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Generator zur Erzeugung elektrischer Schwingungen veränderbarer Frequenz
Bei Generatoren zur Erzeugung elektrischer Schwingungen, welche eine Rückkoppliurng
aufweisen, ist es notwendig, d.aß die rückgekoppelte Spannung genau in richtiger
Phase ist, wenn eine maximale Verstärkung erzielt werden soll. Es ist bereits bekannt,
zur Phasendrehung der auf das Gitter einer Verstärkerröhre zurückgeführten Anodenwechselspannung
Reihenschaltungen zu verwenden, welche aus einem Wirkwiderstand und einer Kapazität
(RC-Glied) bestehen. Diese drehen die Phase der -,anigelegten Spanntung um einen
Winkel V, für welchen gilt tg zp = u0 R C. (r)
Durch ein solches Glied
.ist eine maximale Phasendrehung um einen Winkel
möglich, so daß man, :um eine Phiasendrehung von zp = z 8o° zu erhalten, mindestens
zwei solche RC-Glieder hintereinander schalten muß.
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Eine bekannte Schaltung eines RC-Generators zeigt Fig. r. Bei einem
!solchen erregen sich diejenigen elektrischen Schwingungen, bei denen .die Phasendrehung
zwischen der Anoden- und der zum Gitter rückgekoppelten Spannung genau r8al .beträgt.
Wie aus Gleichung (z) ohne weiteres folgt, ist -das hei festem R und C für einen
ganz diskreten Wert der Frequenz o- der Fall. Es wurde deshalb auch bereits vorgeschlagen,
die Frequenz von RC-Generatoren durch mechanisches Ändern der Widerstände R oder
der Kapazitäten C zu steuern.
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Die in Rede stehenden RC-Generatoren besitzen den Vorteil eines geringen
0berwellengehaltes und einer guten Frequenz onstanz. Jedoch erweist es.
sich
in vielen Fällen als wünschenswert, deren Frequenz .ohne miechan.i@sche Mittel rein
elektrisch sieulern zu können, und zwar ergeben sich sowohl .bei langsamer .als
auch bei rascher Steuerung verschiedene Vorteile gegenüber den bekannten Ausführungsformen.
Die Erfindung betrifft demnach ein@eri Generator zur Erzeugung elektrischer Schwnngungeni
veränderbarer Frequenz, bei welchem die vom Ausgangskreis zum Eingangskreis rückgekoppelte
Spannung mit Hilfe mindestens einer Reihenschaltung eines reellen und eines -imaginären
Widerstandes in der Phase gedreht wird, indem idie in der Phase zu drehende Spannung
den freien Enden ,dieser pha-sendreleendn Reihenschaltung zugeführt und .an den
Enden,des einen -dieser Widerstände .abgenommen wird, :und bei welchem erfindungsgemäß
mindestens einer der für die Phasendrehung vorg2.se heuen Widerstände mittels einer
Steuerspannung veränderbar ist. Generatoren gemäß der Erfindung erweisen sich als
sehr einfach und billig. Auch läßt sieh bei ihnen ein großer Frequenzhub erzielen.
Die Frequenzmodulation kann im Gegensatz zu mechanischen Änderungen sehr rasch,
beispielsweise im Rhythmus von Sprachfrequenzen erfolgen: Sie läßt sieh im allgemneinen
ohnz Schivierigke-iten linear mit hder Steuerspannung verkaufend ausführen.
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Die Erfindung sei nun an Hand einiger Ausführungsbeispiele und vermittels
der Figuren der Zeichnung näher erläutert. Fig. i stellt die ,bereits erwähnte,
bekannte Schaltung zdar. Die Pig. 2 und 3 zeigen Schaltungen, wo. der O:hmsche-
Widerstand von; phasendrehenden Gliedern m-it ,einer Steuerspannung veränderbar
ist, wobei in Fig. 2 hdieser Widerstand als Eisenwasserstoffwiderstand und in Fig.
3 als Röhrenschaltung ausgebildet ist. In Fig. q. werden zur Änderung der Phasendrehung
Kapazitäten variiert und schließlich zeigt Fig. 5 eine Schaltung mit Röhren, welche
gleichzeitig -zwei Funktionen erfüllen, nämlich einesteils einen veränderbaren Wirkwiderstand
bilden und andernteils zur Verstärkung dienen.
