DE1935333C3 - Phasenschiebergenerator zur Erzeugung von Wechselspannungssignalen definiert einstellbarer gegenseitiger Phasenlage - Google Patents

Description

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per Nachteil der beschriebenen Einrichtungen liegt ist, besteht darin, daß die Frequenz des Quarzgeneijn vergleichsweise engen Frequenzeinstellbereich rators innerhalb des Fisquenzbandes der Vertikal- (z. B. 0,01 Hz bis 10 kHz) wie auch in der niedrigen ablenkung liegen soll. Vorzugsweise wird ein Oszillo-Ejnstellgenauigkeit für den Phasenwinkel (sie liegt graph mit einem Frequenzband von 0 bis 25 MHz unjer 1 bis 1,5 Grad). 5 verwendet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Mit seinem zweiten Eingang wird der Oszillo-

pbasenschiebergenerator zu schaffen, der die erwähn- graph 5 über einen Wählschalter 6 mit zwei Stellunten Nachteile bekannter Generatoren vermeidet, bei gen den Ausgängen der Phasenschieber 3, 4 zugedem der Einsfellbereich bis auf Hochfrequenz er- ordnet. Am Ausgang der Phasenschieber 3, 4 liegen witert und seine Genauigkeit erhöht ist. io weiter die NF-Mischstufen 8, außerdem die beiden

¹BJeS wird bei der eingangs genannten Vorrichtung Frequenzteiler 9, beispielsweise für ein Teilverhältjmt einer Anordnung aach dem Hauptanspruch er- nis 1:1000, und die Ausgangsklemmen 7. Die letzplcht. teren bilden den HF-Ausgang des Gerätes.

Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben Die NF-Mischstufen 8 können beliebige, an sich

ach aus dec Unteransprüchen. 15 bekannte Schaltungen sein, doch sind die herkömm-

Vorteflhafterweise erreicht man mit der Erfindung liehen haibleiterdiodenbestückten Ringmischer zu e&en großen Einstellbereich für die Ausgangsfre- bevorzugen, da sie den geringsten Anteil an Stör-/menz, der eine starre Hochfrequenz, stufenlos ver- komponenten im erzeugten Signal haben und daläibare Niederfrequenzen (20 Hz bis 20 kHz) und durch die Nachschaltung von einfachsten Tiefpässen stufenlos verstellbare Infraschallkequenzen (0,02 Hz 20 ermöglichen.

Iris 20Hz) umfaßt Weiterhin wird eine hohe Ein- Am anderen Eingang der Mischstufe 8 liegt neben

leügenauigkeit für die Phasenverschiebung erreicht, einem weiteren Frequenzteiler 11 ein an sich bekannte 0,03° im HF- und NF-Bereich und über 0,03° ter durchstimmbarer Generator 10, wobei die Teijni urfraschaltfrequenz-Bereich beträgt. Mit der Er- lungsfaktoren der Teiler 9 und 11 gleich groß gefindung können infraschallfrequente Signale ohne 25 wählt werden. . . .

Gleichspannungskomponente erzeugt werden, da kein Mit den Frequenzteilern sind hier Digitalteiler

Gleichspannungsverstärker vorgesehen ist. Das er- mit rückgekoppH»cn Kippstufen gemeint, die von der «uete Infraschallfrequenzsignal hat eine relativ große Folgefrequenz eines Eingangssignals den notwendigen Amplitude und einen relativ kleinen (unter 0,5°/o) ganzzahligen Bruchteil ableiten. Die Frequenzteiler·» Klirrfaktor. Schließlich kann die eingestellte Fre- 30 und 11 werden im allgemeinen verschiedene Schalnuenz im ganzen Bereich mit hoher Genauigkeit tungen besitzen, da der Teiler 9 mit konstanter hreionstant eingehalten werden. quenz von 300 kHz arbeitet, während sich die Fre-

Im folgenden wird eine bevorzugte Ausführungs- quenz des Teilers 11 in einem verhältnismäßig weiform der Erfindung an Hand von Zeichnungen aus- ten Bereich zwischen 300 und 280 kHz andern soll. Eicher erläutert. Es zeigt 35 Der Frequenzteiler 9 kann den gleichen Aufbau

