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Freguenzumformer Die Erfindung betrifft einen Frequenzumformer, der
.sich von den vorbekannten Anordnungen insbesondere durch seinen einfachen Aufbau
auszeichnet., Bei der @erfindungsgemäßen Anordnung wird ein Modulator verwendet,
der aus spannungsabhängigem Werkstoff besteht und einen Bereich negativer Widerstandscharakteristik
aufweist, in dem der Arbeitspunkt des Modulato.rs liegt. Ein Modulatoar dieser Art,
der eine negative Dämpfung aufweist, ist ohne weiteres als Schwingungserzeuger verwendbar.
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Die Erfindung besteht darin, da.ß zu einem Generator, dessen Frequenz
vervielfacht oder geteilt werden soll, ein aus einem zweipoligen Widerstand aus
spannungsabhängigem Werkstoff mit einem Bereich negativer Widerstandscharakteristik,
in dem der Arbeitspunkt liegt, bestehender Modulator und ein. auf die umzuformende
Frequenz abgestimmter Schwingungskreis parallel geschaltet sind, wobei der Widerstandswert
des Modulators so bemessen ist, daß eine Schwingung in dem auf die umzuformende
Frequenz abgestimmten Schwingungskreis aufrechterhalten wird.
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Bei dem Frequenzumformer nach der Erfindung arbeitet der Widerstand
mit negativer Widerstandscharakteristik nicht allein als Schwingungserzeuger, sondern
auch als Modulator. Bei. einer bekannten Anordnung wird ein Schwingungskreis zum
Zwecke der Schwingungserzeugung mit einem Lichtbogen durch einen gleichfalls mit
einem Lichtbogen zusammengesetzten Schwingungskreis mit einem undulierten Gleichstrom
versehen. Der Nebenschwingungskreis, dessen Schwingungen den Speisestrom überlagern,
ist hierbei zu dem Zwecke hinzugefügt, um die Widerstandsschwankungen des variablen
Widerstandes zu vergrößern und somit eine Vergrößerung *der Amplitude der erzeugten
Schwingung zu erhalten. Wenn bei dieser bekannten Anordnung die Frequenz der Nebenschwingungskreise
und die Frequenz des Hauptschwingungskreises im Verhältnis der Obertöne zueinander
stehen, so ist hier die Wirkungsweise nicht anders, als @ob die Frequenz der Nebenschwingungskreise
derjenigen des Hauptschwingungskreises entspricht.
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im Gegensatz zu dieser bekannten Anordnung zur Schwingungserzeugung
findet bei dem Frequenzumformer nach der Erfindung noch eine Modulation statt. Weiterhin
kommt nicht ein Lichtbogen, sondern. ein zweipoliger Widerstand aus spannungsabhängigem
Werkstoff mit einem Bereich negativer Widerstandscharakteristik zur Verwendung.
Derartige Widerstände aus spannungsabhängigem Werkstoff mit einem Bereich negativer
Widerstandscharakteristik sind an sich bekannt. Es sind jedoch Schaltungen zur Vergrößerung
der Amplitude von Schwingungserzeugern unter Verwendung solcher zweipoliger Widerstände
nicht ausgeführt worden.
Weiterhin ist es bekannt, zur Verringerung
der Ohmschen Verluste in mit niederfrequentem :oder hochfrequentem Wechselstrom
betriebenen Leitungen für Telegraphie und Telephonie negative Widerstände anzuwenden:;
Durch Zusammenschalten solcher negativen: Widerstände mit Pupinspulen tritt hierbei
leicht ein Eigenschwingen der Leitung in einer Grundfrequenz und ihren Oberwellen
auf. Bei diesen bekannten Verfahren bandelt es sich jedoch nicht um die Verwendung
von Widerständen aus spannungsabhängigem Werkstoff, vielmehr kommen Kristallkontakte,
d. h. beispielsweise Bleiglanz- oder Rotzinker7kristalle, in Verbindung mit gegen
den Kristall angedrückten Stahlspitzen zur Verwendung. -Die Verwendung von zweipoligen
Widerständen aus spannungsabhängigem Werkstoff ergibt gegenüber dem bei der bekannten
Schwingungsanordnung verwendeten Lichtbogen sowie gegenüber dem bei dem letztgenannten
Verfahren benutzten Kristallkontakt erhebliche Vorteile. So kommen z. B. die für
Lichtbogen notwendigen Betriebsspannungen in Fortfall. Es wäre allerhöchstens zur
genauen Einstellung des Arbeitspunktes -des Widerstandes unter Umständen eine gewisse
Verspannung anzulegen, wobei der Leistungsbedarf jedoch weit unter dem Leistungsbedarf
des Lichtbogens liegt. Weiterhin ist auch die zeitliche Konstanz bei einem Widerstand
aus spannungsabhängigem Werkstoff wesentlich größer, und es kommen die zur Aufrechterhaltung
eines Lichtbogens notwendigen Regelorgane in Fortfall. Ferner ist die Betriebssicherheit
mit einem Widerstand wesentlich größer, während bei Lichtbogen ein Auswechseln.
der verbrennenden Teile von Zeit zu Zeit notwendig ist. Auch gegenüber den bekannten
Kristallkontakten weist die Verwendung von zweipoligen Widerständen aus spannungsabhängigem
Werkstoff Vorteile auf. Vor allen Dingen die Lebensdauer und zeitliche Konstanz
zeichnen diese Widerstände vor den bekannten Kristallkontakten ,aus. Bei Kristallkontakten
kann es sehr leicht vorkommen, daß schon durch geringe Erschütterungen eine Verstellung
des Kontaktes eintritt. Auch ist die Belastbarkeit von Kristallkontakten außerordentlich
gering. Schon bei geringer Überlastung eines Kristallkontaktes ändert dieser negative
Widerstand seine Charakteristik, so -daß ein stabiles Arbeiten mit Kristallkontakten
nicht möglich ist.
