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Schaltungsanordnung zur Erzeugung von geradzahligen und ungeradzahligen
Vielfachen einer Grundfrequenz Zur Erzeugung von Vielfachen einer Grundfrequenz
werden bekanntlich mit Vorteil magnetisch übersteuerte Eisendrosseln benutzt. In
der verzerrten Spannungskurve sind dann nur die ungeradzahligen Vielfachen der Grundfrequenz
vorhanden. Die geradzahligen Vielfachen können hieraus durch Vollweggleichrichtung
gewonnen werden. Es ist bekannt, daß die verzerrte Spannungskurve nur dann ausschließlich
ungeradzahlige Harmonische enthält, wenn die in ihr auftretenden Spannungsspitzen
vollkommen die gleiche Form haben und den gleichen Abstand voneinander aufweisen.
Häufig ist die Erzeugung einer solchen idealen verzerrten Kurve nicht ohne weiteres
möglich, da die speisende Stromquelle der Grundfrequenz keinen rein sinusförmigen
Strom liefert, vielmehr noch höhere Harmonische dieser Grundfrequenz abgibt. Es
treten daher im allgemeinen bei der Verzerrung einer Grundfrequenz neben den ungeradzahligen
Vielfachen auch noch geringe Anteile von geradzahligen Vielfachen auf. Diese geradzahligen
Vielfachen haben zwar eine so kleine Amplitude, daß ihre Verwendung nicht ohne weiteres
möglich erscheint, andererseits bedingen sie jedoch einen höheren Aufwand für die
zur Aussiebung der einzelnen Frequenzen aus dem Frequenzgemisch benötigten Filtermittel.
Man hat daher schon den Vorschlag gemacht, die Reste der geradzahligen Vielfachen
in der Spannungskurve durch Kompensation des Einflusses der
in der
Grundfrequenz enthaltenen höheren Harmonischen z: B. durch eine Gleichstromvormagnetisierung
zu vermeiden.
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- Weiterhin sind bei der bekannten getrennten Erzeugung der geradzahligen
Vielfachen der Grundfrequenz durch Vollweggleichrichtung der verzerrten, die ungeradzahligen
Vielfachen der Grundfrequenz enthaltenden Spannungskurve in der gleichgerichteten
Spannungskurve außer den geradzahligen Vielfachen auch noch Reste von ungeradzahligen
Vielfachen vorhanden wegen der nur unvollkommenen Übereinstimmung der verschiedenen
für die Vollweggleichrichtung erforderlichen Gleichrichterzellen, selbst unter der
Voraussetzung, daß die durch Verzerrung gewonnene Spannungskurve nur ungeradzählige
Vielfache enthält. Man hat also im Frequenzgemisch der geradzahligen Vielfachen
immer auch mit Resten der ungeradzahligen Vielfachen zu rechnen' und muß die Filtermittel
dementsprechend bemessen.
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Es ist nun bekannt, daß man durch eine Gleichstromvormagnetisierung
der verzerrenden Eisendrossel die verzerrte Spannungskurve derart beeinflussen kann,
daß gleichzeitig sowohl geradzahlige als auch ungeradzahlige Vielfache der Grundfrequenz
mit einer Amplitude erzeugt werden, die eine praktische Ausnutzung der einzelnen
Vielfachen gestattet. Auf diese Weise wird es möglich, ohne daraüffo?gende Gleichrichtung
der ungeradzahligen Harmonischen die geradzahligen Harmonischen zu gewinnen, und
zwar mit einer Amplitude, die ihre praktische Ausnutzung ermöglicht. Die Filteranforderungen
werden dadurch zwar gegenüber dem Idealfall bedeutend erhöht, jedoch ist der Idealfall,
wie bereits ausgeführt wurde, im allgemeinen nicht vorhanden, so daß praktisch doch
mit erhöhten Filteranforderungen zu rechnen ist. Eine erhebliche Verringerung der
Anforderungen an die zur Aussiebüng der einzelnen Frequenzen erforderlichen Bandfilter
ergibt sich jedoch durch die Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung.
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Bei einer Schaltungsanordnung zur Erzeugung -von geradzahligen und
ungeradzahligen Vielfachen einer Grundfrequenz, insbesondere zur Erzeugung von Trägerfrequenzen
eines Trägerfrequenzvielfachübertragungssystems unter Verwendung von magnetisch
übersteuerten Eisendrosseln, wird gemäß der Erfindung nur zur Erzeugung der ungeradzahligen
Vielfachen der Grundfrequenz eine Eisendrossel benützt, deren Magnetisierungskurve
durch die Grundfrequenz symmetrisch ausgesteuert ist, hingegen zur Erzeugung der
geradzahligen Vielfachen eine Eisendrossel benutzt, deren Magnetisierungskurve durch
die doppelte Grundfrequenz derart unsymmetrisch ausgesteuert ist, daß in der verzerrten
Kurvenform der der Eisendrossel zugeführten doppelten Grundfrequenz neben den ungeradzahligen
auch die geradzahligen Vielfachen der doppelten Grundfrequenz enthalten sind, und
zwar mit einer Amplitude, die jeweils in der Größenordnung der Amplitude der benachbarten
ungeradzahligen Vielfachen ist. Die in der verzerrten Kurvenform der doppelten Grundfrequenz
enthaltenen ungeradzahligen und geradzahligen Vielfachen sind dabei also geradzahlige
Vielfache der Grundfrequenz. Gegenüber den eingangs behandelten bekannten Anordnungen,
z: B. gegenüber der bekannten getrennten Erzeugung von geradzahligen und ungeradzahligen
Vielfachen einer Grundfrequenz, bei der die geradzahHgen Harmonischen durch Vollweggleichrichtung
der ungeradzahligen Harmonischen gewonnen werden, hat man damit den Vorteil, daß
die Anforderungen an die zur Aussiebung der einzelnen Frequenzen erforderlichen
Bandfilter erheblich verringert werden.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Fig. r schematisch
dargestellt. Der Grundgenerator G1 erzeuge beispielsweise die Grundfrequenz f, =
3 kHz, die über den Schwingungskreis L1, Cl auf die Eisendrossel Dr, gegeben
wird. Der Schwingungskreis L1, Cl ist dabei im wesentlichen auf die Grundfrequenz
abgestimmt. Der Kondensator C dient zur Entzerrung. Aus dem so entstandenen
Frequenzgemisch von ungeradzahligen Vielfachen der Grundfrequenz f, werden über
die Filtermittel F, F2, F3 usw. die einzelnen ungeradzahligen Vielfachen
der Grundfrequenz ausgesiebt und beispielsweise verschiedenen Modulatoren eines
trägerfrequenten Vielfachübertragungssystems zugeführt. Die Erzeugung der ungeradzahligen
Vielfachen erfolgt hierbei also in der bekannten Weise.
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Zur Erzeugung der geradzahligen Vielfachen wird die doppelte Grundfrequenz
2 fo = 6 kHz benutzt, die durch den Generator G2 über den auf die doppelte Grundfrequenz
abgestimmten Schwingungskreis L, C2 der Drossel Dr, zugeführt wird. C" ist der Entzerrungskondensator.
Da durch die Anordnung die geradäahligen Vielfachen der Grundfrequenz gewonnen werden
sollen; müssen in der verzerrten Spannungskurve sowohl die ungeradzahligen als auch
die geradzahligen Harmonischen der doppelten Grundfrequenz vorhanden sein. Man erhält
beide zugleich durch Verzerrung in der Eisendrossel Dr, wenn man durch eine
Vormagnetisierung mit einem überlagerten Gleichstrom, der beispielsweise durch die
Batterie B geliefert und über den Vörwiderstand R der Drossel zugeführt wird, den
Arbeitspunkt auf der Magnetisierungskurve so verschiebt, daß der durchgesteuerte
Bereich nicht mehr symmetrisch ist. Der Widerstand R soll der Gleichung
R > 2 moLD" genügen. Die Induktivität der Eisendrossel Dr, ist dabei mit
LD" bezeichnet. An Stelle des Widerstandes R kann auch eine Drossel Dy. benutzt
werden, deren Induktivität groß gegen LDT2 ist. Der Vormagnetisierungsgleichstrom
kann zweckmäßig auch durch Gleichrichtung einer Wechselspannung, z. B. der der Grundfrequenz
fo oder der doppelten Grundfrequenz 2 f, gewonnen werden. Durch die Größe der Vormagnetisierung
können die Amplitudenverhältnisse zwischen gerädzahligen und ungeradzähligen Harmonischen
eingestellt werden. Statt einer Vormägnetisierung mit einem überlagerten Gleichstrom
kann auch eine Vormagnetisierung mit einem Dauermagneten vorgenommen werden. Aus
dem so gewonnenen Frequenzgemisch können über die Filter F,', F,', F3 usw. die geradzahligen
Harmonischen der Grundfrequenz entnommen und z. B. anderen Modulatoren des trägerfrequenten
Vielfachübertragungssystems zugeführt werden. Die Anforderungen an diese Filtermittel
entsprechen den der Filtermittel, die für eine ideale
Spannungskurve,
die -nur geradzahlige Harmonische enthält, erforderlich sind. -Da nämlich das Gemisch
der geradzahligen Vielfachen der Grundfrequenz f, aus der doppelten Frequenz
2 f, erzeugt wird, können keine Reste von ungeradzahligen Vielfachen der
Frequenz f, enthalten sein.
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Der Wirkungsgrad einer derartigen Anordnung ist erheblich besser als
der einer Anordnung, bei der die geradzahligen Vielfachen der Grundfrequenz durch
Gleichrichtung der ungeradzahligen Vielfachen gewonnen werden, weil die Verluste
der Gleichrichtung fortfallen und die Ordnungszahl der erzeugten Harmonischen geringer
ist, da man statt von der Grundfrequenz von der doppelten Grundfrequenz ausgeht.
Durch die Verwendung getrennter Generatoren ergibt sich auch eine größere Leistung
der ungeradzahligen Vielfachen, weil die gesamte Leistung des Grundwellengenerators
zu deren Erzeugung zur Verfügung steht und nicht der Hauptteil für die Erzeugung
der geradzahligen Vielfachen benötigt wird.
