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Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung einer gegenüber einer gegebenen
Spannung um genau 90° phasenverschobenen Spannung Die Erfindung betrifft ein Verfahren
und eine Vorrichtung zur Erzeugung einer gegenüber einer gegebenen Spannung beliebiger
Frequenz in einem großen Frequenzbereich um genau go° phasenverschobenen Spannung
unter Verwendung einer diese Spannung aus der gegebenen Spannung angenähert herstellenden
phasendrehenden Anordnung. Eine go°-Phasenverschiebung wird häufig benötigt, beispielsweise
bei Modulationsanordnungen zur Auskompensierung der zweiten, nicht benötigten Seitenfrequenz.
Ebenso besteht auch auf dem Gebiete der Meßtechnik häufig das Bedürfnis, in einem
großen Frequenzbereich sehr genau eine go°-Phasenverschiebung herbeiführen zu können,
beispielsweise bei Scheinwiderstandsmeßgeräten u. dgl. Auch in Gegenkopplungswegen
kann es vielfach erwünscht sein, sehr genau eine go°-Phasenverschiebung herbeizuführen.
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Die bekannten phasendrehenden Anordnungen, mit denen die Gewinnung
einer um go° phasenverschobenen Spannung möglich ist, haben sämtlich den Nachteil,
daß sie eine genaue Phasendrehung nicht in einem sehr großen Frequenzbereich gestatten
und daß weiterhin auch das Verhältnis von Ausgangszu Eingangsspannung frequenzabhängig
ist. Die Erfindung gibt nun ein Mittel an, um auch in einem sehr weiten Frequenzbereich
eine gegebene Spannung sehr genau um go° zu drehen.
. Gemäß der
Erfindung wird die in ihrer Phase verschobene Spannung mit - gegebenen Eingangsspannungen
in einer auf Phasenunterschiede ansprechenden Vorrichtung, z. B. einer Gleichrichterbrücke,
verglichen und die der Phasenabweichung vom Phasenwinkel go° proportionale Differenzspannung
zur Nachstellung eines oder mehrerer Elemente der phasendrehenden Anordnung benützt.
Es wird dadurch möglich, die Frequenzabhängigkeit des Phasenganges weitgehend auszugleichen.
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Es ist bereits bekannt, zur Überwachung_ der Phase einer von - einer
Vergleichsspannung unabhängig erzeugten Spannung diese beiden Spannungen in einer
auf Phasenunterschiede ansprechenden Vorrichtung miteinander zu vergleichen und
die der Phasendifferenz entsprechende Differenzspannung dazu zu benutzen, die Phase
der unabhängig erzeugten Spannung durch Änderung der Einstellung eines irequenzbestimmenden
Elementes . z. B: : in. einem Oszillatorkreis nachzustellen. Bei den bekannten Anordnungen
dieser Art handelt es sich also im allgemeinen darum, eine Spannung auf gleiche
Phase mit einer davon unabhängigen Vergleichsspannung zu bringen.
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In der Abb. z ist schematisch dargestellt, wie die Phasennachstellung
gemäß der Erfindung erreicht wird. Die gegebene Spannung sei U1. Sie wird an den
Eingang des Phasendrehers Ph angelegt, in dessen Ausgang die um go° phasenverschobene
Spannung U2 auftritt. Beide Spannungen werden in der auf Phasenunterschiede <ansprechenden
Vorrichtung By, z. B.
einer Gleichrichterbrücke, miteinander verglichen und
die entstehende Differenzspannung Ugl dazu benutzt, eines oder mehrere Elemente
des Phasendrehers Ph so lange nachzustellen, bis die Spannung U" verschwunden ist,
d. h. bis: die Spannung U2 genau um go° gegenüber der Spannung Ui phasenverschoben
ist. Die Spannung Ugl ist bei derartigen Brückenschaltungen bekanntlich U"
= U1 - U2 - cos ö; wobei der Phasenwinkel zwischen den beiden
Spannungen Ui und U2 ist. Für 8 = go° wird also Ugi gleich Null. Durch eine solche
Ausbildung wird die Genauigkeit gegenüber den bekannten Anordnungen bedeutend erhöht,
jedoch ist aus der obigen Gleichung zu ersehen, daß in die Regelung, da sie auch
von der um go° phasenverschobenen Spannung U2 abhängt, auch die Amplitudenabhängigkeit
der :phasendrehenden Anordnung eingeht. Wenn auch Ugi für 8 = go° stets zu Null
wird, so ist es doch vorteilhaft, auch für Abweichungen von go° eine Regelspannung
zu haben, die möglichst nur von der Winkelabweichung abhängt.
