DE1141336B

DE1141336B - Arrangement for keeping constant the oscillation amplitudes of an oscillation capacitor for DC voltage amplifiers

Info

Publication number: DE1141336B
Application number: DEN16079A
Authority: DE
Inventors: Laszlo Natonek
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1958-08-27
Filing date: 1959-01-05
Publication date: 1962-12-20
Also published as: CH372749A; GB916337A

Description

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

N16079Vma/21a² N16079Vma / 21a ²

ANMELDETAG: 5. J A N U A R 1959REGISTRATION DATE: JANUARY 5, 1959

BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UND AUSGABE DER
AUSLEGESCHRIFT: 20. DEZEMBER 1962 NOTICE
THE REGISTRATION
AND ISSUE OF THE
EDITORIAL: DECEMBER 20, 1962

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Konstanthaltung der Schwingungsamplituden eines Schwingkondensators für Gleichspannungsverstärker zur Umwandlung der Gleichspannung in eine Wechselspannung.The invention relates to an arrangement for keeping the oscillation amplitudes of a constant Oscillating capacitor for DC voltage amplifiers to convert the DC voltage into a AC voltage.

Der Schwingkondensator besitzt eine von einem Wechselstrom dürchflossene Spule, die die Schwingelektrode in Schwingung versetzt, und eine feste Elektrode.The oscillating capacitor has a coil through which an alternating current flows, which is the oscillating electrode vibrated, and a fixed electrode.

Es ist bekannt, daß Schwingkondensatoren zur proportionalen Verstärkung von Gleichspannungen sowie, z. B. in Verbindung mit Röhrenvoltmetern, zum Messen von Gleichspannungen angewendet werden.It is known that oscillating capacitors for proportional amplification of DC voltages as well as, e.g. B. in connection with tube voltmeters, used for measuring DC voltages will.

Den Schwingkondensatoren haftet jedoch der Fehler an, daß, falls sich das Ausmaß der Kapazitätsänderung aus irgendeinem Grunde, z. B. infolge der Änderung des durch die Spule fließenden Wechselstromes, ändert, so ändert sich auch der Wert der am Schwingkondensator entstehenden Wechselspannung, so daß diese Spannung mit der Eingangsgleichspannung nicht mehr proportional ist bzw. das Röhrenvoltmeter nicht mehr den richtigen Wert anzeigt. The oscillating capacitors, however, have the defect that, if the amount of capacitance change for some reason, e.g. B. as a result of the change in the alternating current flowing through the coil, changes, the value of the alternating voltage generated at the oscillating capacitor also changes, so that this voltage is no longer proportional to the input DC voltage or that Tube voltmeter no longer shows the correct value.

Die Erfindung bezweckt die Vermeidung dieses Fehlers bei einem Schwingkondensator mit einer durch eine von einem Wechselstrom dürchflossene Spule in Schwingungen versetzten Schwingelektrode und einer festen Elektrode dadurch, daß erfindungsgemäß die feste Elektrode in eine Hauptelektrode und eine Hilfselektrode unterteilt ist, zwischen Hilfselektrode und Schwingelektrode über einen Widerstand eine Gleichspannung angelegt ist und der Verbindungspunkt von Hilfselektrode und Widerstand an einen Wechselstromverstärker angekoppelt ist.The invention aims to avoid this error in an oscillating capacitor with a by an oscillating electrode set into oscillation by an alternating current and a fixed electrode in that, according to the invention, the fixed electrode is converted into a main electrode and an auxiliary electrode is divided between the auxiliary electrode and the oscillating electrode via a resistor a DC voltage is applied and the connection point of auxiliary electrode and resistor is coupled to an AC amplifier.

Zur Erläuterung der Erfindung dient die Zeichnung, in welcherTo explain the invention, the drawing serves in which

Fig. 1 den prinzipiellen Aufbau der bekannten Schwingkondensatoren,1 shows the basic structure of the known oscillating capacitors,

Fig. 2 eine skizzenartige Darstellung des mit einem Schwingkondensator arbeitenden bekannten Gleichstromröhrenvoltmeters, 2 shows a sketch-like representation of the known direct current tube voltmeter operating with an oscillating capacitor,

Fig. 3 eine beispielsweise Ausführungsart des Schwingkondensators, der bei der Anordnung nach der Erfindung benutzt wird,3 shows an exemplary embodiment of the oscillating capacitor which is used in the arrangement according to the invention is used,

Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung nach der Erfindung,4 shows an embodiment of a circuit arrangement according to the invention,

Fig. 5 ein anderes Ausführungsbeispiel der Schaltungsanordnung nach der Erfindung darstellt.Fig. 5 shows another embodiment of the circuit arrangement according to the invention.