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Die Schaltungsanordnung ist besonders vorteilhaft für Trägerfrequenzübertragungssysteme,
die mit einer sogenannten Vormodulation arbeiten, bei der also vor der eigentlichen
Umsetzung in den Übertragungsbereich sämtliche Nachrichtenkanäle in den gleichen
verhältnismäßig niedrigen _ Frequenzbereich verschoben werden. Benutzt man beispielsweise
für die Vormodulatidn bei einem Trägersystem, dessen Nullfrequenzen Harmonische
von 3 kHz sind, die Trägerfrequenz 6 kHz, so kann diese unmittelbar dem Grundfrequenzgenerator
G2 entnommen werden, beispielsweise an den Klemmen i, 2, 3, 4, 5, 6 usw. der Fig.
x.
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Die Unsy mmetrie der Magnetisierungskurve der Eisendrossel Dr,, kann,
wie in Fig. 2 dargestellt, statt . durch Vormagnetisierung mit Gleichstrom oder
einem Dauermagneten auch dadurch erreicht werden, daß man parallel zur Drossel Dy2
eine Gleichrichteranordnung Gl schaltet, zweckmäßig in Reihe mit einem Widerstand
R', die die Stromkurve entsprechend verzerrt. Die Drossel Dr, kann auch mit einer
zweiten Wicklung versehen werden, an der entweder der Gleichstrom zugeführt oder
der Gleichrichter Gl angeschlossen wird. Das erforderliche Maß von Nichtlinearität
kann durch den Widerstand R' bzw. R eingestellt werden.
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Die Generatoren G, und _ G2 können beide frei schwingen und werden
dann zweckmäßig mit Rücksicht auf die erforderliche Frequenzgenauigkeit mit Kristallen
oder Stimmgabeln gesteuert. Es ist jedoch auch möglich, den einen durch den anderen
mitzuziehen, so daß die Kristall- oder Stimmgabelsteuerung nur bei einem Generator
erforderlich ist.
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Vorteilhaft gewinnt man die Frequenz 2 f, aus der Grundfrequenz f)
durch Verdopplung, z. B. durch Vollweggleichrichtung,wie es in der Fig. 3 gezeigt
ist. An Stelle des Generators G2 tritt hier ein Vollweggleichrichter G12, dem die
Grundfrequenz f, zugeführt wird und dessen Ausgang die Frequenz 2 f, über das Filter
F2 fo entnommen und einem Verstärker V zu- j geführt wird. Der Verstärkerausgang
ist mit dem Verzerrerkreis L2, C2, Dy. verbunden.
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Der zur Erzeugung der Unsymmetrie der Magnetisierungskurve der Drossel
Dy. benutzbare Gleichrichter Gl kann mit seinem Vorwiderstand R' auch parallel zu
L2, C2 angeschlossen werden, wie es die Fig. 3 zeigt. Dies hat den Vorteil, daß
hierbei die für diesen Hilfszweig zur Verfügung stehende Energie größer ist, insbesondere
dann, wenn noch ein Kondensator C3, wie gestrichelt angedeutet, hinzugefügt ist.
Es ergibt sich dann für die Erzeugung der Unsymmetrie der Magnetisierungskurve die
gleiche Schaltung wie in der Fig. i. Die Batterie B ist hierbei jedoch durch den
Gleichrichter Gl und den Kondensator C3 ersetzt.
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Die erforderliche Unsymmetrie der Magnetisierungskurv e kann auch
dadurch erzielt werden, daß man der Drossel Dr, außer der doppelten Grundfrequenz
auch höhere geradzahlige Vielfache der Grundfrequenz, z. B. 4f" 6f, zuführt, so
daß die Nulldurchgänge des Magnetisierungsstromes verschoben werden. In Fig. 3 könnte
beispielsweise das Bandfilter F2 fo durch einen Hochpaß ersetzt werden, der nur
die Frequenz fo unterdrückt und die Eisendrossel Dr, direkt an den Ausgang des Verstärkers
anschließt. Der Schwingungskreis L2 C2, der Gleichrichter Gl und dessen Vorwiderstand
R kommen hierbei in Fortfall. Es ist vorteilhaft, den Ausgangsscheinwiderstand des
Verstärkers dann hochohmig zu machen, damit die in der Drossel entstehenden Vielfachen
nicht durch den Verstärkerausgang belastet werden. Man wird also zweckmäßig beispielsweise
Pentoden verwenden.
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Benutzt man bei einer Anordnung nach Fig. 3 eine Gleichstromvormagnetisierung,
wie sie beispielsweise in der Fig. i gezeigt ist, so kann an Stelle einer besonderen
Batterie B auch die Anodenbatterie benutzt werden. Da die benötigte Spannung nur
klein ist, kann man -den Gleichstromzweig der Drossel Dy2 in den Anodenkreis einer
der Verstärkerröhren einführen, ohne dadurch deren Leistungsfähigkeit zu beeinträchtigen.