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Schaltungsanordnung zur Messung der Amplituden der einzelnen Oberwellen
einer verzerrten Wechselspannung von veränderbarer Grundfrequenz Als Maß dafür,
wie stark eine Wechselspannung nichtlinear verzerrt, d. h. oberwellenbehaftet ist,
wird bekanntlich der Klirrfaktor verwendet, der als Effektivwertverhältnis der Oberwellensummenspannung
zur Grundwellenspannung definiert ist.
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Es besteht nun aber oftmals der Wunsch, nicht oder nicht nur den Klirrfaktor
zu kennen, sondern zu wissen, welche Oberwellen in einer verzerrten Spannung besonders
stark vorhanden sind bzw. welche Oberwellen in einem nichtlinearen Element, z. B.
einem Verstärker, besonders stark erzeugt werden. Diese Kenntnis ist beispielsweise
immer dann von Bedeutung, wenn in irgendwelchen Anlagen oder Anordnungen nur eine
bestimmte Harmonische störend wirkt. Diese Kenntnis ermöglicht es insbesondere aber
auch, in komplizierten Anlagen, in denen mehrere nichtlineare Verzerrungen verursachende
Elemente vorhanden sind, den Entstehungsort der einzelnen Oberwellen leichter zu
ermitteln.
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Die Messung der einzelnen Oberwellen ist mit den hierfür bisher bekannten
Verfahren nur so lange mit einem vernünftigen Aufwand an Elementen, insbesondere
an Filtern zur Trennung der betreffenden Oberwellen von der Grundwelle und den anderen
Oberwellen, und an Zeit für die Vornahme des Abgleiches von Schaltelementen durchzuführen,
als die
Grundfrequenz konstant bleibt. Ist diese jedoch veränderlich,
so ist der genannte Aufwand, insbesondere bei der Aufnahme größerer Meßreihen, meist
untragbar.
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Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Messung der Amplituden
der einzelnen Oberwellen einer verzerrten Wechselspannung von veränderbarer Grundfrequenz
(Meßfrequenz), z. B. der Oberwellen der an einem aktiven Zweipol entstehenden Wechselspannung.
Gemäß der Erfindung wird bei einer derartigen Anordnung unter Verwendung einer aus
einer festen Frequenz f3 und einer veränderbaren Frequenz f2 gebildeten Summen-
oder Differenzfrequenz f 3 ± f 2 als Nutzfrequenz jeweils eine der in einer Frequenzvervielfachungsstufe
aus der veränderbaren Frequenz f2 erzeugten Oberwellen, z. B. 2 f2, in einem Modulator
mit der verzerrten Meßfrequenz gemischt und die dabei aus den einander entsprechenden
Oberwellen, z. B. 2 f2 und 2 f - 2 f2 entstehende konstante Summen- oder
Differenzfrequenz, z. B. 2 f3,
über ein nur für diese Frequenz durchlässiges
Filter einem Anzeigeinstrument zugeführt und dort in ihrer Amplitude gemessen.
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Es ist zwar bereits eine Schaltung zur Messung frequenzabhängiger
GrößenvonVierpolen, insbesondere der Dämpfung; bekannt, bei der mittels doppelter
Modulation und Unterdrückung eines Seitenbandes eine veränderliche Meßfrequenz f1
+ f2 in eine konstante Frequenz f2 umgewandelt und einem für diese Frequenz
f2 selektiven Anzeigeinstrument zugeführt wird: Diese bekannte Schaltung erlaubt
aber eine Messung der einzelnen im Meßobjekt entstehenden Oberwellen nicht. Zum
Anzeigeinstrument würden nämlich im Falle einer zu untersuchenden verzerrten Wechselspannung
außer der Frequenz f2 entweder noch die Frequenzen f1 + 2 f2, 2 f1 + 3 f2 usw. gelangen
oder, falls der Anzeigeverstärker selektiv für die transponierte Meßfrequenz f2
ausgeführt ist, nur diese selbst. Im ersteren Falle würden zwar die Frequenzen f1
-{- 2 f2, 2 f1 + 3 f2 ein Maß für die einzelnen Oberwellen darstellen, da sie aber
mit der veränderlichen Frequenz f1 verknüpft sind; wären zu ihrer Trennung hinter
dem zweiten Modulator verschiedene Filter erforderlich, die in Abhängigkeit von
f1 jeweils verändert werden müßten. Damit würde aber mit der bekannten Schaltung
trotz des großen Aufwandes kein Vorteil gegenüber dem üblichen Verfahren erzielt
werden, bei welchem einem nichtlinearen Meßobjekt die Grundfrequenz zugeführt wird
und die entstehenden Oberwellen selektiv direkt gemessen werden.
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Bei der Schaltung nach der Erfindung wird nun dadurch, daß dem zweiten
Modulator nicht die veränderliche Grundfrequenz selbst, sondern deren in einer besonderen
Frequenzvervielfachungsstufe erzeugte Oberwellen wahlweise einzeln zugeführt werden,
erreicht, daß hinter dem zweiten Modulator unabhängig von der veränderlichen Grundfrequenz
konstante Frequenzen entstehen, so daß für die Aussiebung dieser als Maß für die
Oberwellen dienenden Frequenzen konstante Filter verwendetwerden können.
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Die Erfindung sei im folgenden an Hand eines in der Zeichnung schematisch
dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Durch einen Generator werde
eine innerhalb eines bestimmten Bereiches veränderbare Frequenz f2, durch einen
anderen Generator eine feste Frequenz f 3 erzeugt. Beide Frequenzenwerden in einemModulator5
gemischt. Von den hierbei entstehenden Frequenzen wird die Differenzfrequenz f 3
- f2 durch ein entsprechendes Sieb 7 tierausgesiebt. Diese Frequenz dient als Meßfrequenz.
Die unverzerrte Meßfrequenz f3 - f2 und die Grundfrequenz der zu untersuchenden
verzerrten Wechselspannung eines aktiven Zweipols 8 werden mit Hilfe eines geeigneten
Vergleichsorgans, z. B. eines magischen Auges, und durch entsprechende Einregelung
von f2 miteinander auf Frequenzgleichheit gebracht werden.
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Das am Zweipol auftretende Gemisch aus der Grundfrequenz
f3 - f2 und ihren Oberwellen 2,f3-2f2, 3f.-3f2 usw. wird einem zweiten Modulator
g zugeführt. Dieser wird gleichzeitig mit einer der wahlweise zur Verfügung stehenden
Oberwellen 2 f2, 3 f2 usw. der Frequenz f2 gespeist, die in einer Frequenzvervielfachungsstufe
30 aus der letzteren Frequenz gewonnen werden. Die dabei aus entsprechenden
Oberwellen, z. B. 2 f2 und 2 f3-2 f2, entstehende konstante Summen- oder Differenzfrequenz,
z. B. 2 f3, wird mittels eines jeweils nur für diese Frequenz durchlässigen
Filters 3= dem Anzeigeinstrument ii zugeführt und hier ihrem Effektivwert nach gemessen.
Führt man nun dem zweiten Modulatör z. B. die Frequenz 2 f2 zu, so erhält man durch
die Modulation mit der zu untersuchenden zugeführten Meßfrequenz die Summenfrequenzen
(f3-f2) '+'2f2; 2 (f3-f2) "2f2; 3 (f3-f2) +2f2 usw. Hierbei stellt
nun das Glied 2 (f, - f,) -!- 2 f 2 =2f3 wieder eine konstante Frequenz dar, die
unabhängig von der Höhe der Meßfrequenz f 3 - f2 ist. Schließt man das Anzeigeinstrument
ir über ein selektives Glied 31 an, das nur die Frequenz 2 f3 durchläßt, so ist
der Ausschlag des Instrumentes ein Maß für die Oberwellen zweiter Ordnung, die die
Spannung am aktiven Zweipol enthält. Dasselbe gilt für die Oberwellen dritter Ordnung,
wenn man dem zweiten Modulator die Hilfsfrequenz 3 f2 zuführt und das ihm nachgeschaltete
selektive Glied nur für die Frequenz 3 f 3 durchlässig macht.
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Die Erfindung ist nicht auf die im vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel
dargestellte Untersuchung einer an einem, aktiven Zweipol auftretenden verzerrten
Meßfrequenz f3 - f2 beschränkt, vielmehr kann die Erfindung auch zur Messung
einer beliebigen dem zweiten Modulator zugeführten verzerrten Wechselspannung benutzt
werden.