DE1107814B

DE1107814B - Schaltungsanordnung zur exakten 90íÒ-Phasendrehung einer Wechselspannung

Info

Publication number: DE1107814B
Application number: DES65039A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Klaus P Lange; Dipl-Ing Hans Eisenmann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1959-09-22
Filing date: 1959-09-22
Publication date: 1961-05-31

Description

Schaltungsanordnung zur exakten- 90'-Phasendrehung.
- . einer Wechselspannung Die Erfindung bezieht sich auf ein -Verfahren zur Erzeugung einer in einem relativ. breiten Frequenzband wenigstens nahezu exakt gegenüber einer vorgegebenen Spannung um 90° in der-Phase verschobenen Wechselspannung, insbesondere für Zwecke der Meß=.-und Nachrichtentechnik, - unter - Verwendung eines -aus einer Reäktanz und einem ' Öhtnschen -Widerstand bestehenden Differenziergliedes- und` eines aus einem Ohmschen Widerstand und einer Reäktänfbestehenden Integriergliedes. Weiterhin -bezieht sieh die Erfindung auf Schaltungsanordnungen zur-Durchführung dieses Verfahrens. - -In der Nachrichtentechnik und -der elektrischen Meßtechnik tritt oft die Forderung auf; eine Wechselspannung möglichst genau um 90° in der Phase gegenüber der Ausgangslage zu -drehen. Diese Forderung läßt sich an sich relativ leicht mit Phasenschiebern aus lnduktivitäten -und Kapazitäten lösen. 'Es sind auch Anordnungen hierfür bekannt, bei denen aus einem erdsymmetrischen: Übertrager, der der Zuführung- der Wechselspannung zu dem Phasenschieber dient, zwei gegensinnig parallel geschaltete, zu einer Brückenschaltung zusammengefügte RC-Glieder gespeist werden, deren Ausgang dann eine frei in der -Phase wählbare Spannung über. ein, besonderes Ausgangsnetzwerk entnommen werden kann, Schwierig wird die Lösung derartiger Aufgaben jedoch dann, wenn die Forderung auftritt, derartige, eine Erdsymmetrie herstellende - Übertrager zu- vermeiden und eine möglichst exakte 90°.-Pha'senschiebung in einem relativ breiten Frequenzband von beispielsweise -I- 10 °/o der Betriebsfrequenz bei nahezu konstanter Ausgangsamplitude sicherzustellen. Es ist weiterhin ein. 90°= Phasenschieber für einen großen Frequenzbereich bekannt, bei dem zwei mit 180° Phasenunterschied gespeiste RC-Glieder als Eingangsnetzwerke eines Gegentaktkathodenverstärkers dienen. Abgesehen von den bei der bekannten Anordnung auftretenden Schwierigkeiten hinsichtlich einer exakten 180°-Phasendrehung gestattet diese Anordnung auch nur die Gewinnung einer erdsymmetrischen Ausgangsspannung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine möglichst exakte Phasenschiebung um 90° auf einfachem Wege zu erreichen, und zwar ohne die Einschränkung eines erdsymmetrischen Ausgangs.
Diese Aufgabe wird, ausgehend von einer Anordnung, bei der zwei Serienschaltungen aus einer Reaktanz und einem Ohmschen Widerstand parallel geschaltet sind, gemäß der Erfindung in der Weise gelöst, daß die beiden Glieder parallel von der erdunsymmetrischen Quelle der vorgegebenen Spannung gespeist Werden und daß in an sich bekannter Weise von dem einen Glied die Wirkkomponente seiner Spannung und von dem anderen Glied die Blindkomponente seiner Spannung, die beide wenigstens nahezu betragsgleich gemacht sind, abgegriffen und nach Phasenumkehr der einen Komponentenspannung addiert werden. -Nachstehend wird die _Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.- In den Zeichnungen zeigt-. -Fig. 1 ein Prinzipschaltbild des- Erfindungsgegenstandes ; Fig. 2 -gibt ein Zeigerdiagramm für die in Fig. 1 gezeigte- Anordnung wieder; Fig.3 und 4 zeigen Zeigerdiagramme, die der Erläuterung der elektrischen Verhältnisse bei von der mittleren Betriebsfrequenz abweichender Frequenz dienen; Fig.5 zeigt eine vorteilhafte Ausführung der Schaltungen nach der Lehre der Erfindung.