In Fig. 1 befindet sich über dem Elektromagneten 1 die elastische Halterung 3, auf welcher die Eisenplatte 2 und die mit der Meßelektrode 25 zusammen- Anordnung zur KonstanthaltungIn Fig. 1 is above the electromagnet 1, the elastic holder 3, on which the iron plate 2 and the measuring electrode 25 together. Arrangement for keeping constant

der Schwingungsamplituden eines Schwingungskondensators für Gleichspannungsverstärkerthe oscillation amplitudes of an oscillation capacitor for DC voltage amplifiers

Anmelder: Läszlo Natonek, BudapestApplicant: Läszlo Natonek, Budapest

Vertreter: Dipl.-Ing. W. Meissner, Berlin-Grunewald, Herbertstr. 22,Representative: Dipl.-Ing. W. Meissner, Berlin-Grunewald, Herbertstr. 22

und Dipl.-Ing. H. Tischer, München 2, Patentanwälteand Dipl.-Ing. H. Tischer, Munich 2, patent attorneys

Beanspruchte Priorität: Ungarn vom 27. August 1958 (Nr. Na-545)Claimed priority: Hungary of August 27, 1958 (No. Na-545)

Läszlo Natonek, Budapest, ist als Erfinder genannt wordenLäszlo Natonek, Budapest, has been named as the inventor

arbeitende bewegliche Elektrode 24 befestigt ist. Diese beiden Elektroden bilden den Schwingkondensator. Fließt nun durch die Wicklung des Elektromagneten 1 ein Wechselstrom, vollführt infolge der auf die Eisenplatte 2 ausgeübten Kraftwirkung die elastische Halterung 3 zusammen mit der Elektrode 4 eine ihrem Takt und ihrer Amplitude entsprechende periodische Schwingbewegung. Infolgedessen ändert sich die Kapazität des Schwingkondensators der Bewegung innerhalb zweier Grenzwerte. Gelangt auf die beiden Elektroden des Schwingkondensators eine elektrische Ladung Q, beträgt die auf den beiden Elektroden entstehende Spannungworking movable electrode 24 is attached. These two electrodes form the oscillating capacitor. If an alternating current now flows through the winding of the electromagnet 1, due to the force exerted on the iron plate 2, the elastic holder 3, together with the electrode 4, performs a periodic oscillating movement corresponding to its cycle and amplitude. As a result, the capacitance of the oscillating capacitor of movement changes within two limit values. If an electrical charge Q reaches the two electrodes of the oscillating capacitor, the voltage generated on the two electrodes is equal to

E =E =

Wird nun die Kapazität C periodisch verändert, ändert sich die Spannung E in einem der Kapazitätsänderung entsprechenden Takt, wobei die Änderung um so größer ist, je größer die elektrische Ladung Q und die Änderung der Kondensatorenkapazität C ist. Auf diese Weise wird ein Teil der Gleichspannung E in Wechselstrom umgewandelt, und dieser Teil ist um so größer, je größer das Verhältnis der GrenzwerteIf the capacitance C is changed periodically, the voltage E changes in a cycle corresponding to the change in capacitance, the change being greater the greater the electrical charge Q and the change in the capacitor capacitance C. In this way, part of the direct voltage E is converted into alternating current, and this part is greater, the greater the ratio of the limit values

209 748/231209 748/231

der Kapazitätsänderung ist. Ist also das Maß der periodischen Kapazitätsänderung konstant, wird die Größe der auf den Elektroden des Schwingkondensators entstehenden Wechselspannung der elektrischen Ladung Q proportional sein.is the change in capacitance. If the amount of the periodic change in capacitance is constant, the magnitude of the alternating voltage generated on the electrodes of the oscillating capacitor will be proportional to the electrical charge Q.

