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Schaltung zur Frequenzverdreifachung mittels eines verzerrenden, nichtlinearen
Vierpoles Zur Erzielung einer bestimmten Harmonischen aus einer Grundfrequenz ist
es bekannt, die Grundfrequenz in einem nichtlinearen Vierpol (z. B. einer Brückenschaltung,
bei der zwei nicht aneinanderstoßende Brückenarme aus spannungsabhängigen, die beiden
anderen Arme aus konstanten Widerständen bestehen, deren Größe gleich dem Wert der
veränderlichen Widerstände bei einer mittleren Spannung ist) zu verzerren und die
gewünschte Harmonische mittels eines entsprechenden Schwingungskreises bzw. Filters
aus der Vielzahl der bei der Verzerrung insgesamt entstehenden Harmonischen auszusieben.
Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß für jede Harmonische ein besonderer Schwingungskreis
bzw. ein besonderes Filter erforderlich ist und daß beispielsweise :bei Änderung
der Grundfrequenz die Abstimmung des für die betreffende Harmonische vorgesehenen
Schwingungskreise geändert bzw. das Filter ausgewechselt werden muß.
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Die diese Nachteile vermeidende Erfindung r)ezieht sich auf eine Schaltung
zur Frequenzverdreifachung mittels eines verzerrenden,-nichtlinearen Vierpoles.
Erfindungsgemäß ist der Abgleich des Vierpoles derart gewählt, daß sich eine Ausgangsspannungs
(u2)-Eingangsspannungs (acl)-Kennlinie ergibt, die in einem bestimmten Aussteuerbereich
etwa der Funktion
genügt, -,vorin h eine Konstante bedeutet. Die Erfindung bringt folgende Vorteile
mit sich: , Erstens fällt bei nicht zu hoher Anforderung an die Reinheit der dritten
Harmonisehen
(z, B. bei Zulässigkeit eines Klirrfaktors bis 20'1,)
der Schwingungskreis bzw. das Filter zur Aussiebung dieser Harmonischen fort. Zweitens
wird bei sehr hohen Anforderungen an die Reinheit der dritten Harmonischen der Aufwand
an Siebmitteln insofern wesentlich geringer, als bei den bisher bekannten Anordnungen
die gewünschte dritte Harmonische weitaus stärker auftritt als die Grundfrequenz
und die unerwünschten Harmonischen. Drittens scann bei nicht zu hohen Anforderungen
an die Reinheit der dritten Harmonischen diese Harmonische über einen sehr weiten
Frequenzbereich, der praktisch nur von der Eigenkapazität der im Verzerrer verwendeten
nichtlinearen Elemente abhängt, unabhängig von einer Änderung der Grundfrequenz
erzielt werden.
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Die Erfindung sei im folgenden an Hand der Zeichnung näher erläutert.
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Fig. z zeigt eine als Amplitudenbegrenzer an sich bekannte Brückenanordnung,
wie sie in der Schaltung nach der Erfindung als V erzerrerv ierpol Verwendung finden
kann. Die Brücke enthält in gegenüberliegenden Zweigen zwei gleiche Ohmsche Widerstände
R bz.w. zwei in ihrem Widerstandsverhalten gleiche nichtlineare Widerstände G, die
aus der Parallelschaltung zweier gleicher Gleichrichter, z. B. Selengleichrichter,
mit entgegengesetzter Durchlaßrichtung bestehen können. Der einen Diagonale dieser
Brücke wird die Grundfrequenzspannung u1 zugeführt, der anderen Diagonale die Verbraucherspannung
2c., d. h. die dritte Harmonische der Grundfrequenz, entnommen.
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Zur Erläuterung der Wirkungsweise der Schaltung sei im folgenden auf
die Fig. z und 3 Bezug genommen.
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In Fig. = ist die Strom(i)-Spannungs(Lt)-Kennlinie eines Selengleichrichters,
wie er beispielsweise in den nichtlinearen Widerständen G verwendet werden kann,
dargestellt. Verlängert man den gradlinigen Teil dieser Kennlinie bis zum Schnitt
mit der Abszissenachse, so stellt der Kotangens des Neigungswinkels dieser Geraden
gegen die Abszissenachse einen gedachten Widerstand Rg = cotg a dar.
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Wählt man nun den Widerstand R - Rg, so wirkt die Abordnung nach Fig.
i in bekannter Weise als Amplitudenbegrenzer, wobei für die Abhängigkeit der Augenblickswerte
der Ausgangsspannung u. von denen der Eingangsspannung itl die Kurve I der Fig.3
gilt.
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Wählt man R größer als Rg, so werden die vorher horizontalen Teile
der Kurve I fallend, und man erhält für einen bestimmten Wert von R beispielsweise
die Kurve 1I. Man kann nun durch geeignete Auswahl der nichtlinearen Widerstände
G und der linearen Widerstände R eine solche Form der Kurve II erreichen, daß sich
für eine bestimmte Amplitude einer rein sinusförmigen Eingangsspannung u1 (vgl.
Kurve III) eine Ausgangsspannung u2 ergibt, die (vgl. Kurve IV) mit sehr guter Annäherung
die dreifache Frequenz der Eingangsspannung ui besitzt, wie dies in den Kurven der
Fig.3 veranschaulicht ist, bei denen für die Kurven III und IV derselbe Zeitmaßstab
gewählt ist.
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Im folgenden sei die Wirkung der Schaltung nach der Erfindung unter
Bezugnahme auf diese Kurven rechnerisch untersucht: Die Kennlinie Il der Fig. 3
genüge in einem bestimmten Aussteuerbereich der Gleichung 7c., = K' zil
- K 2r. (i) Es sei nun zrl = U sin x , (2) wobei 7=v)t+(pundoj =_27sf; aus
(z) und (2) ergibt sich as==Ii'Usina.-KU3sin3u oder
für den speziellen Fall
d. h. man erhält in diesem Fall nur die dritte Harmonische der Grundfrequenz. Nimmt
man beispielsweise die Amplitude der Grundschwingung U = i an, so wird
und damit erhält man für die Kennlinie 1I in Fig. 3 die Gleichung
In der praktischen Ausführung wird nun die durch die vorstehende Gleichung dargestellte
Kurve nicht streng erreicht werden können. Jedoch kann durch geeignete Wahl der
linearen und nichtlinearen Widerstände des Verzerrers zum mindesten in einem bestimmten
Aussteuerbereich eine so gute Annäherung
an diese Kurve erreicht
werden, daß die erstrebte Wirkung in ausreichendem Maße eintritt.
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Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die Verwendung der
dargestellten Brückenanordnung als Verzerrervierpol beschränkt; vielmehr können
an Stelle dieser beliebige andere als Amplitudenfilter an sich bekannte Anordnungen
vom Brückentyp verwendet werden. Innerhalb dieser Brücke ist es selbstverständlich
auch nicht erforderlich, daß das Widerstandsverhältnis der gegenüberliegenden Brückenzweige
r - r ist. Unter Umständen kann es auch vorteilhaft sein, die nichtlinearen Widerstände
mit einer negativen Vorspannung zu versehen. Ferner besteht die Möglichkeit, daß
man mehrere solcher ztfr Erzielung der dritten Harmonischen geeigneter Verzerreranordnungen,
die gegenseitig aufeinander abgestimmt sind, in Reihenschaltung verwendet und auf
diese `'eise die 9., 27. usw. Harmonische erzielt.
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Die Erfindung kann mit besonderem Vorteil beispielsweise bei Schwebungssummern
angewendet werden. Bei diesen ist es zur Vermeidung des störenden Mitnahmeeffektes
bekannt, in der Mischstufe die 2. bzw. 3. Harmonische der Grundfrequenzen der beiden
Sender zur Schwebung zu bringen. Dabei wurde bisher im allgemeinen die Frequenz
des die 2. Harmonische liefernden Senders verändert, während die des anderen fest
blieb. Bei einer Frequenzänderung mußte daher der auf die 2. Harmonische abgestimmte
Schwingungskreis jeweils mitverändert werden. Bei Anwendung der Erfindung auf diese
Sehwebungssummer wird nun der Sender, dessen 2. Harmonische verwendet wird, festgelassen
und der andere Sender veränderlich gemacht, wobei die 3. Harmonische dieses Senders
nach der Schaltung gemäß der Erfindung erzeugt wird. Dann fällt die Veränderung
des Schwingungskreises. wie sie bisher üblich war, weg, da man bei der Erfindung
zur Erzielung der 3. Harmonischen ohne Siebmittel bzw. Schwingungskreise auskommt.