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In Fi:g.2bedeutet i eine Verstärkerröhre, welcher die Ano,dmsp.annung
über den Anodenwiderstand 2 zugeführt wird. Um zu erreichen, .daß die rückgekoppelter
Wechselspannungen -in richtiger Phase ,dem Gitterkreis der Röhre zugeführt werden,
muß die Phase aderselben zwischen der Anode und dem Gitter um i8o° gedreht sein.
Diese Phasendrehung wird im vorliegenden- Beispiel in,drei Stufen durchgeführt.
In der ersten, durch die Kapazität 3 und den Ohmschen Widerstand 6 gebildeten Stufe
ist die Spannung ,am Widerstand 6 ;um den Winkel gegen die Anodenspannung verschoben,
wobei igilt
wenn Rund C ,di"e Größe des Widerstandes bzw. ider Kapazität bedeuten. Die .am Widerstand
6 liegende Spannung- wird :darauf ,dem folgenden Glied q:, 7 zu-,geführt, wodurch
-die Spannung nochmals eine Drehung erfährt, und schließlich wird sie nach einer
weiteren dritten Drehung vermittels der Stufe 5, 8 vom Widerstand 8 abgenommen und
zum Gitter,der Vemstärkerröhre i zurückgeleitet.
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Die vom Generator erzeugten Schwingungen, welche beispielsweise an
der Anode abgegriffen werden, weisen eine einer Gesamtphasendrehung zwischen Anode
und Gitbar von i80'°' entsprechende Frequenz ,auf, d. h. für die erzeugten Generatorschwingungen
ist V = konstant, so daß nach Gleichung (2) eine Änderung von R oder C eine Änderung,der
Frequenz co bedingt.
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Im Beispiel nach Fig. 2 wurden .daher zur Frequenzänderung die variablen
Widerstände 6 und 7 vorgesehen, welche temperaturabhängig ausgeführt und zur veränderbaren
Heizung nach Maßgabe der an den Klemmen 9 liegenden Steuerspannung von einem veränderbaren
Strom durchflossen sind. Die D-ross,Izln io und ii vermeiden ein Abfließen von .Elochfreqwenzenergi,e
über die Stehuerspannungsqu1elle. Die Widerstände 6: und 7 sind als Eisenwasserstoffwiderstände
.ausgeführt, deren Widerstand ,bekanntlich mit zunehmender Temperatur zunimmt. Soll,der
umgekehrtes Fall realisiert werden, d. h. sollen die Widerstände mit zunehmender
Temperatur abnehmen, so können beispielsweise Kohlewiderstände zur Anwendung gelangen.
Die beschriebenen Generatoren erweisen sich beispielsweise bei Fernmeßei.nrichtungen
,als .sehr vorteilhaft; sie zeichnen sich durch große Einfachheit des Aufbaues aus.
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Die Schaltung .gemäß. Fis-. 3 geht aus derjenigen der Fig. 2 .dadurch
hervor; daß in der letzteren @die Wiiderstän-de 6, 7 :durch Ohmsche Wi@derständie,d,arstellende
Röhrenschaltungen m-it den Röhren 12, 13 ersetzt werden, i bedeutet wieder eine
Verstärkerröhre und 2 ihren Anodenwiderstand. Als Hochfrequ,-nzsp;erren -dienen
wiederum Drosseln io und ii. Die vermittels der Röhren 12 und 13 dargestellten Widerstände
werden in ihrer Größe mit Hilfb° einer Steuerspannung reguliert, welche den Klemmen
9 zugeführt wird.
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Im Gegensatz zur vorherigen Einrichtung mit durch veränderbare Heizung
veränderbaren Widerständen .besitzt man hier eine trägheitslose und damit beliebig
rasche Steuerung :der Generatorfrequenz. Infolgedessen eignet sich -diese Einrichtung
beispielsweise zur Modulation im Sprachrhythmus. In gewissen Fällen empfiehlt eich
eine Steuerbarkeit des inneren Widerstandes der Röhre ,dergestalt, daß an Stelle
,der variabel ausgebildeten Schirmgitterspannung idie Spannung am Steuergitter dm
GI-Met wechselnder Steilheit der Röhre veränderbar ausgeführt wird. Da man in -diesem
Fall im all-meinen im Gebiet negativer Gittervorspannung arbeiten wird, erhält man
auf diese Weise eine leistungslose Stenerbarkeit der Generatorfrequenzen. .