Fig. 2 stellt ein vereinfachtes prinzipielles Schema eines mit einem derartigen Schwingkondensator arbeitenden Gleichstromröhrenvoltmeters dar. Die zu messende, den Eingangsklemmen 11 und 12 angeschlossene Gleichstromquelle ladet durch den Widerstand 13 hindurch den Schwingkondensator 14 auf, auf welchem im Takt seiner Schwingung eine der Ladung proportionale Wechselspannung entsteht, welche durch den Wechselstromverstärker 15 verstärkt, durch den Gleichrichter 16 gleichgerichtet wird und durch das Meßinstrument 17 hindurchfiießender Gleichstrom der Zeiger des Instrumentes zum Ausschlag gebracht wird. Falls die Verstärkung des Verstärkers 15 und die Amplitude des Schwingkondensators konstant sind, ist der Ausschlag des Instrumentes 17 mit der an den Klemmen 11 und 12 befindlichen, zu messenden Spannung proportional.FIG. 2 shows a simplified basic diagram of a working with such an oscillating capacitor DC tube voltmeter. The one to be measured, connected to input terminals 11 and 12 DC source charges oscillating capacitor 14 through resistor 13, on which an alternating voltage proportional to the charge arises in the cycle of its oscillation, which is amplified by the AC amplifier 15 and rectified by the rectifier 16 and the direct current flowing through the measuring instrument 17 is the pointer of the instrument for deflection is brought. If the gain of the amplifier 15 and the amplitude of the oscillating capacitor are constant, the deflection of the instrument 17 is the same as that of the terminals 11 and 12 the voltage to be measured is proportional.

Den Schwingkondensatoren haftet jedoch derjenige Fehler an, daß, falls sich das Ausmaß der Kapazitäts-Die erfindungsgemäße Hilfselektrode ermöglicht auch, daß das Schwingungssystem durch Selbsterregung bei Konstanthaltung der Amplitude auf seiner Eigenfrequenz schwinge.The oscillating capacitors, however, have that error that, if the extent of the capacitance die The auxiliary electrode according to the invention also enables the oscillation system to be self-excited oscillate at its natural frequency while keeping the amplitude constant.

Fig. 5 zeigt eine beispielsweise Ausführung zu diesem Zweck. Verläßt die Schwingelektrode 24 aus irgendeinem Grunde (z. B. Röhrenrauschen) ihre Ruhelage und nähert sich z. B. der Hilfselektrode 26, vermindert sich die auf dem Hilfskondensator befindliche Spannung, was damit gleichbedeutend ist, daß auf das Gitter der eine Verstärkerrolle spielenden Elektronenröhre 41 bzw. im Falle der Verwendung mehrerer Elektronenröhren auf das Gitter der ersten Röhre mit Hilfe des Kondensators 39 und des Gitterableitungswiderstandes 40 ein negativer Impuls gelangt, in welchem Falle der Anodenstrom der die Verstärkerrolle spielenden Elektronenröhre 41 bzw. bei Verwendung mehrerer Röhren der Anodenstrom der letzten Röhre vermindert wird und gleichzeitig die auf die an der elastischen Halterung 3 befestigte Eisenplatte ausgeübte Zugkraft kleiner wird und das Schwingungssystem sich vom Elektromagneten entfernt. Hierbei vergrößert sich die Kapazität des aus den Elektroden 21, 26 bestehenden Hilf skondensators wogegen sich die auf demselben befindlicheFig. 5 shows an exemplary embodiment for this purpose. Leaves the oscillating electrode 24 off for some reason (e.g. tube noise) its rest position and approaches z. B. the auxiliary electrode 26, the voltage on the auxiliary capacitor decreases, which means that on the grid of the electron tube 41 playing an intensifying role, or in the case of use several electron tubes on the grid of the first tube with the aid of the capacitor 39 and the grid leakage resistor 40 a negative pulse arrives, in which case the anode current of the Electron tubes 41 play an amplifying role or, if several tubes are used, the anode current the last tube is reduced and at the same time the one attached to the elastic holder 3 The tensile force exerted on the iron plate becomes smaller and the oscillation system moves away from the electromagnet. This increases the capacitance of the auxiliary skondensers consisting of the electrodes 21, 26 whereas the one located on it

änderung aus irgendeinem Grunde, z. B. infolge der 25 weiter,change for any reason, e.g. B. as a result of the 25 further,

Änderung des durch alle Elektromagneten fließenden elektrische Spannung so lange vermindert, bis die aufChange in the electrical voltage flowing through all electromagnets is reduced until the on

Wechselstromes, ändert, so verliert die entstandene das aus Halterung 3, Eisenplatte 2 und Schwingelek-Alternating current, changes, the resulting loses that of bracket 3, iron plate 2 and oscillating elec-

Wechselspannung und somit der Ausschlag des In- trode 24 bestehende mechanische SchwingungssystemAC voltage and thus the deflection of the introde 24 existing mechanical oscillation system

strumentes 17 ihre Proportionalität mit der zu mes- wirkende Federkraft das Schwingungssystem nachinstruments 17 their proportionality with the spring force to be measured, the oscillation system according to

senden Gleichspannung, so daß also der Röhrenvolt- 30 seiner Ruhelage zurückzudrängen beginnt. In diesemsend DC voltage, so that the tube volt 30 begins to push back its rest position. In this

meter nicht mehr den richtigen Wert angibt.meter no longer gives the correct value.