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Die Erfindung sieht daher weiter vor, die phasendrehende Anordnung
so ausiubilden, daß das Arnplitudenverhälfns der Eingangs- zur Ausgangsspannung
möglichst irequenzunabhängig ist. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden,
daß als phasendrehende Anordnung eine aus Kondensatoren etwa gleichen Kapazitätswertes
aufgebaute Brückenschaltung benutzt ist, bei der die Verlustwinkel der Kondensatoren
gegenüberliegender Zweige im wesentlichen einander gleich sind, während die Verlustwinkel
der Kondensatoren benachbarter Brükkenzweige eine möglichst große Verschiedenheit
aufweisen. Einer der Diagonalen wird dabei die gegebene Eingangsspannung zugeführt,
während der anderen Diagonale die um go° phasenverschobene Spannung entnommen wird.
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Eine unter Anwendung einer derartigen phasendrehenden Anordnung aufgebaute
Schaltungsanord-1 nung ist beispielsweise in der Abb. z gezeigt. Die Eingangsspannung
U, wird der Diagonale A-B der aus vier Kondensatoren bestehenden Brückenschaltung
A-C-B-D zugeführt. Die Zweige A-C und B-D bestehen beispielsweise aus Kondensatoren
mit einem großen Verlustwinkel, der, wie unschwer zu erreichen, weitgehend irequenzunabhängig
und vor allem gleichartig ist, während die Zweige A-D und C-B aus angenähert verlustfreien
Kondensatoren bestehen. Die Spannungsvektoren dieser Brücke sind in der Abb. 3 eingezeichnet.
Es ist zu ersehen, daß in der Diagonale C -D der Brücke eine Spannung U2
entsteht, die gegenüber der Eingangsspannung U1 um etwa go° gedreht ist. Die Ausgangsspannung
U2' ist gegenüber der Eingangsspannung Ui sehr klein. Sie beträgt etwa nur .z °/o
der Eingangsspannung, jedoch ist das Amplitudenverhältnis der beiden Spannungen
dabei für alle Frequenzen praktisch konstant, da auch die Frequenzabhängigkeit dQr
Kapazität aller vier Kondensatoren gering und außerdem gleichsinnig ist, so daß
sie sich teilweise ausgleicht. Die Spannung U2' wird nun in dem Verstärker V verstärkt
und kann an den Verbraucher als phasengeregelte Spannung U2 angelegt werden, wie
aus dem Folgenden hervorgeht.
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Um auch in einem sehr großen Frequenzbereich einen Phasenwinkel von
go° sehr genau einzuhalten, werden die Spannungen Ui und U2 in einem phasenempfindlichen
Indikator, z. B. der Gleichrichterbrücke Gl, miteinander verglichen, und die entstehende
Gleichspannung Ugl wird dazu benutzt, einen der Brückenzweige so- lange -nachzustellen,
bis die Gleichspannung U" verschwindet.. Vorteilhaft benutzt man zum Abgleich der
Brücke durch Röhrenschaltungen gebildete Kapazitäten, insbesondere steilheitsgesteuerte
Blindwiderstände. Diese werden bekanntlich durch Schaltungen gebildet, bei denen
zwischen Anode und. Gitter ein Blindwiderstand induktiven oder kapazitiven Charakters
und zwischen Gitter und Kathode ein Ohmscher Widerstand angeordnet ist, oder umgekehrt.
Die Kapazität zwischen Anode und Kathode ändert sich dabei in Abhängigkeit von der
angelegten Gittervorspannung, d. h. sie wird kleiner oder größer, je nach dem Vorzeichen
der steuernden Gleichspannung U". Eine solche steilheitsgesteuerte Kapazität Cgesc
kann nun die Kapazität eines der Brückenzweige bilden, vorteilhaft legt man die
steilheitsgesteuerte Kapazität jedoch parallel zu dem Kondensator eines Brückenzweiges,
und zwar insbesondere zu einem Kondensator, der einen großen Verlustwinkel aufweist,
also z. B. parallel zum Brückenzweig B-D. Man hat dadurch noch den weiteren Vorteil,
daß es nicht erforderlich ist, die Verluste der steilheitsgesteuerten Kapazität
in an sich bekannter .Weise durch Zuschaltung besonders bemessener Schaltelemente
zu beseitigen, sondern man kann diese Verluste unmittelbar in der Brücke
mitverwenden.
Es ist dabei ganz gleichgültig, ob sich die Brücke mit wechselnder Frequenz oder
auch im Laufe der Zeit gegen ihren Normalzustand dadurch verstimmt, daß sich eine
der Kapazitäten oder daß sich einer der Verlustwinkel ändert. In jedem Fall ist
durch eine nur Prozentbruchteile betragende Änderung der Kapazität des Zweiges B-D
der Normalzustand wiederhergestellt.
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Ein besonderer Vorteil der in der Abb. 2 gezeigten Schaltungsanordnung
ist noch darin zu sehen, daß auch die Eigenschaften des Verstärkers in die Regelung-
mit eingehen, so daß durch einen Phasengang des Verstärkers der Phasenwinkel der
Spannung U2 nicht beeinflußt werden kann. Jede beliebige Phasendrehung zwischen
zwei Spannungen U kann natürlich dadurch gewonnen werden, daß entsprechende Anteile
der um go° gedrehten Spannungen U1 und U, zusammengesetzt werden.