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Weiterhin ist es auch bekannt, die negative Charakteristik eines Dynatrons
zur Frequetizumformung zu verwenden. Bei dieser bekannten Anordnung kommen eine
oder mehrere Elektronenröhren mit negativer Widerstandscharakteristik zur Verwendung.
Gegenüber der Anwendung von Elektronenröhren ergeben sich bei Bildung eines negativen
Widerstandes durch zweipolige Widerstände . aus spannungsabhängigem Werkstoff Vorteile,
die. , vor allem in der größeren Einfachheit är Anordnung liegen. Elektronenröhren
benötigen verschiedene Betriebsspannungen, die einerseits zur Heizung der emittierenden
Kathode und andererseits zur Unterstützung *des Elektronenstromes 'bzw. Anodenstromes
dienen. Somit ergibt sich ein wesentlich höherer Leistungsbedarf bei der bekannten
Anordnung gegenüber dem Frequenzumformer nach der Erfindung. Weiterhin ist die Lebensdauer
einer Elektronenröhre begrenzt, während ein zweipoliger Widerstand aus spannungsabhängigem
Werkstoff eine nahezu unbegrenzte Lebensdauer besitzt.
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Bei dem Frequenzu mform-er nach der Erfindung wird der Modulator mit
negativer Dämpfung gleichzeitig von der Frequenz/, einer zu ihm parallel geschalteten
Wechselstromquelle und der in einem ParalleIschwingkreis angeregten und infolge
der negativen Dämpfungscharakteristik des Modulators aufrechterhaltenen Frequenz
f2 eines zweiten Stromkreises beeinfiußt. Ist der Parallelschwingkreis auf
einen Teil oder auf ein ganzes Vielfaches der Frequenz/, abgestimmt, so entstehen
bei Überlagerung der Frequenzen f1 und f2 in dem Modulator zunächst die Frequenzen
f1± f2. Diese Frequenzen modulieren wiederum die Generatorfrequenz f1, so daß schließlich
Frequenzen/, ± (f1 ± 12) entstehen, d. h. auch die Frequenz f,-/, +12=/2.
Diese Frequenz f2 wird durch den Parallelschwingkreis, der für 12 auf Stromresonanz
abgestimmt ist, besonders bevorzugt. Wird mit dem letztgenannten Stromresonanzkreis
ein Verbraucher in Reihe geschaltet, so tritt im Verbraucherkreis eine Frequenz
auf, die je nach der Abstimmung des parallelen Schwingungskreises ein ganzes Vielfaches
oder einen Bruchteil der Generatorfrequenz beträgt.
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Die Erfindung sei an Hand eines 'Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es sei die Aufgabe gestellt, die Frequenz des von der Stromquelle i gelieferten
Stromes, z. B. i ooo Hz, im Verhältnis i :,4 herabzutransformieren. Zu diesem Zweck
wird parallel zu dem Widerstand 2 aus spannungsabhängigem Werkstoff, dessen Arbeitspunkt
auf den fallenden Teil der Stromspannungskennlinie gelegt ist, ein Stromkreis geschaltet,
dessen Widerstand in der Umgebung der gewünschten Frequenz klein ist. In der Abbildung
ist als Beispiel hierfür der auf die Frequenz 25o Hz abgestimmte Kreis 3 angegeben.
Von der Stromquelle i wird dem spannungsabhängigen Widerstand ein Strom von der
Frequenz
iooo Hz aufgedrückt. Durch einen von außen kommenden Stoß,
z. B. durch den Einschaltstoß, wird ein nahezu kontinuierliches Frequenzspektrum
erzeugt, das u. a. die gewünschte Frequenz 250 Hz enthält. Diese Frequenz
wird durch den abgestimmten Kreis 3 bevorzugt und tritt deshalb mit wesentlich größerer
Amplitude an den Enden von 2 auf. Durch Modulation mit der Frequenz iooo Hz entsteht
zunächst die Frequenz 75o Hz und schließlich, wiederum durch Modulation dieser 75o
Hz mit den gelieferten 1000 Hz, 'die gewünschte Frequenz von 25o Hz. Die Amplitude
der .gewünschten Frequenz 25o Hz kann durch Einschalten eines auf 750 Hz
abgestimmten Parallelkreises zu 3 vergrößert werden. Die Stabilisierung des Frequenzverhältnisses
-erfolgt hierbei durch Modulationsp,rodukte höherer Ordnung; z. B. sind die zu erzielende
Frequenz und das Mo,-dulationsprodukt dritter Ordnung von i ooo und 25o Hz, d. h.
100o - 3 # 25o Hz, einander gleich, nämlich 25o Hz. Die Abnähme der gewünschten
Frequenz kann an einem oder mehreren Elementen des Kreisres 3 verfolgen. In gleicher
Weise können beliebige, ganzzahlige Frequenzverhältnisse erzielt werden.