Durch die Anordnung der in Fig. 3 beispielsweise dargestellten Hilfselektrode 26, welche mit der Schwingelektrode 24 zusammen die beiden Elektroden eines Hilf skondensators bildet, ändert sich die Kapazität dieses Hilfskondensators in gleichem Verhältnis mit der des Schwingkondensators 24, 25. Dies ermöglicht die Konstanthaltung der Amplitude des Schwingkondensators durch Schaltungsanordnungen, wie sie beispielsweise die Fig. 4 und 5 zeigen.The arrangement of the auxiliary electrode 26 shown in FIG. 3, for example, which is connected to the Oscillating electrode 24 together forms the two electrodes of an auxiliary capacitor, the capacitance changes this auxiliary capacitor in the same ratio with that of the oscillating capacitor 24, 25. This enables keeping the amplitude of the oscillating capacitor constant by circuit arrangements like them Figures 4 and 5 show for example.

Fig. 4 zeigt ein fremderregtes System. Die Elektroden 24 und 26 bilden einen Hilfskondensator, welcher Falle vermindert sich die Kapazität der Elektroden 24 und 26, wobei sich die auf denselben befindliche Spannung vergrößert und auf das Gitter der eine Verstärkerrolle spielenden Elektronenröhre 41 bzw. im Falle der Verwendung mehrerer Röhren auf das Gitter der ersten Röhre ein positiver Impuls gelangt. Infolgedessen vergrößert sich der Anodenstrom (bei Verwendung von mehreren Röhren der Anodenstrom der letzten Röhre) und mit ihm zusammen die Zugkraft, wobei die Bewegung durch die Elektronenröhre bzw. durch den Verstärker unterstützt wird. Reicht nun mit Hilfe der Hilfselektrode 26 die aufFig. 4 shows an externally excited system. The electrodes 24 and 26 form an auxiliary capacitor, which Trap decreases the capacitance of electrodes 24 and 26, with the one on them Tension is increased and on the grid of a reinforcing roller playing electron tube 41 or in the case of using several tubes on the Grid of the first tube receives a positive pulse. As a result, the anode current increases (at Using several tubes the anode current of the last tube) and with it together the Tensile force, the movement being supported by the electron tube or the amplifier. Now, with the help of the auxiliary electrode 26, the

aus der Stromquelle 28 durch den Widerstand 27 hin- diese Weise hergestellte positive elektromechanische durch eine konstante Ladung erhält. Die Wechsel- Rückkopplung aus, gerät das System gemäß ihrer stromquelle 29 steuert den aus einer oder mehreren 45 Eigenschwingungszahl in Schwingung.
Elektronenröhren veränderlicherSteilheit bestehenden Die zur Verfügung stehende Energie des oben beVerstärker, in dessen Anodenkreis bzw., bei Verwendung mehrerer Röhren, im Anodenkreis der letzten
Röhre sich die Elektromagnetspule 1 befindet, durch
welche hindurch ein Strom von entsprechendem Takt 50
und entsprechender Stärke hindurchfließt. Dieser
bringt die Schwingelektrode 24 in einer bereits dargestellten Weise in Schwingung, wodurch an den Elektroden 24 und 26 des Hilfskondensators eine der Bewegung der Schwingelektrode 24 proportionale 55 bei der die zur Verfügung stehende und die benötigte Wechselspannung entsteht, welche durch die Elektro- Energie gleich sind. Bei kleineren Amplituden ist die nenröhre 31 verstärkt und durch den Gleichrichter zur Verfugung stehende Antriebsenergie größer, dem-32 gleichgerichtet wird und welche durch den aus zufolge wächst die Amplitude bis zum Gleichgewicht, dem Widerstand 33 und Kondensator 34 gebildeten Größere Amplituden können nicht entstehen, da die Filter hindurch an das Steuergitter der die Rolle 60 zur Verfugung stehende Energie so weit nicht reicht, eines Verstärkers spielenden Elektronenröhre 30 ge- Auf diese Weise ist die konstante Amplitude gesichert.positive electromechanical produced in this way by means of a constant charge from the current source 28 through the resistor 27. If the alternating feedback is switched off, the system starts to oscillate according to its power source 29, which controls one or more natural oscillation numbers.
Electron tubes of variable slope existing The available energy of the amplifier above, in its anode circuit or, if several tubes are used, in the anode circuit of the last
Tube where the electromagnetic coil 1 is located
through which a stream of corresponding clock 50
and corresponding strength flows through it. This
causes the oscillating electrode 24 to oscillate in a manner already shown, whereby a 55 proportional to the movement of the oscillating electrode 24 occurs at the electrodes 24 and 26 of the auxiliary capacitor in which the available and the required alternating voltage arises, which are the same due to the electrical energy. At smaller amplitudes, the inner tube 31 is amplified and the drive energy available from the rectifier is greater, to which 32 is rectified and which, as a result, increases the amplitude to equilibrium, the resistor 33 and capacitor 34. Larger amplitudes cannot arise because the filter through to the control grid, the energy available for the roller 60 does not reach an electron tube 30 playing an amplifier. In this way, the constant amplitude is ensured.

