DE1161953B - Anordnung zum Verstaerken von Gleich- oder Wechselspannungen - Google Patents

Description

• Anordnung zum Verstärken von Gleich- oder Wechselspannungen Durch die sogenannten Transduktoren sind Verstärkerschaltungen bekanntgeworden, die ihrem Prinzip nach darauf beruhen, daß in Abhängigkeit von der zu verstärkenden Spannung eine periodische Spannungszeitfunktion hinsichtlich ihres Integralwertes variiert wird.
• Derartige Transduktorschaltungen haben den Nachteil, daß sie auf relativ niedrige Frequenzbereiche beschränkt sind und zudem bezüglich der Linearität der Verstärkung keine hohen Ansprüche erfüllen können. Bei ihnen schwankt auch wie bei allen bekannten direkt verstärkenden Schaltungen die Größe derAusgangsspannung mit Schwankungserscheinungen in den Elementen, von denen die Verstärkung abhängig ist.
• Diese Nachteile haben auch bekannte Schaltungen, bei denen die verstärkte Spannung aus einer Impulsphasensteuerung von Kippgeneratoren auf indirektem Wege erhalten wird.
• Durch die Erfindung sollen diese Nachteile vermieden und eine Anordnung zum Verstärken von Gleich- oder Wechselspannungen mittels Phasenmodulation über eine Frequenzänderung einer Hilfsfrequenz bzw. einer Impulsbreitenmodulation sowie Demodulation geschaffen werden.
• Die Erfindung besteht in der Vereinigung folgender Merkmale a) Mittels eines Generators konstanter Frequenz und eines bistabilen Multivibrators wird eine mäanderförmige Pulsfolge der halben Generatorfrequenz erzeugt und die Vorderflanke der erzeugten, beispielsweise positiven Impulse zur Impulsauslösung der Vorderflanke einer zweiten, beispielsweise negativen Folge von Impulsen von einem zweiten Multivibrator benutzt.
• b) Die Rückflanken der Mittels des zweiten Multivibrators erzeugten Impulse werden durch die Wechselspannung eines steuerbaren Hilfsgenerators ausgelöst, so daß über den zweiten Multivibrator eine Pulsfolge mit variabler Impulsdauer entsteht. Bei der Addition beider erzeugten Pulsfolgen entsteht eine neue negative oder positive Pulsfolge, aus der nach bekannten Demodulationsverfahren eine verstärkte quasi Gleichspannung gewonnen und vorzugsweise nach Spannungsteilung zur Kompensation der Eingangsspannung entgegengeschaltet wird, wodurch sich bei der Frequenzsteuerung des Hilfsgenerators durch eine sich ändernde Eingangsspannung die Hilfsgeneratorfrequenz sich stets auf die halbe Frequenz des konstanten Generators einpegelt, so daß nur eine Zeit- bzw. Phasenverschiebung resultiert, aus der die erwähnte KompeDsationsspannung gewonnen wird.
• In der Zeichnung sind in den Abb. 1 bis 3 Prinzipschaltbilder der Erfindung dargestellt.
• Die Anordnung besteht aus einem Muttergenerator,l (Abb. 1) der Frequenz fo. Aus ihm wird über einen bistabilen Multivibrator 2 eine mäanderförmige periodische Spannungszeitfolge der Frequenz 1/a - f, erzeugt. In A b b. 2 stellt in der Zeile a die Sinuswelle die Frequenz f, des Muttergenerators dar und in der Zeile b die über den bistabilen Multivibrator 1 .der A b b. 1 gewonnene periodische Spannungszeitimpulsfolge. Aus diesem mäanderförmigen Spannungszeitverlauf der konstanten Impulsamplitude u1 gemäß A b b. 2 wird beispielsweise durch die Impulsvorderkante V1 bei to, t,', t,)" usf. ein bistabiler Multivibrator 5 der A b b. 1 so ausgelöst, daß sich der Spannungszustand der einen Röhre beispielsweise vom Spannungspotential 0 auf -u1 ändert (A b b. 2c). Der Rücksprung dieses bistabilen Multivibrators auf die Ausgangsspannung beispielsweise zum Bezugspotential 0 wird etwa durch die Nulldurchgänge der Wechselspannung eines in der Frequenz steuerbaren Generators 4 in A b b. 1 bewirkt. Dieser Generator hat beispielsweise Schwingkreiselemente, von denen die Selbstinduktivität über eine Permeabilitätsänderung ihres Kernmaterials mittels der zu verstärkenden Gleich- oder Wechselspannung verändert wird. Die Grundfrequenz dieses Multivibrators wird bei Abwesenheit einer Eingangsspannung auf fz = 1/2 - fo eingestellt. Beim Anschließen einer Eingangsspannung ändert sich dann die Frequenz f, des steuerbaren Generators. Dabei verschieben sich die Nulldurchgänge der Wechselspannung dieses steuerbaren Generators, womit die Rückflanken R in A b b. 2c der periodischen Spannungsimpulse des bistabilen Multivibrators 5 in A b b. 1 gemäß A b b. 2c zeitlich verschoben werden. Addiert man dann die Impulsspannungen der beiden Multivibratoren 2 und 5, das sind die Spannungszeitverläufe der A b b. 2 b und 2 c, in bekannter Additionsschaltung 3 in A b b. 1 so, daß bei gleicher Frequenz und Phase des Mutter-und des gesteuerten Generators am Ausgang der Additionsschaltung die Spannung 0 erzielt wird, dann tritt nach Anschaltung einer Eingangsschaltung eine Frequenzverschiebung des steuerbaren Generators ein und damit eine periodische Impulsfolge am Ausgang der Additionsschaltung auf, deren Zeitdauer und Amplitudenrichtung (also ob positiv oder negativ) von der Frequenzverschiebung abhängt, die bei der Steuerung des Hilfsgenerators 4 in A b b. 1 entsteht. Aus der so gewonnenen periodischen Impulsfolge wird dann nach einer der bekannten Methoden eine gleichgerichtete Spannung gewonnen, die über einen Kompensator 6 in A b b. 1 gegen die Eingangsspannung geschaltet wird. Dadurch wird die Eingangsspannung in ihrer Wirkung auf die Steuerung des Hilfsgenerators 4 kompensiert. Der Hilfsgenerator 4 pegelt sich dadurch stets auf die Frequenz f, = 1/Z - fo ein, jedoch mit einer solchen Phasenverschiebung gegenüber dem Muttergenerator der Frequenz f, bzw. seiner halbierten Frequenz 1/a - fo, daß die Eingangsspannung gerade kompensiert ist. Bei Begrenzung zweier positiver Pulsfolgen nach A b b. 2 b und 2 c muß in der Additionsschaltung 3 der A b b. 1 sinngemäß subtrahiert werden, um den gleichen Effekt zu erzielen. Nun kann aus der Additionsschaltung eine in weiten Grenzen willkürlich festlegbare gleichgerichtete Ausgangsspannung erhalten werden. Zur Kompensation der Eingangsspannung ist nur ein Bruchteil dieser Ausgangsspannung erforderlich. Die Ausgangsspannung der Additionsschaltung kann daher durch Spannungsteiler jeweils so weit heruntergesetzt werden, bis die gewünschte Verstärkung erhalten wird.
• Die Verstärkung der Anordnung ist somit lediglich durch diesen Spannungsteiler und damit in weiten Grenzen willkürlich wählbar. Sie ist zudem streng linear zur Eingangsspannung und hinsichtlich ihrer oberen Frequenzgrenze nur abhängig von der Wahl der Generatorfrequenz f, bzw. f, = 1/$ - f, und der Frequenzbandbreite der Steuerung der frequenzbestimmenden Elemente des Hilfsgenerators. Durch die Kompensation ist auch die erzielte verstärkte Spannung unabhängig von Schwankungserscheinungen in z. B. den Multivibratoren.
• An Stelle einer Steuerung der Frequenz des steuerbaren Generators über eine Selbstinduktivitätsänderung kann auch eine Kapazitätsdiode oder ein sonstiges Glied verwendet werden, mit dem durch eine Eingangsspannung eine Änderung der Kapazität der Frequenz oder allgemeiner der frequenzbestimmenden Elemente des Hilfsgenerators möglich ist. Auch ein variabler elektrischer Widerstand kann zur Anwendung kommen für die Steuerung der Frequenz des steuerbaren Generators über eine der bekannten Vierpolschaltungen.
