DE835902C - Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer frequenzstabilisierten Schwingung - Google Patents
Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer frequenzstabilisierten SchwingungInfo
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Description
(WiGBl. S. 175)
AUSGEGEBEN AM 7. APRIL 1952
N 3079 VIII α/2i ax
ist als Erfinder genannt worden
Schwingung
Es ist zur Erzeugung einer mittels einer Steuerschwingung frequenzstabilisierten elektrischen
Schwingung eine Schaltungsanordnung bekannt, die einen rückgekoppelten Oszillator, eine Impulsmischstufe,
deren Eingang mit dem Ausgang dieses Oszillators und mit der Steuerschwingungsspule gekoppelt
ist, und ein in den Ausgang der Impulsmischstufe eingefügtes integrierendes Netzwerk enthält,
in dem eine Spannung entsteht, die für den l'haseiiuntcrsc'hied zwischen den beiden der Impulsmischstufe
zugeführten Schwingungen maßgebend ist. Um dabei eine definierte Phasenbeziehung
zwischen der Steuerschwingung und der zu erzeugenden
Schwingung aufrechtzuerhalten, ist der rückgekoppelte Oszillator mit einem frequenzsteuernden
Element, z. B. einer Reaktanzröhre, versehen, der die erwähnte Ausgangsspannung des
integrierenden Netzwerkes zugeführt wird.
Die Erfindung bezweckt, eine Schaltungsanordnung zu schaffen, bei der das frequenzsteuernde Element
und das integrierende Netzwerk wegfallen können. Dies gibt nicht nur die Möglichkeit einer Kostenersparnis,
sondern schließt insbesondere Unstabilitäten infolge der vom integrierenden Netzwerk eingeführten
Phasendrehung aus.
Die Erfindung ist durch eine Kopplung zwischen dem Ausgangskreis der Impuls mischstufe und dem
Eingangskreis des Oszillators und durch ein phasen^ drehendes Netzwerk gekennzeichnet, durch das
wenigstens die Komponente des Ausgangsimpulses
der Impulsmischstufe, deren Frequenz gleich der Frequenz des Oszillators ist, mit einer Phasendrehung
von etwa 900 gegen die Spannung in dem frequenzbestimmenden Kreis des Oszillators dem
Eingangskreis des Oszillators zugeführt wird.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert, in der gleiche Bezugsziffern einander entsprechende Schaltelemente bezeichnen.
Fig. ι veranschaulicht den allgemeinen, der Erfindung zugrunde liegenden Gedanken;
Fig. 2 stellt Spannungszeitdiagramme dar, die sich auf die Spannungen in den Ein- und Ausgangskreisen
der Impulsmischstufe beziehen;
1S Fig· 3 is* das Prinzipschaltbild für den Fall, daß
als Impulsmischstufe ein Gleichrichter mit Vorspannung verwendet wird;
Fig. 4, 4a und 4b stellen ausgearbeitete Schaltbeispiele
dar.
ao In Fig. 1 bezeichnet 1 eine z. B. als Hartley-Oszillator
geschaltete rückgekoppelte Oszillatorröhre mit einem frequenzbestimmenden Schwingungskreis
2. Die Ausgangsschwingung dieses Oszillators ist über weiter unten zu erörternde
Stufen 3 und 4 mit dem Eingang einer Impulsmischstufe 5 gekoppelt, dem außerdem eine von
einem Steueroszillator 6 erzeugte Schwingung zugeführt wird.
Unter einer Impulsmischstufe wird dabei eine Mischstufe verstanden, bei der eine der zu mischenden
Schwingungen einen impulsförmigen Verlauf hat und bei der nur während des Auftretens eines
solchen Impulses der Ausgangskreis der Mischstufe von Strom durchflossen wird.
