DE640887C - Anordnung zur Herstellung elektrischer Schwingungen mit moeglichst rechteckiger Kurvenform - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Erzeugung periodischer Stromkurven, die eine rechteckige Form von möglichst großer Genauigkeit besitzen sollen.
S Derartige Stromkurven bzw. Schwingungen sind z. B. für Trägerstromzwecke von Bedeutung, wo es sich insbesondere für den Mehrfachverkehr darum handelt,Trägerströme zu erzeugen, die ungeradzahlige Harmonische einer Grundwelle darstellen und deren Amplituden sich nach irgendeinem Gesetz mit der Frequenz ändern können. Wenn eine derartige Reihe von Trägerströmen, ausgehend z. B. von einer verhältnismäßig hohen Oberharmonischen, wie z. B. der 41., durch Heraussieben einer Rechteckwelle erhalten werden soll, muß die Rechteckwelle eine äußerst vollkommene sein. Abrundungen in den Ecken, wo die horizontalen Teile der Wellen-

ao linie sich an die vertikalen anschließen, müssen daher weitgehend vermieden werden, und die Zwischenräume zwischen aufeinanderfolgenden vertikalen Teilen müssen untereinander mit großer Genauigkeit gleich sein. Der Gegenstand der Erfindung besteht darin, eine verbesserte Anordnung zu treffen, uin Rechteckwellen zu erzeugen, welche den genannten Anforderungen genügen.

Gemäß der Erfindung wird daher zum Zwecke der Herstellung elektrischer Schwingungen mit möglichst rechteckiger Kurvenform unter Verwendung einer Kaskadenschaltung mehrerer, insbesondere über eine Kondensatorwiderstandskombination gekoppelter Röhren dadurch geschaffen, daß dem Gitter- der ersten Röhre eine solche Vorspannung erteilt und eine sinusförmige oder beliebige Wechselspannung von solcher Größe zugeführt wird, daß während einer Halbperiode der Anodenstrom der ersten Röhre Null wird, daß ferner die dem Gitter der zweiten Röhre zugeführte Spannung gegen die Gitterspannung der ersten Röhre um 180 ° phasenverschoben ist und daß auch bei der zweiten Röhre die Gittervorspannung und der Einsatzpunkt des Gitterstromes so gewählt sind, daß durch die zweite Rohre eine wesentliche Verschärfung der Rechteckform erzielt wird.

Es sind zwar schon Anordnungen bekannt-

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Dennis Clark Espley in Wembley, Middlesex, England.

geworden, die eine Verzerrung der Kurvenform zum Ziele haben; jedoch dient die Kaskadenschaltung der Röhren bei den bekannten Anordnungen lediglich dazu, eine durch ä das erste Rohr geschaffene Verzerrung in den folgenden Stufen weiter zu steigern. Bei der' vorliegenden Erfindung jedoch übernehmen die einzelnen Röhren der Kaskadenschaltung getrennte Funktionen.

ίο Der Grundgedanke der Erfindung soll im folgenden kurz erklärt werden. Die dem Gitter des ersten Rohres aufgedrückte Wechselspannung wird so bemessen und die Gittergleichspannung so gewählt, daß der entstehende Anodenstrom des Rohres in einem großen Teil einen annähernd senkrechten Verlauf zeigt, woran sich ein Gebiet des Anodenstromes Null anschließt. In dem restlichen Gebiet zwischen dem Anstieg und ao Abfall des Anodenstromes wird zwar auch eine Verzerrung wirksam sein, die denen der bekannten Anordnungen entspricht; jedoch ist diese nicht als ausreichend zu bezeichnen, um eine wirklich rechteckige Kurve zu erzielen. Nach der Erfindung wird die so an dem Widerstand, des Anodenkreises des ersten Rohres erhaltene Spannung einem weiteren Rohr in der Weise zugeführt und dessen Vorspannung so bemessen, daß eine Umkehr der Ströme erzielt- wird. Der durch das erste Rohr erzielte rechteckige Teil des Stromes wird nunmehr nur noch ganz wenig beeinflußt, da er jetzt an dem oberen Knie der Charakteristik liegt. Hierdurch wird noch eine Verbesserung erzielt. Wesentlich ist vor allem, daß der bisher noch abgerundete Teil nunmehr in demselben Sinne umgeformt wird wie vorher der jetzt bereits eckige Teil in der vorhergehenden Stufe. Auf diese Weise wird tatsächlich eine Kurvenform erzielt, die auf beiden Seiten annähernd rechteckig ist und sowohl bei dem -maximalen Strom als . bei dem minimalen Strom horizontal verläuft. Weitere Einzelheiten der Erfindung werden +5 an Hand der nachfolgenden Beispiele sowie von Figuren erläutert.

