DE3513403A1 - Verfahren zur reduzierung des temperaturverhaltens eines schwingkreises und nach diesem verfahren kompensierter oszillator - Google Patents

Verfahren zur reduzierung des temperaturverhaltens eines schwingkreises und nach diesem verfahren kompensierter oszillator

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DE3513403A1
DE3513403A1 DE19853513403 DE3513403A DE3513403A1 DE 3513403 A1 DE3513403 A1 DE 3513403A1 DE 19853513403 DE19853513403 DE 19853513403 DE 3513403 A DE3513403 A DE 3513403A DE 3513403 A1 DE3513403 A1 DE 3513403A1
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Wolf-Jürgen Prof. Dr. 6701 Fußgönheim Becker
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BECKER WOLF JUERGEN PROF DR
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    • H03LAUTOMATIC CONTROL, STARTING, SYNCHRONISATION, OR STABILISATION OF GENERATORS OF ELECTRONIC OSCILLATIONS OR PULSES
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    • H03L1/02Stabilisation of generator output against variations of physical values, e.g. power supply against variations of temperature only
    • HELECTRICITY
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    • H03BGENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
    • H03B5/00Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input
    • H03B5/08Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance
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    • H03B5/08Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H5/00One-port networks comprising only passive electrical elements as network components
    • H03H5/02One-port networks comprising only passive electrical elements as network components without voltage- or current-dependent elements

Description

  • Bezeichnung: Verfahren zur Reduzierung des
  • Temperaturverhaltens eines Schwingkreises und nach diesem Verfahren kompensierter Oszillator.
  • "Verfahren zur Reduzierung des Temperaturverhaltens eines Schwingkreises und nach diesem Verfahren kompensierter Oszillator" Die Erfinduna betrifft ein Verfahren zur Kompensation des Teri#eraturverhaltens eines Schwingkreises, bestehend aus einer verlustbehafteten Spule und einem Kondensator, einem nach diesem Verfahren kompensierten Oszillator sowie die Anwendung dieses oszillators in Näherungsschaltern.
  • Oszillatoren, die einen Schwingkreis mit einer verlustbehafteten Spule der Induktivitët I, und mit einem Kondensator der Kapazität C als frequenzbestimmende Bauteile enthalten, sind in ihrem Verhalten stark von den Eigenschaften der verwendeten Bauelemente (Spule L und Kondensator C) des Schwingkreises abhängig.
  • Die Güte und das Temperaturverhalten eines Kondensators sind mit modernen Technologien beherrschbar, so daß eine Spule im wesentlichen die Schwingkreiseiaenschaften bestimmt, d. h.
  • die Güte und den Temperaturgamg des Schwingkreises und damit des Oszillators.
  • Die wichtigsten berührungslosen Signalgeber bzw.
  • Initiatoren zur Prozeßsteuerung und Anlagenüberwachung sind induktive Näherungsschalter bzw.
  • Näherungsinitiatoren und Abstandssensoren.
  • Ein induktiver Näherungssensor enthält einen Hochfrequenz-Oszillator mit einem LC-Schwingkreis. Die Induktivität L ist dabei i. a. als Spule mit einem gerichteten elektromagnetischen Hochfrequenzfeld ausgebildet; hierzu verwendet man sehr häufig handelsübliche zylinderförmige Halbschalenkerne aus ferromagnetischem Ferritmaterial.
  • Dadurch entsteht an den offen liegenden Schenkeln dieser rotationssymmetrischen Halbschalenkerne eine Vorzugsrichtung des elektromagnetischen Hochfrequenzfeldes. Wird in dieses gerichtete Hochfrequenzfeld ein leitendes bzw. ferromagnetisches Material eine sogenannte Steuerfahne -gebracht, tritt eine Dämpfung der magnetischen Komponente des gerichteten Hochfrequenzfeldes und damit eine Dämpfung im Schwingkreis auf.