Dieser impulsförmige Verlauf ergibt sich bei der Schaltung nach Fig. 1 z. B. unter Zuhilfenahme
einer Impulssrufe 4, die z. B. die Ausgangsschwingung des Oszillators 1 in Impulse gleicher
Frequenz umwandelt. Diese Stufe 4 kann gegebenenfalls gleichzeitig Phasendrehung und/oder Frequenzvervielfachung
oder -teilung der Schwingung des Oszillators 1, 2 bewerkstelligen.
Bei der bekannten Schaltungsanordnung wird in den Ausgang der Impulsmischistufe 5 ein integrierendes
Netzwerk eingefügt, in dem eine Regelspannung auftritt, die für die Phasenbeziehung
zwischen den beiden Eingangsschwingungen dieser Impulsmischstufe 5 maßgebend ist. Je kürzer dabei
die Impulse sind, desto größer darf das Verhältnis, z.B. 50- bis 22omal, zwischen der Steuerfrequenz
und der erzeugten Frequenz sein, damit noch eine hinreichend große Regelspannung erzeugt wird.
Diese Regelspannung wird dann einer Reaktanzröhre zugeführt, die parallel zu dem frequenzbestimmenden
Kreis 2 des Oszillators gelegt ist, so daß die Frequenz dieses Oszillators 1, 2 in eine bestimmte
Beziehung zu der des Steueroszillators 6 zu stehen kommt.
Gemäß der Erfindung werden dieses integrierende Netzwerk und diese Reaktanzröbre vermieden, indem
die Stufe 3 ein um etwa 900 phasendrehendes Netzwerk enthält, wodurch die Komponente des
• Ausgangsimpulses, deren Frequenz der Frequenz des Oszillators 1, 2, d. h. der Grundwelle des Ausgangsimpulses
der Impulsmischstufe 5 entspricht, gegen die Spannung im Kreis 2 um etwa 900 in der Phase
verschoben ist, wobei weiter dieser Ausgangsimpuls durch eine Koppelspule 7 dem Eingangskreis des
Oszillators 1,2, namentlich dem Gitterkreis der Röhre 1, zugeführt wird. Dieses phasendrehende
Netzwerk kann selbstverständlich gegebenenfalls auch in den Ausgang der Impulsstufe 4 oder der
Impulsmischstufe 5 eingefügt werden.
In Fig. 2 stellt die Kurve 60 zeitlich die vom Oszillator 6 erzeugte Schwingung dar, während die
im Ausgang der Impulsstufe 4 erzeugte Schwingung durch die Kurve 40 wiedergegeben ist.
Die Fig. 2 a und 2 b beziehen sich dabei auf den Fall, daß die Impulsmischstufe 5 in Form einer
Vervielfachungsmischstufe, z. B. einer Röhre mit zwei Steuerelektroden, wie eine Hexode oder Heptode
ausgebildet ist, der die beiden zu mischenden Schwingungen zugeführt werden. Im Ausgang der
Impulsmischstufe 5 entstehen dabei Impulse, wie sie durch die Kurve 50 wiedergegeben sind, deren
Höhe für die Phasenbeziehung zwischen den Schwingungen 40 und 60 maßgebend ist. Wenn
z. B. gemäß Fig. 2 a die Frequenz des Oszillators 6 praktisch eine höhere Harmonische der Frequenz
des Oszillators 1, 2 wäre, würde sich die Höhe der g0
Impulse 50 praktisch besonders wenig ändern. Diese Impulse 50, deren Grundwelle gegen die
Spannung am Kreis 2 um 900 phasenverschoben ist, werden somit eine solche Verstimmung dieses
Kreises hervorrufen, daß die Frequenz des Oszillators ι, 2 sich auf einen Wert einstellen wird, der
einer Unterharmonischen der vom Oszillator 6 erzeugten Schwingung entspricht. Verschiebt sich
dabei z. B. die Frequenz dies Oszillators 6 oder ist dieser Oszillator frequenzmoduliert, so wird eine
entsprechend geringere Frequenzverschiebung oder Frequenzmodulation des Oszillators 1, 2 auftreten.
