DE597978C - Einrichtung zur Erzeugung elektrischer Schwingungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Erzeugung elektrischer Schwingungen, in welcher ein mechanischer Oszillator zum Zwecke der Frequenzstabilisierung Verwendung findet.

Um die Frequenz eines Schwingungserzeugers genau konstant zu halten, ist es bekannt, schwach gedämpfte mechanische oder elektrische Oszillatoren mit scharf ausgeprägter Eigenfrequenz an den Schwingungserzeuger zu koppeln. Neben den bekannten piezoelektrischen Kristallen hat man hierzu auch abgestimmte Resonanzleitungen verwendet. Um diese aber hinreichend empfindlich für geringfügige Phasenabweichungen zu machen, müssen sie eine Ausdehnung von mehreren Wellenlängen und damit, insbesondere bei Rundfunkwellen, praktisch nicht mehr ausführbare Abmessungen erhalten. Zwecks Vermeidung dieser Schwierigkeiten wurde die Verwendung mechanischer Schwingungssysteme vorgeschlagen, welche durch einen Teil der im Schwingungsgenerator erzeugten Leistung in Schwingungen versetzt werden, die ihrerseits zur Stabilisierung der elektrischen Schwingungen dienen. Infolge der im Verhältnis zur Ausbreitungsgeschwindigkeit elektrischer Wellen geringen Schallgeschwindigkeit in flüssigen oder festen Medien ist die einer hohen Frequenz entsprechende Wellenlänge in solchen Stoffen äußerst klein, so daß die Möglichkeit besteht, daß sich längs eines mechanischen Oszillators von verhältnismäßig geringer Ausdehnung eine große Anzahl voller Wellenlängen ausbildet. Beispielsweise treten auf einem Stahlstab von 16,7 cm Länge bei einer Erregerfrequenz von 3 000 000 Hz 100 ganze Wellenlängen auf; eine gleichwertige elektrische Leitung müßte eine Länge von 10 000 m besitzen.

Man hat bisher vorgeschlagen, Stahlstäbe durch Magnetostriktion in Longitudinalschwingungen zu versetzen oder den Metallstab an dem einen Ende durch einen piezoelektrischen Kristall anzustoßen und die Schwingung auf einen zweiten, am anderen Ende angeordneten Kristall zu übertragen, der den Gitterkreis einer Röhre steuert. Man hat ferner Anordnungen getroffen, bei denen ein in seiner Längsrichtung schwingender Stab aus dielektrischem Material sich zwischen den Platten eines Kondensators befindet und dessen Kapazität ändert, oder bei denen die eine Belegung eines Kondensators an einem schwingenden Metallstab befestigt ist. Soweit es sich dabei um Longitudinal-

schwingungen handelt, konnten nur äußerst kleine Amplituden erzielt werden, und die Auswertung von Transversalschwingungen stößt wegen der dabei sich ergebenden ungünstigen räumlichen Anordnungen auf Schwierigkeiten. Es wurde daher weiterhin vorgeschlagen, dielektrische Körper, etwa stabförmige Kristalle, durch elektrische Felder in Torsionsschwingungen zu versetzen, jedoch ίο waren die auf diesem Wege erzielten Schwingungsamplituden äußerst gering.

Die vorliegende Erfindung besteht darin, daß stabförmige Oszillatoren aus geeignetem Material durch an dem einen Stabende tangential angreifende magnetische Kräfte in Torsionsschwingungen versetzt werden und an dem anderen Ende magnetische Feldschwankungen gleicher Frequenz induzieren, welche zur Steuerung des Schwingungserzeuao gers dienen. Mit einer derartigen Anordnung können bedeutend größere Schwingungsamplituden erzielt werden als mit den früher genannten Einrichtungen, da einerseits durch die Magnetfelder viel stärkere Kräfte auf den Stab ausgeübt werden können, als es mit elektrischen Feldern in dielektrischen Körpern möglich ist, und andererseits der Elastizitätsmodul, beispielsweise von geeigneten Stahlsorten, viel größer ist als etwa von Quarzkristallen.

Der Staboszillator kann aus ferromagnetischem oder dia- bzw. paramagnetischem Material mit möglichst geringer Schallausbreitung bestehen; in letzterem Fall müssen an den beiden Enden Anker aus ferromagnetischem Material angebracht werden, an denen die magnetischen Kräfte angreifen können. Die den drehenden magnetischen Kräften entgegenwirkenden Rückstellkräfte können entweder durch Federn oder ebenfalls durch Elektromagnete erzeugt werden. Die Schaltung wird zweckmäßig so getroffen, daß die Erregerwicklungen für die an beiden Enden wirksamen Magnetfelder für die eine Seite im Gitter- und für die andere im Anodenkreis der Schwingröhre liegen.

Zur näheren Erläuterung des Erfindungsgedankens sollen die in den Abb. 1 und 2 schematisch angedeuteten Anordnungen besprochen werden. In beiden Abbildungen bedeutet 8 den stabförmigen Oszillator, dessen Enden 62, 64 in Seitenansicht dargestellt sind und die Anker 66, 68 tragen.

In Abb. ι liegen im Anodenkreis der Röhre 2' die Erregerspulen 82, 84. Zur Abstimmung des Anodenkreises auf die Betriebsfrequenz dient der Kondensator 200. In entsprechender Weise sind die Erregerspulen 74, 76 in den mittels des Kondensators 300 abgestimmten Gitterkreis der Röhre 2' geschaltet. Die Kerne 78, 80 bzw. 86, 88 können aus permanenten Magneten bestehen. Der Stab 8 erhält eine gewisse Torsionsvorspannung durch die Federn 70, welche die Anker 66, 68 gegen die Anschläge 72 zu ziehen trachten.

Die Anordnung arbeitet in der Weise, daß beim Einschalten des Anodenstromes die durch die Erregerwicklungen 82, 84 erzeugten Magnetfelder sich den Feldern der Dauermagnete 86, 88 gleichsinnig überlagern und so den Anker 68 anziehen. Die dadurch ausgeübte Torsion pflanzt sich innerhalb einer durch die Länge des Stabes gegebenen Zeit nach dem anderen Stabende hin fort und induziert durch Verdrehung des Ankers 66 in den Wicklungen 74, 76 eine Spannung, welche bei richtiger Polung das Gitterpotential in Richtung positiver Spannung verschiebt, so daß der Anodenstrom noch weiter zunimmt. Sobald der Anker 68 dadurch, daß der Anodenstrom seinen Sättigungswert erreicht hat, zum Stillstand kommt, wird auch im Gitterkreis keine Spannung mehr induziert, so daß das Gitterpotential sich rückläufig nach negativen Werten hin verschiebt; dies bewirkt eine Abnahme des Anodenstromes und ein Nachlassen des magnetischen Feldes in den Spulen 82, 84, so daß der Anker 68 durch die Federn 70 in die Anfangslage zurückgeholt wird. Die Frequenz, mit welcher sich dieser Vorgang wiederholt, hängt von der Länge des Stabes 8 ab. Je nach der Polung der Gitterkreisspulen 74, 76 kann diese ein geradzahliges oder .- ungeradzahliges Vielfaches von halben Wellenlängen betragen, wobei die beiden Anker 66 und 68 in dem einen Fall gleichphasig und im anderen Fall gegenphasig schwingen. Mit Rücksicht auf die Verwendung von Federn zur Erzeugung der Rückstrahlkraft können mit der in Abb. 1 dargestellten Anordnung nur verhältnismäßig niedrige Frequenzen erzeugt werden. Die Schwingungen werden dem Anodenkreis durch einen Transformator entnommen und einem Frequenzvervielfacher 92 zugeführt. Mit 94 ist die Modulationsstufe angedeutet, der die vom Verstärker 96 gelieferten Modulationsspannungen zugeführt werden. Die Schwingungen werden in der Endstuf e 98 auf die erforderliche Leistung gebracht und schließlich durch die Antenne 100 ausgestrahlt.

Die in der Abb. 2 dargestellte Anordnung unterscheidet sich von der vorhergehenden vor allem dadurch, daß die an den Stabenden angreifenden rücktreibenden Kräfte durch Elektromagnete erzeugt werden und daß eine Gegentaktschaltung angewendet wird.

