DE1488810B2 - Einrichtung zur stufenweisen Serienvervielfachung einer Frequenz - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung schalteten Doppelweggleichrichtern bekannt, bei der

zur Vervielfachung der Frequenz einer sich konti- jede Vervielfacherstufe zwei Doppelweggleichrichter

nuierlich oder impulsförmig ändernden Spannung enthält, die mit symmetrischen Rechteckspannungen

variabler Frequenz mit mehreren in Reihe ge- gespeist sind, die gegeneinander um 180° phasenver-

schalteten Vervielfacherstufen, bei der jede Verviel- 5 schoben sind. Die gleichgerichteten Ausgangsspan-

facherstufe Doppelweggleichrichter enthält, deren nungen eines jeden Zweiges beider Doppelweggleich-

Zweige durch symmetrische Dreieckspannungen richter werden wechselweise kombiniert, so daß zwei

gespeist sind und deren Ausgangsspannungen gegen- neue Spannungen entstehen, die wiederum um 180°

phasig addiert die nachgeschaltete Vervielfacherstufe gegeneinander phasenverschoben sind und die nächste

speisen, insbesondere für Frequenzmeßeinrichtungen ίο Vervielfacherstufe speisen,

an Protonenmagnetometern. Diese Vorrichtungen weisen den Nachteil auf, daß

Es ist bekannt, durch wiederholte Zweiweggleich- in jeder Vervielfacherstufe vier Einzelspannungen

richtung die Frequenz einer Wechselspannung mehr- gebildet werden, deren paarweise Kombination zur

fach zu verdoppeln. In einer bekannten Einrichtung Ansteuerung der nächsten Stufe benutzt wird. Infolge

ist hierzu die Wechselspannung der Primärwicklung 15 der unvermeidbaren Unsymmetrien zwischen den

eines Transformators zugeführt. Seine Sekundär- einzelnen Gleichrichterzweigen ist die Anzahl der in

wicklung ist in der Mitte angezapft, und die in den Reihe schaltbaren Stufen beschränkt und die Anpas-

beiden Wicklungsteilen der Sekundärseite entstehen- sung der Spannungen, die miteinander zu kombi-

den, um 180° phasenverschobenen Spannungen nieren sind, nur mit größerem Aufwand möglich,

werden jede für sich gleichgerichtet und danach 20 Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit der

addiert. Aufgabe, in Einrichtungen der eingangs bezeichneten

Durch Kondensator- und Drosselglieder werden Art die Anordnung derart zu treffen, daß eine Ver-

die addierten Spannungen der Primärwicklung des vielfachung einer Grundfrequenz auch über eine

Transformators der nächsten gleich ausgebildeten größere Anzahl von Vervielfacherstufen möglich ist.

Vervielfacherstufe zugeführt. 25 Zur Lösung dieser Aufgabe wird der Erfindung

Den Einrichtungen ist aber durch die Induk- entsprechend bei einer Einrichtung dieser Art vorge-

tivitäten eine obere Frequenzgrenze gesetzt, ferner schlagen, daß die Dreieckspannung jedem Zweig

arbeiten derartige Einrichtungen nur mit Wechsel- eines jeden Doppelweggleichrichters gleichphasig

Spannungen fester Frequenz zufriedenstellend. zugeführt ist und in einem der beiden Zweige eines

Es ist daher bereits vorgeschlagen worden, die 30 jeden Doppelweggleichrichters eine Phasenumkehrinkonstante Frequenz einer im Tonbereich liegenden stufe angeordnet ist.

sinusförmigen Wechselspannung, die von einem Mit Einrichtungen nach der Erfindung lassen sich Protonenmagnetometer herrührt, durch hinterein- Spannungen an sich beliebiger Kurvenform unter andergeschaltete Doppelweggleichrichterstufen zu Anwendung geeigneter Vorrichtungen zur Umwanderhöhen; die gewünschte Spannung mit der jeweils 35 lung der jeweils gerade vorliegenden Kurvenform in doppelten Frequenz bezüglich der Frequenz der symmetrische Dreiecke in ihrer Frequenz verviel-Stufeneingangsspannung ist durch LC-Schwingkreise fachen, ohne daß Filtervorrichtungen benötigt werherausgesiebt. den, die abzustimmen sind oder die aus verzerrten

Da die Eingangsspannung nicht in ihrer Frequenz pulsierenden Gleichspannungen oder Gleichströmen

konstant ist, müssen, um einwandfreies Arbeiten des 40 die Spannung mit der interessierenden Frequenz aus-

Vervielfachers zu gewährleisten, die Schwingkreise in sieben müssen.