Es kann auch erreicht werden, daß die vom Oszillator 1, 2 erzeugte Frequenz eine Subharmonische oder ein Bruchteil der Steuerfrequenz ist,
d. h. gleich der Steuerfrequenz geteilt durch n+p/q, wobei n, p und q ganze Zahlen darstellen. Dabei ist
in den Figuren zwecks größerer Deutlichkeit für η ein kleiner Wert gewählt, der jedoch in der Praxis
besondere hoch sein kann. Fig. 2 b bezieht sich insbesondere auf den Fall, daß das erwähnte Verhältnis
gleich »+Vs ist.
In diesem Fall weisen die Ausgangsimpulse 50 der Impulsmischstufe 5 eine abwechselnd größere
und kleinere Amplitude auf. Werden diese dem Eingangskreis des Oszillators 1, 2 über eine Schwellenspannung
zugeführt, die etwa gleich der mittleren Impulsamplitude (durch die gestrichelte Linie
100 in Fig. 2 b bezeichnet) ist und somit nur die größten Impulse durchläßt, so'werden diese Impulse
wieder eine Frequenznachregelung des Oszillators i, 2 bewerkstelligen.
Diese Ausgangsimpulse können auch einem Kreis mit einer z. B. der Hälfte der Impulsfrequenz entsprechenden
Abstimmfrequenz und sodann über 1*5 einen Frequenzverdoppler 8 dem Eingangskreis des
Oszillators ι, 2 zugeführt werden, da die Amplitude
der Spannung in einem solchen Kreis proportional mit dem Amplitudenunterschied zwischen den
größeren und kleineren Impulsen 50 nach Fig. 2 b ist.
Die Fig. 2 c und 2d beziehen sich auf den Fall, daß eine additive anstatt einer multiplikativen
Mischstufe 5 verwendet wird. Das Prinzipschaltbild ist in Fig. 3 näher dargestellt. Bei einer additiven
Mischstufe werden die beiden zu mischenden Schwingungen 40 und 60 zusammengezählt und
darauf über eine Schwellenspannung geführt, so daß nur der diese Schwellenspannung übersteigende
Teil der Summenspannung wirksam wird. Die Breite des Eingangsimpulses 40 der Mischstufe 5
darf dabei nicht größer als die Schwingungszeit t der Steuerschwingung 60 sein und ist vorzugsweise
fast gleich der Hälfte dieser Zeit.
Eine additive Mischstufe läßt sich z. B. mittels eines Gleichrichters 9 mit Vorspannungsquelle 10
verwirklichen.
Fig. 2c stellt den Fall dar, daß die vom Oszillator ι erzeugte Schwingung eine Subharmonische
der vom Oszillator 6 erzeugten Schwingung ist. Die vom Oszillator 6 erzeugte Steuerschwingung wird
nun um die impulsförmige Schwingung 40 des Oszillators 4 vermehrt, so daß die Amplitude der
Impulse 50, die über die durch die gestrichelte Linie 100 angegebene Schwellenspannung hinausgehen,
für die Phasenbeziehung der beiden Schwingungen 40 und 60 maßgebend ist. Diese Impulse 50
werden dann wieder dem Eingangskreis des Oszillators i, 2 zugeführt und sind so fähig, die Frequenz
dieses Oszillators 1 nachträglich auf den erwünschten
Wert abzugleichen. Die Schwellenspannung übersteigt dabei etwas die Amplitude der Steuerschwingung
60.
Auf ähnliche Weise kann l>ewirkt werden, daß die Frequenz des Oszillators 1, 2 ein Bruchteil der
Steuerschwingung 6 ist. Fig. 2d stellt insbesondere den Fall dar, daß die Frequenz des Oszillators 1
sich auf einen Wert einstellt, der dem durch η oder w + '/s oder η + 2Λ geteilten Wert des Oszillators 6
entspricht. Indem die Schwellenspannung 10, die in Fig. 2d durch die gestrichelte Linie 1OO angegeben
ist, so hoch gewählt wird, daß nur die über die gestrichelte Linie 100 hinausgehenden Impulse
50 dem Oszillator 1, 2 zugeführt werden, ist wieder eine Einstellung ausschließlich auf eine dieser
Unterharmonischen möglich.
Im Grunde kann auch bewirkt werden, daß der Oszillator 1 eine höhere Harmonische der Frequenz
des Oszillators 6 erzeugt, in welchem Fall die Ausgangsschwingung des Oszillators 1 unmittelbar
und die des Oszillators 6 über eine Impulsstufe der Impulsmischstufe 5 zugeführt wird. Es wird dabei
jedoch eine Schwingung erzeugt, die in jedem Augenblick, in dem ein Impuls auftritt, einen
Phasensprung aufweist, was im allgemeinen unerwünscht ist.
In Fig. 4 bezeichnet 1 eine Oszillatorröhre mit einer Rückkopplung zwischen dem Steuergitterkreis,
in den der frequetizl>estinimende Kreis 2, und dem
Kathodenkreis, in den eine mit diesem Kreis 2 gekoppelte Spule 12 eingefügt ist. Unter Zuhilfenähme
einer in den Schirmgitterkreis der Röhre 1 eingefügten Spule 13, die dämpfend mit dem Kreis 2
gekoppelt ist, kann weiter bewirkt werden, daß die Amplitude der erzeugten Schwingung praktisch
unabhängig von Änderungen in den Eigenschaften der Röhre oder des Kreises ist.
Der Anodenkreis der Oszillatorröhre 1 enthält eine Induktivität 14, über die eine etwa der Abstimmfrequenz
des Kreises 2 entsprechende Schwingung erzeugt wird. Diese Schwingung wird über
einen Kondensator 15 einer Induktivität 16 mit leicht sättigbarem Ferromagnetkern, z. B. einem
Ferritkern 17, zugeführt.
Auf diese Weise wird während der Zeit, in der infolge des die Induktivität 16 durchfließenden
Stroms der Sättigungspunkt des ferromagnetischen Kerns 17 überschritten ist, die Induktivität 16 praktisch
wie ein Kurzschuß wirksam sein und nur bei nichtgesättigtem Kern 17, d. h. bei kleinen Momentanwerten des Stroms, eine große Selbstinduktion
bilden. Während der Nichtsättigungszeit wird also abwechselnd eine positive und eine negative impulsförmige
Spannung erzeugt werden, die außerdem infolge des Vorhandenseins des Kondensators 15
und der Induktivität 16 um 900 gegen die Spannung
im Kreis 2 phasenverschoben ist. Indem dabei der vom Kondensator 15, der Induktivität 14
und der Induktivität 16 gebildete Kreis, wenn der Kern 17 entfernt ist, auf die Frequenz des Oszillators
i, 2 abgestimmt wird, wird die erzeugte Oszillatorenergie
größtenteils in Impulsenergie umgewandelt.
Diese impulsförmige Spannung wird über einen Koppeltransformator 18 gemeinsam mit der vom
Steueroszillator 6 erzeugten Schwingung einer Impulsmischstufe 5 zugeführt, die einen Gleichrichter
9 und eine vom Spannungsteiler 20, 21 gebildete Schwellenspannungsquelle 10 enthält. So werden
dem Eingangskreis des Oszillators 1, namentlich der mit dem Kreis 2 verkoppelten Spule 22, Impulse
zugeführt, deren Grundwelle um 900 gegen die Spannung im Kreis 2 phasenverschoben ist, so daß
eine Frequenznachregelung des Oszillators 1 bewerkstelligt wird. Da der Kreis 2 dabei in den
Gitterkreis der Oszillatorröhre 1 eingefügt ist, ist die Energie der Schwingung im Gitterkreis weitestgehend
gering, wodurch die Nachregelung möglichst empfindlich ist, d. h. wodurch ein Mindestmaß von
Strom durch die Koppelspule 22 genügt.
Eine doppelseitige Regelung kann mittels der angegebenen Schaltungsanordnung bewerkstelligt werden,
indem eine zweite additive Mischstufe vorgesehen wird, die aus einem Gleichrichter 9' und
einer Vorspannungsquelle 10' (Fig. 4 a) besteht, deren Polaritäten denen des Gleichrichters 9 und
der Spannungsquelle 10 entgegengesetzt sind. Im Ausgang dieser zweiten additiven Mischstufe 9'-io'
werden somit Impulseso' (Fig. 2c) erzeugt, deren
Grundwelle um i8o° gegen die der Impulse 50,
d. h. um 900 gegen die Spannung im Kreis 2 phasenverschoben ist. Diese Impulse 50' werden
über die Koppelspule 22' dem Eingangskreis des Oszillators 1, 2 zugeführt und werden somit die
Frequenznachregelung zusätzlich unterstützen.
Es kann auch eine doppelseitige Regelung bewerkstelligt werden, indem der betreffende Teil der
Schaltungsanordnung gemäß Fig. 4 entsprechend Fig. 4b geändert wird, wobei der gemeinsam durch
die Koppelspulen 22 und 22' in den Kreis 1 übertragene Strom bei Phasengleich'heit der Impulse 40
to und der sinusförmigen Schwingung 60 gerade gleich Null ist.
Zur Umwandlung der vom Oszillator 1 erzeugten Schwingung in eine impulsförmige Schwingung
kann auch die Kaskade einer Anzahl sättigbarer Spulen 16 mit leicht sättigbarem ferromagnetischem
Kern 17 benutzt werden, wodurch im Ausgang der so ausgebildeten Impulsstufe 4 kürzere
Impulse erzeugt werden, die eine Frequenznach^ regelung für höhere Harmonische ermöglichen. Es
ao können auch als Impulsstufe 4 eine in C-Betrieb geschaltete Röhre oder aber ein Multivibrator verwendet
werden.
Claims (5)
- PATENTANSPRÜCHE:i. Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer mittels einer Steuerschwingung frequenzstabilisierten elektrischen Schwingung, die einen rückgekoppelten Oszillator und eine Impulsmischstufe enthält, deren Eingang mit dem Ausgang, des Oszillators und mit der Steuerschwingungsquelk gekoppelt ist, gekennzeichnet durch eine Kopplung zwischen dem Ausgangskreis der Impulsmischstufe und dem Eingangskreis des Oszillators über ein phasendrehendes Netzwerk, durch das die Komponente des Ausgangsimpulses der Impulsmischstufe, deren Frequenz gleich der Frequenz des Oszillators ist, mit einer Phasendrehung von etwa 900 gegen die Spannung in dem frequenzbestimmenden Kreis des Oszillators dem Eingangskreis des Oszillators zugeführt wird.
- 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz der erzeugten Schwingung eine Subharmonische oder ein Bruchteil der Steuerschwingung ist und daß dem Oszillator eine impulsförmige Schwingung entnommen wird.
- 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Impulsmischstufe eine additive Mischstufe, z. B. eine Diode mit Vorspannung oder eine Verstärkerröhre in C-Schaltung, verwendet wird.
- 4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch die Kombination eines um 900 phasendrehenden Netzwerks mit einer Impulsstufe und Verwendung einer Induktivität mit sättigbarem ferromagnetischem Kern, die in den Ausgang des Oszillators eingefügt ist. ·
- 5. Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 3 oder 4, gekennzeichnet durch eine doppelseitig wirkende additive Impulsmischstufe.Hierzu 1 Blatt Zeichnungen© 3795 3.
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Also Published As
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