DE1541539C - Sinusoszillator mit linearer Abhangig keit der Frequenz oder Periodendauer von nur einem Wirk oder Blindwiderstand - Google Patents

Description

Das Patent 1516 787 bezieht sich auf einen Sinusoszillator mit linearer Abhängigkeit der Frequenz oder Periodendauer 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 gleicher Art und mindestens zwei Wirkwiderständen, wobei Mittel zur Ableitung einer Steuergröße aus der Schwingamplitude des Oszillators sowie Mittel zur Steuerung des zweiten oder der weiteren Wirk- oder Blindwiderstände mit dieser Steuergröße vorgesehen sind, in dem Sinne, daß die Oszillatoramplitude wieder ihren ursprünglichen, vor der Veränderung des veränderbaren Widerstandes vorhandenen Wert annimmt.

Bei solchen Oszillatoren ist es notwendig, immer einen Widerstand von der gleichen Art wie der veränderbare Widerstand nachzufuhren. Das führt zu Schwierigkeiten bei der Realisierung, wenn der veränderbare Widerstand ein Blindwiderstand, insbesondere ein kapazitiver Widerstand ist.

Die vorliegende Erfindung zeigt einen Weg, Oszillatoren mit frequenzbestimmenden Netzwerken zu schaffen, die dieser Einschränkung nicht unterliegen. Dies geschieht bei einem Sinusoszillator nach dem Hauptpatent dadurch, daß eines oder mehrere der übrigen Netzwerkelemente, die nicht von der gleichen Art wie der veränderbare Wirk- oder Blindwiderstand zu sein brauchen, in dem genannten Sinne gesteuert wird bzw. werden.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung beschrieben. Darin zeigt

Fig. 1 das Blockschaltbild eines Oszillators nach der Erfindung mit einer möglichen Klasse von frequenzbestimmenden Netzwerken,

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel eines Oszillators nach Fig. 1 im Blockschaltbild,

F i g. 3 ein weiteres Ausfuhrungsbeispiel eines Oszillators nach Fig. 1 im Blockschaltbild.

Eine Klasse von ifSinusoszillatoren besteht aus einem Tiefpaßnetzwerk erster Ordnung T rnit der übertragungsfunktion

Aus den Ubertragungsfunktionen der einzelnen Netzwerke des Oszillators ergibt sich die Gesamtübertragungsfunktion F = F_H-F_T. Daraus ergibt sich die Kreisverstärkung v_K

1 + l/j(l)T„

Bei v_K = 1 stellt sich eine stabile Schwingung der ίο Frequenz O₀ ein. ω₀ ergibt sich aus der Bedingung, daß der Imaginärteil von v_K Null werden muß:

U)₀ =

während aus der Bedingung, daß der Realteil von v_k Eins werden muß,

v = l+ τ_τ/τ_Η (5)

resultiert.

Ist die Verstärkung υ konstant und beispielsweise 2, dann ist nach Gleichung (5) nur dann eine stabile Schwingung des Oszillators möglich, wenn

T₇- = T₁₁

ist.

Fig. 1 zeigt nun das Blockschaltbild eines Oszillators nach .der Erfindung, bestehend aus einem eigentlichen Oszillator mit den Verstärkern V₁ und V₂ und den frequenzbestimmenden Netzwerken T und H und einem Regelverstärker A, dessen Eingangsgröße ein der Oszillatoramplitude proportionales Signal ist und dessen Ausgangsgröße die Zeitkonstante eines der beiden frequenzbestimmenden Netzwerke, beispielsweise t_w des Hochpasses H, beeinflußt, während die Zeitkonstante des anderen frequenzbestimmenden Netzwerkes, beispielsweise t_t desTiefpasses T, von außen veränderbar ist.
Ähnlich wie im Hauptpatent beschrieben, wird bei einer Veränderung von der von außen veränderbaren Zeitkonstante die durch den Regelverstärker A beeinflußte Zeitkonstante immer so nachgeführt, daß Gleichung (6) erfüllt ist. Somit ist die Periodenzeit T₀ der Oszillatorschwingung mit Gleichungen (4) und (6)

F_T =

T₀ =

+jon_T

(1) 2 π

O)₀

■ τ,, = 2.T- T₇-, (7a)

einem Hochpaßnetzwerk erster Ordnung H mit der übertragungsfunktion

F₁, =

l/ja,T_H

sowie einem oder mehreren Verstärkern mit einem Gesamtverstärkungsfaktor v. Durch Einschalten jeweils einer oder mehrerer Stufen des Verstärkers zwischen die beiden Netzwerke bewirken die einzelnen Stufen des Verstärkers gleichzeitig eine Entkopplung der Netzwerke.

Das Hochpaßnetzwerk H und das Tiefpaßnetzwerk Tkönnen unabhängig voneinander sowohl durch jeweils ein ÄC-Netzwerk als auch ein LC-Netzwerk gebildet werden.

Im ersten Fall ist jetzt Gleichung T₁₁, t_t = R-C, im zweiten Fall τ,,, τ,- - L/R.

wenn die Zeitkonstante T_Tdes Tiefpasses T von außen veränderbar ist und die Zeitkonstante t_u des Hochpasses nachgeregelt wird, und

T₀ = 2.-r;r„, (7b)

wenn die Zeitkonstante t„ des Hochpasses H von außen veränderbar ist und die Zeitkonstante T₇- des Tiefpasses T nachgeregelt wird.

Sowohl entsprechende Kombinationen aus einem ohmschen und einem kapazitiven Widerstand als auch entsprechende Kombinationen aus einem ohmsehen und einem induktiven Widerstand sind als Tiefpaß oder Hochpaß geeignet. Dabei kann zur Veränderung der Zeitkonstante der ohmsche oder auch der kapazitive bzw. induktive Widerstand veränderbar sein. Ein ohmscher, kapazitiver oder induktiver f>5 Widerstand kann also das von außen veränderbare frequenzbestimmende Element sein. Gegenüber der Anordnung nach dem Hauptpatent ergibt sich jedoch der Vorteil, daß unabhängig von der Art des von

außen veränderbaren Widerstandes der durch den Regelverstärker A beeinflußte Widerstand beliebiger Art (ohmisch, kapazitiv oder induktiv) sein kann. Es kann also in jedem Fall die technisch am besten zu verwirklichende Widerstandsart gewählt werden, beispielsweise durch Licht oder Magnetfeld steuerbare ohmsche Widerstände.

Ein Ausführungsbeispiel eines Oszillators nach der Erfindung zeigt F i g. 2 im Blockschaltbild. Das von außen veränderbare frequenzbestimmende Element ist hier der Kondensator C₁, der zusammen mit dem festen ohmschen Widerstand R₁ die Zeitkonstante T₇-C₁- R_x des Tiefpasses T bestimmt, während die Zeitkonstante τ_Η = R₂ ■ C₂ des Hochpasses H durch den festen Kondensator C₂ und den durch den Regelverstärker A beeinflußbaren ohmschen Widerstand R₂ bestimmt wird. Nach Gleichung (7 a) ist

T₀ = 2.T-T₇- = 2.-T-R₁ · C₁ = Zc₁ · C₁. (8)

Die Periodenzeit T₀ ist also eine lineare Funktion der Kapazität C₁.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Oszillators nach der Erfindung zeigt Fi g. 3 im Blockschaltbild. Hier wird die Zeitkonstante τ,, = LfR₁ des Hochpasses H durch die von außen veränderbare Induktivität L und den festen ohmschen Widerstand R₁ bestimmt. Ein fester Kondensator C und der durch den Regelverstärker A beeinflußbare ohmsche Widerstand R₂ bestimmen die Zeitkonstante τ_Τ = R₂ C des Tiefpasses T. Nach Gleichung (7 b) wird

T₀ = 2.-T · T₁₁ = 2.-T · LfR₁ = Ic₂ ■ L. (9)

Die Periodenzeit T₀ ist eine lineare Funktion der Induktivität L. Vorteilhaft ist an diesem Ausführungsbeispiel außerdem, daß an Stelle eines zweiten induk- tiven Widerstandes ein kapazitiver Widerstand eingesetzt werden kann, der unter anderem mit kleinerem Verlustfaktor, geringerem Temperaturkoeffizienten und geringeren geometrischen Abmessungen als ein induktiver Widerstand realisierbar ist. Neben der in den beiden Ausfuhrungsbeispielen nach F i g. 2 und 3 gezeigten Möglichkeit, zu Blindwiderständen proportionale Periodenzeiten zu bilden, können auch zu Wirkwiderständen proportionale Periodenzeiten oder Frequenzen erzeugt werden.

Bei Oszillatoren der beschriebenen Art sind sämtliche im Hauptpatent beschriebenen Steuerungsarten von Wirk- oder Blindwiderständen anwendbar.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Sinusoszillator mit linearer Abhängigkeit der Frequenz oder Periodendauer 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 gleicher Art und mindestens zwei Wirkwiderständen, wobei Mittel zur Ableitung einer Steuergröße aus der Schwingamplitude des Oszillators sowie Mittel zur Steuerung des zweiten oder der weiteren Wirk- oder BHndwiderstände mit dieser Steuergröße vorgesehen sind, in dem Sinne, daß die Oszillatoramplitude wieder ihren ursprünglichen, vor der Veränderung des veränderbaren Widerstandes vorhandenen Wert annimmt, nach dem deutschen Patent 1516 787, dadurch gekennzeichnet, daß eines oder mehrere der übrigen Netzwerkelemente, die nicht von der gleichen Art wie der veränderbare Wirk- oder Blindwiderstand zu sein brauchen, in dem genannten Sinne gesteuert wird bzw. werden.

2. Oszillator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker aus wenigstens zwei Stufen (K₁, V₂) besteht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen