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Generatorsystem zur Erzeugung einer vorzugsweise sinusförmigen Wechselspannung
mit in weiters Grenzen veränderbarer Frequenz Für die Erzeugung sinusförmiger Wechselspannungen
mit veränderlicher Frequenz sind Röhrengeneratoren mit Schwingungskreisen oder sogenannten
RC-Kombinationen (RC-Generatoren) seit langem bekannt. Diese Anordnungen können
in grundsätzlich gleicher Wirkungsweise statt mit Röhren auch mit Transistoren oder
anderen Verstärkerelementen erstellt werden, die eine stetige Beeinflussung von
Strömen und Spannungen durch eine steuernde Eingangsspannung oder einen Eingangsstrom
erlauben. Die Prinzipien für den Aufbau dieser Systeme sind seit langem bekannt,
die Anwendung dieser Aufbaugrundsätze auf verschiedene Verstärkerelemente bereitet
keine Schwierigkeiten.
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Die sinusförmige Ausgangskurvenform der von diesen Generatoren erzeugten
Spannungen und Ströme wird durch die Schwingungsvorgänge in Kreisen, die die Energiespeicher
L und C enthalten, oder in den Anordnungen, die aus Widerständen und Kondensatoren
im RC-Generator aufgebaut sind, sichergestellt. Mit Zusatzmaßnahmen muß erreicht
werden, daß die durch die Verstärkerelemente bewirkte Entdämpfung dieser Kreise
im Verstärkerelement selbst auf dessen linearen Steuerbereich beschränkt bleibt.
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Der grundsätzliche Nachteil dieser bekannten Generatoren liegt einerseits
in der Tatsache begründet, daß die an der Erzeugung der Sinusform von Strom oder
Spannung beteiligten Bauelemente mit ihren elektrischen Energiespeichern erst einer
Reihe von Umladevorgängen, d. h. Perioden der Ausgangsspannungen, bedürfen, um in
den eingeschwungenen Zustand zu kommen und damit die eingestellte Frequenz und die
Sinusform zu erreichen. Darin liegt auch die Tatsache begründet, daß derartige Generatoren,
wenn man sie durch Einfügung äußerer synchronisierender Steuerspannungen, z. B.
in Form von Impulsreihen, auf eine durch den Impulsabstand vorgegebene Frequenz
abzustimmen versucht, zwar im stationären Zustand befriedigende Kurvenformen ergeben
können, bei plötzlichen Frequenzänderungen aber unangenehme Übergangserscheinungen
zeigen.
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Außer diesen Anordnungen zur Erzeugung sinusförmiger Wechselspannungen
ist auch ein grundsätzlich anderes System bekannt, das in sinusförmige Spannungskurve
für den Ausgang durch Verformung und Umsetzung von nicht sinusförmigen Spannungsverläufen
herstellt. Bei einer bekannten Ausführung wird durch einen Multivibrator eine rechteckförmige
Spannung erzeugt, die durch einen Integrator in eine Spannung mit Dreieckkurvenform
umgewandelt wird. Diese Spannung wird einer Verzerreranordnung zugeführt, die die
bei gewissen Momentanwerten der der nach einer Dreieck form ansteigenden und abfallenden
Spannung im Sinne einer Verflachung des Anstieges bzw. des Abfalles umformt und
so aus dieser Dreieckform mit relativ wenigen Verzerrerelementen für jede Halbwelle
durch einen mehrfach geknickten Geradenzug eine recht gute Annäherung für die Sinusform
der Ausgangsspannung herstellt. Diese Lösung hat gegenüber den Generatoren mit Schwingungskreisen
und den RC-Generatoren den entscheidenden Vorteil, daß sich eine plötzliche Änderung
der Frequenz der rechteckigen Eingangsspannung ohne Änderung des Energieinhaltes
schwingender Speicher sofort auf die Ausgangsgröße überträgt, so daß eine neu eingestellte
geänderte Frequenz ohne Übergangseffekte sofort in der endgültigen Größe und in
einwandfreier Kurvenform zur Verfügung steht. Voraussetzung dafür ist allerdings,
daß bei Änderung der Frequenz die Integrationskonstante des Integrators, der die
Rechteckkurve des Multivibrators in eine Dreieckkurve umwandelt, entsprechend geändert
wird, so daß bei verkürzten oder verlängerten Rechteckblölzken des Multivibrators
stets eine Dreieckkurve definierten Scheitelwertes entsteht. Um dies zu erreichen,
werden die Scheitelwerte der Dreieckspannung des Integrators in den Multivibrator
zurückgeführt, der dadurch kippt.
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In der Technik der Anwendungen sinusförmiger Wechselspannungen mit
in weiten Grenzen veränderlichen Frequenzen ist in den letzten Jahren die Anforderung
an die Genauigkeit der Frequenzhaltung immer weiter gestiegen. Im Zusammenhang mit
der Zähltechnik sind unter Verwendung von Quarzen als Frequenznormalen in den letzten
Jahren Anordnungen entwickelt worden, die von Frequenznormalen sehr
genaue
Impulsfolgen finit außerordentlich präzisen Zeitabständen zwischen den einzelnen
Impulsen abzuleiten gestatten. Außerdem wurden auf der Basis der Zählgeräte Anordnungen
bekannt, mit denen man aus einer gegebenen Impulsfolge eine feste Zahl von Impulsen
herausschneiden und damit in genauen Abständen Einzelimpulse aussortieren kann,
die als Zeitbasis für die Herstellung von sinusförmigen Spannungen oder Strömen
mit sehr genauen Frequenzweiten auf)erordentlich zweckdienlich sind.
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Die Erfindung bezieht sich auf Generatorsystem zur Erzeugung einer
vorzugsweise sinusförmigen Wechselspannung mit in weiten Grenzen veränderbarer Frequenz
unter @-erwendung eines -lultivibrators, eines Integrators und einer dem Integrator
nachgeschalteten Virzerreranordnung, an der die verzerrte Wechselspannung auftritt.
Die Erfindung ermöglicht es, aus einer Impulsfolge mehrere sinusförmige Wechselspannungen
gleicher Frequenz, aber definierter Phasenversetzung, also 1Tehrphasensysteme, abzuleiten,
die für die Antriebe von Motoren und viele andere Aufgalten häufig benötigt werden
und Phasenmessungen bei der gegebenen Frequenz nach dem Verfahren der komplexen
und polaren Kompensatoren erlauben. Durch die Erfindung ist es weiter möglich, die
rechteckige Eingangsspannung für einen Erzeuger sinusförtniger Ausgangsspannungen
mit Hilfe einer Begrenzfrschaltung und einer Dreieck-Integralkurve von einer vorgegebenen
Impulsfolge steuern zu lassen. Die Erfindung ergibt ferner Anordnungen, mit denen
aus einer gegebenen Impulskurve zwei um genau 90° versetzte sinusförmige Ausgangsspannungen
hergestellt werden können und nach denen eine Phasenverschiebung einstellbarer Größe
zwischen zwei derart hergestellten Teilspannungen gewonnen werden kann.
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Die Erfindung besteht darin, daß der Multiv ibrator eine fremdgesteuerte
bistabile Kippschaltung ist und daß der Scheitel- oder arithmetische Mittelwert
der Dreieckspanuung des Integrators mit einer Sollwertspannung verglichen und die
als Regelabweichung auftretende Differenzspannung einer zwischen dem Multivibrator
und dem Integrator angeordneten Amplitudenbegrenzeranordnung zugeführt ist. Zweckmäßig
erhalten zwei Teilgeneratoren, in denen Rechteckspannungen, von zugeführten Impulsfolgen
erzeugt, durch Integration in Dreieckspannungskurven verwandelt und durch amplitudengestufte
Begrenzungen in Sinusform verwandelt werden, von einer durchlaufenden Impulsfolge
zwei Impulsfolgenzüge, die in einer Frequenz-L-ntersetzungsstufe durch abwechselnde
Zuordnung der Impulse zu den beiden Generatoren entstellen, und daß in jedem der
Generatoren hinter der die Rechteckspannung erzeugenden Stufe eine einstellbare
Begrenzeranordnung liegt, die der Anpassung der Integrationskonstante an die Arbeitsfrequenz
zwecks Erzielung einer definierten Amplitude der Dreieckspannung dient. Gemäß einer
vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist in dem Regelkreis zur Konstanthaltung
der Amplituden- oder Mittelwerte der Dreieckspannung hinter dem Integrator ein integrierend
wirkender Verstärker angeordnet, dessen Integrationskonstante so gewählt ist, daß
sie die zwischen den einzelnen Meßpunkten innerhalb des Kurvenzuges der Dreieckspannung
ermittelten Abweichungen immer gerade innerhalb einer halben Periode zur Ausregelung
bringt. Einer weiteren Ausführungsform entsprechend werden die Regelkreise für die
beiden um 90° hinsichtlich der Ausgangsspannung versetzt betriebenen Generatoren
derart zusammengefaßt, daß als Istwert der Regelgröße die Summe der Dreieckspannungen
beider Generatoren gebildet, mit einem gemeinsamen Sollwert verglichen und über
ein. oder zwei rein proportional wirkende Regelverstärker auf die beiden Begrenzeranordnungen
zur Einwirkung gebracht ist. Zweckmäßig werden zur Überstreichung eines weiten Frequenzbereiches
unter genauer Einhaltung der 90°-Bedingung für die beiden erzeugten sinusförmigen
Ausgangswechselspannungen zwei Generatoren mit den Spannungsumformstufen Rechteck,
Dreieck und Sinusform von einem gemeinsamen Impulsgenerator gespeist, dessen Frequenz
in weiten Grenzen mit einem geeigneten Stehelement verändert werden kann, wobei
dieses Stellelement mit den Betätigungselementen für die Begrenzer der Rechteckspannungen
direkt gekuppelt ist. Einer vorteilhaften Weiterbildung entsprechend werden zur
Überprüfung der Kurvenformen und Amplituden in der Rechteck-, Dreieck- und Sinusformstufe
die entsprechenden Spannungen beider Generatoren auf die Ablenkplattenpaare einer
Braunschen Röhre gegeben, wobei auf dem Schirm dieser Röhre durch entsprechende
Signierungen die Kontrollpunkte für die vier Eckpunkte im Rechteckspannungssystem,
für das auf der Spitze stehende Ouadrat des Dreieckspannungssystems und für den
Kreis der Sinusspannungssysteme angezeichnet sind. Gemäß einer weiteren Ausführungsform
werden die Spannungswerte für die amplitudengestuften Begrenzersysteme zur Herstellung
der Sinus form aus der Dreieckform aus derselben Gleichspannungsquelle genommen
wie die Sollwertspannung für den Regelkreis zur Einhaltung der Amplitudenbedingung
für die Dreieckspannung, so daß beide Spannungen gemeinsam v erhältig entsprechend
der gewünschten Ausgangsamplitude in Grenzen verändert werden können. Zweckmäßig
ist die für die Steuerung der beiden Teilgeneratoren ursprünglich benutzte Impulsfolge
nicht durch eine einfache Teilung 1:2, sondern durch zwei getrennte Zähleinrichtungen
so unterteilt, daß die Summe der Zählschritte der vorgeschalteten Zähler die Ausgangsfrequenz,
die beiden Teilsummen der beiden Zähler die gegenseitige Phasenlage der erzeugten
Ausgangsspannungen unabhängig von der Gesamtfrequenz präzise festlegen.
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Es ist bekannt, die an einem Verbraucher anliegende Spannung zu messen,
diese mit einer Bezugsspannung zu vergleichen und mit Hilfe der Differenzspannung
einen Widerstand auf dem Wege zum Verbraucher zu regeln.
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Die Erfindung wird an Hand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele
näher erläutert.
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In Bild 1 und 2 sind die grundsätzliche Schaltung eines derartigen
Spannungserzeugers und einige der wichtigsten Kurvenformen innerhalb dieses Gerätes
schematisch dargestellt. Durch einen Rechteckspannungsgenerator RG, der aus einer
bistabilen Kippschaltung besteht, wird eine Rechteckspannung uR gemäß Bild 2 erzeugt,
wobei die Röhren oder Transistoren der Anordnung von einer vorgegebenen Impulsfolge
spitzer Spannungsstöße aus einem Impulsfolgengenerator PF jeweils so beaufschlagt
werden, daß beim Eintreffen einer Spannungsspitze die Anordnung kippt, d. h. eine
der beiden Flanken der rechteckigen Spannungskurve uR erzeugt. Die Rechteckspannung
uR wird einer Begrenzeranordnung RB zugeführt, die die Amplituden nach Maßgabe einer
zugeführten Steuergleichspannung US auf den Wert uB einzuschränken erlaubt, und
gelangt dann zu einem Integrator 1. In dieser in der einfachsten Form aus einer
RC-Kombination bestehenden, bei höheren Anforderungen als Miller-Integrator oder
als kapazitiv rückgehoppelter
Gleichstromverstärker ausgebildeten
oder auf ähnlichen Grundlagen beruhenden Anordnung wird die Rechteckspannung 3B
in eine um 90° versetzte Dreieckspannung der Kurvenform ziD verwandelt, wie in Bild
2 phasenrichtig zur Rechteckspannungskurve angedeutet ist. Die kennzeichnende Funktionsgröße
für diesen Integrator J ist die Integrationskonstante, die die Neigung der Dreieckflanken
der Amplitude der rechteckigen Spannungskurve zuordnet. Die dreieckige Ausgangsspannung
des Integrators J wird einer Verzerreranordnung SB zugeführt, die aus der Dreieckspannungeine
sinusförmige Ausgangsspannung u_ herstellt, die das Generatorsvstem für eine Phase
nach außen liefert. Die amplitudenbegrenzenden Elemente der Anordnung SB sind in
geeigneter Form auf eine Dreieckspannungskurve vorgegebener Größe abgestimmt, so
daß aus dieser damit die Sinusform entsteht. Die Anordnung SB erfüllt ihre Aufgabe
nicht mehr, wenn die vom Integrator J gelieferte dreieckige Spannungskurve größere
oder kleinere Amplituden als vorgeschrieben hat.
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Gemäß der Erfindung wird der Zeitpunkt für das Kippen des Multivibrators
RG durch eine äußere Impulsfolge (Impulsfolgegenerator PF) vorgeschrieben, dann
kann diese verschiedenen Frequenzen entsprechen, d. h., es können die Zeitabstände
zwischen den einzelnen Impulsen größer oder kleiner werden.
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Auf Grund der Entstehung der Dreieckkurve aus der Rechteckkurve ändert
sich damit proportional der Scheitelwert der Dreieckkurve. Die Integrationskonstante
im Integrator bleibt erhalten, so daß die Scheitelwerte der Dreieckkurve proportional
der Halbwellen- oder der Periodendauer größer oder kleiner werden. Da jedoch gefordert
ist, daß bei einer Änderung der Impulsfolgefrequenz die Integrationskonstante des
Integrators J entsprechend geändert wird, ist gemäß der Erfindung zwischen dem bistabilen
Multivibrator RG und dem Integrator J ein Begrenzer RB angeordnet, wobei aus diesem,
dem Integrator J und einem weiteren Verstärker V ein Regelkreis gebildet ist. Als
Regelgröße wird der Scheitel- oder arithmetische Mittelwert der Dreieckspannung
hinter dem Integrator J abgegriffen, gleichgerichtet und mit einem vorgegebenen
Sollwert Uw verglichen. Die Regelabweichung zwischen diesen beiden Größen kennzeichnet
also, um wieviel die Dreieckspannungskurve größer oder kleiner ist als der Idealwert,
auf den die nachfolgenden Begrenzer zur Umformung in die Sinusform abgestimmt sind.
Diese Regelabweichung wird in dem Verstärker h entsprechend verstärkt und dem Amplitudenbegrenzer
RB zugeführt, dessen beispielsweise Ausführung Bild 3 zeigt. Dieser Begrenzer RB
beschneidet die Rechteckspannung des Multivibrators RG, indem er ihre Scheitelwerte
in positiver und negativer Richtung nach der in Bild 3 angegebenen Gleichung um
U,/2 verkleinert festlegt. Der Wirkungssinn im Regelkreis ist so gewählt, daß mit
einer Vergrößerung des Sollwertes auch die Amplitude der Rechteckspannung zunimmt,
und umgelehrt. Ist dann der gemessene Scheitel- oder Mittelwert der Dreieckspannung
größer als der Sollwert, dann wird die Amplitude der Rechteckspannung verkleinert,
und mit ihr nimmt dann bei der gegebenen Frequenz auch die Amplitude der Dreieckspannung
entsprechend ab, so daß sie sich dem Idealwert nähert, auf dem der Begrenzer
RB eingestellt ist. Sind Mittel-oder Scheitelwert der Dreieckkurve kleiner,
als dem Sollwert entspricht, so liefert dessen Quelle das Signal, das die Amplituden
der Rechteckspannungskurve ansteigen läßt. Wird die Frequenz der den Multivihrator
RG steuernden Impulsfolge größer, so werden die Rechteckblöcke des Multivibrators
RG schmaler, und die durch Integration entstehende Dreieckkurve bekommt einen zu
kleinen Wert, der nun wieder über den Regelkreis den Begrenzer RG öffnet, so daß
dem Integrator J größere Rechteckblöcke zugeführt werden.
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Wird umgekehrt der Zeitabstand zwischen den einzelnen steuernden Impulsen
größer, dann verbreitern sich die Rechteckblöcke, die durch Integration entstehende
Dreieckkurve erhält höhere Scheitelwerte und löst einen Regelbefehl aus, der die
Rechteckspannung am Eingang des Integrators J kleiner werden läßt.
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Von den im Regelkreis liegenden Elementen ist allein die nicht dargestellte
Glättungseinrichtung, die hinter dem Gleichrichter an der Dreieckkurve den Mittelwert
oder Scheitelwert der Dreieckspannung proportional abbildet, ein zeitverzögerndes
Glied. Sie läßt sich innerhalb der üblichen Frequenzen ohne Schwierigkeit so ausführen,
daß eine Zeitkonstante von etwa 10 bis 20 Perioden Dauer im Kreis entsteht. Um diesen
Betrag kommt also die Regelung gegebenenfalls zu spät, d. h., für etwa 10 bis 20
Perioden weicht bei plötzlichen erheblichen Frequenzänderungen der steuernden Pulsfolge
die Ausgangsspannung von der Sinusform in Richtung auf Rechteck oder Dreieck ein
wenig ab.
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Die Begrenzeranordnung RB zwischen dem Multivibrator RG und dem Integrator
J muß die Amplitude der Rechteckspannungen bei Überstreichen eines Frequenzbereiches
im Verhältnis dieses Frequenzbereiches verkleinern bzw. vergrößern. Es werden sich
daher mit dieser Anordnung zwar sehr große, aber nicht beliebig große Frequenzbereiche
überstreichen lassen. Es bereitet mit handelsüblichen Röhren keine Schwierigkeiten,
einen präzise arbeitenden Multivibrator mit einer Ausgangs-Rechteckspannung von
etwa 300 eventuell auch 500 V Scheitelwert aufzubauen. Die heute bekannten Integratoren
können ohne Schwierigkeiten noch ein präzises Arbeiten bei Rechteck-Eingangsspannungen
von etwa 10 V Scheitelwert garantieren. Der Begrenzer hat also die Möglichkeit,
die Spannungen des Multivibrators RG im Verhältnis von etwa 1:20 bis 1:40 herunterzusetzen.
Dieses ist im Sinne der Regelungstechnik sein Stellbereich. Er erfüllt also die
Regelaufgabe noch so lange einwandfrei, als sich die Frequenz der Rechteckspannung
im gleichen Verhältnis ändert. Will man einen Generator dieser Art für sehr weite
Frequenzbereiche, beispielsweise zwischen 1 und 10 000 Hz, erstellen, dann empfielt
es sich, die Integrationskonstante im Integrator J mit den bekannten Mitteln in
etwa drei logarithmisch über den Bereich 1:10000 verteilten Stufen, d. h. je etwa
1:22, zu ändern. Ein Frequenzbereich 1:22 kann den oben gegebenen Darlegungen mit
relativ einfachen Mitteln mit einem derartigen Begrenzer noch überstrichen werden.
Die gemäß der vorliegenden Erfindung in Bild 1 gekennzeichnete Schaltung ermöglicht
es, einen Generator für sinusförmige Ausgangsspannungen ohne Beteiligung von Energiespeichern
von einer Impulsfolge zu steuern, deren Frequenz sich erheblich ändern kann, ohne
daß die Kurvenform der Ausgangsspannung u- des Generators beeinflußt wird, deren
Frequenz und Phasenlage dabei gleichzeitig der Impulsfolge sehr genau entspricht.
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Die Verwendung einer Impulsfolge erlaubt aber gleichzeitig die Anwendung
der Erfindung auch noch auf einen zweiten Rechteckspannungsgenerator, der jeweils
vom 2., 4., 6. . .. Impuls angestoßen wird. Da die gegenseitigen Abstände der Impulse
genau gleich
sind bzw. sich nur entsprechend den Frequenzänderungen
im übergang etwas verändern, entsteht damit im zweiten Generator eine um genau 90°
versetzte sinusförmige Spannungskurve. Durch Verwendung logischer Elemente bekannter
Bauform oder durch Einsatz einer zusätzlichen #X-lultiv ibratorschaltung ist es
dabei ohne Schwierigkeiten möglich, von der Impulsfolge die geradzahligen Impulse
für den einen Generator, die ungeradzahligen für den anderen wirksam zu machen und
damit eine genaue Versetzung der entstehenden beiden Spannungen um 90° auch dann
sicherzustellen, wenn sich die Frequenz der Impulsfolge erheblich ändert. Unter
geeigneter Zusammensetzung der beiden sinusförmigen Ausgangsspannungen in entsprechenden
Anteilen kann nach der Methode der Darstellung in den Komponenten der komplexen
Ebene jede beliebige Phasenlage für eine Ausgangsspannung - bezogen auf eine der
beiden Erzeugungsspannungen - hergestellt werden. Die Anordnung ist in dieser Form
geeignet, einmal für ein Untersuchungsobjekt die Speisespannung (eventuell über
einen zusätzlichen Verstärker) zu liefern, außerdem aber eine in zwei bei allen
Frequenzen um 90° versetzten Komponenten aufzubauende Bezugsspannung zu liefern,
wie man sie z. B. bei einer komplexen Kompensation benötigt. Beim Betrieb zweier
genau gleicher Generatoren mit um 90° versetzten Ausgangsspannungen ergibt sich
außerdem noch eine Möglichkeit, die im vorstehenden geschilderten Schwierigkeiten
für den Regelkreis zu umgehen, die in der für die Erfassung von Mittel- oder Scheitelwert
der Dreieckspannung erforderlichen Glättungseinrichtungen enthalten sind. Addiert
man die beiden von den Generatoren erzeugten Dreieckspannungen jeweils direkt nach
Gleichrichtung mit ihren Momentanwerten, so ergeben sie eine zeitlich konstante
Spannung, deren Amplitude genau gleich dem Scheitelwert jeder der beiden Drei -eckkurven
ist. Faßt man also die Erfassung der Regelgrößen für beide Generatoren in der geschilderten
Art zusammen und gibt diese Ausgangsspannung direkt nach Gegenschaltung gegen den
Sollwert UW auf den Gleichstromverstärker 1', der beide Rechteckbegrenzer RB der
beiden Generatoren beaufschlagt, dann braucht man auf das Zeitverhalten dieses Regelkreises
überhaupt nicht Rücksicht zu nehmen, da in ihm keinerlei Verzögerungselemente mehr
enthalten sind und weil nunmehr die Regelgröße nicht gerastert, sondern kontinuierlich
erfaßt, also auch ohne weiteres rein proportional verstärkt am Stellglied zur Einwirkung
gebracht werden kann.
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Die Ableitung der Phasenlagen der beiden Rechteckspannungen für die
Teilgeneratoren von einer ursprünglichen Impulsfolge gibt nun aber auch die Möglichkeit,
die Ausgangsspannungen der beiden Teilgeneratoren in mehr oder minder feinen diskreten
Schritten gegeneinander direkt zu versetzen. Bild,1 zeigt ein Schaltungsbeispiel
mit zwei Zählern Z 1 und Z2 und zwei Toren T 1 und T 2 sowie einem
Verriegelungsglied 1-'G. Der Gesamtanordnung wird eine Impulsfolge PE zugeführt,
deren Frequenz beispielsweise 36mal größer sei als die Frequenz, die in der Ausgangsspannung
der beiden Generatoren gewünscht wird und in Gien beiden Ausgangsimpulsfolgen P,41
und PA2 auftritt. Jeder der beiden Zähler zählt von der ihm über sein Tor zugeleiteten
Impulsfolge eine eingestellte Zahl von Z1 bzw. Z2 Impulsen ab und läßt erst nach
Erreichen dieser Zahl den nächsten Impuls in der Folge PA1 bzw. PA., zum Ausgang
durchtreten. Dieser Impuls stellt dann gleichzeitig den eigenen Zähler über die
Rückstelleitung r1 bzw. wieder auf Null zurück und schließt das eigene bzw. öffnet
das zum anderen Zähler gehörige Tor über das Verriegelungselement TVG. Für die angegebene
Eingangs-Impulsfolge sind die beiden Zähler Z1 und Z2 auf zwei Zahlenwerte einzustellen,
deren Summe um 2 kleiner ist als die Hälfte von 36, also 16 beträgt.
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Sind Z1 und Z2 je auf 8 eingestellt, dann werden in PAi und PA2 zwei
Folgen abgegeben, die gegenüber PE=1: 18 untersetzt sind, also je die auf den 36.
Teil untersetzte Frequenz ergeben, von denen aber der Impuls der einen Reihe immer
gerade genau in der zeitlichen Mitte zwischen den Impulsen der anderen Reihe liegt.
In dieser Einstellung der beiden Zähler Z 1 und Z2 sind die Ausgangsspannungen der
beiden nachgeschalteten Generatoren um genau 90° elektrisch gegeneinander versetzt.
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Vergrößert man nun den Vorwahlwert von Z 1 z. B. auf 16 und stellt
den Vorwahlwert von Z2 auf Null zurück, dann sind die Spannungen der beiden Generatoren
nur mehr um ein Achtzehntel einer Halbwelle, d. h. um 10° elektrisch versetzt. Das
Vorzeichen der Versetzung kann umgetauscht werden, wenn man die Zähler umgekehrt
hinsichtlich der Vorwahlstellung einstellt, d. h. Z1 die Vorwahlstellung Null und
Z2 die Vorwahlstellung 16 gibt. Für dazwischenliegende Werte gilt Entsprechendes.
Werden die Vorwahlwerte der Zähler Z 1 und Z2 in ihrer Summe größer als 16 gewählt,
dann ist die Untersetzung gegenüber der ursprünglichen Impulsfolge entsprechend
größer. Gleichzeitig wird aber nach Maßgabe der vorgewählten Schritte die Unterteilung
der Halbwelle, d. h. die Beträge, um die die Ausgangsspannungen präzise unterteilt
gegeneinander versetzt werden können, noch feiner unterteilt, so daß die Phaseneinstellung
der beiden Ausgangsspannungen gegeneinander entsprechend präzise ausgeführt werden
kann. Wird eine der beiden Generatoren jetzt zur Speisung eines zu untersuchenden
Elementes benutzt, dann kann der zweite direkt als Generator für die Lieferung einer
gleichfrequenten, nach dem angegebenen Verfahren in der Phase zwar nicht ganz stetig,
aber gegebenenfalls sehr feinstufig verstellbaren Kompensationsspannung benutzt
werden, für die dann nur noch mit den bekannten Mitteln eine Größenteilung notwendig
ist, um einen kompletten polaren Kompensator damit herzustellen.
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Kennzeichen für die Wirkungsweise des in Bild 1 dargestellten Regelkreises
zur Einhaltung der Größenbedingungen für die Dreieckspannung im Ausgang des Integrators
ist eine Rasterung im Wege der Signalübertragung. Durch die Wirkungsweise des Integrators
bedingt, kann das Meßglied eine Regelabweichung, die durch Änderung der Frequenz
oder Amplitude der Rechteckspannung im Kreis als Störung entsteht, frühestens nach
Ablauf einer Halbwelle oder nach Erreichen des nächsten Scheitelpunktes der dreieckigen
Spannungskurve erfassen und zur Einwirkung auf das Stellglied, nämlich den Begrenzer
RB, bringen. 1lan kann bekanntlich solche Regelkreise mit integrierendem Verhalten
aufbauen, wenn man in den Regelkreis einen Integrator mit solcher Integrationskonstante
einsetzt, der die Regelabweichung gerade während eines Rasterabstandes, d. h. hier
in der Zeit zwischen zwei Flanken der Rechteckkurve, ausregelt. Diese Zeit ist aber
im vorliegenden System variabel, ihre Veränderlichkeit ist gerade ein Kennzeichen
für die vorliegende Lösung des Wechselspannungsgenerators. Infolgedessen ist es
vor allem bei häufigen großen Frequenzänderungen des Generators nicht empfehlenswert,
den Regelkreis mit rein integrierendem Verhalten auszuführen,
vielmehr
wird man ihn mit proportionalen Elementen ausstatten und die Kreisverstärkung möglichst
groß machen. Es bleibt aber dann in diesem proportionalen Regelkreis immer noch
eine Regelabweichung bestehen. Es ist für eine eingestellte Frequenz, bei der der
Sollwert gerade dem dann entstehenden Mittel- oder Scheitelwert der Dreieckspannungskurve
entspricht, eine Einstellung des Begrenzers möglich, die als Ruhelage bestehenbleibt,
wenn keine Regelabweichung zugeführt wird. Für diese Einstellung kann auch die Verzerreranordnung
SB hinter dem Integrator so abgestimmt werden, daß es eine genaue Sinusform
liefert. Bei abweichenden Frequenzen werden Abweichungen von der Sinusform auftreten,
damit durch die Regelabweichungen zwischen einer dem Sollwert nicht genau entsprechenden
Dreieckspannungskurve und diesen selbst die Steuerspannung für den Begrenzer geliefert
wird. Der Regelkreis für die Größeneinhaltung der Dreieckspannung hat einen Proportionalbereich,
der sich bei abweichenden Frequenzen in Verzerrungen der Sinusform der Ausgangsspannung
äußert. Diese Vorbehalte verschwinden allerdings, wenn - wie bereits an anderer
Stelle erläutert - die Erfassung des Istwertes in der Amplituden- und Kurvenform
der Dreieckspannung unter Zusammenfassung der Spannungen der beiden um 90° versetzt
betriebenen Generatoren erfolgt, so daß -- wie bereits geschildert - dann eine rein
proportionale hohe Regelkreisverstärkung allen Ansprüchen genügt.
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Die erfindungsgemäße Ausführung des Generators mit zwei getrennten
Erzeugersystemen für zwei um 90° versetzte Spannungen erlaubt nun eine zusätzliche,
sehr einfache Kontrolle auf Einhaltung der Sinusform. Zwei um 90° versetzte Wechselspannungen
von reiner Sinusform ergeben auf einer Braunsehen Röhre - als Lissajoufigur gezeichnet
- einen Kreis. Diesen kann man auf dem Schirm der Röhre durch eine entsprechende
Signierung vorgeben und damit außerordentlich genau selbst kleine Abweichungen von
der Sinusform feststellen, die durch Unterschiede in der Wirkungsweise der beiden
Generatoren, durch Störungen an den Begrenzern oder durch unvollständiges Arbeiten
der Regelkreise entstehen können. Sieht man die Möglichkeit vor, für die beiden
Generatoren die beiden Dreieckspannungen ebenfalls als Lissajoufigur auf den Schirm
zu zeichnen, so ist hier eine weitere, sehr präzise Kontrolle möglich, weil diese
beiden Kurven bei Erfüllung der 90°-Bedingung und bei gleichen Amplituden sehr genau
ein auf der Spitze stehendes Quadrat ergeben müssen, dessen Eckpunkte ; oder Umgrenzungslinien
durch entsprechende Richtgeraden auf dem Schirm selbst sehr genau überwacht werden
können.
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Mit der gleichen Einrichtung lassen sich auch die Amplitudengleichheiten
der beiden rechteckigen Span- ; nungen kontrollieren, die in der RG-Stufe der beiden
Generatoren erzeugt werden. Werden von zwei um 90° versetzt arbeitenden Generatoren
diese Rechteckspannungen auf die Ablenkplatten eines Lissajou-Elektronenstrahlrohres
gegeben, so entsteht als Ergebnis eine Punktmarkierung eines Quadrates, dessen Viereckpunkte
jeweils durch die Verweilzeit der beiden Spannungswerte auf den Amplituden der Rechteckkurven
zustande kommen. Durch eine entsprechende Maske auf dem Rohr kann die Erfüllung
der Gleichheitsbedingung für beide Spannungskurven gut überwacht werden.
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Das in der Schaltung nach Bild 1 angegebene Regelungssystem für die
Amplituden der dreieckigen Spannungskurven geht von der Vorgabe eines Sollwertes,
am besten in der Form einer Gleichspannung, aus, dem der Regler die Amplituden oder
arithmetischen Mittelwerte der Dreieckspannung möglichst genau angleicht. Abweichungen
dieses Sollwertes von dem Betrag, auf den die entsprechenden Begrenzer bei der Umformung
in die Sinusform eingestellt sind, ergibt Abweichungen von derselben. Entnimmt man
aber die Gleichspannungen, die für den Einsatz der Begrenzerelemente zur Erzeugung
der Sinuskurvenform dienen, der gleichen Quelle, die auch die Sollspannungen für
den Regelkreis mit dem Begrenzer als Stellglied liefert, dann können sich diese
Gleichspannungen gemeinsam gleichsinnig ändern, ohne daß an der Zuordnung der Begrenzereinsatzpunkte
zu den Amplituden der Dreieckspannungskurve irgendetwas variiert wird. Man kann
- sofern man potentialmäßig diese Gleichspannungen an einem Potentiometer abgreift
und gemeinsam veränderlich macht - mit dieser Anordnung auch die Ausgangsspannung
des Generators in der Sinusform in ihrer Größe in gewissen Grenzen verstellen.