Die in Fig. 1 dargestellte Schaltung besteht aus einem Differenzierglied C, R,. und einem Integrierglied R2 C2. Die an den Schaltelementen liegenden Spannungen sind im Zeigerdiagramm der Fig.2 aufgezeichnet. Liegt am Eingang der Schaltung die Spannung U,, so tritt am Widerstand R,. die Spannung U2 und an C2 die Spannung U3 auf. Durch geeignete Dimensionierung der Schaltelemente läßt sich bei einer Mittelfrequenz f. erreichen, daß j U2! = U3' wird. Dimensionierungsvorschrift: X@l - XR2 . f - 1 R, - @Y m 2 nf R, R2 Cl C2 Die Winkel b, die UZ und U3 mit der imaginären Achse einschließen, sind dabei gleich. Die Spannung Uz wächst proportional f; U3 hat einen Frequenzgang proportional 1/f. Dreht man mittels eines Phasenschiebers Ph U3 um 180° und addiert beide Spannungen beispielsweise über Pufferverstärker V, und V2, so erhält man U4, die gegenüber U, praktisch genau 90° gedreht ist und für kleine b einen Frequenzgang proportional aufweist.- Daraus ergibt sich, daß bei Abweichung der Betriebsfrequenz f von der Mittelfrequenz fm um die Amplitudenänderung für p = 0,1 maximal beträgt. Für 10°/a relative Frequenzabweichung ergibt sich beispielsweise eine Amplitudenverfälschung von 5 °/öo. Der Winkelfehler b', der sich, wie Fig. 3 zeigt, bei einer Frequenzabweichung von der Mittelfrequenz f. ergibt, beträgt unter der Annahme, daß b klein ist, also 1 U.1 1 e j U@, (s. Fig. 4) b' in Grad ergibt sich daraus zu Wählt man beispielsweise = 0,05, so ergibt sich bei einer relativen Frequenzabweichung von 10°/o ein Winkelfehler von U4 gegen die 90°-Richtung von etwa 0,3°.
Fig.5 stellt ein Ausführungsbeispiel dar. Als Integrierglied dienen R2 und C2. Die Röhre Rö 1 wird gitterseitig angesteuert und bewirkt die Phasendrehung von 180° der Ausgangsspannung gegenüber der Steuerspannung. Rö 2 wird kathodenseitig angesteuert. Es erfolgt durch die Röhre keine Phasendrehung. Als Differenzierglied wirkt C, und die Parallelschaltung von R1 und dem kathodenseitigen Eingangswiderstand von Rö 2. Die Summenspannung U4 tritt an dem von den Anodenströmen beider Röhren durchflossenen, einseitig über C hochfrequenzgeerdeten Außenwiderstand Ra auf. Ist zusätzlich R2 ein einstellbarer Widerstand, so kann der genaue Abgleich der Schaltung auf die Bedingung 'U, _ U41 in vorteilhaft einfacher Weise vorgenommen werden.
Wesentlich unterschiedlich gegenüber den bekannten RC-Phasenschißbem ist also beim Erfindungsgegenstand, daß beide RC-Glieder unterschiedliche Grenzfrequenzen haben. ° Bei dem Integrierglied liegt die Grenzfrequenz weit unterhalb der Betriebsfrequenz. Bei dem Differenzierglied liegt die Grenzfrequenz weit oberhalb der Betriebsfrequenz.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zur Erzeugung einer in einem relativ breiten Frequenzband wenigstens nahezu exakt gegenüber einer vorgegebenen Spannung um 90° in der Phase verschobenen Wechselspannung, insbesondere für Zwecke der Meß- und Nachrichtentechnik, unter Verwendung eines aus einer Reaktanz und einem Ohmschen Widerstand bestehenden Differenziergliedes und eines aus einem Ohmschen Widerstand und einer Reaktanz bestehenden Integriergliedes, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Glieder parallel von der erdunsymmetrischen Quelle der vorgegebenen Spannung gespeist werden und daß in an sich bekannter Weise von dem einen Glied die Wirkkomponente seiner Spannung und von dem anderen Glied die Blindkomponente seiner Spannung, die beide wenigstens nahezu betragsgleich gemacht sind, abgegriffen und nach Phasenumkehr der einen Komponentenspannung addiert werden. 2. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an das Integrierglied eine in Kathodenbasis betriebene Verstärkerstufe und an das Differenzierglied eine in Gitterbasisschaltung betriebene Verstärkerstufe angeschaltet ist, die beide einen gemeinsamen Arbeitswiderstand haben. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktanz des Differenziergliedes und des Integriergliedes jeweils aus einem Kondensator besteht. In Betracht gezogene Druckschriften: Französische Patentschrift Nr. 965 486; »ElektronikK, 1956, Nr.
2, S. 46.