• Bei der beschriebenen Anordnung nach A b b. 1 ist die erhältliche Kompensationsspannung bzw. Ausgangsspannung aus der Additionsschaltung von der Differenz der Schaltdauer der Impulse aus den beiden bistabilen Muttivibratoren 2 und 5 abhängig. Um diese Zeitdauer in sehr großen Bereichen variabel zu machen, d. h., um sehr große Zeitverschiebungen von Vielfachen der Periodendauer der Frequenz f, zulassen zu können, wird gemäß A b b. 3 zwischen dem Generator der festen Frequenz f, und der steuerbaren Frequenz f, zunächst je ein Frequenzteiler 7 und 8 willkürlich festlegbarer Teilerverhältnisse zwischengeschaltet. Die Frequenzteilung in 7 und 8 ist jedoch abhängig voneinander und muß stets so gewählt werden, daß die beiden auf 2 und 5 entstehenden Pulsfolgen die gleiche Pulsfolgefrequenz aufweisen. Dadurch entstehen Impulsfolgefrequenzen nach den bistabilen Multivibratoren und nach der Additionsschaltung, die um ein Vielfaches kleiner sein können, als den Generatorfrequenzen entspricht. Dadurch können durch die Eingangsschaltung auch Phasenverschiebungen von Vielfachen von 2 7r bzw. Zeitverschiebungen von Vielfachen der Periodendauer des steuerbaren Generators verarbeitet werden, ohne daß eine Vieldeutigkeit entsteht.

Claims (4)

1. Patentansprüche: 1. Anordnung zum Verstärken von Gleich- oder Wechselspannungen mittels Phasenmodulation über eine Frequenzänderung einer Hilfsfrequenz bzw. einer Impulsbreitenmodulation sowie Demodulation, gekennzeichnet durch die Vereinigung folgender Merkmale: a) Mittels eines Generators (1 in A b b. 1) konstanter Frequenz (f0) und eines bistabilen Multivibrators (2 in A b b. 1) wird eine mäanderförmige Pulsfolge (A b b. 2 a) der halben Generatorfrequenz (1/2 f,) erzeugt und die Vorderflanke (V1 in A b b. 2 b) der erzeugten, beispielsweise positiven Impulse zur Impulsauslösung der Vorderflanke (VE in A b b. 2 c) einer zweiten, beispielsweise negativen Folge von Impulsen von einem zweiten Multivibrator (5 in A b b. 1) benutzt. b) Die Rückflanken (R in A b b. 2 c) der mittels des zweiten Multivibrators (5 in A b b. 1) erzeugten Impulse werden durch die Wechselspannung eines steuerbaren Hilfsgenerators (4 in A b b. 1) ausgelöst, so daß über den zweiten Multivibrator (5 in A b b. 1) eine Pulsfolge (A b b. 2 c) mit variabler Impulsdauer entsteht. Bei der Addition (3 in A b b. 1) beider erzeugten Pulsfolgen (A b b. 2 a und 2b) entsteht eine neue negative oder positive Pulsfolge, aus der nach bekannten Demodulationsverfahren eine verstärkte quasi Gleichspannung gewonnen und vorzugsweise nach Spannungsteilung zur Kompensation (6 in A b b. 1) der Eingangsspannung entgegengeschaltet wird, wodurch sich bei der Frequenzsteuerung des Hilfsgenerators (4 in A b b. 1) durch eine sich ändernde Eingangsspannung die Hilfsgeneratorfrequenz sich stets auf die halbe Frequenz des konstanten Generators (1 in A b b. 1) einpegelt, so daß nur eine Zeit-bzw. Phasenverschiebung resultiert, aus der die erwähnte Kompensationsspannung gewonnen wird.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz bzw. Phasensteuerung des Hilfsgenerators durch eine Gleich-oder Wechselspannung nach bekannten Methoden über vorzugsweise eine Änderung der Selbstinduktion, der Kapazität oder eines Widerstandes im frequenzbestimmenden Teil des Generators erfolgt.
3. 3. Anordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den verwendeten Generatoren - dem mit konstanter Frequenz und dem steuerbaren - und dem bistabilen Multivibratoren, aus denen nach Addition bzw. Subtraktion die mit der zu verstärkenden Spannung in der Dauer veränderlichen periodischen Impulse gewonnen werden, Frequenzteiler zwischengeschaltet sind.
4. 4. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß aus der Addition bzw. Subtraktion zweier Pulsfolgen, von denen die eine eine über einen steuerbaren Generator erzielte variable Impulsdauer hat, in einer Additionsschaltung eine negative oder positive Pulsfolge gewonnen wird, die nach Gleichrichtung eine Kompensationsspannung liefert, deren Größe von der Differenz der Impulsdauer der erzeugten Impulsfolge abhängig ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 644 520, 1058 558, 812 261; Deutsche Auslegeschrift Nr. 1053 036; deutsches Gebrauchsmuster Nr. 1752 881; USA.-Patentschrift Nr. 2 882 354; Zeitschrift vATM«, Januar 1953, Blatt Z 634-l0