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. Anordnungen zur Erzeugung sinusförmiger Aus- Fig. 2 ein mögliches Ausfuhrungsbeispiel (Blockgangsgrößen, deren Frequenz oder Periodendauer schaltbild) eines Oszillators nach der Erfindung, Wirk- oder Blindwiderständen proportional ist, sind bestehend aus einem Wien-Brücken-Netzwerk mit bekannt. Man unterscheidet zwei verschiedene Arten: einem von außen veränderbaren ohmschen Wider-Oszillatoren, deren frequenzbestimmendes Netzwerk 5 stand, einem Verstärker, einer Vorrichtung zur Abaus zwei verschiedenartigen Blindwiderständen be- leitung einer Steuergröße aus der Schwingamplitude steht (LC-Oszillatoren), und Oszillatoren, deren sowie einer Vorrichtung zur mechanischen Verstelfrequenzbestimmendes Netzwerk aus mindestens zwei lung eines als zweiter ohmscher Widerstand der gleichartigen Blindwiderständen und mindestens Wien-Brücke dienenden Potentiometers,
zwei ohmschen Widerständen besteht (RC- oder RL- io F i g. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Oszillatoren). Oszillators nach der Erfindung mit einer Vorrich-

Nachteilig bei allen bekannten Sinusoszillatoren tung zur optischen Beeinflussung des Widerstandsist, daß stets mindestens zwei frequenzbestimmende wertes eines als zweiter ohmscher Widerstand der Bauelemente in gleicher Weise verändert werden Wien-Brücke dienenden lichtempfindlichen Widermüssen, um eine Frequenz oder Periodendauer zu 15 Standes,

erzeugen, die den frequenzbestimmenden Elementen F i g. 4 ein drittes Ausführungsbeispiel eines Oszil-

linear proportional ist. Verändert man bei einem lators gemäß der Erfindung mit einer Vorrichtung

Z-C-Oszillator nur einen der beiden Blindwiderstände, zur magnetischen Beeinflussung des Widerstands-

z. B. die Kapazität, so erhält man eine Perioden- wertes eines als zweiter ohmscher Widerstand der

dauer, die proportional der Quadratwurzel aus dem 20 Wien-Brücke dienenden magnetfeldempfindlichcn

Kapazitätswert ist: Widerstandes.

_T .rj—-~. F i g. 5 ein viertes Ausfuhrungsbeispiel eines Oszil-

~ ^ lators gemäß der Erfindung, jedoch mit einer von

Bei einem Oszillator der zweiten Art, z. B. dem außen veränderbaren Induktivität und einer Vor-

bekannten Wien-Brückenoszillator, ist die Perioden- 25 richtung zur Beeinflussung des induktiven Wider-

dauer gegeben durch: Standes einer als zweite Induktivität der Wien-

T- ,m—Ti—7=*—7^- Brücke dienenden vormagnetisierbaren nichtlinearen

T-VR₁-R₁-C₁-C*, Induktivität,

wobei Ri, R>, C\ und Cz Elemente des frequenz- Fig. 6 ein fünftes Ausführungsbeispiel eines bestimmenden Netzwerkes sind. Man erkennt, daß 3° Oszillators gemäß der Erfindung, jedoch mit einer auch hier mindestens zwei Bauelemente, z. B. Ri von außen veränderbaren Kapazität und einer Vor- und A₂ in gleicher Weise verändert werden müssen, richtung zur Beeinflussung des kapazitiven Widerum eine zu Ri (oder R>) proportionale Perioden- Standes einer als zweite Kapazität dienenden vordauer zu erzielen. spannbaren nichtlinearen Kapazität.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Sinusoszillator 35 Zur Veranschaulichung der Funktionsweise von zu schaffen, dessen Frequenz oder Periodendauer Oszillatoren· nach der Erfindung soll zunächst ein von dem Wert nur eines von außen veränderbaren bekannter RC-(oder RL-)Sinusoszillator betrachtet passiven Bauelementes linear abhängig ist. Oszilla- werden. F i g. 1 zeigt als Ausführungsbeispiel eines toren dieser Art sind besonders vorteilhaft, wenn solchen Oszillators den bekannten Wien-Brückenbeispielsweise eine in nur einem Wirk- oder Blind- 4° oszillator, bestehend aus dem Differenzverstärker V\ widerstand abgebildete zu messende Größe in eine mit der Verstärkung vo, dem passiven frequenzihr proportionale. Frequenz oder Periodendauer um- bestimmenden Rückkopplungsnetzwerk R\, X\, R>, gewandelt werden soll. Xi und dem passiven frequenzunabhängigen Gegen-

Diese Aufgabe wird bei einem an sich bekannten kopplungsnetzwerk Λ>, Ri. Die komplexe Ubertra-Sinusoszillator, bestehend aus einem Verstärker, 45 gungsfunktion F des frequenzbestimmenden Netzeinem frequenzbestimmenden Netzwerk, aufgebaut werkes ist gegeben durch
aus einem veränderbaren Wirkwiderstand, mindestens einem weiteren Wirkwiderstand und mindestens I

zwei Blindwiderständen gleicher Art oder aus einem F= — - — - _:—~~_y —-^-. (1)

veränderbaren Blindwiderstand, mindestens . einem 5° μ +'J^. + :.ί=-Ί + / \—- - —Τ
weiteren Blindwiderstand gleicher Art undminde- L ^Ri *Ί J L^i X\ J
stens zwei Wirkwiderständen, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß Mittel vorgesehen sind zur Ableitung einer Steuergröße aus der Schwingamplitude Eine stabile Schwingung stellt sich ein, wenn die des Oszillators sowie Mittel zur Steuerung- des 55 Forderung - ■
zweiten oder der weiteren Wirk- oder Blindwider- Fr=I (2)
stände mit dieser Steuergröße in dem Sinne, daß

die Oszillatoramplitude wieder ihren ursprünglichen, erfüllt ist. ν ist darin die (reelle) Verstärkung des

vor der Veränderung des veränderbaren Wider- über die Widerstände R₃ und R₄ gegengekoppelten

Standes vorhandenen Wert annimmt. 6° Diflerenzverstärkers V₁. Mit Gleichung (2) ergibt sich

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung be- zunächst die Frequenz der stabilen Schwingung aus

schrieben. Darin zeigt der Bedingung, daß F rein reell sein muß.

Fig. 1 das Blockschaltbild eines bekannten RC- Aus

Oszillators mit einer Wien-Brücke als frequenzbe- Im(F) = 0

stimmendes Netzwerk, bei dem zur Erzielung einer ⁶5 folgt also

linearen Widerstands-Periodendauer-Charakteristik -

beide ohmschen Widerstände in gleichem Maße *i _ 3l n\

von außen verändert werden müssen, R₁ X_t '

Bei einem Wien-Brückenoszillator mit Kapazitäten und ohmschen Widerständen ergeben sich dann die Frequenz bzw. die Periodendauer

= 2

|/R, R₂ C₁ C₂
R, · R₂ C₁ -C₁'

(3 a)

Bei einem Wien-Brückenoszillator mit Induktivitäten und ohmschen Widerständen dagegen ist die Frequenz

(3 b)

Zusammen mit der Gleichung (3) liefert die Schwingbedingung (2) die erforderliche Verstärkung!·:

Wert angenommen hat. Bei konstanter Verstärkung ν ist das gerade dann der Fall, wenn R> um den Betrag

IR₂ = (R₁R_x)- IR₁

vergrößert (verkleinert) worden ist. ;

Durch Einsetzen der um I Ri und 1R₂ veränderten Widerstände in Gleichung (3a) erhält man für einen Oszillator mit Widerständen und Kapazitäten

IT= 2.-T IR₁ I ^C₁-C₂ =

IR₁,

k = konstant, und durch Einsetzen in Gleichung (3 b) für einen Oszillator aus Widerständen und Induktivitäten

R₁

(4)

\m - IR₁

Wird bei einem Oszillator nach F i g. 1 eine lineare Abhängigkeit der Frequenz oder der Periodendauer beispielsweise von ohmschen Widerständen gefordert, so ist es nach Gleichung (3a) oder (3 b) notwendig, daß die ohmschen Widerstände R₁ und R₂ der Bedingung

R, .

--- = konstant

(5)

genügen.

Da X\ und X> konstant sind, wird damit die Verstärkung ν ebenfalls konstant und unabhängig von der Frequenz des Oszillators.

F i g. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Oszillators nach der Erfindung, bestehend aus einem Wien-Brücken-Netzwerk, einem Verstärker V\, einer Einrichtung A zur Ableitung einer Steuergröße aus der Schwingamplitude und einer Steuereinrichtung S. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Widerstand Ri des frequenzbestimmenden Netzwerkes von außen, z. B. von Hand, einstellbar. R> ist ein veränderbarer Widerstand, dessen Schleifer mechanisch mit dem Rotor eines als Steuereinrichtung dienenden, an sich bekannten Elektromotors verbunden ist. Der Elektromotor wird mit der Ausgangsspannung der Einrichtung A betrieben, die z. B. erzeugt wird durch Vergleich der gleichgerichteten Oszillator-Ausgangsspannung mit einer nicht gezeichneten Referenzspannung.

Wird der von außen einstellbare Widerstand R₁ um einen Betrag IR₁ vergrößert (verkleinert), dann wird die Kreisverstärkung

v_K = ν ■ F =

(6)

größer (kleiner) als 1. Dadurch wird die Schwingung instabil, ihre Amplitude steigt an (fällt ab), über die Einrichtung A zur Ableitung einer Steuergröße aus der Schwingamplitude erhält die Steuereinrichtung S eine Spannung und bewirkt eine Veränderung des Widerstandes Ri so lange, bis die Steuerspannung an der Steuereinrichtung S wieder verschwindet, d. h., bis die Oszillatoramplitude wieder ihren ursprünglichen, durch die Referenzspannung gegebenen IR₁

An Stelle des im Ausfiihrungsbeispiel nach F i g. 2 mechanisch veränderbaren Widerstandes R-> kann ein beliebig anders veränderbarer Widerstand verwendet werden. Die Steuereinrichtung S muß dann so beschaffen sein, daß sie den Wert des veränderbaren Widerstandes beeinflussen kann.

F i g. 3 zeigt ein Ausfiihrungsbeispiel, in dem R> ein fotoempfindlicher Widerstand und die, Steuereinrichtung S eine beliebige steuerbare Lichtquelle L (z. B. Glühlampe, Lichtdiode usw.) ist.
Fig. 4. zeigt ein Ausfuhrungsbeispiel, in dem Ri ein magnetfeldabhängiger Widerstand und die Steuereinrichtung S ein Elektromagnet M mit Luftspalt ist.

Vorteilhaft an den Ausführungsbeispielen nach den F i g. 3 und 4 ist das Fehlen mechanisch bewegter Teile. Im Gegensatz zu der im Ausfuhrungsbeispiel nach F i g. 2 beschriebenen Anordnung kann hier die Referenzspannung entfallen. Der nachgeführte Widerstand wird dann so lange verändert, bis die Kreisverstärkung des Oszillators v_K wieder 1 geworden ist. Die Amplitude des Oszillators ist dann frequenzabhängig.

Aus den Gleichungen (1), (4) und (6) geht hervor, daß bezüglich der Verstärkung die ohmschen Widerstände und die Blindwiderstände vertauschbar sind.

Diese Tatsache führt zu weiteren Ausführungsbeispielen (F i g. 5 und 6).

F i g. 5 zeigt als Ausführungsbeispiel einen Wien-Brückenoszillator, bei dem eine Induktivität L\ von außen veränderbar ist, während als zweiter induktiver Widerstand eine nichtlineare, durch Vormagnetisierung steuerbare Induktivität Li dient. Die Steuereinrichtung besteht hier aus einer von dem Steuerstrom durchflossenen Wicklung W₅.
F i g. 6 zeigt das Ausführungsbeispiel eines kapazitiv gesteuerten Wien-Brückenoszillators, bei dem der nachzuführende kapazitive Widerstand als eine nichtlineare spannungsgesteuerte Kapazität ausgebildet ist. Die Steuereinrichtung besteht aus zwei Kapazitäten C zur Abtrennung der Steuer-GIeichspannung und zwei Widerständen R, die verhindern, daß die an der steuerbaren Kapazität abfallende Wechselspannung durch den Ausgang der Einrichtung A kurzgeschlossen wird. Für die Änderung der

Periodendauer erhält man bei Anordnungen nach den Fig. 5 und 6:

IO

IT=A- IL₁
IT=A- IC, .
worin A- = konstant ist.

Claims

Patentansprüche:

1. Sinusoszillator mit linearer Abhängigkeit der Frequenz oder Periodendaucr von nur einem passiven Element, bestehend aus einem Verstärker, einem frequenzbestimmenden Netzwerk, aufgebaut aus einem veränderbaren Wirkwiderstand. mindestens einem weiteren Wirkwiderstand und mindestens zwei Blindwiderständen gleicher Art oder aus einem veränderbaren Blindwiderstand, mindestens einem weiteren Blindwiderstand gleieher Art und mindestens zwei Wirkwiderständen. dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind zur Ableitung einer Steuergröße aus der Schwingamplitude des Oszillators sowie Mittel zur Steuerung des zweiten oder der weiteren Wirk- oder Blindwiderstände mit dieser Steuergröße in dem Sinne, daß die Oszillatoramplitude wieder ihren ursprünglichen, vor der Veränderung des veränderbaren Widerstandes vorhandenen Wert annimmt. .

2. Oszillator nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zur Ableitung einer Steuergröße aus der Schwingamplitude des Oszillators eine an sich bekannte Gleichrichtcrschaltung ist.

3. Oszillator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zur Ableitung einer Steuergröße aus der Schwingamplitude des Oszillators eine Gleichrichterschaltung mit nachfolgender Vergleichsschaltung zum Vergleich der Gleichrichterausgangsgröße mit einer Referenzgröße ist.

4. Oszillator nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß als steuerbarer Wirk- oder Blindwiderstand ein Potentiometer, Variometer oder Drehkondensator vorgesehen und das Mittel zu dessen Steuerung ein Motor ist.

5. Oszillator nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als steuerbarer Wirkwiderstand ein fotoempfindlicher Widerstand und als Mittel zu dessen Steuerung eine steuerbare Lichtquelle vorgesehen ist.

6. Oszillator nach Anspruch 1 und 2. dadurch gekennzeichnet, daß als steuerbarer Widerstand ein magnetfeldabhängiger Widerstand vorgesehen und das Mittel zur Steuerung dieses Widerstandes eine Einrichtung zur Erzeugung eines elektrisch steuerbaren Magnetfeldes ist.

7. Oszillator nach Anspruch 6. dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Erzeugung eines elektrisch steuerbaren Magnetfeldes eine Spule mit oder ohne Eisenkern ist.

8. Oszillator nach Anspruch 1 und 2. dadurch gekennzeichnet, daß als steuerbarer Blindwiderstand eine nichtlineare, durch Vormagnetisierung beeinflußbare Induktivität vorgesehen ist.

9. Oszillator nach Anspruch 1 und 2. dadurch gekennzeichnet, daß als steuerbarer Blindwiderstand eine nichtlineare spannungssteuerbare Kapazität vorgesehen ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen