Spitzenspannung des ersten als Basis dient, und daß beide Sägezahnspannungen miteinander überlagert werden.According to the invention, such a method consists in that an alternating voltage serves to synchronize two sawtooth voltage generators, the amplitude of which is the frequency and on which the voltage time curve of one generator is dependent has a fixed battery potential as output voltage, while for the other the The peak voltage of the first serves as a base, and that both sawtooth voltages interrelate are superimposed.

Es sind Sägezahngeneratoren bekannt, bei denen die Amplitude der erzeugten Schwingungen frequenzabhängig ist. Weiter gibt es Sägezahngeneratoren, deren Schwingungsamplitude frequenzunäbhängig ist.There are sawtooth generators are known in which the amplitude of the generated Oscillation is frequency dependent. There are also sawtooth generators, their oscillation amplitude is frequency independent.

Die Einzelheiten der Ausführung sind der nachstehenden Beschreibung zu entnehmen. Die Zeichnungen zeigen'in den Abb. 1 bis 8 mehrere Ausführungsbeispiele.The details of the execution are the description below refer to. The drawings show several exemplary embodiments in FIGS. 1 to 8.

Die Abb. 1 und 2 zeigen eine bekannte Anordnung zur Erzeugung von Sägezahnspannungen. In der Abb.1 `dient eine Gasentladungsröhre R6 1 zur Aufladung eines Kondensators C, über einen Widerstand R, aus einer Spannungsquelle B1. Bei einer periodischen Zündung der Gasentladungsröhre, beispielsweise durch eine Impulsfolge, die der umzuwandelnden Wechselspannung entspricht,- entsteht über den Kondensator C, eine Sägezahnspannung nI, für die folgende Gleichung gilt: Aus ihr ergibt sich, wenn die Spitzenspannung mit ü,, t, bezeichnet wird, für Die Schaltung der-Abb. 2, in der der Ladewiderstand R= durch eine stromkonstante Röhre Rä 3 ersetzt ist, liefert in entsprechender Weise eine Spannung Würde man diese beiden Spannungen auch bei Erhaltung ihrer Gleichspannungskomponenten in einer Doppelröhre miteinander addieren, dann kompensieren sich zwar die Sägezahnspannungsverläufe zu einer Gleichspannung, jedoch stets so, daß als resultierende Spannung Ur-uiu@-0 zustande kommt. ` Der Grund hierfür liegt darin, daß die Spannung von u, das Nullpotential als Basisspannung hat und. nach positiven Werten ansteigt, während u2 mit dem gleichen Potential als Basis nach negativen Werten abfällt, so daß sich bei der Überlagerung in der Tat die Sägezähnanteile zu einer Gleichspannung kompensieren, die gleich der gemeinsamen Basisspannung ist. Sie ist daher frequenzunabhängig.Figs. 1 and 2 show a known arrangement for generating sawtooth voltages. In Fig.1, a gas discharge tube R6 1 is used to charge a capacitor C, via a resistor R, from a voltage source B1. In the case of periodic ignition of the gas discharge tube, for example by a pulse sequence that corresponds to the alternating voltage to be converted, a sawtooth voltage nI is generated across the capacitor C, for which the following equation applies: If the peak voltage is denoted by ü ,, t, for The circuit of-Fig. 2, in which the charging resistor R = is replaced by a constant current tube Rä 3 , supplies a voltage in a corresponding manner If these two voltages were to be added to one another while maintaining their direct voltage components in a double tube, then the sawtooth voltage curves would compensate each other to form a direct voltage, but always in such a way that the resulting voltage Ur-uiu @ -0 would result. The reason for this is that the voltage of u has zero potential as its base voltage and. increases after positive values, while u2 with the same potential as the base decreases after negative values, so that when superimposed the sawtooth components actually compensate each other to form a DC voltage which is equal to the common base voltage. It is therefore independent of frequency.