Fiel ein Blockschaltbild eines Phasenschieber- wie der Teiler 2 haben, da sein Ausgangssignal einen «nerLrs und sinusförmigen Verlauf haben soll. Em Festfrequenz-

Fie 2 das Schaltbild der Infraschallfrequenz- teiler eignet sich aber nicht zur Verwendung ais Mischstufe Impulsteiler 11, da dieser die stabile Teilung einer

DeV in den Zeichnungen dargestellte Phasenschie- 40 zwischen 300 und 28OkHz stufenlos einstellbaren bereenerator für Wechselspannungen, insbesondere Frequenz zur Aufgabe hat. Am Ausgang des ais im Infraschallfrequenz- und NF-Bereich, enthält zu- Digitalteiler ausgeführten Teilers 11 ergibt sich eine nächst einen HF-Quarzgenerator 1 (F i g. 1) beispiels- Rechteckimpulsfolge mit einem Tastverhältnis. 1 .ζ. JSfSTtSMI?, dem ein Frequenzteiler!, bei- Vorzugsweise können, um die Einstellung und den

soielsweise für ein Teilverhältnis 1 :60, und parallel 45 Abgleich der Geräte zu erleichtern, als trequenzdazu ein Oszillograph S nachgeschaltet sind. Am teiler 9, 11 digitale Einrichtungen gleichen Typs ver-Auseanß des Frequenzteilers 2 liegen parallel ein wendet werden, am Ausgang der Teiler 9 sind aöer geXfr Phasenschiebers und ein nicht geeichter Durchlaßfilter für die _H ^G™ⁿ^X"^zJ_f ^O _e^_r ⁿ _d Phasenschieber 4 Das Ausgangssignal der NF-Mischstufen » wira

Der Frequenzteiler 2 kann von beliebiger Art sein. 50 über Tiefpässe (nicht gezeigt) den KJ⁰^M¹JaJjP" So kann beispielsweise ein Digitalteiler mit rück- führt, die den NF-Ausgang der PhasenschiebereineekoDDelten Kippstufen verwendet werden. Am Aus- richtung bilden.

fang dSFrequenzteilers 2 liegt ein im Teiler 2 inte- Die Infraschallfrequenz-Mischstufen 13 ind den

griefter, in deV Figur nicht gezeigter, nicht geeichter Impulsfrequenz-Teilern 9 11 »P™*^- ^ ^ Phasenschieber, der aus einer beliebigen, an sich be- 55 gangssignal wird über nicht kannten Schaltung bestehen kann. Er soll lediglich den Klemmen 14 zugeführt, eine Verteilung der Phasenverschiebung zwischen %?^&£3^^ΐ^ Δψ±_ι^ ermöglichen, wobei η der Teilungs- _schi_{uß auc}h ein Phasenvergleicher 15. Dieser enthalt

ko-Ulose induktive Phasen- Hinter der Koinzide^chaUunj

ίο

visueller Meldung verwendet, wobei das Lichtsignal von einem Strobotron erzeugt wird.

Der Phasenschieber 3 hat eine Grobskala 16 und eine Feinskala 17, die über ein Getriebe 18 und eine mechanische Kupplung 19 miteinander verbunden sind. Die Kupplung ermöglicht es, die Skalen 16, 17 je nach der gewählten Betriebsart miteinander zu kuppeln oder voneinander zu trennen, worauf nachstehend noch näher eingegangen wird. Die Phasenschieber 3, 4 werden von Elektromotoren 20, 21 über Bremskupplungen 22 angetrieben. Die Umdrehungszahl des Phasenschiebers 3 wird von einem

Zähler 23 erfaßt

Fig.2 zeigt das Schaltbild einer Mischstufe 13, wie sie vorzugsweise bei der Erfindung verwendet werden kann. Das vom Impulsfrequenz-Teiler 9 ankommende 300-Hz-Signal mit sinusförmigem Verlauf wird über einen Transformator 24 an einem der Diagonalzweige des aus gegengeschalteten Dioden 26 und Silizium-Zener-Dioden 25 aufgebauten Ringmischers angelegt. An der anderen Diagonalen des Ringmischers werden über einen Transformator 27 die vom Impulsfrequenz-Teiler 11 erzeugten Rechteckimpulse angelegt. Die Folgefrequenz der Rechteckimpulse wird im Bereich 300 bis 280 kHz variiert, was einer Frequenzverstellung von 0,02 bis 20 Hz am Tiefpaßausgang entspricht.

Der hinter den Misctistufen 13 (F i g. 1) liegende Tiefpaß hat eine Grenzfrequenz von 60 Hz, während die Grenzfrequenz des Tiefpasses nach der Mischstufe 8 60 kHz beträgt

Nachstehend wird die Wirkungsweise einer bevorzugten Ausfühningsform eines Phasenschiebergenerators beschrieben.

Ein Phasenwinkel gleich Null wird in zwei Stufen eingestellt:

I. Hochfrequenzbetrieb (Festfrequenz, beispielsweise 30OkHz)

1. Man stellt den Schalter 6 in die Stellung »α« und die Skalen 17, 16 auf Null. Auf dem Bildschirm des Oszillographen wird durch Betätigung des Phasenschiebers mit dem Einstellbereich ± 360/n, der im Frequenzteiler 2 vorhanden ist und nur der Einfachheit halber in der Zeichnung weggelassen ist eine Lissajous-Figur in Null-Lage eingestellt

2. Man schaltet den Schalter 6 in die Stellung »b« und schließt z. B. an den Ausgangsklemmen 7 den zu prüfenden Phasenmesser an. Mit dem

Phasenschieber 4 stellt man die Phasenverschiebung nach der Anzeige des Phasenmessers grob auf Null.

Alsdann wird mit dem Phasenschieber 3 die Phasengleichheit nach den Lissajous-Figuren ao genau eingestellt

Da die Fehlergrenze der Phasenmesser bei 1 bis 1,5° liegt, wird diese Phasengleichheit vom angeschlossenen Phasenmesser mit eben dieser Genauigkeit angezeigt Der Fehler ist am BiIdschirm des Oszillographen leicht abzulesen. Dazu werden die Lissajous-Figuren durch eine geringe Nachstellung des Phasenschiebers 4 zur Übereinstimmung gebracht
Ein Fehler kann dabei nicht begangen werden, da zwischen gleichartigen Lissajous-Figuren ein Winkel von 3° besteht, was auch bei gröbsten Phasenmessera nicht übersehen werden kann. 3. Zum Schluß stellt man den Umschalter wieder in die Stellung »α«, bei der eine beliebige Phasenverschiebung zwischen O und 360° in Stufen von 0,03° mit Hilfe der Skalen 16, 17 mit dem Phasenschieber 3 eingestellt werden kann.

Man verbindet die Skalen 16, 17 durch Einrücken der Kupplung 19 über ein Getriebe 18, dessen Über-Setzungsfaktor doppelt so groß ist wie der Teilungsfaktor des Frequenzteilers 2 (beispielsweise 120). Die Bremskupplungen 22 bleiben ausgerückt, und damit ist die Verbindung zwischen den Motoren 20, 21 und den Phasenschiebern 3, 4 unterbrochen. Die Ablesegenauigkeit der eingestellten Phasenverschiebung wird durch Anzeige des Phasenwinkelzuwachses an Hand von Lissajous-Figuren mit hohem Frequenzverhältnis Quer 60:1) erhöht, die am Bildschirm des Oszillographen beobachtet werden können. So

Der Phasenwinkelzuwachs A φ für einen Zyklus der Lissajous-Figuren ergibt sich aus der Formel

Darin ist das Teaungsverhältnis des Teilers 2

₌ /h_₌.18MHz.₌₌₆₍₎ ⁿ f_N 30OkHz

und somit das Verhältnis zwischen der Frequenz des Quarzgeneratorsi und der Frequenz an den Phasenschieberausgängen. Die mit dem Phasenschieber gekuppelte Skala 16 hat einen Bereich von 0 bis 360° und Teilstriche, die einem A φ von 1 und 3° entsprechen. Die Skala 17 hat 100 Teilstriche und somit entspricht ein Teilstrich einem A φ von 0,03°.

II. Niederfrequenzbetrieb (20 Hz bis 20 kHz) Das NF-Signal wird an den Klemmen 12 abgenommen, die am Ausgang der Mischstufen liegen. Seine Frequenz kann zwischen 20Hz und 2OkHz stufenlos verstellt werden. Die Mischstufen verarbeiten das vom frequenzverstellbaren Generator erzeugte Signal von 280 bis 30OkHz. Die Einstellung der Phasenverhältnisse erfolgt wie vorstehend. Die Einstellgenauigkeit für Phasenwinkel, ist dieselbe wie beim HF-Betrieb und beträgt 0,03°.

III. Infraschallbetrieb (0,02 bis 20 Hz) Um eine hohe Stabilität der Frequenz im Infraschallfrequenzbereich zu bekommen, wird die Frequenz am Ausgang der Phasenschieber 3, 4 und vom Generator 10 durch Impulsfrequenz-Teiler 9, 11 beispielsweise durch 1000 geteilt Das Infraschallfrequenzsignal ergibt sich nach dem Sieben des Ausgangssignals der Mischstafen 13, denen ein 300-Hz-Signal mit sinusförmigem Verlauf und eine Rechteckschwingung mit einer stufenlos verstellbaren Frequenz von 280 bis 300Hz zugeführt werden. Ein sinusförmiges Signal von 300Hz mit einem Klirrfaktor unter 0,5Vo auszusieben ist keine schwierige Aufgabe, daher ist der betreffende Tiefpaß in der Zeichnung nicht gezeigt

Zur Signalverstärkung im InfraschaHfrequenzbereich setzt man in der Regel Gleichstromverstärker ein. Bei diesen geht aber die Nuilpunktwanderung als

infraschallfrequenter Fehler in das Aus-Signa' ein, was sich besonders im Frequenzbereich zwischen 0,02 und 0,05 Hz bemerkbar macht.

Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Phasenwinkeleinstellers ist die Anwendung einer aus Dioden und Zener-Dioden aufgebauten Mischstufe. Eine solche Mischstufe ermöglicht die Erzeugung von infraschallfrequenten Signalen mit relativ großer Amplitude von V*

In der vorstehenden Formel ist V* die Ausgangsspannung des Transformators 24 (F i g. 2) und V_cm die Konstantspannung der Silizium-Zener-Dioden 25.

Das erzeugte Signal hat dabei keine Gleichspannungskomponente. Dies ist insofern ein Vorteil, als diese im Infraschallfrequenzbereich einen Phasenfehler mit sich bringt. Ein weiterer Vorteil der betrachteten Mischstufe besteht darin, daß der Verlauf deren Ausgangssignals durch den Klirrfaktor des an einem der Diagonalzweige angelegten sinusförmigen Signals bestimmt wird, während die Mischerzweige durch Rechteckimpulse gesperrt und geöffnet werden, die am anderen Diagonalzweig angelegt werden.

Dadurch läßt sich der Klirrfaktor des Ausgangssignals der Mischstufe im Infraschallfrequenzbereich bis auf 0,55 bis 0,6% herabsetzen.

Die erforderliche Phasenverschiebung wird im Infraschallfrequenzbereich folgendermaßen eingestellt:

Man rückt die Bremskupplungen 22 (Fig. 1) ein und die Kupplung 19 aus, indem man die Skala 17 von der Skala 16 trennt. Die Skala 16 wird im Infraschallfrequenzbereich zu einer Feinskala, da die Phasenverschiebung am Ausgang jetzt durch 1000 geteilt wird. Bei Drehung der Phasenschieber 3, 4 um 1° ändert sich die Phasenverschiebung am Ausgang um 0,001°. Einem Phasenwinkel von 360" am Phasenschieber entspricht demgemäß eine Phasenverschiebung von nur 0,36° am Ausgang. Um eine Phasenverschiebung von 360^r am Ausgang der Einrichtung zu bekommen, sind 1000 Umdrehungen der Phasenschieber erforderlich. Diese Verstellung wird durch Elektromotoren 20, 21 und die Bremskupplungen 22

ο erleichtert. Ein vom Motor 20 angetriebener umsteuerbarer Umdrehungszähler 23 dient als Grobanzeige des Phasenschiebers. Damit ergibt sich für die Bestimmung der Phasenverschiebung an den Ausgangsklemmen 14 folgende Beziehung
360° m

Ί 000

wobei m den Zählerstand bezeichnet.

Ein Phasenwinkelunterschied gleich Null wird wie

ao folgt eingestellt: Man stellt den Zähler 23 und die Skala 16 auf Null, schaltet den Motor 21 ein und läßt den Phasenschieber 4 sich so weit verstellen, bis der Phasenvergleicher 15 eine Phasengleichheit meldet (die Meldung kann akustisch, visuell usw. sein).

Im Augenblick der Meldung betätigt man die in dei Kupplung 22 vorhandene Bremse, und der Motor 21 samt Phasenschieber 4 kommt zum Stillstand. Durct die Trägheit der rotierenden Massen wird die Nullpunktlage durchfahren; eine Zurückdrehung des Pha-

senschiebers um 3 bis 4 Umdrehungen unter Beachtung der Anzeige des Phasenvergleichers 15 beheb diesen Fehler. Jetzt kann jeder gewünschte Phasen unterschied zwischen 0 und 360° unter Beachtunj der Anzeige des Zählers 23 mittels des Motors 20 ii Stufen von 0,001° eingestellt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

4096451

Claims (4)

5. Phasenschiebetgenerator nach einem oder Patentansprüche: mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß beim Grob-Phasenschie-

1. Phasenschiebergenerator zur Erzeugung von ber(4) und Fein-Phasenschreber(3) eine grobe Wechselspannungssignalen definiert einstellbarer 5 und beim ersteren zusätzlich dazu eine einruckgegenseiiiger Phasenlage auch bei gleichlaufend bare mechanisch übersetzte Feinanzeige vorgegeänderter Frequenz mit einem Quarzgenerator sehen sind.

und einem Kanal, bestehend aus zwei dem Quarz- 6. Phasenschiebergenerator nach einem oder

generator nachgeschalteten parallelen Zweigen, mehreren der vorangehenden Ansprüche, da-

deren jeder aus einer Serienschaltung eines Pha- io durch gekennzeichnet, daß zum Nullabgleich im senschiebers und einer nachgeschalteten aus infraschallrrequenten Kanal zwischen die Aus-

einem gemeinsamen durchstimmbaren Oszillator ginge der Frequenzumsetzer (13) ein Phasenver-

gespeisten, als Frequenzumsetzerstufe arbeitenden gleicher (15) eingeschaltet ist, der zwei mit je

Mischstufc besteht, dadurchgekennzeich- einer der in der Phase zu vergleichenden Span-

net, daß zum Einsatz des Phassnschiebergene- 15 nungen synchronisierte Nadelimpulsgeneratoren rators zur genauen Eichung von Phasenmessem, aufweist, denen eine gemeinsame Koinzidenz-

die gegebenenfalls dem jeweiligen Kanal nach- schaltung mit Koinzidenzanzeigevorrichtung nachgeschaltet sind, die Frequenzumsetzung in den geschaltet ist

Mischstufen nach tieferen Frequenzen zu erfolgt,
und daß von beiden Phasenschiebern der eine (4) so

als nicht geeichter Grob-Phasenschieber und der

andere (3) als geeichter Fein-Phasenschieber ausgebildet ist und daß zusätzlich zu dem vorhandenen, akustischen Frequenzen zugeordneten Die Erfindung betrifft einen Phasenschiebergene-Kanal (3, 4, 8) ein zweiter und ein dritter Kanal, »5 rator zur Erzeugung von Wechselspannungssignalen einer für Hochfrequenz (HF) (7,7) und einer für definiert einstellbarer gegenseitiger Phasenlage auch Infraschallfrequenzen (9,13,14), erstellt sind, von bei gleichlaufend geänderter Frequenz mit einem denen die beiden Zweige des HF-Kanals zwi- Quarzgenerator und einem Kanal, bestehend aus zwei sehen den genannten Phasenschiebern (3, 4) und dem Quarzgenerator nachgeschalteten parallelen den genannten Frequenzumsetzern (8, 8) als ein 30 Zweigen, deren jeder aus einer Serienschaltung eines Festfrequenzkanal abzweigen, der in seinen Zwei- Phasenschiebers und einer nachgeschalteten aus gen keine weiteren Vorrichtungen enthält und von einem gemeinsamen durchstimmbaren Oszillator gedenen der niederfrequente Kanal mit seinen bei- speisten, als Frequenzumsetzerstufe arbeitenden den Zweigen ebenfalls zwischen den genannten Mischstufe besteht.