Fig. ι zeigt eine einfache Schaltung. Fig. 2 erläutert graphisch die Verhältnisse der Umwandlung einer Sinusschwingung in Rechteckschwingungen entsprechend Fig. 1.

Fig. 3 gibt eine erweiterte Schaltung für die Praxis wieder.

In Fig. ι bedeutet 1 eine Entladungsröhre, welche die Kathode 2, das Gitter 3 und die Anode 4 besitzt. Der Gitterkreis ist an die Sekundärwicklung 8 des Eingangstransformators 5 über einen hochohmigen Widerstand 6 angeschlossen. 7 stellt eine Gittervorspannungsquelle dar, mit welcher der Gitterkreis über ein Potentiometer verbünden ist. Die Anodenspännungsquelle 10 ist über den Widerstand 9 an die Anode 4 angeschlossen. 11 stellt die Entladungsröhre der zweiten Stufe dar, welche ebenfalls eine Kathode 12, ein Gitter 13 und eine Anode 14 besitzt. Die Kathoden 2 und 12 liegen an derselben Leitung. Das Gitter 13 ist mit der Anode ,. über einen hochohmigen Widerstand 15 und einem Kondensator 16 verbunden. Eine Gittervorspannungsquelle 17 ist über den Gitterableitungswiderstand 18 zwischen 16 und 15 angeschlossen. Der Anodenstromkreis von 11 enthält ebenfalls wie der von 1 eine Spannungsquelle 19 und einen Widerstand 20. Die beiden Entladungsröhren sind also in bekannter Weise widerstandsgekoppelt.

Eine Gittervorspannung der Röhre 1 ist so eingestellt, daß, sofern keine Schwingungen im Gitterkreis wirken, der Anodenstrom gerade Null ist. Di^se Einstellung ist von großer Bedeutung, da die Gleichheit der Zwischenräume zwischen aufeinanderfolgenden vertikalen Teilen der zu erzeugenden Rechteckschwingungen davon abhängt. Der genaue Wert der Vorspannung ist durch Versuch 8g festzustellen. In Hinsicht auf Fig. 2 entsprechen gleiche Abstände der vertikalen Teile gleichen Längen A-B, B-C usw.

Die Primärwicklung 21 des Eingangstransformators 5 werde mit Sinusschwingungen gespeist, die die Frequenz der gewünschten Grundwelle der Rechteckschwingungen besitzen. Ihre Amplitude sei so groß, daß der Abschnitt von. dem Punkte, an welchem der Anodenstrom zu fließen beginnt, bis zu dem Punkte, an welchem der positive Gitterstrom im Widerstand 6 zu fließen beginnt, einen äußerst kleinen Bruchteil der Periode der Schwingungen darstellt. Dieser Anstieg des Gitterpotentials hat natürlich ein Anzeigen des Anodenstromes und einen Spannungsabfall an dem Widerstand 9 zur Folge. Demgemäß steigt die Spannung an 9 sehr rasch (b, Fig. 2), sobald die Spannung an 8 (α, Fig. 2) an dem Punkte A durch Null geht. (Die Maßstäbe für die Spannungen der drei Wellenformen in Fig. 2 sind voneinander verschieden.) Durch Vergrößerung der Amplitude der in 21 wirkenden Spannung kann das Ansteigen so schnell wie gewünscht und no der Knick bei A in der Wellenform so scharf wie gewünscht gemacht werden. Im allgemeinen wird es nicht möglich bzw. nicht praktisch sein, diese Amplitude so groß zu wählen, daß keine bemerkenswerte Abrundung der Ecke bei A vorhanden ist.

Der vertikale Anstieg der Wellenform b wird andauern, bis positiver Gitterstrom in dem Widerstand 6 zu fließen beginnt und . einen Spannungsabfall an diesem Widerstand hervorruft. Der Betrag, um welchen die Spannung am Gitter 3 bisher durch-

schnittlich gestiegen 'ist, wird' daher plötzlich abnehmen..und damit:auch der Betrag des Anwachsens der Spannung am Widerstand 9. .Demgemäß bildet'sich die Ecke A (b) aus, welche nicht sehr scharf ist. Der übrige Verlauf der Schwingung' braucht nicht beschrieben zu werden, da es klar ist, daß . entsprechende Ecken B' (Jb) beim Fallen der Spannung erzeugt werden. Sofern A, B, C ίο in α gleiche Abstände besitzen, gilt dies auch . für die entsprechenden Punkte der Kurve b. ' Aus vorstehendem geht hervor, daß am Widerstand 9 eine Spannung von angenähert rechteckiger Form entstehen wird. Im fol-,-15 genden wird erläutert, wie durch die Röhre 11 die Ungenauigkeiten dieser Kurve beseitigt werden; Es sei angenommen, daß der Kondensator 16 so groß ist, daß er keinen Widerstand gegenüber den Harmonischen der so "Stramkurve 6 darstellt. Das Gitter 13 wird seine größte negative Spannung besitzen und der Spannungsabfall am Widerstand 20 am kleinsten sein, wenn der Spannungsabfall -am Widerstand 9 am größten ist. Demgemäß wird die Spannungswelle c am Widerstand 20 die Umkehrung der Sparinungswelle b am Widerstand 9 darstellen, sofern die Kopplung zwischen den Röhren keine Verzerrung bedingt. Die Gitterspannung 17 ist so eingestellt, daß der Anodenstrom in der Röhre 11 aufhört zu fließen, wenn die Spannung an 9 gerade unterhalb der abgerundeten Ecke A' ist, d. h. sich auf dem vertikalen Teil zwischen A' und A in b befindet. Die Ecke A in c, welche A' in b entspricht, wird dann ebenso scharf wie die Ecke A in δ ausgeprägt sein. Der Widerstand 15 erfüllt eine ähnliche Funktion wie der Widerstand 6, indem er das weitere Steigen der Gitterspannung unterbricht, sobald positiver Gitterstrom zu fließen beginnt. Durch geeignete Wahl der Widerstände 9 und 18 läßt sich bewirken, daß dieser Punkt gerade dann erreicht wird, wenn die Spannung in b die leicht abgerundete Ecke A durchläuft. Die entsprechende Ecke A" in c wird dann schärfer als die Ecke A'xxib ausgeprägt sein. Eine Spannung von im großen und ganzen ziemlich genauer Rechteckform wird dann am Widerstand 20 erhalten. Durch weitere Stufen läßt sich die Genauigkeit noch vergrößern.

Es ist zu beachten, daß der Widerstand 6 im Gitterkreis von 1 nicht unbedingt notwendig ist; er· ist jedoch günstig, um die Gitterspannung in 1 zu begrenzen. Seine Einfügung macht die Wirkungsweise beider Röhren ähnlicher und erleichtert das Verständnis ihres Zusammenarbekens. Die Fig. 3 zeigt eine Schaltung, welche im Prinzip der der Fig. 1 ähnlich ist, aber sich mehr für praktische Zwecke eignet und einige zusätzliche Elemente besitzt. • Wie dargestellt, wird eine. Steuerspannung von z. B; 60 Perioden der Primärwicklung 21 des Transformators 22 zugeführt. Die in der __ Sekundärwicklung 23 erzeugte Spannung ist ' an das Gitter 24 der Röhre 25 über einen ■ Begrenzungswiderstand 26 gelegt, so daß die Spannung, welche am Anodenwiderstand 27 entsteht, eine angenähert rechteckige Form, wie in Fig. 2 b dargestellt, besitzt. Diese .'Spannung wird jetzt dem Gitter 28 der Röhre 29 über eine große Kapazität 30 und einen Begrenzungswiderstand 31 zugeführt, so daß die Spannung am Anodenwiderstand 32 schon eine verhältnismäßig genaue Rechteckform" aufweist. Eine konstante Gitterspannung für die Röhre 29 wird durch Abgriff vom Heizstrom erhalten. Wie oben dargestellt, ist es allgemein notwendig, die Gittervorspannung der ., ersten Röhre 25 genau einstellen zu können, wofür ein Potentiometer 33 vorgesehen ist.

Ein konstanter kleiner Bruchteil der Spannung am Widerstand 32 wird dem Gitter 34 der Röhre 35· über den Kondensator 36 von großer Kapazität und das fest eingestellte Potentiometer 37 zugeführt, so daß diese Röhre wie ein linearer "Verstärker arbeitet. An den Ausgang der Röhre 35 ist das Bandfilter 38 über eine Drossel 39 und eine Kapazität 40 angekoppelt. Dieses Filter, welches durch . einen Widerstand mit einstellbarem Abgriff abgeschlossen ist, soll Frequenzkomponenten entfernen, welche im Ausgang nicht erwünscht sind. Es soll ferner eine nicht lineare Änderung der relativen Phase der gewünschten Komponenten bewirken, so daß die Summe dieser Komponenten, welche am Widerstand 41 verfügbar ist, eine kombinierte gewünschte Wellenform darstellt. Die Kapazität 42 und der Widerstand 43, welche die Kopplung an die Verstärkerstufe 45 bewirken, können so bemessen sein, daß die Bemessung der einzelnen Frequenzkomponenten in 41 auf ein gewünschtes Maß gebracht wird bzw. die durch das Bandfilter erzielte Wirkung unterstützt wird. Insbesondere kann die Anordnung 42, 43 so gewählt werden, daß die am Widerstand 43 erscheinenden Frequenzkomponenten sämtlich gleiche Amplitude besitzen, wenn diese vorher Werte besaßen, die sich umgekehrt zur Höhe der Frequenz verhalten. Der Anodenstrom der Röhre 45 wird nunmehr alle gewünschten ungeraden Oberharmonischen der am Eingang vorausgesetzten Grundharmonischen von 60 Perioden enthalten, die durch das Filter 38 durchgelassen werden. 46* stellt einen Ausgangstransformator mit einem beliebigen Signalstromkreis dar, in welchem die Harmonischen Verwengung finden sollen.

Claims (7)

1. Patentansprüche:

   ι. Anordnung zur Herstellung elektrischer Schwingungen mit möglichst rechteckiger Kurvenform unter Verwendung einer Kaskadenschaltung mehrerer, insbesondere kondensatorwiderstandsgekoppelter Röhren, dadurch gekennzeichnet, daß dem Gitter der ersten Röhre eine solche Vorspannung erteilt und eine sinusförmige oder beliebige Wechselspannung von solcher Größe zugeführt wird, daß während einer Halbperiode der Anodenstrom der ersten Röhre Null wird, daß ferner die dem Gitter der zweiten Röhre zugeführte Spannung gegen die Gitterspannung der ersten Röhre um i8o° phasenverschoben ist und daß auch bei der zweiten Röhre die Gittervorspannung und

   _ao der Einsatzpunkt des Gitterstromes so gewählt sind, daß durch die zweite Röhre eine wesentliche Verschärfung der Rechteckform erzielt wird.
2. 2. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die nicht horizontalen Teile der Rechteckspannungen durch entsprechende Gittervorspannungen unterdrückt sind.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in den Gitterkreisen Widerstände (6, 15) von einem so hohen Werte angeordnet sind, daß der Spannungsabfall des Gitterstromes an diesen Widerständen gleich der im Gitterkreis bewirkenden maximalen Spannung ist.
4. 4. Anordnung nach Anspruch 1 und folgenden, gekennzeichnet durch Widerstandskopplung zwischen den Stufen der Kaskadenschaltung.
5. 5. Anordnung nach Anspruch 1 und folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Ausgang der Kaskadenschaltung ein Filter angeschlossen ist, durch welches gewünschte Frequenzkomponenten ausgeschieden werden.
6. 6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß an den Ausgang des Filters eine Spannungsteilerschaltung, bestehend aus Widerstand und Kapazität, mit einer derartigen Bemessung der beiden letzten angeschlossen ist, daß am Widerstand Frequenzkomponenten von gleicher Amplitude entstehen, wenn diese Frequenzkomponenten vorher frequenzabhängige Amplituden besitzen.
7. 7. Anordnung nach Anspruch 1 und folgenden, gekennzeichnet durch die Verwendung für die Erzeugung ungeradzahliger Harmonischen für Trägerstromzwecke.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen