DE812437C

DE812437C - Roehrengenerator

Info

Publication number: DE812437C
Application number: DEP37235A
Authority: DE
Inventors: Henrikus Hanso Schotan Idzerda
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1948-04-12
Filing date: 1949-03-19
Publication date: 1951-08-30
Also published as: US2601416A; BE488413A; CH273527A; GB659450A; FR984394A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Röhrengenerator zur Erzeugung von Schwingungen einstellbarer Frequenz, der einen rückgekoppelten Verstärker enthält, bei dem die Frequenz der erzeugten Schwingungen durch ein aus gleichartigen Reaktanzen und Ohmschen Widerständen gebildetes phasendrehendes Rückkoppelnetzwerk bedingt ist. Je nach Art der Reaktanzen werden diese Generatoren als RC- oder RL-Generatoren bezeichnet.

Ein Beispiel eines solchen Generators ist in Fig. ι der Zeichnung dargestellt, an Hand der die Wirkungsweise erläutert ist. Die Ausgangsklemmen ι und 2 eines Verstärkers 3 sind mit dem Netzwerk 4 verbunden, das hier aus Widerständen und Kondensatoren besteht. Dieses Netzwerk besteht aus zwei Gliedern. Das obere Glied enthält die Reihenschaltung eines Widerstands 5 und eines Kondensators 6, das zweite, untere Glied die Parallelschaltung eines Widerstands 7 und eines Kondensators 8. Die beiden Glieder sind in Reihe zwischen die Ausgangsklemmen des Verstärkers eingeschaltet. Die Spannung über das von 7 und 8 gebildete Glied wird den Eingangsklemmen 9 und 10 des Verstärkers zugeführt. Das Rückkoppelnetzwerk 4 kann hier als Spannungsteiler angesehen werden. Wird angenommen, daß im Verstärker 3 für die erzeugte Frequenz keine Phasendrehung auftritt und werden die Widerstände 5 und 7 mit R₁ bzw. R₂ und die Kondensatoren 6 und 8 mit C₁ bzw. C₂ bezeichnet, so wird für die erzeugte Frequenz:

} iVj R₂ C₁ C 2

gefunden. Bekanntlich ist für diese Frequenz die Eingangsspannung des Verstärkers, d. h. die Spannung

an dem von 7 und 8 gebildeten Glied, gleichphasig mit oder gegenphasig zu der Ausgangsspannung des Verstärkers, d. h. zu der Spannung über dem ganzen Netzwerk. Außer der Größe der erzeugten Frequenz ist noch das sogenannte Spannungsteilerverhältnis Z des Netzwerks 4, d. h., das Verhältnis zwischen der Spannung an dem unteren Glied und derjenigen an den beiden Gliedern zusammen, bedeutsam. Für den Fall, daß R₁ = R₂ und C₁ = C₂, ist für das dargestellte Netzwerk das Spannungsteilerverhältnis Z gleich '/_;j. Die Verstärkung des Verstärkers darf in diesem Fall nicht kleiner als das Umgekehrte desselben, d. h. 3, sein. Der Verstärker wird im allgemeinen für eine bedeutend größere Verstärkung ausgebildet, die dann mittels Gegenkopplung auf den richtigen Wert gebracht wird. Bekanntlich stellt sich bei der Erzeugung von Schwingungen die Amplitude der Schwingungen stets so ein, daß die Verstärkung gerade einen Wert hat, der gleich dem Umgekehrten des Spannungsteilerverhältnisses des verwendeten Netzwerks ist.

Die Frequenz der erzeugten Schwingungen kann durch Änderung der Größe wenigstens eines oder mehrerer der Elemente 5, 6, 7 und 8 eingestellt werden. Ist ein großer Frequenzbereich erwünscht, so werden

z. B. die Kondensatoren 6 und 8 kontinuierlich veränderlich und die Widerstände 5 und 7 stufenweise veränderlich ausgebildet. Auf diese Weise ergibt sich eine Anzahl von Frequenzbändern gleich der Anzahl der Stufen und innerhalb jedes Bandes kann die Frequenz durch Änderung der Kondensatoren eingestellt werden. Es ist selbstverständlich·auch möglich, die Größe der Kondensatoren stufenweise und die Widerstände kontinuierlich zu ändern. Ein solcher Generator kann auch mit Selbstinduktionen an Stelle der Kondensatoren ausgebildet werden.

Es ist nun oft erwünscht, nicht nur über die Frequenzeinstellung, sondern auch über eine Möglichkeit einer gewissen Verstimmung dieser Frequenz zu verfügen.Eswird manchmal hinreichend sein, daß eine feste Verstimmung vorgesehen werden kann, meistens aber wird es erwünscht sein, auch diese kontinuierlich einstellen zu können. Hierbei ist es erwünscht, die Verstimmung entweder fest oder einstellbar von der eingestellten Frequenz abhängig zu machen, und zwar derart, daß das Verhältnis zwischen der vorgenommenen Verstimmung und der eingestellten Frequenz von der eingestellten Frequenz unabhängig ist. Hierbei ist also die Verstimmung in einem Relativmaß ausgedrückt, also z. B. in Prozenten der eingestellten Frequenz oder inMusikintervallen.von der eingestelltenFrequenz ab gerechnet, unabhängig von der eingestellten Frequenz. Eine solche Verstimmungsmöglichkeit vereinfacht oft wesentlich auftretende Messungen, z. B. die Feststellung der Kreisgüte und die Aufnahme von Resonanzkurven.

Zu diesem Zweck könnte einer der Widerstände oder eine der Reaktanzen des Netzwerkes veränderlich ausgestaltet werden. Es ist ersichtlich, daß zu diesem Zweck die Elemente, die bereits zur Einstellung der Frequenz in jedem Bande veränderlich ausgebildet sein müssen, nicht in Betracht kommen. Die anderen Elemente haben jedoch in einem jeden der zur Erzielung eines hinreichend großen Frequenzbereiches erforderlichen Bänder einen verschiedenen Wert. Die Schwierigkeit könnte durch Ausbildung z. B. des

j Widerstandes 7 in der Fig. 1 für jedes Band in Form eines Spannungsteilers behoben werden. Abgesehen von den dadurch bedingten Kosten, tritt dann ein

j anderer Nachteil auf, da es sich zeigt, daß diese Ände-

[ rung des Widerstands 7 das SpannungsteilerverhältnisZ des Netzwerks beeinflußt. Bei der Einstellung

j der Verstimmung wird sich dieses Verhältnis also ändern, und der Verstärker 3 wird sich auf eine Verstärkung einstellen, die diesem geänderten Verhältnis entspricht. Es zeigt sich, daß dabei auch eine Änderung der Größe der eingestellten Amplitude auftritt, was unerwünscht ist. Dieser Nachteil kann zwar durch Änderung des Widerstands 5 im gleichen Sinne wie Widerstand 7 behoben werden, aber zur Verwirklichung der erwünschten, vorstehend beschriebenen Verstimmungsmöglichkeit müßten dabei für jedes Band zwei Spannungsteiler vorhanden sein. In Anbetracht der großen Anzahl der zur Herstellung eines hinreichend großen Frequenzbereichs erforderlichen Bänder ist dies mit Rücksicht auf die Kosten und den Raum nicht durchführbar.

Die Erfindung schafft einen Röhrengenerator, der den vorstehend erwähnten Übelständen abhilft.

Es wird dabei von einem Röhrengenerator im eingangs erwähnten Sinne ausgegangen, dessen Rückkoppelnetzwerk aus zwei Gliedern besteht, bei denen das erstere die Reihenschaltung eines Ohmschen Widerstands R und einer Reaktanz X und das zweite die Parallelschaltung eines Ohmschen Widerstands BR

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und einer Reaktanz-— enthält und bei dem die beiden

Glieder in Reihe zwischen die Ausgangsklemmen des Verstärkers gelegt sind, während das zweite Glied zwischen den Eingangsklemmen des Verstärkers eingeschaltet ist.

Die Erfindung hat das Merkmal, daß im zweiten Glied des Netzwerks in Reihe mit dem Ohmschen Widerstand bzw. in Reihe mit der Reaktanz eine Spannung Zl₁ E bzw. Zl₂ E eingeführt wird, die je einen Phasenunterschied gleich einem ganzen Vielfachen von i8o° in bezug auf die Spannung E über das ganze Netzwerk aufweisen und derart veränderlich sind, daß

dabei der Wert von "„-- + rx A₂ im wesentlichen kon-

p
stant bleibt.

Wie weiter unten erläutert wird, ergibt dies die erwähnte Verstimmungsmöglichkeit und im Falle der Änderung der Verstimmung (infolge der gleichzeitigen Änderung von Zl₁ und Zl₂ in solcher Weise, daß

■ ac A₂ konstant bleibt) bleibt das Spannungs-

teilerverhältnis Z des Netzwerks konstant und somit auch die Amplitude.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert. Von der Fig. 1, in der ein bekannter Röhrengenerator schematisch dargestellt ist, war bereits die Rede.

Fig. 2 stellt ein Netzwerk zur Verwendung bei einem erfindungsgemäß ausgebildeten Röhrengenerator dar.

Das in Fig. 2 dargestellte Netzwerk entspricht im wesentlichen dem im Röhrengenerator nach Fig. 1 ver-

wendeten. Mit 5 und 7 sind Widerstände mit einer Größe von R und ßR und mit 6 und 8 sind Reaktanzen gleicher Art mit einem Wert X und Xja bezeichnet. In Reihe mit dem Ohmschen Widerstand 7 ist nun eine Spannung eingeführt, die symbolisch von dem Generator 20 in der Größe A₁ E dargestellt ist. In Reihe mit der Reaktanz 8 ist eine Spannung in der Größe von Zl₂ E eingeführt, die symbolisch vom Generator 21 dargestellt ist. Darin stellt E die Spannung am ganzen Netzwerk dar, während Zl₁ und Zl₂ positive oder negative Werte haben und meist klein im Verhältnis zu eins sind.

Für den Modul des Spannungsteilerverhältnisses Z wird nunmehr gefunden, bei Vernachlässigung höherer Potenzen von Zl₁ und Zl₂ gegenüber 1:

4^L=^^T⁽ⁱ--t^I+af^lt)

Werden also 1 und 2 gleichzeitig geändert und derart, daß ' +«zl₂ konstant bleibt, so bleibt auch Z konstant, und es tritt keine Amplitudenänderung mehr auf. Es zeigt sich nun, daß bei einer solchen gleichzeitigen Änderung von Zl₁ und Zl₂, wobei Z konstant bleibt, eine in absolutem Maße (ζ. Β. Prozente der eingestellten Frequenz) konstante Verstimmung auftritt, unabhängig von der eingestellten Frequenz. Diese Verstimmung ist weiter direkt proportional mit der bei Zl₁ und Zl₂ vorgenommenen Änderung.

Vorstehend wurde angenommen, daß die Spannungsquellen 20 und 21 eine Innenimpedanz haben, die gegenüber der Impedanz der Elemente 7 und 8 vernachlässigbar ist. Dies kann in der Praxis leicht erfüllt werden, z. B. in der in Fig. 3 dargestellten Weise.
Die in Reihe mit den Widerständen 7 und 8 eingeführten Spannungen sind hier der Spannung E entnommen. Dies hat den Vorteil, daß die Spannungen A₁E und Zl₂E von dem bereits vorhandenen Verstärker geliefert werden. Sollen diese Spannungen der Spannung E entnommen werden, so kann dies bewirkt werden, indem an das untere Glied des Netzwerks der Fig. 2 ein Einzelverstärker angeschlossen wird, der von der Spannung E die Spannungen Zl₁ E und Zl₂E ableitet. Dieser Verstärker muß in diesem Fall jedoch eine Eingangsimpedanz haben, die groß gegenüber den beiden Gliedern des Netzwerks ist, da sonst die erzeugte Frequenz in unerwünschter Weise beeinflußt wird.

Der in Fig. 3 dargestellte Röhrengenerator enthält einen Verstärker 30. Zwischen den Ausgangsklemmen ist das Netzwerk 33 eingeführt. Der Röhrengenerator ist für sechs Bänder eingerichtet, aus denen mittels der gekoppelten Schalter 34 und 35 eines gewählt wird. Bei diesem Netzwerk sind die den Widerständen 5 und 7 der Fig. 2 entsprechenden Widerstände gleich und in sechs Stufen veränderlich ausgebildet. Die kontinuierliche Einstellung der Frequenz innerhalb jedes Frequenzbandes wird durch die gleichen gekoppelten kontinuierlich veränderlich ausgebildeten Kondensatoren 36 und 37 vermittelt. Das obere Glied des Netzwerks 33 enthält die Reihenschaltung des Kondensators 36 und eines der sechs Widerstände 38; das untere Glied enthält die Parallelschaltung des Kondensators 37 und eines der Widerstände 39. Die Spannung am unteren Glied des Netzwerks wird den Eingangsklemmen 40 und 41 des Verstärkers 30 zugeführt. Zwischen den Ausgangsklemmen dieses Verstärkeis ist weiter die Reihenschaltung eines Ohmschen Widerstands 42 und der Parallelschaltung der Spannungsteiler 43 und 44 angeschlossen. Zwischen der Klemme 32 und einem jeden der beiden Kontaktarme 45 und 46 dieser Spannungsteiler stehen somit regelbare Spannungen, die mit der Ausgangsspannung des Verstärkers und somit mit der Spannung E am ganzen Netzwerk in Phase sind. Der Kontaktarm 46 ist auf die angegebene Weise mit dem veränderlichen Kondensator 37 und der Kontaktarm 45 mit den Widerständen 39 verbunden. So werden in Reihe mit dem Kondensator 37 bzw. in Reihe mit dem für ein bestimmtes Band eingeschalteten Widerstand 39 die vorstehend mit Zl₁ E und A₂E bezeichneten Spannungen zügeführt. Hierbei sind die Kontaktarme 45 und 46 der Spannungsteiler mechanisch gekuppelt, und diese Spannungsteiler sind gleich groß. Da sowohl die Widerstände als auch die Reaktanzen (hier Kondensatoren) gleich sind, ist hier <x = β = ι, so daß die Bedingung für Zl₁ und Zl₂ wird: Zl₁ + Zl₂ ist konstant. Infolge des dargestellten Anschlusses der Spannungsteiler ist tatsächlich erreicht, daß hierbei Zl₁ und Zl₂ konstant ist. Durch Verschiebung der miteinander gekuppelten Spannungsteilerarme 45 und 46 kann sich somit eine erwünschte Verstimmung ergeben, wobei, wie vorstehend erläutert, das Spannungsteilverhältnis des Netzwerks konstant bleibt und somit auch die Verstärkung des Verstärkers 30, wodurch eine Änderung der eingestellten Amplitude der erzeugten Schwingungen bei einer Veränderung der Verstimmung vermieden wird.

Bei einem Ausführungsbeispiel hatten die beiden Spannungsteiler eine Größe von 4,4 Ohm, während der kleinste der Widerstände 39 einen Wert von 7 kü hatte. Hierbei besitzt dann der Kondensator 37 für die erzeugte Frequenz eine Impedanz von ebenfalls 7 kß wie

aus der Formel: _ω = w_c oder ^ = R folgert. Die Bedingung, daß die Eingangsimpedanzen der die Spannungen A₁E und A₂E erzeugenden Spannungsquellen gegenüber den mit ihnen in Reihe gelegten Impedanzen klein sein müssen, war hier also angemessen erfüllt.

Bei einem Röhrengenerator nach diesem Ausführungsbeispiel kann also außer einer Hauptskala, welche die eingestellte Frequenz beim Fehlen einer Verstimmung angibt und in Hertz geeicht sein kann, eine Verstimmungsskala vorgesehen werden, auf der die eingestellte Verstimmung in Prozenten der eingestellten Frequenz, in Musikintervallen von der eingestellten Frequenz an gerechnet, oder in einem anderen geeigneten, auf die eingestellte Frequenz bezogenen Maß angegeben wird.

Die Spannungen Zl₁ E und A₂E werden hier von dem im Generator vorhandenen Verstärker geliefert. Es ist jedoch auch möglich, diese Spannungen mittels eines Einzelverstärkers der Spannung E' zu entnehmen.

Bei dem in Fig. 3 dargestellten Beispiel ist Zl₁ + Zl₂ gleich einer positiven Konstante, da (Zl₁ -f- Zl₂) gerade gleich der Spannung an den beiden Spannungsteilern

ist. Da A₁ + A₂ dabei nicht negativ werden, d. h., daß die eingeführten Spannungen gegenphasig zu E und E' wären, sind die Spannungen A₁E und A₂E hier beide gleichphasig mit E und E'. Dies ist jedoch durchaus unwesentlich. Wird A₁ + A₂ = ο gewählt, so sind die eingeführten Spannungen stets gegenphasig. Auch im Falle der Fig. 3, wobei A₁ + A₂ positiv ist, ist es möglich, entweder A₁ oder A₂ negativ zu machen, sofern dabei (A₁ + A₂) konstant bleibt. Hierbei könnte ein Transformator zur Umkehr der Phase einer der Spannungen A₁ E oder A₂ E verwendet werden.

Ist (A₁ + A₂) nicht absolut, sondern nur angenähert konstant, so ergibt sich ohnehin eine Verstimmung und die infolge der Verstimmung auftretenden Amplitudenänderungen sind für manche Zwecke bereits hinreichend klein.

An Stelle der Spannungsteiler der Fig. 3 können

auch feste Widerstände vorgesehen werden, wodurch dann eine feste Verstimmung von z. B. i°/₀ oder ein

ao Musikintervall in der Größe eines halben Tonabstands eingeführt werden kann.

Claims

Patentansprüche:

^a5 i. Röhrengenerator zur Erzeugung von Schwingungen einstellbarer Frequenz, der einen rückgekoppelten Verstärker enthält, bei dem die Frequenz der erzeugten Schwingungen durch ein aus gleichartigen Reaktanzen und Ohmschen Widerständen gebildetes, als Funktion der Frequenz eine veränderliche Phasendrehung aufweisendes Rückkoppelnetzwerk bedingt ist, das aus zwei Gliedern besteht, bei denen das erstere die Reihenschaltung eines Ohmschen Widerstands R und einer Reaktanz X und das zweite die Parallelschaltung eines

Ohmschen Widerstands β R und einer Reaktanz -^- enthält und wobei beide Glieder in Reihe zwischen die Ausgangsklemmen des Verstärkers gelegt sind, während das zweite Glied zwischen die Eingangsklemmen des Verstärkers gelegt ist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung einer Verstimmung der eingestellten Frequenz, wobei das Verhältnis der Verstimmung und der eingestellten Frequenz nicht von der eingestellten Frequenz abhängig ist, in das zweite Glied des Netzwerks in Reihe mit dem Ohmschen Widerstand bzw. in Reihe mit der Reaktanz Spannungen A₁ E bzw. A₂ E eingeführt werden, die je einen Phasenunterschied eines ganzen Vielfachen von 180 ° in bezug auf die Spannung E am ganzen Netzwerk aufweisen und derart veränderlich sind, daß dabei der Wert

von —- + « A₂ im wesentlichen konstant bleibt. ρ
2. Röhrengenerator nach Anspruch 1, dadurch

gekennzeichnet, daß die eingeführten Spannungen A₁E und A₂E vom Verstärker geliefert werden.
3. Röhrengenerator nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungen in das Netzwerk mittels weiterer Ohmscher Widerstände eingeführt sind, die in Reihe mit dem Ohmschen Widerstand bzw. mit der Reaktanz liegen und deren Größe klein gegenüber dei des Ohmschen Widerstands und der Reaktanz ist, und daß die weiteren Widerstände von je einem Strom durchflossen werden, der einen Phasenunterschied eines ganzen Vielfachen von 180 ° in bezug auf die Spannung an der Parallelschaltung des Widerstands und der Reaktanz aufweist.
4. Röhrengenerator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzlichen Ohmschen Widerstände in Form zweier mechanisch gekuppelter Spannungsteiler derart ausgebildet sind, daß bei einer Änderung der Widerstände der Wert -—- + χA₂ konstant bleibt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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