An die Anode der Röhre 102 sind über die Leitung 108 die Erregerspulen 110 und 114, welche Magnetkerne 112 und 116 besitzen,

angeschlossen. In gleicher Weise ist die Anode der Röhre 104 mit den Erregerwicklungen 120, 124, in welche die Kerne 122, 126 eingeschoben sind, verbunden. Zwischen den beiden Anoden besteht vermöge des sie verbindenden Anodenschwingungskreises ein Phasenunterschied von i8o°. Das Gitter der Röhre 102 ist über die Leitung 126 und die Wicklungen 128, 132 sowie die Leitung 136 an eine geeignete Vorspannungsquelle angeschlossen. Sinngemäß ist auch das Gitter 104' der Röhre 104 mit den Erregerspulen 138, 140 verbunden.
Die erzeugten Schwingungen werden dem gemeinsamen Anodenkreis durch einen Transformator 142 entnommen und einem Frequenzvervielfacher 144 zugeführt; 146 ist die Modulationsstufe. Nach abermaliger Vervielfachung in der Stufe 148 unter einer Leistungssteigerung in der Endstufe 150 werden die Schwingungen von der Antenne 152 ausgestrahlt.

Die Anordnung der Erregerspulen wird so gewählt, daß z. B. eine Zunahme des Anodenstromes der Röhre 102 den Anker 66 in Richtung des Pfeiles an den Kern 112 anzieht. Die dadurch verursachte Torsionsbewegung pflanzt sich längs des Stabes 8 fort und erreicht dessen anderes Ende nach einer Zeit, die von der Länge des Stabes abhängt. Wenn man die Stablänge gleich einer geraden Anzahl von Halbwellenlängen bemißt, so schwingen die beiden Anker 66 und 68 gleichphasig und die Spulen 128, 132 sind so angeschlossen, daß bei einer Drehung des Ankers 66 in der Pfeilrichtung darin Spannungen induziert werden, welche eine Schwächung des Anodenstromes der Röhre 102 bewirken. Eine Umkehr der Bewegungsrichtung erfolgt, sobald der Sättigungsstrom der Röhre 102 erreicht ist. Die Röhre 104 arbeitet sinngemäß im Gegentakt dazu.

Durch Einfügung des Dämpfungsgliedes in Gestalt eines Gummikissens, welches gegen den Stab 8 drückt, kann die Energieübertragung längs des Stabes aperiodisch gemacht werden, d. h. die Schwingungen pflanzen sich nur in der einen Richtung vom Ende 62 nach 64 fort. Derselbe Effekt kann auch durch die Eigendämpfung des Stabes hervorgerufen werden. Falls eine derartige Schwingungsdämpfung nicht vorgenommen wird, treten infolge der Reflexion der Schwingungen am Stabende stehende Wellen auf. Die Einrichtung kann in beiden Fällen in gleicher Weise zur Stabilisierung von Schwingungen benutzt werden.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Erzeugung elektrischer Schwingungen mittels einer Elektronenröhre unter Verwendung eines zu mechanischen Schwingungen angeregten stabförmigen Körpers als Taktgeber, dadurch gekennzeichnet, daß ein Stab durch an dem einen Ende tangential angreifende magnetische Kräfte in Torsionsschwingungen versetzt wird und an dem anderen Ende magnetische Feldschwankungen gleicher Frequenz induziert.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die an dem einen Ende angreifenden magnetischen Kräfte in einer vom Anodenwechselstrom der Röhre durchflossenen Erregerwicklung eines Elektromagneten erzeugt werden, und daß am anderen Ende des Stabes elektrische Spannungen in einer im Gitterkreis dieser Röhre liegenden Erregerwicklung eines anderen Elektromagneten erzeugt werden.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die am Stabende angreifenden rücktreibenden Kräfte durch Federn erzeugt werden.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die am Stabende angreifende rücktreibende Kraft durch Elektromagnete erzeugt wird.

5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregung des Stabes in einer harmonischen Oberschwingung erfolgt und die Länge des Stabes gleich einem ganzzahligen Vielfachen der angeregten Wellenlänge ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zu Torsionsschwingungen angeregte Stab aus einem Material mit geringer Schallaus- ¹^o breitungsgeschwindigkeit besteht.

7. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stab aus nicht ferromagnetischem Material besteht und an den Enden mit einer als Anker für die Elektromagnete dienenden Armatur aus ferromagnetischen Stoffen ausgerüstet ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen