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Resonanzfrequenzmesser Bei Frequenzmessungen ist zu unterscheiden
zwischen Präzisionsmessungen von annähernd bekannten Frequenzen und weniger genauen
Messungen zur Auffindung von oftmals auch größenordnungsmäßig unbekannten Frequenzen.
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Es sind Absorptionsfrequenzmesser, Überlagerungsfrequenzmesser und
Resonanzfreqenzmesser bekanntgeworden. Auch für weniger genaue Messungen wurden
bisher -die empfindlicheren überlagerungsanordnungen verwendet, da es in den meisten
Fällen darauf ankommt, Rückwirkungen des Frequenzmessers auf den Sender zu vermeiden.
Absorptionsfrequenzmesser sind für dies.e Zwecke oft nicht brauchbar, da die Rückwirkungen
dieser Meßgeräte auf den Sender die iMeßergebnisse unter Umständen fälschen. Die
Überlagerungsfrequenzmesser sind ebenfalls meßtechnisch unbequem, da bei diesen
eine versehentliche Einstellung sowohl auf Oberwellen des zu messenden Senders als
auch auf Oberwellen des Oberlagerungssenders des Frequenzmessers möglich ist. Deartige
Fehlmessungen Können besonders leicht eintreten, da die Einstellung auf Schwebung
Null fast immer subjektiv auf akustischem Wege, z. B. durch HörvergIeich, vorgenommen
wird, sodaß es infolge der logarithmischen Empfindlichkeit des Ohres schwierig ist,
Grundwellen und Oberwellen an ihren Amplituden zu unterscheiden.
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Im Gegensatz zum Uberlagerungsfrequenzmesser fallen beim Resonanzfrequenzmesser
die obenerwähnten Fehlermöglichkeiten fort.
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Man hat beim Resonanzfrequenzmesser die Gewähr, die Grundwelle zu
messen, wenn man den Frequenzmesserkreis auf die tiefste vorliegende Frequenz abstimmt.
Eine Fehlabstimmung auf Oberwellen des Senders scheidet praktisch aus, wenn die
Amplitude der zu messenden Frequenz so eingeregelt wird, daß nur die gegenüber den
Oberwellen meist viel stärkere Grundwelle einen kräftigen Ausschlag am optischen
Anzeigeinstrument ergibt. Es ist ferner möglich, durch eine Verstärkerröhre
zwischen
dem Frequenzmessereingang und dem Resonanzkreis die Empfindlichkeit zu erhöhen und
die Rückwirkungen auf die zu messende Frequenz praktisch auszuschalten. An Hand
einer Abbildung soll die Arbeitsweise eines bekannten Resonanzfrequenzmessers näher
erläutert werden.
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In der Fig. 1 sind zwei Elektronenröhren dargestellt. Die erste Röhre
R1 verstärkt die ankommende Hochfrequenzspannung. In den Anodenkreis ist der Schwingkreis
LC geschaltet, der im Resonanzfall eine Hochfrequenzspannung abzugeben in der Lage
ist und diese über einen Kopplungskondensator C2 dem Gitter einer weiteren Röhre
RII zuführt.
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Im Anodenkreis dieser zweiten Röhre liegt das Anzeigeinstrument 1.
Die Arbeitsweise dieser Anordnung ist folgende: Kommt die Hochfrequenzspannung an
das Gitter der ersten Röhre und wird durch Verändern des Schwingkreiskondensators
C auf Resonanz eingestellt, so erhält das Gitter der Röhre RII über den Ankopplungskondensator
C2 eine negative Spannung, die ein Zurückgehen des Anodenstromes dieser Röhre bewirkt.
Beim Verändern des Schwingkreiskondensators C wird also bei einer bestimmten Einstellung
dieses Kondensators der Ausschlag des Anzeigeinstrumentes J zurückgehen, der, je
nachdem ob es sich bei der Abstimmung um eine Grundwelle oder eine Oberwelle handelt,
größer oder kleiner sein wird.
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Die bekannte geschilderte Anordnung hat den Nachteil, daß Rückkopplungen
von der zweiten auf die erste Röhre möglich sind und der Frequenzmesser zum Pfeifen
neigt. Die Empfindlichkeit ist außerdem gering, da das Anzeigeinstrument den gesamten
Anodenstrom führt, so daß kleine Anodenstromänderungen nur geringe Ausschläge hervorrufen.
Auch ist es nachteilig, daß zur Speisung der Röhren Gleichspannungsquellen erforderlich
sind.
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Würde man die Speisespannungen dem Wechselstromnetz entnehtnen wollen,
so wären zusätzliche Gleichrichter und Siebmittel erforderlich, deren Verwendung
den Aufwand erheblich vergrößern würde.
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Der Resonanzfrequenz1nesser nach der Erfindung vermeidet die genannten
Nachteile.
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Der erflndungsgemäße Resonanzfrequenzmesser erhält seine Speisespannung
aus dem Wechselstromnetz, ohne daß zusätzliche Gleichrichter oder Siebmittel verwendet
werden müssen. Der Resonanzfrequenzmesser nach der Erfindung, bei dem die am Schwingkreis
auftretende Resonanzspannung eine Veränderung der Gittervorspannung einer Eiektronenröhre
bewirkt und im Meßkreis mindestens zwei Ein- oder Mehrgitterröhren, durch deren
eine (Verstärkerröhre R1) die ankommende Hochfrequenzspannung verstärkt, während
an der anderen (Audion-Röhre RII) die Gittervorspannung durch die Resonanzspannung
verlagert wird, vorgesehen sind, ist dadurch gekennzeichnet, daß die im Meßkreis
vorgesehene Ein- oder Mehrgitterröhre zur Entnahme der für die Elektronenröhren
erforderlichen Speisespannungen aus dem örtlichen Wechselstromnetz mit ihrer Anode
bzw. ihrer Kathode so an die Pole einer Anodenwechselspannungsquelle geschaltet
sind, daß während der einen Halbwelle des Wechselstromes nur die eine, während der
anderen Halbwelle nur die andere Elektronenröhre arbeitsfähig ist, wobei die Kopplung
zwischen der einen Röhre (Verstärkerröhre RI) und der anderen (Audion-Röhre R1I)
durch Übertragungsglieder gebildet ist, deren Zeithonstante groß gegenüber einer
Halbwelle der Netzwechselspannung ist.
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Als Anodenwechselspannungsquelle wird zweckmäßig die Sekundärseite
eines Netzübertragers verwendet, dessen Primärwicklung zur Anpassung an alle üblichen
Wechselspannungen Anzapfungen besitzt.
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An Hand der Fig. 2 soll eine beispielsweise Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Resonanzfrequenzmessers unter Verwendung von Dreigitterröhren näher erläutert werden.
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Im Gegensatz zu dem bekannten Resonanzfrequenzmesser (Fig. 1) ist
bei der Röhre RII in dem Ausführungsbeispiel (Fig. 2) die Polung von Kathode und
Anode vertauscht. Es liegt also die Kathode der Röhre R1 an dem einen Pol der Anodenwechselspannungsquelle,
d. h. an dem einen Pol der Sekundärwicklung des Netzübertragers Ü, während die Kathode
der anderen Röhre all an dem anderen Pol der Anodenwechselspannungsquelle liegt.
Die Anoden der Röhren sind entsprechend geschaltet. Auf diese Weise werden die beiden
Elektronenröhren verschiedenen Halbwellen der Netzwechselspannung zugeordnet. Sie
arbeiten nicht mehr gleichzeitig, sondern abxvechselnd nacheinander. Während der
ersten Halbwelle der Netzwechselspannung (Anode von RI positiv) wirkt die Eingangsröhre
als Verstärker. Bei der Abstimmung des in den Anodenkreis der Röhre RI geschalteten
Resonanzkreises LC auf Resonanz entsteht eine Resonanzspannung, die über den liopplungskondensator
C2 an das Gitter von Röhre R11 gelangt. Diese Röhre R11 ist während der be--trachteten
Halbwelle nicht arbeitsfähig, da ihre Kathode an +, ihre Anode an - liegt.
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Die Gitterkathodenstrecke dieser Röhre wirkt jedoch als Gleichrichter.
Am Gitter entsteht eine negative Spannung, welche den Kondensator C2 auflädt. Wird
die Zeitkonstante des Kopplungskondensators C2 und des Ableitwiderstandes R2 groß
gegenüber der halben Periode der Netzwechselspannung gemacht,
so
bleibt die negative Spannung am Gitter der Röhre RII während der darauffolgenden
Halbwelle der Netzwechselspannung, bei der die Anode von Röhre R11 positiv ist,
erhalten und bewirkt eine Verringerung des nunmehr in dieser Röhre fließenden Anodenstromes.
Die Netzwechselspannung kann nicht stören, da die Anode von Röhre RI und die Kathode
von Röhre R11 netzspannungsmäß)ig auf gleichem Potential liegen, so daß keine Netzwechselspannung
zwischen Gitter und Kathode von R11 über den Kopplungskondensator c auftreten kann.
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In dem Anodenwecbselspannungskreis fließt ein reiner Wechselstrom,
wenn der Anodenstrom der beiden Röhren gleich groß ist, d. h. wenn an die Eingangsklemmen
eine Hochfrequenzspannung nicht angelegt ist. Wird dagegen eine Hochfrequenzspannung
an die Eingangsklemmen angelegt und der Frequenzmesser auf die zu messende Frequenz
abgestimmt, so kommt zu diesem Wechselstrom noch ein Gleichstromanteil hinzu. Die
Abstimmungsanzeige kann daher zwecksmäßig so erfolgen, daß man einen nur auf die
Gleichstromkomponente ansprechenden Abstimmungsanzeiger, der vorzugsweise aus einem
Gleichstromnullinstrument besteht, in den Anodenwechselspannungskreis einschleift.
Um lästige Vibrationen des Zeigers, welche insbesondere bei einfachen Drehspulinstrumenten
beim Durchgang eines wenn auch zulässigen zusätzlichen Wechsel stromes auftreten,
zu vermeiden, ist es angebracht, den Wechselstromanteil von dem Gleicbstrominstrument
fernzuhalten. Zweckmäßig geschieht dies dadurch, daß das Gleichstromnullinstrument
in den aus der Heizspannungswicklung H1 und einem zusätzlichen Widerstand R3 gebildeten
Nebenschlußkreis eingeschaltet wird. Der Widerstand R8 ist so bemessen, daß der
infolge des Anodenwechselstromes der Röhren in diesem auftretende Spannungs ab fall
durch die Heizspannung HI gerade kompensiert wird. Nimmt man die Größe der Heizspannung
fli mit 4 Volt an, so ist der Widerstand R3 so bemessen, daß an ihm ein von den
Anodenströmen herrührender Spannungsabfall von ebenfalls gerade 4 Volt auftritt.
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Für den Gleichstromanteil wirkt der Widerstand R3 zwar als Nebenschluß
zum Instrument J, jedoch ist die hierdurch verursachte Verringerung der Empfindlichkeit
tragbar, da bereits bei 4 Volt Kompensionsspannung sich genügend hohe Widerstandswerte
für R3 ergeben. Unter Umständen ist es erforderlich, auch den Blindstromanteil vom
Instrument J fernzuhalten. Es muß dann z. B. durch Parallelkondensatoren geeigneter
Größezu zu R3 ein durch die Verblockungskondensatoren C' verursachter kapazitiver
Blindstrom kompensiert werden.
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Da die Röhren daten bei der Fabrikation nicht vollkommen eingehalten
werden können, würde beim Auswechseln der beiden Elektronenröhren der Zeiger des
Anzeigeinstrumentes J nicht genau auf dem Teilstrich Null stehen. Um nun in einem
solchen Fall das Anzeigeinstrument abgleichen, d. h. auf den Teilstrich Null einregeln
zu können, wird eine Anodenstromänderung in verschiedenem Sinn bei beiden Röhren
durch Verändern ihrer Schirmgitterspannungen bewirkt. Die Schirmgitter beider Röhren
sind miteinander und mit der Schleiffeder eines an den Anodenwechselspannungskreis
geschalteten Potentiometers P veribunden, so daß sie auf ein annähernd der halben
Anodenspannung entsprechendesWechselspannungspotential liegen.
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Wird der Abgriff an dem Potentiometer P verändert, so wird auch für
beide Röhren die Schirmgitterspannung eine andere. Infolge der entgegengesetzten
Polung der Röhren werden durch eine Änderung dieser Schirm gitterspannung die Anodenströme
im entgegengesetzten Sinn beeinflußt, so daß mit Hilfe des Reglers P das Instrument
J auf den Teilstrich Null eingeregelt werden kann.
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Werden an Stelle von Mehrgitterröhren Eingitterröhren verwendet, so
kann die Einregelung durch Verändern der Anodenspannung beider oder einer der beiden
Elektronenröhren bewirkt werden. Der Teilstrich Null am Instrument braucht hierbei
mit dessen mechanischem Nullpunkt nicht zusammenzuw fallen.
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Die beschriebene Frequenzmesserschaltung kann in einfacher Weise
auch zu einer Überwachung der Hochfrequenzeingangsspannung verwendet werden. Zu
diesem Zweck ist in den Hochfrequenzeingangskreis ein vorzugsweise erdkapazitätsarmer
veränderbarer Kondensator C1 geschaltet, durch den die Amplitude der Hochfrequenzeingangsspannung
geregelt werden kann. Außerdem läßt sich der Schwingkreis LC, der in den Anodenkreis
der Röhre ru geschaltet ist, durch einen Schalter S überbrücken. Es können also
beim Anlegen einer Hochfrequenzspannung an die Eingangsklemmen keine Resonanzspannungen
an das Gitter der Röhre R11 gelangen. Da auch die Eingangsröhre Rt als Audion wirkt,
wird mit steigender Eingangshochfrequenzspannung der Anodenstrom von R1 zurückgehen
und am Anzeigeinstrument einen Ausschlag nach der anderen Seite erzeugen. Durch
entsprechende Gestaltung der Instrumentenskala kann dieser negative Ausschlag zur
Einregelung der günstigsten Eingangshochfrequenzspannung vor der Frequenzmessung
verwendet werden. Das Anzeigeinstrument J wird in der Ruhelage mit Hilfe des Potentiometers
P auf einen Skalenstrich Null eingestellt.
Durch Verändern des aperiodischen
Eingangsreglers C1 wird die Hochfrequenzamplitude so einreguliert, daß der Zeiger
des Anzeigeinstrumentes auf einer beispielsweise im negativen Bereich der Skala
des Anzeigeinstrumentes angebrachten Marke zu stehen kommt. Man hat dann die Gewähr,
daß stets eine bestimmte Hochfrequenzamplitude an das Gitter der Röhre R1 gelangt.
Durch Abstimmen des Frequenzmessers auf eine Grundwelle wird daher am Anzeigeinstrument
J ein Ausschlag bestimmter Größe auftreten. Das Verhältnis des negativen Ausschlags
bei der aperiodischen Spannungsmessung zum positiven Ausschlag bei der Resonanzabstimmung
kann durch entsprechende Wahl des an der Anode von R1 liegenden Schwingkreiswiderstandes
innerhalb weiter Grenzen verändert werden. Es ist zweckmäßig, einen verhältnismäßig
kleinen negativen Ausschlag zu wählen (z. B. 1/10 Skala) und den positiven Ausschlag
groß zu machen, um eine hohe Empfindlichkeit des Frequenzmessers zu erreichen. Würde
die Regelung auf eine bestimmte Amplitude durch den aperiodischen Eingangsregler
C, nicht vorgenommen werden, so bestünde bei ungeübter Bedienung die Fehlermöglichkeit,
daß bei Einstellung einer zu hohen Eingangsspannung auf eine Oberwelle abgestimmt
wird, die ja dann infolge ihrer zu hohen Amplitude ebenfalls einen großen Ausschlag
am Anzeigeinstrument J erzeugen würde. Um diese Überwachung der Eingangsspannung
bei den verschiedenen Bereichen gleichmäßig wirksam zu machen, wird die Empfindlichkeit
des Frequenzmessers in allen Bereichen gleich groß gemacht, indem z. B. die an die
Anode von R1 und das Gitter von RII fiihrenden Leitungen an geeignete Abgriffe der
Spulen L geführt werden.