DE747033C - Schaltung zur Erzielung einer bestimmten Harmonischen einer Grundfrequenz - Google Patents

Description

• Schaltung zur Erzielung einer bestimmten Harmonischen einer Grundfrequenz Auf den verschiedensten Gebieten der Elektrotechnik, insbesondere der IIoch.frequenztechnk, werden Schaltungen zur Frequenzvervielfachung benötigt. So ist es beispielsweise üblich, die einzelnen Trägerfrequenzen in Trägerstromsystemen durch Frequenzvervielfachung einer in einem frequenzstabilisierten Generator erzeugten Grundfrequenz zu gewinnen. Auch in der -Meßtechnik spielt die Frequenzvervielfachungeine Rolle. Beispielsweise ist es bei der Messung der Dämpfungskurve von Filtern oft erforderlich, daß die Meßfrequenzen ihrem Sollwert genau entsprechen. Zu diesem Zweck werden als Meßfrequenzen einzelne Harmonische einer sehr genau konstanten Grundfrequenz (Normalfrequenz) verwendet.
• Zur Erzielung einer bestimmten Harmonischen aus einer Grundfrequenz ist man bisher so vorgegangen, .daß die Grundfrequenz in einem nichtlinearen Vierpol verzerrt und mittels eines entsprechenden Schwingungskreises bzw. -liebes die jeweils interessierende Harmonische aus der Vielzahl der insgesamt entstehenden Harmonischen ausgesiebt wurde. Dabei wurde bisher auch immer lediglich darauf geachtet, daß die Grundschwingung möglichst stark verzerrt, d. h. der Klirrfaktor möglichst groß wird.
• Die Erfindung beruht nun auf der Erkenntnis, daß es nicht allein hierauf, sondern im Interesse der Wirtschaftlichkeit auch auf die Form der Kennlinie des verzerrenden Vierpols ankommt, da nämlich unter Umständen bei einer bestimmten Kennlinienform, die an sich einen starken Klirrfaktor ergibt (von z. B. mehr als ioo°1o), .die gewünschte Harmonische ausgerechnet gerade nicht oder nur sehr schwach vorhanden sein kann.
• Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung zur Erzielung einer bestimmten Harmonischen aus einer Grundfrequenz durch Verzerrung dieser Frequenz mittels als Ainplitudentinterdriicker bzw. Zweiweggleichricliter bekannter nichtlinearer Vierpole, deren Nichtlinearität auf richtungsabhängigen Widerständen beruht. Erfindungsgemäß wird den richtungsabhängigen Widerständen dieser Vierpole eine solche Vorspannung erteilt, daß sie bei Abwesenheit der Grundfrequenz stroniundurchlässig sind und .iaß ,ich entsprechend der Kurve, welche die Abhängigkeit der Amplitude der jeweiligen Harmonischen vorn Schwellwert (Fig.3) darstellt, die gewünschte Harmonische in maximaler Stärke ergibt.
• Es ist bei einer Anordnung zur Frequenzmittels rückgekoppelter Elektronenröhren bekannt, eine bestimmte Harnionische dadurch finit maximaler Leistung züi erzeugen, daß riie Gittervorspannung der Röhre derart negativ gewählt wird, daß die der Grundschwingung entsprechenden Sparinungsstöße ini :@nodenkreis jeweils etwa die gleiche Dauer haben wie die positiven Spanriungshalbwellen der betreffenden Harmonischl-n. Diese -.\i aßnalnne hat nur bei Schaltungen mit rückgekoppelten Röhren Bedeutung. Bei Schallungen finit als Aniplitudenunterdrücker bzw. Doppelweggleichrichter bekannten Vierpolen aber würde eine sinngemäße Anwendung der genannten Maßnahme heiriesirregs bewirken. daß eine bestimmte Harmonische in lllaximaler Stärke auftritt.
• Es ist ferner eine VÜrzeirerschaltung nik nichtlinearen Widerständen bekannt, die stän-,lig von einemVorspannungsgieichstrom durchflossen und durch veränderliche Vorwiderstände auf einen geeigneten Arbeitspunkt einsgeregelt werden. Da hierbei aber großen Änderungen des Vorspannungsstromes nur ge- ringe Änderungen der Vorspannung entsprechen, ist mit der bekannten Schaltung eine Arbc-itspunkteinstellung ini Sinne der Ertindung nicht möglich. Im übrigen hat die bekannte Schaltung den Nachteil, daß infolge des ständig fliehenden Vorspannungsstronies eine verhältnisni:ißig große Leistung für die Erhaltung der Vorspannung aufgebracht werfen imiß.
• Die Erfindung, die diesen Nachteil vermeidet und eine wesentlich größere Ausbeute an Harmonischen bietet als die bekannten `.chaltungen, ist iin folgenden. an Hand der Zeichnung näher erläutert.
• In Fig. i ist die grundsätzliche Schaltung eirl@_s Verzerrervierpols dargestellt, wie er bei der Erfindung zur Erzeugung ungeradzahliger H armonischerVerwendung finden kann. Dieser Vierpol enthält in einem der Längszweige einen nichtlinearen Widerstand, der aus der Parallelschaltung zweier gleicher Gleichrichter G, bzw. (7. mit entgegengesetzter- Durchlaßrichtung, die jeweils durch eine Batterie !-',

  bzw. 1"., in gleicher Stärke neg"tiv vorge-

  spannt sind, besteht.

  In Fig. z ist in Kurve I die für llie Augen-

  blickswerte gültige Ausgangsspannungs-u=-

  F_ingangsspannungs-it,Kennlinie eines solchen

  1.'ierpoles gemäß Fig. i dargestellt. Wie ei--

  sichtlich, werden die Amplituden. @lie unter-

  halb des Schwellwertes S liegen. der durch die

  negative Vorspannung bestimmt ist. unter-

  drückt. Hat die Eingangsspannung rr, die in

  Kurve II gezeigte sinusförinige Forin und

  Amplitude, so ergibt sich eine

  rr= von der Forin der Kni-ve 111, f1, 1i.

  eine stark verzerrte Kurve, die, wie sich leicht

  erkennen lädt, aus cler Grundfi-rcltieiiz ulid

  tnigera;Izahligen Harmonischen derselbeir b,--

  steht. Für die Kurven 11 und 111 ist derselbe

  Ze itinaßstab verwendet.

  In Fig. 3 ist litin die Abhängigkeit fler Aru-

  plituden der einzelnen ungeradzahligen Har-

  nionischen der Ausgangsspannung in Abli:in-

  gigkeit vorn Schwellwert bei konstanter l;.iil-

  gangsspannung der Amplitude i dargestellt.

  Die Kurve a.- entspricht der dritten Harmo-

  nischen, die Kurve a; der fünften Ilanno-

  nischen usw. Man erkennt, da]) für edlen

  Schwellwert .S, - 0.1.I und - 0,79 elltsl>1-e-

  chend der Kurve a; beispielsweise die siel.>ellte

  Harntonische im Ausgang nicht erscheint,

  während für . l# ;, = 0,22 tln(l .5 `,, - 0,62 diese

  Harmonische in maximaler Stärke auftritt.

  Es gibt also für eine bestinirnte Ain plitude

  der Eingangsspannung bestimmte Werte von

  S, d. h. also, atif Fig. i bezogen, bestimmte

  Werte der Vorspannung L', 1)zv.-. l'- bei denen

  die gewünschte @annoniscllc jrtseiis in m,rxi-

  inaler Stärke erscheint.

  111 den Flg. a. 1111,1 3 sind zwei praktische

  Ausführungsbeispiele für die Schaltung nach

  der Erfindung dargestellt.

  Fig. .I zeigt einen Verzerrervierpol. der aus

  zwei Differentialtransformatoren 7, und 7'_

  und zwei in den Längszweigen zwischen den

  Transformatoren liegenden Gleichrichtern G"

  G= finit der durch die Pfeile angedeuteten

  Durchlaßrichtung besteht. Die Vorspainiung T-'

  für beirre Gleichrichter wird den Mitten der

  Zen Gleichrichtern zugekehrten l@-l.>ertrager-

  tvid:@ungen zugeführt. Ihre Gröle kann durch

  ein Potentionieter P, eingestellt werden. Die

  Wirkungsweise dieser Schaltung ist dieselbe

  wie die der Schaltung nach Fig. i.

  Es ist selbstverständlich auch möglich, als

  Verzerrervierpol einen beliebigen anderen zur

  Verzerrung geeigneten Tierpol zti verwenden.

  beispielsweise einen Gegentakt-C-Verstärker,

  wobei die richtige Einstellung des Schwell-

  wertes der Kennlinie durch entsprechende Ein-

  stellung der Gittervorspannung der beiden in

  Gegentakt arbeitenden Verstärkerrööhren be-

  wirkt wird.

  Aus Fig.3 folgt, daß die für eine bestimmte Harmonische günstigste Schwellwerteinstellung nur für eine bestimmte Größe der Eingangsamplitude gegeben ist. Für den Fall, (laß die Eingangsamplitude nicht gleich der mit r bezeichneten Amplitude ist, die der Fig. 3 zugrunde liegt, läßt sich ,der auf die Amplitude r bezogene Schwellwert jedoch ohne weiteres dadurch erhalten, daß man den tatsächlich, vorhandenen Schwellwert, d. h. beispielsweise in der Schaltung nach Fig. d. die Vorspannun.g h, durch die Größe der Eingangsamplitude dividiert. Man erkennt, daß für einen bestimmten Schwellwert das Maximum .der .gewünschten Harmonischen, streng genommen, nur für eine einzige Eingangsamplitude vorhanden ist. Ändert man also die letztgenannte Amplitude bei gleichbleibender \'orspannung, so ändert sich (las Verhältnis zwischen dem tatsächlichen Schwellwert- und der Eingangsamplitude, d. h. es ändert sich auch der auf dieAinplitude r bezogene Schwellwert in Fi.g. 3.
• Es ist nun in den meisten Fällen bei Frequenzvervielfachungsschaltungen die Eingangsspannung von konstanter Amplitude, so (laß die bisher beschriebene einmalige Einstellung des Schwellwertes voll ausreicht, um die gewünschte Harmonische in maximaler Stärke zu erhalten. In Fällen jedoch, wo die Eingangsamplitude sich ändert, muß auch die Vorspannungs- bzw. Schwellwerteinstellung entsprechend niitgeändert werden. Es bietet nun keine Schwierigkeiten, (lies automatisch zu machen, indem man die Eingangsspannung nötigenfalls über einen. Verstärker einem Gleichrichter zuführt und die hierbei gewonnene Gleichspannung zur Steuerung des Schwellwertes benutzt.
• In Fig. 5 ist ein, besonders vorteilhafte.sAusführungsbeispiel der Erfindung für diesen Fall dargestellt. Die Eingangsspannung wird über einen Transformator T3 einer Verstärkerröhre T, zugeführt, in deren Anodenkreis der eigentliche Verzerrervierpol Z über den Transformator T4 angekoppelt ist. Als Gleichricliter dienen in diesem Verzerrervierpolzwei Gleichrichterstrecken Dl und. D2, die zw eckmäßigerweise im Innern der Verstärkerröhre frl gut abgeschirmt gegen das normale Triodensystem dieser Röhre .angebracht sind. Die verzerrte Spannung wird über den Ausgangstransformator T,, des Verzerrers Z einer zweiten Verstärkerröhre V2 zugeführt, die ebenfalls wieder außer dem normalen Verstärkersystem zwei davon abgeschirmte Gleichrichterstrecken D3 .und D4 enthält. Im Anodenkreis des Verstärkers V2 liegt .ein Schwingungskreis C, L1, der auf die gewünschte Harmonische abgestimmt ist und an dem dieselbe z. B. über eine zweite Wicklung L2, die der Wicklung L, zugeordnet ist, abgenommen werden kann. Den Gleichrichterstrecken Dl und D;; kann von einem in der Kathodenleitung von T, liegenden .Spannungsteiler P2 aus über einen Widerstand R eine feste, negative Torspannung zugeführt werden, deren Größe ,furch das Potentiometer P2 eingestellt werden kann. Im Anodenkreis von L'1 liegt ferrrer ein Transformator T, an dessen Sekun-Särseite die beiden Gleichrichterstrecken D, Lind D4 angeschlossen sind.
• Die Schaltung wirkt in der Weise, daß bei einer bestimmten Eingangsspannungsamplitude trl am Transformator T3, d. 1i. bei einer bestimmten Spannung am Transformator T,, am Widerstand R eine Gleichspannung erzeugt wird, die von der Größe der Eingangsspannungsamplitude abhängig ist und die sich zu der vom Potentiometer P2 herrührenden festen Vorspannung des Verzerrers Z addiert. Durch geeignete Einstellung von P2 und durch ent sprechende Dimensionierung der Elemente R, T, usw. kann erreicht werden, daß der Schwellwert sich mit der Eingangsspannung in der gewünschten Weise ändert, so daß jedem Wert der Eingangsspannung der günstigste Schwellwert automatisch entspricht.
• Die bisherigen Ausführungen bezogen sich auf die Erzeugung ungeradzahliger Harmonischer der Grundfrequenz. Die Erfindung ist aber nicht hierauf beschränkt. Es ist vielmehr im Rahmen der Erfindung durchaus auch möglich, durch sinngemäße Anwendung des Erfindungsgedankens geradzahlige Harmonische zu erzeugen. Als Verzerrervierpol kann in diesem Fall eine beliebige Doppelweggleichrichteranor.dnung verwendet werden, die normalerweise nur dazu dient, eine Wechselspannung in eine Gleichspannung umzuformen. Den einzelnen Gleichrichtern dieser Anordnungen müssen dabei ebenfalls negative Vorspannungen zugeführt «.erden. Wie vorher für jede ungeradzahlige Harmonische gibt es jetzt für jede geradzahlige Harmonische einen günstigsten Wert :der Vorspannung. Dieser Wert kann gegebenenfalls auch wieder, wie vorstehend beschrieben, in Abhängigkeit von der Größe der Eingangsspannung gesteuert werden.
• Die Erfindung kann beispielsweise in der Meßtechnik für eine mit Bezug auf die Einhaltung des Sollwertes für die einzelnen Meßfrequ.enzen einwandfreie Messung frequenzabhängiger Größen mit Vorteil verwendet werden. Sie kann aber auch in Mehrfach-Trägerstromanlagen, bei denen die einzelnen Trägerfrequenzen durch Vervielfachung der Frequenz eines frequenzstabilisierten Grundgenerators mittels eines Verzerrervierpols gewonnen werden, Anwendüng finden. Dabei ist zwar für jede Trägerfrequenz ein besonderer Verzerrer erforderlich. Dieser 'Nachteil gegenüber dem bisher üblichen Verfahren, bei dein nur ein Verzerrer zur Erzeugung sämtlicher Frequenzen vorgesehen wird, wird je-,loch durch den .erzielten Vorteil der bedeutenden Herabsetzung der Anforderungen an die Filter und Verstärker mehr als aufgewogen. Dies gilt um so mehr, als die den einzelnen Kanälen zuzuordnenden Verzerrer für die geraden bzw. ungeraden Harmonischen in ihrem Aufbau zweckmäßigerweise an sich jeweils völlig gleichartig sind und sich lediglich durch verschiedene Vorspannungen voneinander unterscheiden.

Claims (6)

1. PATFNTANSPR ÜCHF i. Schaltung zur Erzielung einer bestimmten Harmonischen aus einer Grundfrequenz durch Verzerrung dieser Frequenz mittels als Amplitudenunterdrücker bzw. Zweiweggleichrichter bekannter nichtlinearer Vierpole, deren Ni ichtlinearität auf richtungsabhängigen Widerständen beruht, dadurch gekennzeichnet, .daß den richtungsabhängigen Widerständen dieser Vierpole eine solche Vorspannung erteilt wird, daß sie bei Abwesenheit der Grundfrequenz stromundurchlässig sind, und daß sich .entsprechend ,der Kurve, welche die Abhängigkeit der Amplitude der jeweiligen Harmonischen vom Schwellwert (Fig.3) darstellt, -die gewünschte Harmonische in maximaler Stärke ergibt.
2. 2. Schaltung nach Anspruch i ztii- Erzielung ungeradzahliger Harmonischer, dadurch gekennzeichnet, daß der Verzerrervierpol einen Eingangs-(Ti)- bzw. ) -Differentialtransformator Ausgangs- (T" und in beiden Längszweigen zwischen den Transformatoren je einen, von zwei gleichen Widerstandsverlauf und mit Bezug auf den Ein- oder Ausgang des Vierpoles gleiche Durchlaßrichtung besitzenden Gleichrichtern (G1 bzw. G=-) enthält und dala eine gemeinsame negative Vorspannung (I") für beide Gleichrichter den Mitten der ihnen zugekehrten Übertragernicklungen zugeführt wird.
3. 3. Schaltung nach Anspruch i zur 1;rzielung geradzahliger Harmonischer, dadurch gekennzeichnet, daß als Verzerrervierpol eine Doppelweggleichrichterschaltung dient, bei der die einzelnen Gleiclirichterelemente mit negativer X"orspannung betrieben werden.
4. 4. Schaltung nach Anspruch i bis 3 für den Fall einer veränderlichen Grundfrequenzamplitude, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Grundfrequenzspannung gegebenenfalls unter Zwischenschaltung eines Verstärkers einem Gleichrichter zugeführt und die gewonnene Gleichspannung dazu benutzt wird, die Vorspannung des Verzerrers abhängig von der Größe der Grundfrequenzspannung auf den jeweils günstigsten Wert einzustellen.
5. 5. Anwendung der Schaltung nach Anspruch i bis q. für die ?Messung frequenzabhängiger Grölen, z. B. der Dämpfung von Filtern, bei der die einzelnen Meßfrequenzen ihren Sollwerten genau entsprechen müssen, dadurch gekennzeichnet, daß als Meßfrequenzen die durch Frtquenzvervielfachung einer sehr genau konstanten Grundfrequenz (Noormalfrequeriz) mittels einer Schaltung nach Anspruch i bis .l gewonnenen einzelnen Harrnonisclien dienen.
6. 6. Anwendung der Schaltung nach Anspruch i bis q. in Trägerstrornanlagen für die Erzeugung der einzelnen als Kanalfrequenzen dienenden Harmonischen einer Grundfrequenz, dadurch gekennzeichnet, dal, jedem Kanal ein Verzerrervierpol zugeordnet ist, und daß die zur Erzielung der geradzahligen bzw. ungeradzahligen Harmonischen verwendeten %rerzei-rer aufbaumäßig jeweils gleichartig sind, aber verschiedene negative Vorspanntingen haben. Zur Abgrenzung des :im meldungsgegrlrstandes vorn Stand der Technik sind irn Ertrilungsverfahren folgende Druckschriften in Be tracht gezogen worden: deutsche Patentschrift ..... @r. 39.1.10u: franz. Patentschriften ..... - 8'd 83= 618; l'SA.-Pateirtsclii'ift ...... .@r. r. 2 1 .1y @;@@.