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Im Ausführungsbeispiel igemäß Fig. q. sind die reellen Widerstände
6, 7 und 8 als Längsglieder und die Kapazitäten 15, 16 und 17 als Querglieder der
.drei durch j-,, einen Wirk"viderstarnd und je eine Kapazität gebildeten Vierpole
geschaltet. Als Kapazitäten sind vorspannungsabhängi,ge- Kondensatoren vorgesehen,
,deren veränderbare Steuerspannung den
Klemmen 9 zuzuführen ist.
Die Phasendifferenz y) zwischen der Ausgangs- und,d,r Eingangssp:annu:ng eines solchen
Vierpols i,s.t durch die Beziehung tgy@=(oRC ge@geben. Als vorspannungsabhängige
Kondensatoren eignen sich vor allem solche mit mechanisch nicht verschiebbaren Belegen,
deren Belege in Verbindung mit einer @geeigneten Zwischenschicht die Kapazität von
:der angelegten Vorspannung abhängig machen.
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Weil ,die zum Gitter zurückgeführte Spannung im allgemeinen durch
,die phasendrehenden Glieder bedeutend geschwächt wird, kann sich eine Schaltung
gemäß Fig. 5, bei :der dieser Nachteil vermieden ist, empfehlen. Bei :dieser sind
zur Phasendrehung drei Reihenschaltungen von reellen und imaginären Widerständen
vorhanden, nämlich. die aus den Elementen 2z, 24, 27; 22, 25, 28 und 21:26,
29 gebildeten Impedanzen, bei denen die Röhren 21 bis 23 als veränderbare reelle,
und die aus den durch Parallelschalten je eines. Ohm.schen Widerstandes 27 bi:s
29 mit je einem Kondensator 24 bis 26 gebildeten Elemente a:ls imaginäre
Widerstände wirken. Mit 30 bis 32 sind Gitterableitwiderstän.de bezeichnet, welche
den Röhren 2,1 bzw. 22 bzw. 23 zugeordnet sind. Der Vorteil :dieser Schaltung besteht,
wie .bereits erwähnt, darin, daß mit jeder Phasendrehung der Wechselspannung gleichzeitig
eine Verstärkung derselben verbunden ist. Die Modulationsspannung wird über die
Klemmen 9 der Primärwicklung des Transformators 33 zugeführt, des@sen Spannung .an
der Sekundärwicklung 36 gegebenenfalls in Verbindung mit einer konstanten Vorspannung
die Schirmgittersparinu:ng der Röhren 21 bis 23 darstellt.
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Die in vorliegender Generatorschältung erzeugten Schwingungen haben
ihren Ursprung in Spannungsschwankungen :des Gitters ,der Röhre 21 und werden :durch
dieselbe verstärkt. Das Ersatzschema dieser Röhre besteht aus einem Generator, welcher
auf einer Reihenschaltung eines Wirkwiderstandes mit einer Impedanz arbeitet. Dabei
wird der Wirkwiderstand ,durch den inneren Widerstand der Röhre und die Impedanz
:durch die Parallelschaltung des Widerstandes 27 mit dem Kondensator 24 gebildet.
Es wird daher auch hier an die Reihenschaltung eines Wirk- und eines Blindwiderstandes
eine Spannung (Generatorspannung) gelegt und vom reellen idieser Widerstände (Innenwiderstand
der Röhre) eine Spannung (Anodenspannung) :entnommen, so 4aß auch hier eine Phasendifferenz
zwischen .diesen beiden Spannungen vorhand-,n sein muß. Diseir Vorgang wiederholt
sich nun ;bei der Schaltung der Röhre 22 und :der Röhre 23, so daß auf diese Weise
am Widerstand 32 elektrische Schwingungen entstehen, deren Frequenz mittels ider
den Klemmen 9 zugeführten Modulationsspannunginnerhalb eines großen Bereichs veränderbar
ist. Die Kondensatoren 38, 39 und 4o dienen hier nicht zur Phasendrehung, sondern
nur zur gleichstrommäßigen Trennung von Anoden- und Gitterspannung. Die erzeugten
Schwingungen werden neun in,der Röhre 34 nochmals verstärkt und dienen beispielsweise
zur Erregun- des abstimmbaren Schwingkreises 35. Um zu vermeiden, daß die Amplituden
dieser Schwingungen wegen :der Änderungen der Modulationsspannung schwanken, wird
das Schirmgitter ,der Röhre 34 vermittels einer zweiten Sekundärwickl,ung 37 des
Transformators 33, welche der ersten Sekundärwicklung 36 gegeng,-:schaltet ist,
vorgespannt, so daß eine den am Widerstand 32 auftretenden Spannungsschwankungen
gegengesteuerte Beeinflussung der Schwingungsamplituden erhalten wird und somit
frequenzabhängige Amplitudenänderungen am Schwingkreis 35 vermieden werden.
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In diesem Ausführungsbeispiel bildet bei der ersten Verstärkerstufe
der innere Widerstand der Röh.re2r mit der Impedanz 24, 27 das phasendrehende Element,
wobei d:; r innere Widerstand der Röhre mittels. einer M.odulationsspannung steuerbar
ist. Stattdessen -ist es natürlich auch möglich, den inneren Widerstand konstant
zu halten und die Elemente 24 und/o.der 27 veränderbar auszuführen.
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Auch im übrigen ist die Erfindung nicht auf die Ausführungsbeispiele
beschränkt, sondern läßt sich auf mannigfache andere Weise ausgestalten. Beispielsweise
können statt Kapazitäten Spulen verwendet werden, deren Ind-uktivität gegebenenfalls
@du.rch Ändern :der Gleichstromvormagneti@sierung variabel ist. Die durch Spulen
:bedingte Phasendrehung ist entgegengesetzt gerichtet der ,durch Kapazitäten hervorgerufenen.
Es sind an sich Röhrenschaltungen zur lzünstlichen Nachbildung von Blindwiderständen
bekannt, welche sich natürlich ebenfalls an Stelle gewöhnlicher Kondensatoren und
Induktivitäten verwenden lassen. Die vermittels Verstärkerröhren gebildeten Nachbildungen
reeller oder imaginärer Widerstände können in -der Größe gesteuert werden, indem
die Steuerspannung das Potential mindestens einer El"ektro,de verändert.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht auch darin,
daß nicht nur die Wirk- oder die Blindwiderstände einzeln, sondern daß beide gleichzeitig
veränderbar sind.
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Die bei verschiedenen Temperaturen verschiedene Werte besitzenden
Widerstände können auch so ausgebildet sein, idaß sie nicht wie im Ausführu :gsbeispIel
vom Heizstrom selbstdurchflossen werden, sondern @daß sie in einem gegebenenfalls
allen Widerständen gemeinsamen Heizkörper eingebaut sind.
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Um Schwankungen der Amplituden der erzeugten Schwingungen zu vermeiden,
kann es sich empfehlen, durch einen variablen Verstärker oder durch einen Begrenzer
mit gege:benenfall,s nachfolgender Aussiebun@g sich bildender Oberschwingungen :dafür
zu sorgen, .daß die rückgekoppelten Spannungen stets konstant sind.
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Die Erfindung kann auch ;bei Generatoren angewendet werden, wo die
-Ausgangsspannung gegen die Eingangsspannung bereits. mindestens teilweise phasengedreht
ist. Bei Einrichtungen mit bereits vollständig gedrehter Phase dienen die phasendrehenden
Glieder nur zur Frequenzstewerung. Beispielsweise
können phasendrehende
Glieder hintereinander zur Verwendung kommen, von ,denen die einen Induktivitäten
und @die andern Kapazitäten darstellen, deren Wirkungen sich bei der Steuerspannung
Null aufheben. Zur Regulierung werden die :beiden Kreise vorteilhaft im Sinne .gleichsinniger
Phasendrehung beeinflußt, so daß sie sich @gegenseitig unterstützen.