Phasenschiebern und den genannten Frequenz- 35 Ein Phasenschiebergenerator der eingangs genannumsetzern abzweigt und jeder seiner zwei Zweige ten Art ist beschrieben bereits in der USA.-Patentin Serie je einen Frequenzteiler (9) und einen schrift 2 920 284. AusderUSA.-Patentschrift2595263 weiteren, als Ringmodulator ausgebildeten Fre- ist weiterhin ein Phasengenerator bekannt, bei dem quenzumsetzer (13) enthält, dessen zweiten Ein- ebenfalls das von einem eine Festfrequenz erzeugengang die ebenfalls durch einen Frequenzteiler (11) 40 den Oszillator erhaltene Signal hinsichtlich seines gleichen Teilverhältnisses wie der Teilet (9) ge- Phasenwinkels durch einen Phasenschieber verstellt teilte Frequenz des durchstimmbaren Oszillators wird. Außerdem ist ein Oszillator zur Erzeugung von (10) zugeführt ist, und daß ferner zwischen dem Ausgangssignalen variabler Frequenz vorgesehen. Das genannten Quarzgenerator (1) und dem Verzwei- von dem geeichten Phasenschieber abgegebene Signal gungspunkt zu den genannten Phasenschiebern 45 wie auch das Signal des variablen Oszillators werden (3, 4) ein weiterer Frequenzteiler (2) liegt und über Misch- und Filtereinrichtungen aufweisende Kadaß zur definierten genauen Phaseneinstellung näle an eine Phasenmeßeinrichtung gegeben,
zwischen Quarzgeneratorausgang und wahlweise Bei der in dem UdSSR-Urheberschein 133 924 be-

den Ausgängen der genannten Phasenschieber (3 schriebenen Eichvorrichtung für einen Phasenschie- oder 4) ein Oszillograph (5) zum Phasenvergleich 5° bergenerator wird das von einem Frequenzgenerator liegt und das Teilungsverhältnis des Teilers (2) so erzeugte Signal an einen Frequenzteiler und von hoch gewählt ist, daß eine Phaseneinsteilung an diesem zu einem Phasenschieber geleitet. Zur Ermittden Phasenschiebern (3, 4) mittels Lissajous- lung der Phasenverschiebung ist ein Oszillograph in Figur mit dem Oszillographen (5) noch definiert einem Parallelkreis zwischen dem Phasenschieber und durchführbar ist. 55 dem Frequenzgenerator vorgesehen. In den UdSSR-

2. Phasenschiebergenerator nach Anspruch 1, Urheberscheinen 200 667 und 203 778 sind schließdadurch gekennzeichnet, daß der dem Quarzgene- lieh weitere Vorrichtungen zur Erzeugung und Mesrator (1) nachgeschaltete Frequenzteiler (2) ein sung von phasenverschobenen Signalen beschrieben, Digitalteiler mit rückgekoppelten Kippstufen ist. bei welchen die von einem Generator erzeugten

3. Phasenschiebergenerator nach Anspruch 1 ^6o Signale sowohl über einen Teiler wie auch direkt zu oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Pha- parallel zueinander befindlichen Kanälen gelangen, senschieber (3, 4) kontaktlose induktive Phasen- die Mischstufen und Filter enthalten.

schieber vorgesehen sind. In einem Fall werden die Mischstufen einem

4. Phasenschiebergenerator nach Anspruch 1, durchstimmbaren Generator zugeordnet, der ein dadurch gekennzeichnet, daß als Impulsfrequenz- ⁶5 Signal von 300 bis 31OkHz erzeugt. Die Phasen-Teiler (9,11) Digitalteiler, gegebenenfalls ausgangs- schieber arbeiten mit einer Festfrequenz vor seitig mit Tiefpaßfilter zum Durchlaß der Grund- 3000 kHz, die von einem Quarzgenerator vorgegeber welle, vorgesehen sind. wird.