  • Dadurch nimmt die Amplitude der Hochfrequenzschwingungen des Oszillators ab. Bei genügend großer Dämpfung reißt die Schwingung des Oszillators schließlich ab, weil die Schwingbedingung des Oszillators nicht mehr erfüllt ist.
  • Die Amplituden der Oszillator-Hochfrequenzschwingungen kann als Maß für die Dämpfung des gerichteten elektromagnetischen Hochfrequenz feldes verwendet werden, also als Maß für den Abstand einer Steuerfahne.
  • Zur Auswertung der Dämpfung wird die Amplitude des Oszillator-Hochfrequenzsignals i. a. gleichgerichtet. Dieses gleichgerichtete Hochfrequenz-Amplituden-Signal kann entweder direkt in ein analoges Signal zur Anzeige des Abstandes einer Steuerfahne verstärkt oder mit Hilfe einer nachfolaenden Auswertesch2ltung in ein Schaltsianal umgesetzt werden, wobei das Scbaltsignal bei einem definierten Abstand der Steuerfahne seinen Schaltzustand mindert. Besonders induktive Naherungsschalter, die nach der zuletzt beschriehenen Funktion arbeiten, dienen in zahlreichen Ausführuncrsformen und in großer Anzahl zur Anlagensteuenlnq und Bnlagenfiberwachung.
  • Als Schaltung zur Erzeugung der Hochfrequenz-Schwingungen wird sehr häufig eine eißner-Oszillator-Schaltung verwendet, meist mit einer zusätzlichen Diode im Basis-Einganqskreis des Transistors zur Temperaturkompensation der Basis-Emitter-Strecke dieses Transistors.
  • Bei einem induktiven Näherungsschalter hängt der erzielbare und nutzbare Schaltabstand, d. h. die Entferung der Dämpfungsfahne von der "aktiven" Fläche (mit dem gerichteten Hochfrequenzfeld) der Spule bei einem Wechsel des Schaltzustandes, im wesentlichen von der Größe und den Eigenschaften dieser Hochfrequenz-Spule ab. Wie schon erläutert, wird eine Spule durch Annähern eines leitenden bzw.
  • ferromagnetischen Materials bzw. einer Steuerfahne gedämpft.
  • Diese Dämpfung bewirkt eine Änderung der Güte Q der Spule. Bei Annähern einer Steuerfahne wird die Güte von einem maximalen Wert in Form einer S-Kurve auf einen minimalen Wert reduziert. Den Schaltpunkt legt man zweckmäßigerweise in den steilsten Teil der S-Kurve, i. a. ist das der Wendepunkt. Will man den Schaltabstand vergrößern, so muß man den Schaltpunkt in den flachen Teil der S-Kurve der Güte Q legen; der Schaltpunkt ist nur noch mit einer größeren Unsicherheit auswertbar, da bei einer flacheren Gütekurve eine bestimmte auswertbare Güteänderuno eine größere Änderung im Abstand der Steuerfahne bedeutet.
  • Die Güte Q einer Spule ist gegeben durch das Verhältnis aus dem Blindwiderstand XL = U L der Spule mit der Induktivität L und dem Wechselstrom-Verlustwiderstand RL bei der Frequenz on Der Hauptanteil des Verlustwiderstandes Rij sind die Gleichstrom-Verluste der Kupferwicklung. Bei höheren Frequenzen (größer als etwa 50 kHz) werden noch zusätzlich dielektrische Verluste durch die Eigenkapazität der Spule und Wirbelstromverluste in der Kupferwicklung der Spule wirksam. Da für das gerichtete magnetische Hochfrequenzfeld i. a. Ferrit-Spulenkerne verwendet werden, entstehen noch zusätzlich Kernverluste, z. B. Hysterese-Verluste und Wirbelstromverluste im Kern.
  • Der Einfluß der Umgebungstemperatur auf die Güte einer Spule zeigt, daß die Güte mit steigender Temperatur abnimmt, da sowohl die Induktivität L als auch der Verlustwiderstand Rt temperaturabhängig sind.
  • Im wesentlichen wird die Temperaturabhängigkeit der Spulengüte vom Temperaturkoeffizienten 4 des Gleichstromwiderstandes der Kurferwicklung der Spule bestimmt, wobei y etwa 4 ~ 10 3/N beträgt.
  • Der Temperatureinfluß auf die Spulenaiite schränkt den nutzbaren Schaltabstand bei induktiven läherungsschaltern wesentlich ein, da die Güteänderung infolge des Temperatureinflusses in einem vorgegebenen Temperaturarheitvsbereich größer werden kann, als die durch eine Steuerfahne bewirkte Änderung.
  • Bei vielen Anwendungen und in vielen Ausführungsformen wird der Schaltabstand so niedrig gewählt, daß keine besonderen Maßnahmen zu einer Temperaturkompensation notwendig sind.
  • Bei kritischen Einsatzfällen verwendet man temperaturabhängige Widerstände, z. B. Heißleiter oder Kaltleiter, um den Temperaturgang des Schaltabstandes zu kompensieren. Dieser zusätzliche Aufwand führt jedoch nur in einem beschränkten Temperaturbereich zu befriedigenden Ergebnissen. Eine wesentliche Vergrößerung des nutzbaren Schaltabstandes kann damit nicht erreicht werden, da hierzu die Güte der Spule erhöht werden müßte.
  • Die Güte und damit auch der Temperaturgang einer Spule ist eine komplex zusammengesetzte Größe, die bei verschiedenen Bauarten und sogar von Exemplar zu Exemplar starken Schwankungen unterworfen ist.
  • Deshalb muß eine Kompensation bzw. Reduzierung des Temperaturganges mindestens für jede Bauart einer Spule getrennt vorgenommen werden.
  • Weil Exemplarstreuungen während einer Serienfertigung nie ganz zu vermeiden sind, müßte bei hohen Anforderungen jedes Spulenexemplar individuell ausgemessen und kompensiert werden. Diese Methode ist bei einer Großserienfertigung wegen des hohen Aufwandes und der damit verbundenen Kosten nicht zu rechtfertigen.
  • Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, die die Temperaturabhängigkeit der Spulengüte und damit der Schwingkreisgüte in einem Hochfrequenzoszillator wesentlich reduziert, so daß in einem Anwendungsbeispiel der Schaltabstand eines Näherungsschalters sehr stabil über einen weiten Temperaturbereich eingehalten wird.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gkennzeichnet, daß der Temperaturkoeffizient des Verlustwiderstandes einer zweiten Spule zur Fompensation des Temperaturkoeffizienzen des Gütefaktors einer ersten Spule in einem L-C-Schwingkreis ausgenutzt wird. Es wird ein durch den Verlustwiderstand der zweiten Spule fließender Wechselstrom so nachgeführt, daß die Güte des Schwingkreises (L1, C1) mit der ersten Spule bei Temperaturänderungen konstant bleibt. Dadurch ergibt sich eine nahezu ideale Temperaturkompensation, welche auch dann wirksam ist, wenn Temperatureinflüsse einer angeschlossener. Oszillator-Schaltung vorhanden sind, im Gegensatz zu den Verhältnissen, die sich dann ergeben, wenn Bauelemente zur Temperaturkompensation - wie Heißleiter oder Kaltleiter - außerhalb der Spule angeschlossen werden.
  • In einer weiteren Aus@estaltung dieser Frfindtunv wird ein Oszillator, aufgebaut mit einem Schwingkreis (1,1, C1)' mit einer temperaturkompensierten Spule L1 nach diesem Verfahren anae#eben, indem die Rückkopplungsenergie iiDer diese zweite Spule geführt wird.
  • Die erfindungscemaßen Vorrichtungen sollen anhand von Zeichnungen nnher erlbutert werden: Figur 1 zeigt einen temperaturkompensierten L-C-Schwingkreis, gebildet aus einer ersten Spule mit der Induktivität L1 und einem Kondensator mit der Kapazität C1, wobei die erste Spule L1 in der Gegenreihenschaltung mit einer zweiten Spule mit der Induktivität L2 gekoppelt ist.
  • Figur 1a zeigt das Schaltbild, Figur 1b das Ersatzschaltbild mit der Gegenreihenschaltung und Figur 1c das Ersatzschaltbild der Gegenreihenschaltung, wenn die Induktivität L1 gleich der Induktivität L2 ist.
  • Figur 2 zeigt einen Oszillator, gebildet aus einem Verstärker mit der Verstärkung A, aus einem temperaturkompensierten Schwingkreis (L1,C1) und aus einer Rückkopplung über einen Kondensator C2 und einer in Gegenreihenschaltung mit der ersten Spule L1 gekoppelten zweiten Spule L2.
  • Figur 3 zeigt einen Oszillator, bei dem der temperaturkompensierte Schwingkreis (L1, C1) und die Rückkopplung L2, C2 und R eine Brückenschaltung bilden.
  • Figur 4 zeigt einen Oszillator nach Figur 3 mit einem Transistor-Verstärker.
  • Im einfachsten Fall eines Schwingkreizses (L1, C1) benötigt man eine Spule (Induktivität L1) mit einer einzige Draht-Wicklung. Um nun eine zusätzliche Information über die Güte der Spule bzw. eine Einwirkungsmöglichkeit auf die Güte der Spule zu erhalten, bringt man zweckmäßigerweise eine zweite Wicklung (Induktivität L2) auf dem Spulenkörper an.
  • Will man ein Ersatzschaltbild erhalten, das möglichst einen Zweig enthält, in dem nur der Verlustwiderstand R1 der Spule L1 wirksam ist, so muß man die Gegenreihenschaltung mit zwei Wicklungen wählen. Bei der Gegenreihenschaltung nach Figur 1a erfolgt die elektrische Anordnung der beiden Wicklungen in Reihe, während die induktive Kopplung entgegengesetzt ist, d. h. der Wickelsinn der beiden Spulenwicklungen ist gegensinnig, so daß die Gegeninduktivität die wirksame Induktivität L1 bzw. L2 in den beiden Spulenzweigen reduziert. Das Ersatzschaltbild der Gegenreihenschaltung zeigt Figur 1b.
  • Sind die beiden Induktivit#ten L1 und L2 der beiden Spulenwicklungen gleich groß, so ist auch die Gegeninduktivität M gleich groß.
  • = = 1= L2 Dadurch verschwindet nach Figur 1c die jeweils wirksame Induktivität L1 PI bzw. L2 - M in den beiden Zweigen (1) und (2), so daß in diesen Zweigen nur noch die Verlustwiderstände R1 und R2 wirksam sind.
  • Im gemeinsamen Ableitungszweig (3) ist nur die Gegeninduktivität M = L1 = L2 wirksam.
  • Dieses Ersatzschaltbild nach Figur 1c beschreibt die Gegenreihenschaltung von zwei Spu lenwicklungen L1 und L2 mit gleicher Induktivität auf einem Spulenkern mit hinreichender Genauigkeit, da auch die Resonanzfrequenz des Schwingkreises (L1, C1) richtig wiedergegeben wird.
  • In der praktischen Ausführung erhält man ein solches Spulensystem mit zwei in Gegenreihenschaltung gekoppelten Spulen L1 und L2, wenn man die beiden Wicklungen bifilar auf einem gemeinsamen Spulenkern aufbringt und beide Wicklungen auf der einen Seite elektrisch verbindet. Dieser Verbindungspunkt ist dann der Knotenpunkt(3)nach Figur 1.
  • Unter Vernachla#ssigung des Temteratureinflusses des Kondensators C1 wird die Güte des Schwinakreises (L1, C1) hauptsächlich vom Verlustwiderstand R1 der Spule L1 bestimmt. Entsprechend der Definition der Güte eines Schwinqkreises als Verhältnis aus im Schwingkreis pro Periode umgesetzter Blindenergie zu umgesetzter Verlustenergie ergibt sich aus dem Ersatzschaltbild nach Figur lc für die Güte.
  • Macht man die Gegeninduktivität rt gleich der Induktivität L1 der ersten Spule, und unter Berücksichtigung der Knotenaleichunq i3 = i + i2 nach Figur 1c, erhält man für die Güte des Schwingkreises (L1, C1) Mit dem von außen in den Schwingkreis (L1, C1) eingespeisten Wechselstrom i2 hat man nun die Möglichkeit, die Güte Q des Schwing-kreises infolge des Temperaturganges des Verlustwiderstandes R1 und eventuell auch infolge des Temperaturganges der Induktivität L1 konstant zu halten.
  • Hierzu muß der in den Schwingkreis eingespeiste Wechselstrom i2 eine geeignete Größe, Richtung, Phasenlage und Frequenz haben und entsprechend dem Temperaturgang des Schwingkreises nachgeführt werden. Der Strom i2 wird entsprechend dem Ersatzschaltbild nach Figur lc über den Verlustwiderstand R2 der zweiten Spule L2, (d. h. über die zweite Spule L2) in den Schwingkreis eingespeist.
  • Da i. a. die Spulen L1 und L2 aus dem gleichen Material, d. h. aus Kupfer-Draht oder Kupfer-Litze, hergestellt sind, haben auch die Temneraturange beider Verlustwiderstande R1 und R2 nahezu der gleichen Verlauf. Daraus folgt, daß mit dem Verlustwiderstand R2 der zweiten Spule ein ideales Fühlelement zur Nachfü'hrung und Steuerung des eingespeisten Stromes i2 zur verfügung steht.
  • Die Größe und Richtung des eingespeisten Stromes i2 muß so eingestellt werden, daß der Temn#eraturgang der Güte des Schwingkreises zu Null wird, d. h.
  • daß die Güte mit sich ändernder Temperatur konstant bleibt. Damit die Phasenlage zwischen i1 und i2 zu allen Zeitpunkten konstant bleibt, muß die Frequenz von i1 gleich der Frequenz von i2 sein.
  • Die Bestimmung des Stromes i2 nach Vorzeichen und Größe kann auf zwei Arten erfolgen.
  • - Der Strom wird experimentell bestimmt.
  • - Der Strom wird aus der mathematischen Anweisung für die Temperaturunabhängigkeit des Temperaturganges der Güte berechnet, d. h. die Güte Q soll möglichst konstant bleiben.
  • Aus beiden Verfahren ergibt sich die Anweisung, daß die Größenordnung des über den Verlustwiderstand R2 (bzw. der Spule L2) eingespeisten Wechselstromes i2 etwa gleich der Größenordnung des über den Verlustwiderstand R1 (bzw. der Spule I1) fließenden Wechselstromes i sein muß.
  • Diese Erkenntnis wird sofort einsichtig, wenn man das Ersatzschaltbild nach Figur lc betrachtet. Das Potential des virtuellen Knotens(4)sollte konstant bleiben gegenüber dem Potential an Punkt(1)und Punkt(31 um die Güte im Schwingkreis (T,1, C1) konstant zu halten.
  • Eine Änderung des Verlustwiderstandes R1 im Schwingkreis (L1, C1) bewirkt eine Änderung eines Spannungsabfalls an diesem Verlustwiderstand w1. Diese Änderung des Spannungsabfalls am Verlustwiderstand muß durch eine gleichgroße Änderung des#Spannungsabfalls am Verlustwiderstand R2 ausgeglichen werden, so daß das Potential am virtuellen Rnotenpunkt(4) konstant bleibt.
  • #u1 = aU2 #R1 ~ i1 =a n2 i2 Unter der Annahme, daß beide Spulen L1 und L2 aus gleichem Material bestehen und sich auf dem selben Kern befinden, kann angenommen werden, daß das effektive Temperaturverhalten der beiden Spulen und damit der beiden Verlustwiderstände gleich ist, d. h.
  • #R1 = R1 . α.## und #R2 = R2 .α.## mit dem Temperaturkoeffizienten α und der Temperaturdifferenz a # . Man erkennt also, daß sich die beiden Wechselströme ; und i2 umgekehrt verhalten wie die beiden Verlustwiderstände R1 und R2.
  • Da i. a. die Verlustwiderstände R1 und R2 in derselben GröMenordnuna linsen, haben auch die beiden Wechselströme i und i2 dieselbe Größenordnung.
  • Aus dieser Dimensionierungsanweisung ergibt sich ein weiterer Vorteil dieser Anordnen. Gegenüber einem einfachen Schwingkreis aus einer Spule L mit dem Verlustwiderstand R1 und einem Kondensator C1 vergrößert sich mit der obigen Größenordnung der Wechselströme il und i2 die Güte des oben beschriebenen Verfahrens maximal um den Faktor 4 bei i1=i2.
  • Dieser zusätzliche Giitegewinn gegenüber einem nichtkompensierten Schwingkreis bewirkt eine wesentliche Verbesserung der Eigenschaften des Schwingkreises.
  • Bei einer Anwenduna in einem induktiven Näherungsschalter bedeutet das eine Erhöhung des Schaltahstandes in ähnlicher Größenordnung.
  • Die Resonanzfrequenz eines in der oben beschriebenen Weise betriebenen Schwingkreises (L1, C1) mit einer Kompensationsspule tL2, 92) ist mit der Gegeninduktivität Ein weiterer wesentlicher Vorteil dieses Kompensationsverfahrens liegt darin, daß der Komnensationszweig (2) nach Figur 1 gleichzeitig als Rückkopplungszweig in einer Oszillatorschaltung verwendet werden kann, indem der Schwingkreis aus der Induktivität tal und der Kapazität C1 zur Resonanzschwingung der Eigenfrequenz des Schwingkreises angeregt wird.
  • In Ausgestaltung des oben beschriebenen Verfahrens zur Kompensation des Temperaturganges eines Schwingkreises wird ein nach diesem Verfahren kompensierter Oszillator in Figur 2 dargestellt. Ein konventionell aufgebauter elektronischer Wechselspannungsverstärker verstärkt die am Schwingkreis-Kondensator C1 abfallende Wechselspannung ue auf die Ausgangswechselspannung ua mit dem Verstärkungsfaktor A.
  • Um eine selbstschwingende Oszillatorschaltung zu erhalten, muß ein Teil der Hochfrequenzenergie vom Ausgang des Verstärkers auf den Eingang zurückgekoppelt werden. Die Rückkopplung erfolgt in diesem Ausführungsbeispiel induktiv mit der zweiten Spule L2 auf die erste Spule L1.
  • Verwendet man einen Verstärker, bei dem die Eingangswechselspannung u e in Phase mit der Ausgangswechselspannung ua des Verstärkers ist, muß zusätzlich der Wechselstrom i2 durch die Spule L2 mit einem Kondensator C2 in der Phase um 900 gedreht werden.
  • Die Größe des Kondensators C2 ist abhängig von der Verstärkung A, vom Kondensator C1 im Schwingkreis (L1, C1) und von den beiden Verlustwiderständen R1 und R2.
  • Die Eingangswechselspannuna u des Wechsel spannungse verstärkers kann am Kondensator C1 des Schwingkreises abgenommen werden In einer weiteren Rusvestaltuna der Erfindung nach Figur 3 wird vom Ausgang des verstärkers A auf seinen Eingang ein zusätzlicher P.ückkopplungszweig mit einem hochohmigen, ohmschen Widerstand D ausgeführt, so daß eine solche Brückenschaltung entsteht, daß die Ströme i1 und i2 in der in Figur 3 dargestellten Weise gegeneinander fließen. Durch diese Anordnung wird in der oben dargestellten Weise der Temperaturt gang des Verluswidertandes R1 der Spulenwicklung L1 durch den Temperaturgang des Verlustwiderstandes der Spulenwicklung L2 kompensiert. Für diese (nicht abgestimmte) Brückenschaltung bestimmt sich dieser Rückkopplungswiderstand R zu etwa Wobei hier die Erkenntnis zugrunde liegt, daß das Verhältnis der Wechselstromimpedanzen der vier Brückenzweige das Verhältnis der beiden Wechselströme i1 und i2 bestimmt.