Um zu erreichen, daß eine frequenzabhängige Gleichspannung entsteht, bei der die Kompensationsmöglichkeit der gegensinnigen Spannungsverläufe der beiden Sägezalmgeneratoren ausgenutzt wird, muß eine Gleichspannung erzeugt werden, die -allein durch die Spitzenspannung der einen oder anderen der Sägezahnspannungen gegeben ist. Das ist dann der Fall, wenn die ,Spannung entweder gegeben ist durch _ . Im ersten Falle steigt die Spannung ui vom Nullpotential als Basis nach positiven Spannungen und u2 vom Spitzenpotential usptz der Sägezahnspannung von u1 in negativer Richtung und im zweiten Falle die Spannung u2 vom negativen und Spitzenspannungspotential der Sägezahnspannung u2 und ui vom Potential Null nach negativen Werten. Beide Fälle ergeben daher als resultierende Spannung eine Gleichspannung u, für den ersten Fall Ur = ui -I- u2 = uspt2 und für den zweiten Fall u, = ui + u2 = -uspt2.In order to achieve that a frequency-dependent DC voltage is created, in which the possibility of compensating for the opposing voltage curves of the two sawtooth generators is used, a DC voltage must be generated that is given solely by the peak voltage of one or the other of the sawtooth voltages. This is the case when the "tension" is either given by _. In the first case the voltage ui increases from the zero potential as the base to positive voltages and u2 from the peak potential usptz of the sawtooth voltage of u1 in a negative direction and in the second case the voltage u2 from the negative and peak voltage potential of the sawtooth voltage u2 and ui from the zero potential to negative values. Both cases therefore result in a direct voltage u as the resulting voltage, for the first case Ur = ui -I- u2 = uspt2 and for the second case u, = ui + u2 = -uspt2.

Die mit solchen Sägezahnspannungen erhaltene Gleichspannung ist somit bei einer Überlagerung dieser Sägezahnspannungen durch die Spitzenspannung einer der Sägezahnspannungen gegeben und somit streng frequenzabhängig. Die Realisation der Erzeugung dieser der Spannungsspitze eines der Sägezähne entsprechende Gleichspannung kann in weiterer Ausgestaltung der Erfindung auf verschiedene Weise erfolgen. -Für einen Typ eines ersten Beispiels sei von der Abb. 3 ausgegangen. Sie besteht aus zwei Sägezahngeneratoren nach Abb. 1 und 2. Der Sägezahngenerator nach Abb. 2 ist jedoch mit der Anode der Entladungsröhre für den Aufladekondensator C2 mit- der Anode -der Röhre Rö 1 und -damit mit derjenigen Seite des Aufladekondensators Cl galvanisch verbünden, an der die Spannung ui gegenüber Erde als Basis nach positiven Werten ansteigt. Werden daher gemäß Abb. 3 ä aus. der primären Wechselspannung, aus welcher eine frequenzabhängige Gleichspannung gewonnen werden soll, zwei Synchronisierimpulsfolgen mit geringem Zeitabstand erzeugt und mit diesen die Entladungsröhren Rö 1 und Rö 2 so gezündet, daß .zuerst Rd 2 und dann Rö 1 zur Entladung kommt, dann ergeben sich Sägezahnspannungen nach Abb. 3b: Das heißt, die Basisspannung für den Entladeverlauf von C2 wird durch die Zündung der Röhre Rö 2 unmittelbar vor Erreichen der Spannungsspitze des Sägezahns über Cl um so- genauer an die Spannungsspitze uspt2 (Abb. 3b) angeschlossen, -je weniger die Zündung von R62 der von Rö 1 vorauseilt. Da nach erfolgter Entladung von C2 R62 wieder gesperrt ist, wird in:, der Tat die Spannung von C, zur' Basis- des Sägezahnverlaufes über den Ladekondensator C2, welche Cl im -Zündmoment von Rö 2 aufwies. -Führt man daher die Spannung über Ci und C2 in galvanischer Kopplung gemäß Abb. 4- an je ein Gitter der Doppelröhre D Rd 1, dann ergibt sich am Mittelabzapf einer hochohmigen-- Verbindung, bestehend aus .den Widerständen R' und Z" _ über den Kathodenwiderständen-Rxl. und RK, eine Gleichspannung, die der Frequenz der Sägezahnspannung proportional ist. Bei Kompensation der Ruhespannung des Spannungsabfalles über den Kathodenwiderständen RK, und RK, kann die frequenzabhängige Gleichspannung zwischen den Punkten A, und A2 "der Abb. 4 entnommen werden. Da die Gewinnung der frequenzabhängigen Gleichspannung nicht mit einer Gleichrichtung verbunden ist, können auch sehr schnelle Frequenzänderungen der primären Wechselspannung bei dem beschriebenen Verfahren zugelassen werden. Im Grenzfalle darf die Änderung der Frequenz der Sägezahnspannung entsprechen.The DC voltage obtained with such sawtooth voltages is thus given when these sawtooth voltages are superimposed by the peak voltage of one of the sawtooth voltages and is therefore strictly frequency-dependent. The realization of the generation of this direct voltage corresponding to the voltage peak of one of the saw teeth can take place in various ways in a further embodiment of the invention. -For one type of a first example, let us start from Fig. 3. It consists of two sawtooth generators according to Fig. 1 and 2. The sawtooth generator according to Fig. 2 is galvanically connected to the anode of the discharge tube for the charging capacitor C2 with the anode of the tube Rö 1 and thus to that side of the charging capacitor C1, at which the voltage ui increases with respect to earth as a base after positive values. Therefore, according to Fig. 3 ä. The primary alternating voltage, from which a frequency-dependent direct voltage is to be obtained, generates two synchronization pulse trains with a short time interval and with these the discharge tubes Rö 1 and Rö 2 are ignited in such a way that first Rd 2 and then Rö 1 are discharged, then sawtooth voltages result Fig. 3b: This means that the base voltage for the discharge curve of C2 is connected to the voltage peak uspt2 (Fig. 3b), the more precisely the voltage peak uspt2 (Fig. 3b), the more precisely the ignition of the tube Rö 2 immediately before the voltage peak of the sawtooth is reached Ignition of R62 that runs ahead of Rö 1. Since R62 is blocked again after C2 has been discharged, the voltage of C actually becomes the base of the sawtooth curve across the charging capacitor C2, which Cl exhibited in the ignition moment of Rö 2. Therefore, if the voltage across Ci and C2 is galvanically coupled according to Fig. 4- to a grid of the double tube D Rd 1, then a high-ohmic connection results at the center tap, consisting of the resistors R 'and Z "_ Via the cathode resistors-Rxl. and RK, a direct voltage that is proportional to the frequency of the sawtooth voltage. When compensating for the no-load voltage of the voltage drop across the cathode resistors RK, and RK, the frequency-dependent direct voltage between points A, and A2 "in Fig. 4 can be removed. Since the generation of the frequency-dependent direct voltage is not associated with rectification, very rapid frequency changes in the primary alternating voltage can also be permitted with the method described. In the limiting case, the change in frequency may correspond to the sawtooth voltage.

In der Schaltung nach Abb. 3 ist die Sägezahnspannung über Ci nur dann genügend linear, wenn die Batteriespannung Bi genügend groß ist. Um auch bei geringerer Batteriespannung zeitlineare Sägezahnverläufe zu erhalten, kann in bekannter Weise gemäß Abb. 5 die über den Aufladewiderstand Rl nach C, wirksame Spannung zur Kompensation konstant gehalten werden.In the circuit of Fig. 3, the sawtooth voltage across Ci is only then sufficiently linear when the battery voltage Bi is sufficiently large. To also at To obtain time-linear sawtooth curves with lower battery voltage, this can be done in a well-known manner Way according to Fig. 5, the effective voltage across the charging resistor Rl to C, Compensation can be kept constant.

. Eine Ausführung der Erfindung nach Abb. 6 vermeidet gewisse Krummlinigkeiten in. dem Sägezahuspannungsverlauf dadurch, daß der positive Spannungspunkt der Batterie Bi zum Erdpunkt gemacht und die Ladung des Kondensators Cl über eine stromkonstante Röhre Rd 3 durchgeführt wird. Die an -C, positiv ansteigende Sägezahnspannung wird dann über R2 gewonnen. Eine vollkommenere Schaltung dieser Art ist in Abb. 7 wiedergegeben. Hier verlaufen beide zur Erzeugung der Sägezahnspannungen-dienenden Kondensatoraufladungen in negativer Spannungsrichtung. Erfindungsgemäß wird die über C2 entstehende Spannung so erzeugt, daß sie die negative- Spannungsspitze der über Cl entstehenden als Basis hat. Da wegen der Kompensation der Sägezahnspannungen stets ein ansteigender und ein abfallender Verlauf erforderlich ist, wird der absteigende über C2 mittels einer in, galvanischer Kopplung angeschalteten Umkehrröhre Rö 4 in einen ansteigenden Spannungsverlauf verwandelt. Die Spannungen über C, -und R4 werden dann den Gittern der Doppelröhre gemäß den obigen Ausführungen nach Abb. 4 zugeführt, -Um die bei Anwendung der bisher beschriebenen Schaltungen erforderlichen Doppelimpulsfolgen mit einer gegeneinander kurzzeitigen Zeitverzögerung zu vermeiden, kann eine Schaltung angewendet werden, die im Prinzip in Abb. 8 wiedergegeben ist. Hier wird die Spitzenspannung des Sägezahnverlaufes über den Kondensator C, über eine Kathodenstufe Rö 5 und über den Kathodenwiderstand RK, und den Gleichrichter G2 auf einen Kondensator C3 übertragen. Werden bei dieser Anordnung beide Röhren Rö 1 und Rö 2 gleichzeitig gezündet, dann bleibt C3 auf der Spitzenspannung von C, bzw. auf einer mit dieser in einem festen Verhältnis befindlichen stehen, die sich aus der im Zündmoment folgenden Zusammenschaltung von C2 und C3 ergibt. Wenn der Spannungsverlauf über C, ansteigend ist, kann der Kondensator C3, direkt in die Kathodenleitung gelegt - werden, wie dies in Abb. 5 gezeigt ist. Indessen ist es auch im Falle der Schaltungen nach den Abb. 5 und 8 zweckmäßig; wegen Restleitfähigkeit in den Röhren Röl und -Rö 2 die Zündung der Röhre Rö 1- etwas nach der von Rö 2 etwa dadurch erfolgen zu lassen, daß der Entladeimpuls von Rö 2 über ein in .;Entladekreisen bekannter Weise eingeschaltetes L oder R den Zündspannungsimpuls für Rö 1 liefert.. An embodiment of the invention according to Fig. 6 avoids certain curvatures in. the sawtooth voltage curve in that the positive voltage point of the battery Bi made the earth point and the charge of the capacitor Cl via a current constant Tube Rd 3 is carried out. The sawtooth voltage rising positively at -C, becomes then won over R2. A more perfect circuit of this type is shown in Fig. 7. Both capacitor charges used to generate the sawtooth voltages run here in the negative direction of tension. According to the invention, the voltage generated across C2 is generated in such a way that they use the negative voltage spike of the voltage generated across Cl as a base Has. Since, because of the compensation of the sawtooth voltages, there is always a rising and a downward gradient is required, the downward gradient is set via C2 by means of a In, galvanic coupling connected reversing tube Rö 4 into a rising Transformed the course of tension. The voltages across C, -and R4 are then the grids fed to the double tube according to the above explanations according to Fig. 4, -To the at Application of the circuits described so far required double pulse sequences with a short time delay in relation to each other can be avoided by a circuit can be applied, which is shown in principle in Fig. 8. This is where the peak voltage becomes of the sawtooth over the capacitor C, over a cathode stage Rö 5 and over the cathode resistor RK, and the rectifier G2 transferred to a capacitor C3. If both tubes Rö 1 and Rö 2 are ignited at the same time with this arrangement, then C3 remains at the peak voltage of C, or at a fixed point with it Relation are located, which result from the interconnection following in the ignition moment of C2 and C3 gives. If the voltage curve over C, is increasing, the Capacitor C3, placed directly in the cathode lead - as shown in Fig. 5 is shown. However, it is also in the case of the circuits according to Figs. 5 and 8 appropriate; due to residual conductivity in the tubes Röl and -Rö 2 the ignition of the Tube tube 1- to take place somewhat after that of tube 2, for example, that the discharge pulse from Rö 2 via an L or R den that is switched on in a manner known in the discharge circuit Provides ignition voltage pulse for Rö 1.

Das Verfahren ist - auf die angeführten Schaltungsbeispiele nicht beschränkt. Insbesondere-können, an. Stelle der in den. Abbildungen verwendeten Gasentladungsröhren Hochvakuumröhren traten, die beispielsweise durch Synchronisierimpulse zu einer kurzzeitigen Entladung der Ladekondensatoren, verwendet werden.The procedure does not apply to the circuit examples given limited. In particular-can, at. Place the in the. Pictures used Gas discharge tubes high vacuum tubes entered, for example by synchronizing pulses for a brief discharge of the charging capacitors.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. A method for obtaining a frequency-dependent direct voltage from an alternating voltage without rectification, characterized in that the alternating voltage is used to synchronize two sawtooth voltage generators, the amplitude of which is dependent on the frequency and of which the voltage time curve of one generator has a fixed battery potential as the output voltage, while for the other the peak voltage of the first serves as a basis, and that both sawtooth voltages are superimposed on one another.

2. The method according to claim 1, characterized in that that if, for example, the first sawtooth voltage of a. fixed reference potential, preferably starting from zero potential, the second decreases after negative values Sawtooth voltage starts from the peak voltage of the first as the base and either increases directly after positive values or via a preferably galvanically coupled Inverted tube converted into a sawtooth voltage with increasing voltage will.

3. The method according to claim 1, characterized in that when the first The sawtooth voltage increases after positive values, the second starting with the positive one Peak voltage of the first as the base drops to negative or through an inversion tube is transformed into a declining negative value.

4. Procedure according to the Claims 1 to 3, characterized in that the two produced are in opposite directions Sawtooth voltages, for example in a double tube, are superimposed on one another in such a way that that they are in relation to one between the anode and cathode resistances Add the voltage point to a DC voltage equal to the peak voltage value of the Sawtooth voltages or a constant ratio to these Voltage corresponds.

5. Process according to claims 1 to 4, characterized in that that if necessary to maintain practically strictly linear sawtooth voltages through Compensation (Fig. 5) the source voltage for the capacitor charging in known Way is kept constant.

6. The method according to claim 1, characterized in that that the two sawtooth voltage generators are separated by a cathode stage are separated, the peak voltage of a sawtooth voltage curve, the provides the basis for the other, is obtained by either (Fig. 5) a capacitor is in the cathode lead of the cathode stage (Rö 3) or (Fig. 8) a rectifier connected to the working resistor of the cathode stage (Rö 5) so that this capacitor is based on the peak voltage of the first The sawtooth curve, which is used as the base voltage, if necessary after voltage division, is used for generating the second sawtooth voltage, and that both for the sawtooth voltage discharge tubes used are ignited simultaneously or almost simultaneously.

7. The method according to claims 1 to 6, characterized in that from the alternating voltage in a known manner, initially two slightly shifted against each other in time Pulse sequences are generated which are used to synchronize two known sawtooth generators serve, one of which is one of, for example, the base voltage zero in negative Voltage direction running sawtooth voltage supplies, while the voltage of the second after positive voltage values increases, and that both generators thereby are circuit-wise coupled to one another that when the second generator each which synchronizes a pulse train briefly before the first, the base voltage practical for the curve of the sawtooth voltage, which increases after positive voltages is determined by the negative peak voltage of the first sawtooth and thereby is recorded on this basis and that the ignition of the first generator by the other pulse sequence only after the first ignition process has subsided, d. H. after switching off of the charging capacitor of the second generator takes place.