schriebenen Oszillators ist der zwischen den Elektroden 24 und 26 entstehenden Wechselspannung, d. h. der Schwingamplitude der Elektrode 24, proportional. Die zur Aufrechterhaltung der Schwingung benötigte Energie wächst jedoch rascher als die Amplitude, weil die Luftdämpfung zwischen den Elektroden nicht konstant bleibt, sondern mit der Amplitude wächst. Infolgedessen gibt es eine einzige Amplitude,written oscillator is the alternating voltage generated between electrodes 24 and 26, d. H. the oscillation amplitude of the electrode 24, proportional. However, the energy required to maintain the oscillation grows faster than the amplitude, because the air attenuation between the electrodes does not remain constant, but with the amplitude grows. As a result, there is a single amplitude

langt, in dessen Anodenkreis der Elektromagnet 1 liegt und dessen Verstärkung durch diese Gleichspannung zu einem Wert geregelt wird, daß die auf den Elektroden des Hilfskondensators 24, 26 entstehende Wechselspannung und somit gleichzeitig die Amplitude der Schwingelektrode 24 annähernd konstant bleibt.long, in the anode circuit of the electromagnet 1 is and its gain is controlled by this DC voltage to a value that the Electrodes of the auxiliary capacitor 24, 26 resulting alternating voltage and thus at the same time the amplitude the oscillating electrode 24 remains approximately constant.

Die Einstellung der Schwingamplitude kann durch verschiedene Methoden geschehen, wie z. B. durch. Verstellen der Spannung der Spannungsquelle 8 oder durch Verstellen der Verstärkung des Verstärkers 31, wodurch die zu verfügende Energie geregelt wird. Die andere Methode ist die Änderung der benötigten Energie, z. B. durch Ändern der Luftdämpfung.The adjustment of the oscillation amplitude can be done by various methods, such as. B. by. Adjusting the voltage of the voltage source 8 or by adjusting the gain of the amplifier 31, whereby the available energy is regulated. The other method is to change the required Energy, e.g. B. by changing the air damping.

Claims

PATENT CLAIMS:

1. Arrangement for keeping constant the oscillation amplitudes of an oscillating capacitor for DC voltage amplifiers with an oscillating electrode set in oscillation by a coil through which an alternating current flows, and a fixed electrode, characterized in that the fixed electrode is divided into a main electrode (25) and an auxiliary electrode (26) is, between the auxiliary electrode (26) and the oscillating electrode (24) via a resistor (7 or 27), a DC voltage (8 or 28) is applied and the connection point of the auxiliary electrode (26) and resistor (7 or 27) to a linear AC amplifier (41 or 31) is coupled.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the oscillating movement is immediate causing coil (1) connected to the output of a variable amplifier (30) and the output of the linear AC amplifier (31) after rectification by a rectifier (32) is connected to the input of this variable amplifier (30) so that through the Change in amplitude resulting alternating voltage change between the fixed auxiliary electrode (26) and the movable electrode (24) changes the gain of the variable amplifier (30) so that that this counteracts the change in amplitude.

3. Arrangement according to claim 1, characterized in that the oscillating movement is immediate causing coil (1) is connected to the output of the linear amplifier (41), that in the system consisting of the auxiliary capacitor (24, 26), a linear AC amplifier (41) and the coil (1), a positive electromechanical feedback is created, through which the movable electrode (24) oscillates in its mechanical natural oscillation, and the Amplification of the linear AC amplifier (41) and the air damping of the movable one Electrode (24) are set so that the movement of the movable electrode (24) to Actual energy available and the required drive energy determined by the damping are the same at the required oscillation amplitude to be secured.

Considered publications:

German Patent No. 876 567;

Swiss Patent No. 235 854;

French patents No. 1117 760,
831;

British Patent No. 681214;

U.S. Patents Nos. 2,483,981, 2,632,791,
830 240, 2372 062;

Electronics magazine, June 1956, pp. 158/159;

Electronic Engineering magazine, September 1950, pp. 395 to 399.

1 sheet of drawings