  • Dabei wurde der Verlustwiderstand R2 der Spule L2 gegenüber dem hochohmigen Scheinwiderstand 1/#C2 vernachlässigt. In der Berechnungsformel für den hochohmigen Rückkopplungswiderstand R wurde angenommen, daß das Verhältnis der Ströme i1/i2 in der Größenordnung von eins liegt, d. h. daß die Ströme etwa gleich groß sind.
  • Es zeigt sich nun, daß man durch geringfügige Änderung des Verhältnisses iz mit der obigen Dimensionierungsvorschrift für die Bauelemente C1, C2 und R ein ideales Mittel zur Verfügung hat, um auch solche Temperaturgänge der Güte der Spule L1 bzw. des Schwingkreises (L1, C1) auszugleichen, die nicht nur vom Wechselstromverlustwiderstand R1 der Spule L1, sondern auch von zusätzlichen Verlustwiderständen der Spuleninduktivität L1 des Kernmaterials usw. bewirkt werden.
  • Unter der sofort einsichtigen Annahme, daß der Rückkopplungszweig, d. h. der Rückkopplungswiderstand R und der Scheinwiderstand des Kondensators C2 für die Resonanzfrequenz w , hochohmig gegenüber dem Scheinwiderstand des Schwingkreises (L1, C1) und den Verlustwiderständen R1 und R2 sein muß, vereinfacht sich die Bestimmung des Kondensators C2 zu der folgenden Berechnungsvorschrift.
  • bzw. für große Werte der Verstärkung A zu Weiterhin zeigt es sich, daß das Verhältnis der beiden Verlustwiderstände R1 und R2 der Verstärkung A des Verstärkers angepaßt werden muß, wenn die beiden Verlustwiderstände R1 und R2 nicht in aeeigneter Weise verschieden groß sind, läßt sich dies durch Reihenschaltung eines zusätzlichen niederohmigen Widerstandes R'2 erreichen, so daß jetzt im Rückkopplungszweig mit dem Kondensator C2 insgesamt ein Verlustwiderstand von R2 + R'2 wirksam ist.
  • In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung zeigt Figur 4 ein Schaltungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Oszillators mit einem Verstärker mit zwei Transistoren, wobei dieser Oszillator besonders gut für Näherungsinitiatoren und Näherungssensoren geeignet ist. In einem Ausführungsbeispiel wurde eine Resonanzfrequenz von etwa 1 MHz gewählt, wobei die Spuleninduktivität L1 = L2 etwa 23 zeaund die Kapazität des Schwingkreiskondensators etwa 1 nF betrug.
  • Die Verstärkung A des Transistorverstärkers wurde zu etwa 3,5 gewählt. Hieraus ergab sich ein Rückkopplungskondensator C2 von etwa 160 pF und ein Rückkopplungswiderstand R von etwa 250 k0hm. Ein konventioheller induktiver Näherungsschalter, der einen hier verwendeten Halbschalenkern von 12 mm enthält, hat i. a. einen Schaltabstand von 4 mm und einen Temperaturgang des Schaltabstandes von etwa 2 %/mm. In dem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel konnte ein Temperaturgang des Schaltabstandes von etwa 0,5 %/mm bei einem Schaltabstand von 6 mm erreicht werden.

Claims (9)

  1. Patentansprüche 1. Verfahren zur Reduzierung des Temperaturverhaltens eines Schwingkreises, bestehend aus einer verlustbehafteten ersten Spule und einem Kondensator, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wechselstrom durch eine verlustbehaftete zweite Spule, die mit der ersten Spule in der Gegenreihenschaltung gekoppelt ist und die dieselbe Größe der Induktivität wie die erste Spule besitzt, so von dem Wechselstrom-Verlustwiderstand der zweiten Spule gesteuert wird, daß die Änderung des Verlustwiderstandes der ersten Spule kompensiert wird, so daß der Temperaturgang der Schwingkreisaiite des Schwingkreises reduziert wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wechselstrom durch die erste Spule und der Wechselstrom durch die zweite Spule etwa gleich groß sind, daß beide Wechselströme in Phase zueinander sind und daß beide Wechselströme dieselbe Frequenz haben, so daß der Strom durch den Schwingkreiskondensator die Summe der beiden einzelnen Ströme ist und somit etwa doppelt so groß wie jeder einzelne Strom ist, so daß die Güte des Schwingkreises vergrößert wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der beiden Wechsel ströme durch die beiden verlustbehafteten Spulen so eingestellt wird, daß der Schwingkreis einen möglichst geringen Temperaturgang besitzt.
  4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß nach Figur 2 ein Oszillator aus einem die Resonanzfrequenz bestimmenden Schwingkreis mit der ersten Spule L1 und dem Kondensator C1 und einem an sich bekannten elektronischen Verstärker mit der Verstärkung A in der Weise aufgebaut wird, daß die Rückkopplung der Hochfrequenzenergie vom Ausgang des Verstärkers auf den Schwingkreis (L1, C1) über eine zweite Spule L2, die in Gegenreihenschaltung mit der ersten Spule L1 gekoppelt ist, indem beide Spulen hifilar gewickelt sind, und über einen vor die zweite Spule L2 in Reihe geschalteten Kondensator C2 erfolgt.
  5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein solcher Wechselspannungs-Verstärker mit der Verstärkung A verwendet wird, der keine Phasenverschiebung zwischen der Eingangsspannung und der Ausgangsspannung hat, so daß der Rückkopplungskondensator C2 aus dem Wechselstrom-Verlustwiderstand R2 der Spule L2 und aus dem Kondensator C1 des Schwingkreises (L1, C1) nach der Formel berechnet werden kann.
  6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß nach Figur 3 ein Teil der Rückkopplung über einen ohmschen Widerstand R direkt vom Ausgang des Verstärkers auf den Eingang des Verstärkers erfolgt, so daß eine Brückenschaltung einerseits aus dem Schwingkreis mit dem ersten Brückenzweig, bestehend aus der ersten Spule L1 und dem Verlustwiderstand R1, und mit dem zweiten Brückenzweig, bestehend aus dem Kondensator C und andererseits aus der Rückkopplung mit dem dritten Brückenzweig, bestehend aus der zweiten Spule L2} dem Verlustwiderstand R2 und dem Kondensator C und mit dem vierten Brückenzweig, bestehend aus dem Widerstand R, entsteht, so daß zwischen den Bauelementen und der Resonanzfrequenz w der Zusammenhang W2 ~ R1C1 ~ R C2 = 1 besteht.
  7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein solcher Wechselspannungsverstärker mit der Verstärkung A verwendet wird, der keine Phasenverschiebung zwischen der Eingangsspannung und der Ausgangsspannung hat, so daß der Rückkopplungskondensator C2 aus dem Kondensator C1 des Schwingkreises (L1, C1) nach der Formel und für hohe Werte der Verstärkung A berechnet werden kann.
  8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der beiden Wechselströme durch die beiden verlustbehafteten Spulen L1 und L2 mit dem Rückkopplungswiderstand R zwischen dem Eingang und Ausgang des Verstärkers so eingestellt wird, daß der Oszillator einen möglichst geringen Temseraturgang besitzt.
  9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 4 bis 8, dadurch aekennzeichnet, daß der Oszillator in einem induktiven MXherungsinitiator eingesetzt wird.
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