ihrer Eigenfrequenz der anliegenden Frequenz bzw. Da in Einrichtungen nach der Erfindung die Auseiner ihrer Oberwellen angepaßt werden. Dieses ge- gangsspannung jeder Vervielfacherstufe die gleiche schieht über einen Servomotorkreis, dessen Meßglied Form wie ihre Eingangsspannung aufweisen soll, muß die Ausgangsspannung des ersten Doppelweggleich- 45 lediglich darauf geachtet werden, daß vor Addition richters zugeführt ist. Der Servokreis verstellt über der beiden Teilspannungen die beiden Teilspannunseinen auf die Spulen und/oder Kondensatoren aller gen die gleiche Kurvenform und die gleiche Größe Schwingkreise wirkenden Stellmotor die Induktivi- aufweisen, so daß nach Addition symmetrische Dreitäten und/oder Kapazitäten aller Schwingkreise ecke entstehen.

derart, daß deren Eigenfrequenz gleich oder ein der 50 In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung wird Vervielfacherstufenzahl entsprechendes Vielfaches der vorgeschlagen, in dem einen Zweig jedes Doppelweg-Eingangsfrequenz ist. gleichrichters einen Verstärker ungerader Wirk-

Bei dieser Anordnung ist der hohe Aufwand durch stufenzahl als Phasenumkehrglied anzuordnen. Zur

die Resonanzfrequenznachführung der Schwingkreise Erzeugung der Dreieckimpulse wird vorzugsweise ein

in dem Vervielfacher als nachteilig anzusehen, die 55 aus einer bistabilen Kippstufe, einem Schmitt-Trigger

sich auch nur innerhalb eines gewissen Bereiches und od. dgl. bestehender Impulsformer verwendet, dem

mit einer relativ großen Nachlaufzeit als durchführ- ein Integrator nachgeschaltet ist.

bar erweist. In den Zeichnungen ist in der F i g. 1 ein Block-

Weiterhin ist als nachteilig zu betrachten, daß alle schaltbild einer Einrichtung gezeigt, in der der erfin-Schwingkreise in relativem Gleichlauf zueinander 60 dungsgemäße Frequenzvervielfacher eine von einem verstellt werden müssen, da nur dann die Spannungen Protonenmagnetometer, ζ. B. zur Messung der Stärke mit der Eingangsfrequenz bzw. mit ihrem der Stufen- des erdmagnetischen Feldes, gelieferte Wechselspanzahl entsprechenden Vielfachen dieser Frequenz nung in der Frequenz vervielfacht. Die F i g. 2 erläuselektiv verstärkt werden können. Diesen relativen tert den Vervielfacher in Aufbau und Funktion selbst. Gleichlauf kann man ohne größeren Regelaufwand 65 Ein Protonenmagnetometer erzeugt bekanntlich bei nicht realisieren. periodischer oder aperiodischer Betriebsweise eine

Ferner ist eine Vorrichtung zur stufenweisen elektrische Wechselspannung, deren Frequenz, die

Frequenzvervielfachung mit mehreren in Reihe ge- sogenannte Lamorfrequenz, mit der Stärke eines aus-

zumessenden magnetischen Feldes variabel ist. Diese Spannung steht bei aperiodischem Betrieb des Protonenmagnetometers nur mit zeitlicher Beschränkung und relativ kurzfristig zur Verfügung.

Zur Messung der Frequenz ist es unter anderem üblich, entweder während einer bestimmten Periodenzahl die zugehörige Zeit zu messen oder aber die innerhalb einer vorgegebenen Zeit auftretenden Perioden zu zählen. Bei Anwendung des letztgenannten Verfahrens ist an aperiodisch betriebenen Magnetometern die mögliche Meßzeit klein, weshalb wegen des Fehlers der Zählung ein hoher relativer Fehler der Frequenzmessung auftritt. Zur Verkleinerung dieses Fehlers dient der Frequenzvervielfacher, da durch Anwendung einer Vervielfachung der Frequenz der Meßspannung der relative Frequenzmeßfehler um den jeweiligen Vervielfacherfaktor herabgedrückt wird.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand der Zeichnungen erläutert.

In der Fig. 1 bedeutet 1 ein z. B. zur Messung der Größe des erdmagnetischen Feldes eingesetztes Protonenmagnetometer mit großem Meßbereich, so daß also dessen Ausgangsspannung innerhalb eines relativ großen Bereiches in der Frequenz variabel ist. Die vom Protonenmagnetometer gelieferte Spannung wird in dem Vervielfacher 2 in der Frequenz erhöht. Die höherfrequente Spannung gelangt zu einem Tor 3, welches von einem Zeitmarkengeber 4 gesteuert ist. Zwischen zwei vom Zeitmarkengeber abgegebenen Impulsen ist das Tor 3 geöffnet, und die Meßspannung läuft zur Auszählung der Perioden zwischen zwei Zeitmarken in den Zähler 5 ein. Dieser zeigt das Zählergebnis direkt in magnetischen Maßeinheiten an.

Aufbau und Funktion des Frequenzvervielfachers sind in der F i g. 2 näher erläutert.

Die von dem Protonenmagnetometer erzeugte sinusförmige Meßspannung gelangt zwecks Impulsformung unmittelbar zu einem in üblicher Weise ausgebildeten bistabilen Multivibrator 6, welcher an seinem Ausgang Rechteckimpulse gleicher Periodenzahl bezüglich seiner Eingangsfrequenz abgibt. Diese Rechteckimpulse werden mittels eines z. B. aus Kondensator und gegengekoppeltem Verstärker bestehenden Integrators 7 in symmetrische Dreieckimpulse mit linearem Spannungsanstieg und -abfall umgewandelt. Die so gewonnenen symmetrischen Dreieckimpulse gelangen auf den Eingang einer Frequenzverdopplerstufe 8, die im wesentlichen aus einem Doppelweggleichrichter 10,14 besteht.

Im oberen Zweig des Doppelweggleichrichters werden die Dreieckimpulse über das Koppelglied 9 auf den Gleichrichter 10 gegeben, über welchen sie direkt zum Ausgang gelangen. Im unteren Zweig liegt gleichfalls ein Ankoppelglied 11, dem das Phasenumkehrglied 12 folgt. Den Abschluß bildet das Koppelglied 13 mit dem Gleichrichter 14. Als Phasenumkehrglied dient, wie ersichtlich, ein einstufiger Transistorverstärker. Die Phasenumkehrstufe soll bei geringem Klirrgrad eine Verstärkung von genau 1 besitzen. Erreicht wird dies durch die Widerstände 17, 18 und 19. Während mit dem Widerstand 18 nach dem Prinzip der halben Arbeitsspannung der Arbeitspunkt des Transistors stabilisiert wird, wobei durch den Widerstand 17 zusätzlich eine hohe Spannungsgegenkopplung auftritt, kann mit dem Stromgegenkopplungswiderstand 19 die Verstärkung auf den gewünschten Wert einjustiert werden. Mit 16 ist der Arbeitswiderstand bezeichnet.

Im oberen Zweig werden nur positive Impulse vom Gleichrichter 10 durchgelassen. Die negativen werden

ίο im unteren Zweig vom Phasenumkehrglied 12 in positive verwandelt und nach Passieren des Gleichrichters 14 in die Lücken der ursprünglich positiven Impulse des oberen Zweiges gefügt und gemeinsam mit diesen auf den Verstärker 15 gegeben.

Dieser Frequenzverdopplungsstufe 8 werden bei Bedarf weitere gleiche unter Zwischenschaltung je eines Verstärkers 15 folgen. Der Verstärker dient zur Anhebung der nach Gleichrichtung auf die Hälfte der Eingangsamplitude abgesunkenen Dreieckspannung.

ao Die beschriebene Einrichtung läßt eine mehrfache Serienschaltung von Frequenzverdopplerstufen bei Speisung mit symmetrischen Dreieckimpulsen und Wahrung der Frequenzunabhängigkeit in einem größeren Bereich zu, ohne daß die Schaltung durch das Einbringen von Induktivitäten und Kapazitäten frequenzabhängig wird. Die vorhandenen Kondensatoren in den Koppelgliedern 9, 11,13 werden so groß gewählt, daß ihr Widerstand für den Frequenzbereich, in dem Signale in der Frequenz vervielfacht werden, nicht störend in Erscheinung tritt.

Für einwandfreies Arbeiten der Gesamteinrichtung ist exakte Symmetrie der verwendeten Dreieckimpulse notwendig. Daher können die Amplitude und die Form der Dreieckimpulse noch gesondert überwacht werden, und im Falle einer Störung kann der Integrator 7 in einem die Abweichung beseitigenden Sinne nachgeregelt werden.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Vervielfachung der Frequenz einer sich kontinuierlich oder impulsförmig ändernden Spannung variabler Frequenz mit mehreren in Reihe geschalteten Vervielfacherstufen, bei der jede Vervielfacherstufe Doppelweggleichrichter enthält, deren Zweige durch symmetrische Dreieckspannungen gespeist sind und deren Ausgangsspannungen gegenphasig addiert die nachgeschaltete Vervielfacherstufe speisen, insbesondere für Frequenzmeßvorrichtungen an Protonenmagnetometern, dadurch gekennzeichnet, daß die Dreieckspannung jedem Zweig (10, 14) eines jeden Doppelweggleichrichters (8) gleichphasig zugeführt ist und in einem der beiden Zweige eines jeden Doppelweggleichrichters eine Phasenumkehrstufe (12) angeordnet ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem einen Zweig des Doppelweggleichrichters (10, 14) ein Verstärker ungerader Wirkstufenzahl als Phasenumkehrglied (12) angeordnet ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen