DE905151C

DE905151C - Schwingungserzeuger

Info

Publication number: DE905151C
Application number: DEW3444D
Authority: DE
Inventors: Larned Ames Meacham
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1937-07-02
Filing date: 1938-06-30
Publication date: 1954-02-25
Also published as: FR51068E; GB510379A; US2258128A; FR840149A; GB533736A; US2163403A; BE428862A; NL62472C

Description

(WiGBl. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 25. FEBRUAR 1954

DEUTSCHES PATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21a⁴ GRUPPE

W3444 Villa/2ia^l BIBLIOTHEK DES DEUTSCHEN

Larned Arnes Meacham, Verona, N. J. (V. St. A.)

ist als Erfinder genannt worden

Schwingungserzeuger

Patentiert im Gebiet der Bundesrepublik Deutschland vom 30. Juni 1938 an

Patentanmeldung vom Reichspatentamt bekanntgemacht am 8. April 1943,

vom Deutschen Patentamt erneut bekanntgemacht am 13. Mai 1953

Patenterteilung bekanntgemacht am 14. Januar 1954

DieErfindung bezieht sich auf einen Schwingungserzeuger mit Vakuumröhren und soll dem Zweck dienen, die Betriebseigenschaften eines solchen Schwingungserzeugers hinsichtlich Stabilität der Frequenz und der Amplitude der erzeugten Schwingungen zu verbessern.

Von Llewellyn ist in dem Aufsatz »Schwingungserzeuger konstanter Frequenz« im Bell System Technical Journal, Bd. XI, Nr. ι, Januar 193.21, gezeigt worden, daß die Frequenz der in einem Röhrenschwingungserzeuger entstehenden Schwingungen im allgemeinen von den Widerständen des Gitterkreises und des Anodenkreises der Röhre abhängig ist und daß einer der Hauptgründe für Frequenzinstabilität beim Auftreten von Änderangen der Erreger-spanmungen der Röhre die nichtlineare Charakteristik dieser Widerstände ist. Bei den allgemein bekannten Schwingschaltungen rufen diese nichtlinearen Widerstände außerdem Verzerrungen der Schwingungen hervor, und sie tragen zur Erzeugung von harmonischen Frequenzen! bei.

Es ist bereits versucht worden, diesen Schwierigkeiten Rechnung zu tragen, und zwar durch Anordnung eines einen Rückkopplungsweg vom Ausgang zum Eingang bildenden Netzwerkes, welches vier Brückenarme oder gleichwertige Zweige in Form eines T aufweist.

Die Erfindung lehnt sich an die bekannten Vorschläge der letzterwähnten Art an und will einen Schwingungserzeuger dadurch vervollkommnen, daß einer der Arme eine Frequenzbegrenzungsimpedanz enthält, deren Größe sich mit zunehmender Frequenzamplitude ändert, so daß der Grad der Rückkopplung bis etwa zur Erreichung des Brückenabgleichs abnimmt, und daß ein anderer Arm derart frequenzabhängig ausgebildet ist, daß

ίο die Brücke nur bei einer bestimmten Resonanzfrequenz abgeglichen ist.

Die gemäß der Erfindung zur automatischen Amplitudenregelung vorgesehenen Anordnungen machen es möglich, die Röhre mit negativer Gittervorspannung derartiger Größe zu betreiben, daß kein Gitterstrom fließt, wodurch der Gitterkreis als Quelle für Verzerrungen der Schwingungsform wegfällt. Diese Anordnungen gestatten ferner die Begrenzung der Schwingungen auf eine verhältnismäßig kleine Amplitude, innerhalb welcher der Anodenwiderstand der Röhre im wesentlichen linear ist und keine \^erzerrungen hervorruft. Die Verzerrungsfreiheit der Kurvenform wird ferner durch die Eigenschaften der erfindungsgemäßen Rückkopplungskreise ermöglicht, welche bei Frequenzen, die von der Schwingungsfrequenz verschieden sind, eine starke negative Rückkopplung hervorrufen.

Der erfindungsgemäße Schwingungserzeuger läßt sich in sehr verschiedenartiger Weise verwirklichen.

In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsmöglichkeiten veranschaulicht.

Die Erfindung soll an Hand der Abbildungen näher erläutert werden.

Der in Abb. 1 dargestellte Schwingungserzeuger besteht aus einer Vakuumröhre 1, vorzugsweise einer Schirmgitterröhre mit hohem Verstärkungsgrad, und einem Rückkopplungspfad zwischen dem Ausgangs- und Eingangskreis der Röhre, der einen Ausgangstransformator 4, ein frequenzselektives Netzwerk 2 nach Art einer Wheatstonescben Brücke und einen Eingangstransformator 31 enthält. Die Speisespannungskreise für die Vakuumröhre sind wie dargestellt geschaltet, wobei die negative Vorspannung für das Steuergitter von einem Widerstand 11 in der Kathoden! eitung, welcher vom Anodenstrom durchflossen wird, abgegriffen wird. Die Gittervorspannung ist vorzugsweise groß genug, um das Fließen von Gitterstrom beim normalen Arbeiten zu verhindern. Ein Belastungswiderstand 12, welcher aus dem Eingangskreis eines Verstärkers bestehen kann, ist mit der Sekundärwicklung des Ausgangstransformators 4 über die Widerstände 13 und 14 verbunden. Es ist zweckmäßig, daß die Transformatoren 3 und 4 eine sehr kleine Phasenverschiebung verursachen und daß die Phase der Rückkopplung im wesentlichen ausschließlich von dem frequenzselektiven Brückennetzwerk 2 geregelt wird. Für Niederfrequenzschaltungen können festgekoppelte Transformatoren

So mit hohem Wirkungsgrad verwendet werden, bei denen die Phasenverschiebung an sich klein ist. Außerdem können die Transformatoren durch die Kondensatoren 15, 16, 17 und 18 abgestimmt sein, | ■ die so bemessen sind, daß die von den Transformatoren hervorgerufenen Phasenverschiebungen bei jeder gewünschten Frequenz im wesentlichen gleich Null- sind.

Zwei gegenüberliegende Arme des Brückennetzwerkes bestehen aus Widerständen 5 und 6, die vorzugsweise einander gleich sind. Ein dritter Arm besteht aus einem veränderlichen Widerstand 7, wie z. B. einer Glühlampe, während der vierte iVrm einen piezoelektrischen Kristall 8, eine kleine veränderliche Induktivität 9 und einen veränderlichen Kondensator 10 enthält. Die frequenzselektive Kornbination 8, 9, 10 besitzt eine Serienresonanz bei einer Frequenz, die in der Nähe der Serienresonanz des Kristalls liegt. Da die zusätzliche Serieninduktivität eine zweite Resonanz-steile bei einer höheren Frequenz hervorruft, muß der Wert der Induktivität 9 sehr klein sein, so daß die zweite Resonanzstelle von der des Kristalls weit entfernt liegt. Die Transformatoren im Rückkopplungspfad wirken dann in der Weise, daß sie bei dieser Frequenz mögliche Schwingungen verhindern. Ferner haben, wenn die Induktivität klein ist, irgendwelche Änderungen ihres Wertes eine entsprechend kleine Wirkung auf die Schwingungsfrequenz. Die veränderlichen Elemente 9 und 10 sind zu dem Zweck vorgesehen, daß eine genaue Einstellung dieser Schwingungsfrequenz auf einen gewünschten Wert ermöglicht wird. In vielen Fällen kann das eine oder das andere oder auch beide dieser Elemente fortgelassen werden. Bei ihrer Resonanzfrequenz wirkt die Impedanz des frequenzselektiven Zweiges als reiner Widerstand, wobei ihr Wert der des Widerstandes ist, welcher den Verlust in dem Kreis darstellt. Die Widerstände 5 und 6 und. die Anordnung 7 sollen vorzugsweise gleiche Widerstandswerte haben wie dieser, so daß die Brücke bei der ioo Resonanzfrequenz nur wenig verstimmt ist. Der Rückkopplungsgrad ist vom Grad der Unabgeglichenheit der Brücke abhängig, bei Verwendung eines Verstärkers mit hohem Verstärkergrad kann jedoch mit einer sehr kleinen Unäbgeglichenheit eine ausreichende Rückkopplung zur Aufrechterhaltung von Schwingungen erzielt werden.

Ein Paar von diagonal gegenüberliegenden Ecken B und D sind mit den Ausgangsklemmen des Transformators 4 verbunden, während die anderen Ecken A und C mit den Klemmen des Eingangstransformators 3 verbunden sind. Die zur Erzeugung von Schwingungen erforderliche Phase der Rückkopplung kann durch Umpolung der Anschlüsse des einen oder des anderen Transformators oder durch Vertauschung der Anschlüsse der Brückenecken erzielt werden.

Die Anordnung arbeitet wie folgt: Nimmt man an, daß die Transformatoren keine Phasenverschiebung verursachen, so beträgt die Phasenverschiebung der Rückkopplung bei der Resonanzfrequenz der selektiven Impedanz 8, 9, 10, bei welcher die Brückenschaltung einen reinen Widerstand darstellt, iäo^o. Wegen der reinen Widerstiandseigenschaft der Brücke und wegen des Fehlens einer Phasenverschiebung in den Transformatoren ist

die Phase der Rückkopplung von den nichtlinearen Widerständen der Röhre unabhängig, und die bei dieser Frequenz auftretenden Schwingungen sind stabil. Ferner kann unter den genannten Bedingungen die Phasenlage der Rückkopplung den Wert von i8io° nur bei dieser Resonanzfrequenz annehmen.

Wenn die anfängliche Unabgeglicbenheit der Brücke so ist, daß sie eine ausreichende Rückkopplung erzeugt, entstehen Schwingungen, deren Amplitude zunimmt, bis ein Gleichgewichtszustand erreicht ist. Gewöhnlich wird dieser Gleichgewichtszustand nur erreicht, nachdem die Gitter-Kathoden-Strecke der Röhre leitfähig geworden ist, was von dem Wert des Widerstandes dieser Strecke abhängt. Bei der erfmdungsgemäßen Schaltung wird jedoch die konstante Schwingungsamplitude durch die automatische Regelwirkung des Rückkopplungsnetzwerkes geregelt und aufrechterhalten, wobei die Gitter-Kathoden-Strecke der Röhre nicht leitfähig bleibt. Zu diesem Zweck liegt der veränderliche Widerstand so in der Schaltung und hat er derartige Eigenschaften, daß die Brücke beim Zunehmen der Schwingungsamplitude besser abgeglichen wird, wodurch eine 'Verringerung der Rückkopplung eintritt. Wenn z. B. die Anordnung 7 aus einer Metallfadenlampe besteht, so hat ihr Widerstand einen positiven Temperaturkoefnzienten, d, h. er nimmt mit wachsender Stärke des durch ihn fließenden Stromes zu. In diesem Fall ist der Widerstand der Lampe in kaltem Zustand kleiner als der der anderen Brückenzweige oder kleiner, als es zur Erzielung eines Abgleichs der Brücke erforderlich ist. Die Rückkopplung im Augenblick des Einsetzens der Schwingungen ist groß; beim Zunehmen der Schwingungsamplituden steigt jedoch die Temperatur des Lampenfadens und damit sein Widerstand an, wodurch die Brücke ins Gleichgewicht gebracht und die Rückkopplung verringert wird. Bei einem bestimmten Wert der Stromamplitude hat die Lampe einen Widerstand, der einen vollkommenen Abgleich der Brücke verursacht und damit die Rückkopplung auf den Wert Null herabsetzt. Natürlich kann die Schwingungsamplitude diesen Wert nicht erreichen, sondern sie kann sich ihm nur asymptotisch nähern. Durch die Verwendung der Brückenschaltung haben kleine Änderungen des Lampenwiderstandes eine vervielfachte Wirkung auf den Rückkopplungsgrad, und man erzielt eine wirksame Regelung, welche die Schwingungsamplitude mit einem hohen Genauigkeitsgrad konstant hält. Eine Einstellung der Arbeitsamplitude auf einen gewünschten Wert kann durch Veränderung der Werte des einen oder anderen der festen Widerstände 5 und 6 vorgenommen werden. Eine Regelung der Ausgangsleistung des Schwingungserzeugers kann man durch Veränderung der Widerstände 13 und 14 erzielen.

In einer Schaltung, bei der die Brückenzweige Widerstände von ungefähr 100 Ohm hatten, erwies sich eine Schalttafellampe Nr. 1A der Western Electric Company als geeignetes Regelelement für die Rückkopplung.

Andererseits kann auch ein veränderlicher Widerstand mit negativem Temperaturkoefnzienten, beispielsweise eine Kohlefadenlampe, verwendet werden. In diesem Fall muß der Widerstand der Lampe in kaltem Zustand größer sein als der zum Abgleich der Brücke benötigte Widerstand. Die Verwendung von temperaturempfindlichen linearen Widerständen, wie z. B. Glühlampen, hat den Vorteil, daß die Regelung der Amplitude ohne Verzerrung der Wellenform erzielt wird. Die Amplitudenregelung durch Mittel, die außerhalb der Röhre liegen, gestattet ferner einen Betrieb der Röhre ohne Überlastung und infolgedessen ohne Verzerrung der Wellenform, die gewöhnlich auftritt, wenn die Röhrenwiderstände die Amplitude regeln.

Wegen der parasitären Impedanzen oder wegen der Änderung der außerhalb der Brücke liegenden Impedanzen kann es sich zeigen, daß die Phasenverschiebung der gesamten Rückkopplung von i8o° sich bei einer Frequenz einstellt, die von der Resonanzfrequenz des frequenzselektiven Brückenzweiges verschieden ist. Unter dieser Bedingung muß die Phasenverschiebung in der Brücke selbst bei der Schwingungsfrequenz etwas von i8o° verschieden sein, so daß die Abweichung gerade zur Kompensation der Phasenverschiebung in den anderen Teilen des Rückkopplungspfades ausreicht. Gemäß der Erfindung ist die Wirkung hiervon auf die Frequenzstabilität durch den Betrieb der Brücke in einem nahezu abgeglichenen Zustand vernachlässigbar klein gemacht, und sie wird durch die Verwendung von Elementen im frequenzselektiven Zweig der Brücke, welche bei der Resonanz des Zweiges sich mit der Frequenz stark verändern, weiter verringert. Ein piezoelektrischer Quarzkristall ist für diesen Zweck gut geeignet.

Die Einwirkung der genannten Faktoren auf die Frequenzstabilität ist durch das Wechseldiagramm der Abb. 2 erläutert. Es soll angenommen werden, daß die Impedanz des Pfades zwischen den Brückenecken A und C groß genug ist, so daß in den Zweigen AB und AD und ebenso in den Zweigen BC und CD der gleiche Strom fließt. In dem Diagramm stellt der Vektor DB die Spannung dar, die der Brücke an den Ecken B und D vom Ausgangskreis der Vakuumröhre aufgedrückt wird. Die Vektoren DC und CB stellen die Spannungen an den Zweigen DC und CB dar. Sie sind mit der aufgedrückten Spannung in Phase, da die Zweige keine Reaktanzen enthalten. Die Spannung am frequenzselektiven Zweig DA wird durch den Vektor DA dargestellt. Dieser ist die Resultierende von zwei Komponenten, nämlich dem Vektor DF, der mit dem Strom in Phase ist und den Spannungsabfall am Widerstand darstellt, und dem Vektor FA, der den Spannungsabfall in der Reaktanz darstellt. Die Spannung am Zweig AB wird durch den Vektor AB dargestellt, welcher mit der Widerstandskomponente DF in Phase ist.

Es ergibt sich leicht, daß der geometrische Ort für das Ende des Vektors DA bei, Änderung der Reaktanz des frequenzselektiven Zweiges der Kreis 20 ist, dessen Mittelpunkt auf dem Vektor DB liegt.

Der Punkt A', an dem der Kreis den Vektor DB schneidet, stellt das Potential der Brückenecke A bei der Resonanzfrequenz dar. Die Spannung zwischen den Brückenecken A und C, d. h. die Ausgangsspannung der Brücke, wird durch den Vektor CA dargestellt, dessen Wert bei der Resonanzfrequenz durch CA' dargestellt ist.

Aus der Konstruktion des Vektordiagramms ergibt sich, daß der Phasenwinkel Φ zwischen der

ίο Eingangs- und Ausgangsspannung der Brücke von der Unabgeglichenheit der Widerstände der Brücke abhängig ist. Wenn die Unabgeglichenheit der Widerstände klein ist, ändert sich der Phasenwinkel bei Frequenzen in der Nähe der Resonanzfrequenz sehr stark mit der Reaktanz des frequenzselektiven Zweiges. Eine verhältnismäßig große Phasenverschiebung, die durch ein außerhalb der Brücke liegendes Element verursacht wird, kann daher durch die Phasenverschiebung in der Brücke selbst, welche sich aus einer äußerst kleinen Abweichung der Frequenz vom Resonanzwert ergibt, kompensiert werden. Das Arbeiten der Brücke in einem nahezu abgeglichenen Zustand erhöht daher die Stabilität der Schwingungsfrequenz.

Wenn die Reaktanz des frequenzselektiven Zweiges von Null auf einen unendlichen Wert ansteigt, bewegt sich das Ende des Vektors DA auf dem Kreis von dem Punkt A' nach dem Punkt B, und der Winkel Φ ändert sich laufend über i8o°.

Ein bestimmter Wert der Phasenverschiebung kann nur durch einen Reaktanz wert und bei nur einer Frequenz erzielt werden, wenn der selektive Zweig eine einzige Resonanzstelk hat. Hierzu ist erforderlich, daß der Punkt C, wie dargestellt, innerhalb des Kreises 20 liegt. Wenn er außerhalb des Kreises liegt, wie z. B. bei C, kann die Phasenverschiebung für zwei verschiedene Reaktanzwerte den gleichen Wert annehmen. Die Kompensation einer äußeren Phasenverschiebung kann dann bei zwei verschiedenen Frequenzen vorgenommen werden, und die Schwingungen würden dann bei der Frequenz aufzutreten suchen, für die die Rückkopplung j stärker ist.

Um das Auftreten von zwei Schwingungsfrequenzen zu" verhüten, ist es deshalb nötig, der Bemessung der Widerstände der Brückenzweige bestimmte Beschränkungen aufzuerlegen. Dies bestimmt wiederum den Charakter des veränderlichen Widerstandes, der für die Regelung der Rückkopplung benutzt werden soll. Bei der Schaltung nach Abb. 1 wird die . Forderung, daß nur eine einzige Schwingungsfrequenz auftritt, dadurch erfüllt, daß man den Widerstand der Lampe 7 kleiner macht, als es zum Abgleich der Brücke ausreicht. Zur Erzielung der Regelung der Rückkopplung muß die Lampe dann einen positiven Temperaturkoeffizienten haben. Im allgemeinen sollen die Widerstände der Brückenzweige so zueinander bemessen sein, daß, wenn die Reaktanz der Reaktanzelemente sich von Null auf einen unendlichen Wert ändert, eine vollständige Phasenumkehr der Ausgangsspannung eintritt. Die erforderlichen Widerstandsbeziehungen können leicht mit Hilfe dieses Kriteriums für jeden Fall bestimmt werden.

Das Vektordiagramm der Abb. 2 zeigt ferner, daß bei einer Abweichung der Frequenz von der Resonanzfrequenz des selektiven Brückenzweiges die gesamte Unabgeglichenheit der Brücke und damit der Rückkopphingsgrad sehr stark zunehmen und eine derartige Phasenlage bekommen, daß eine starke negative Rückkopplung hervorgerufen wird. Bei harmonischen Frequenzen der Grundschwingung des Systems arbeitet dieses als Verstärker mit negativer Rückkopplung, und alle erzeugten Harmonischen sind einer starken Dämpfung unterworfen.

Bei der Schaltung nach Abb. 1 ist die Schwingungsfrequenz gleich der Serienresonanzfrequenz des selektiven Brückenzweiges. Der piezoelektrische Kristall, welcher die selektive Impedanz darstellt, hat außerdem eine Antiresonanz bei einer benachbarten Frequenz; bei dieser Frequenz ist jedoch die Phasenlage der Ausgangsspannung der Brücke zu der für die Schwingungserzeugung erforderliehen Lage entgegengesetzt. Bei abgeänderten Ausführungsformen der Erfindung kann die Schwingungsfrequenz durch die Antiresonanz einer selektiven Impedanz bestimmt sein. Beispiele für derartige Brückenschaltungen sind in den Abb. 3 und 4 dargestellt.

Der frequenzselektive Zweig in der Schaltung nach Abb. 31 enthält die Parallelkombination einer Kapazität C, einer Induktivität L und eines Widerstandes R. Der Widerstand kann den Energieverlust in der Induktivität darstellen, oder er kann ein zusätzliches Widerstandselement bezeichnen. Bei der Frequenz der Parallelresonanz von L und C wird die Impedanz ein reiner Widerstand mit dem Wert R. Das Element 7 mit veränderlichem Widerstand liegt wie bei Abb. 1 in dem Zweig BC. Bei dieser Schaltung muß das veränderliche Element¹7 zur Verhinderung von Schwingungen bei einer unerwünschten Frequenz einen Widerstand haben, der größer ist als der zum Abgleich der Brücke erforderliche Widerstand. Für die Zwecke der Amplitudenregelung muß daher sein Temperaturkoeffizient negativ sein. Bei Abb. 4 liegt das veränderliche Element in einem Zweig, der an die selektive Impedanz angrenzt. Sein Wert muß in no dieser Lage geringer sein als der zum Abgleich der Brücke erforderliche Wert, und es muß einen positiven Temperaturkoeffizientien haben.

Abb. 5 zeigt eine Brückenschaltung, die ähnlich ausgebildet ist wie die nach Abb. 1, bei welcher der Kristallresonator durch einen einfachen Serienresonanzkreis mit einem Widerstand ersetzt ist. Das zur Regelung der Rückkopplung dienende Element liegt an einem Zweig, der an die selektive Impedanz angrenzt. Das veränderliche Element muß in dieser Lage einen Widerstand haben, der größer ist als der zum Brückenabgleich erforderliche Widerstand. Außerdem muß es einen negativen Temperaturkoeffizienten haben. Bei einer anderen Art der selektiven Impedanz kann, wenn gewünscht, das veränderliche Element in denselben

Zweig wie die selektive Impedanz eingeschaltet werden. Wenn in diesem Fall die selektive Impedanz ein Serienresonanzkreis ist, muß das veränderliche Element einen positiven Temperaturkoeffizienten haben, während sie, wenn die Impedanz ein Parallelresonanzkreis ist, einen negativen Temperaturkoeffizienten besitzen muß.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist in Abb. 6 dargestellt, bei der das Rückkopplungsnetzwerk durch ein frequenzselektives überbrücktes T-Netzwerk ersetzt ist. Die unabgeglichene Ausbildung dieses Netzwerkes gestattet, wie dargestellt, seine Einschaltung in die Schwingungserzeugerschaltung ohne die Verwendung von Kopplungstransformatoren, obgleich auch diese, wenn gewünscht, vorgesehen sein können. Das Netzwerk enthält ein Paar von Serienzweigen, welche durch gleiche Kapazitäten mit dem Wert C dargestellt werden, einen Parallelzweig mit einer Induktivität L 2 und einem Widerstand R 2 und einem Überbrückungszweig, der aus einer Induktivität L ι mit einem parallel geschalteten Widerstand R ι besteht. Die Induktivitäten und Widerstände sind so bemessen, daß L 1 gleich 4 L 2 und Ri wenig größer als 4R2 ist. Die Schwingungsfrequenz wird durch die Resonanz von L 1 mit den beiden in Serie liegenden Kapazitäten bestimmt. Die Widerstände R 1 und R 2 sind vorzugsweise besonders vorgesehene Widerstandselemente, deren Werte gegenüber den effektiven Widerständen der Induktivitäten geeignet bemessen sind. Jeder der Widerstände kann auf Stromänderungen automatisch veränderlich gemacht werden, um die erfindungsgemäße Regelung der Rückkopplung zu erzeugen. Wenn der Überbrückungswiderstand R1 für diesen Zweck benutzt wird, muß sein Temperaturkoeffizient negativ sein. Wenn der Parallelwiderstand R 2 benutzt wird, muß er einen positiven Temperaturkoeffizienten haben. In der Abbildung ist der Parallelwiderstand R 2 als das veränderliche Element zur Regelung der Rückkopplung eingezeichnet.

Das in Abb. 6 dargestellte überbrückte T-Netzwerk ist in seinen Übertragungseigenschaften der in Abb. 7 dargestellten symmetrischen Wheatstoneschen Brücke äquivalent. Die Eingangs- und Ausgangsklemmen der beiden Netzwerke haben die gleichen Bezeichnungen, und die Werte der Elemente der Abb. 7 sind entsprechend den betreffenden Elementen der Abb. 6 eingezeichnet. Aus der für die Induktivitäten L1 und L 2 der Abb. 6 geltenden Beziehung folgt, daß die Zweige AB und CD der äquivalenten Brücke bei der gleichen Frequenz in Resonanz sind, bei der die Zweige AD und BC in Antiresonanz kommen. Bei dieser Frequenz stellen sämtliche Brückenzweige reine Widerstände dar, und die Ausgangsspannung ist lediglich von dem Maß der Unabgeglichenheit der Widerstände abhängig. Die Ausgangsspannung ist entweder in Phase oder in Gegenphase zur aufgedrückten Spannung, je nach dem Sinn der Unabgeglichenheit der Widerstände, und da die Brückenzweige reine Widerstände sind, ist die Phasenbeziehung der Spannungen vom Anschluß der Klemmen der Impedanzen unabhängig. Wenn die Brückenschaltung nach Abb. 7 als Rückkopplungsnetzwerk für einen Oszillator verwendet wird, erzeugt sie eine Stabilität der Schwingungsfrequenz. Das äquivalente überbrückte T-Netzwerk der Abb. 6 ergibt daher in gleicher Weise Frequenz-Stabilität. Die Möglichkeit von Schwingungen bei einer unerwünschten Frequenz, falls eine Phasenverschiebung durch andere Elemente im Rückkopplungspfad hervorgerufen wird, wird dadurch verhindert, daß man den Widerstand R1 etwas größer als 4R2 macht.

Die beschriebenen Schaltungen sind sämtlich durch die Eigenschaft gekennzeichnet, daß ihre scheinbaren Impedanzen bei der Frequenz, für die die Phasenverschiebungskomponenten ihrer scheinbaren Übertragungskonstanten den Wert von i8o° annehmen, reine Widerstände sind. Infolge dieser Beziehungen nehmen die gesamten Phasenverschiebungen, wenn die Netzwerke zwischen aus Widerständen bestehenden Eingangs- und Belastungsimpedanzen eingeschaltet werden, bei Frequenzen, die lediglich durch die scheinbaren Übertragungseigenschaften bestimmt sind und von den Größen der Abschlußwiderstände unabhängig sind, den Wert von i'8o° an. Wenn derartige Netzwerke als Rückkopplungsnetzwerke in Schwingungserzeugungsschaltungen mit Vakuumröhren benutzt werden, erzielt man die zur Erzeugung von Schwingungen erforderliche Phasenverschiebung bei einer Frequenz, die von den inneren Widerständen der Röhre unabhängig und infolgedessen stabil ist.

Die automatische Regelung der Schwingungsamplitude, die ein Merkmal der Erfindung ist, kann auch für Schaltungen angewendet werden, die nicht genau den obengenannten Beziehungen entsprechen. Rückkopplungsnetzwerke dieser Art sind in den Abb. 8 und 9 dargestellt. Das in Abb. 8 gezeigte Netzwerk ist ein überbrücktes T-Netzwerk ähnlich wie das der Abb. 6, jedoch mit dem Unterschied, daß die Überbrückungsinduktivität D 1 fehlt. Der Überbrückungswiderstand R 1 stellt das veränderliche Element zur Regelung der Rückkopplung dar. Wie bei der Anordnung nach Abb. 6, muß R1 etwas größer sein als 4R2 und für Regelungszwecke einen negativen Temperaturkoeffizienten no haben. Die Schwingungsfrequenz liegt sehr dicht bei dem durch das Produkt 2 L 21. C gegebenen Wert. Stabilität der Schwingungsfrequenz wird dadurch erzielt, daß man den Unterschied zwischen R 1 und 4Rz sehr klein macht, d.h. daß man die Dämpfung im Netzwerk für die Schwingungsfrequenz sehr groß macht. Dies wird dadurch ermöglicht, daß man die Kapazität C klein und die Induktivität L 2 groß wählt.

In der Schaltung nach Abb. 9 ist die Überbrückungsimpedanz eine Kapazität C 1. Das T-Netzwerk enthält gleiche Serienzweige mit der Induktivität L und dem Widerstand R, und der Parallelzweig besteht aus einem veränderlichen Widerstand R 2, welcher die Regelung der Rückkopplung bildet. Die Arbeitsbedingungen ergeben sich gleich aus der

Betrachtung der äquivalenten Wheatstoneschen Brücke oder eines Kreuzgliednetzwerkes, das man nach bekannten Verfahren erhält. Die Schwingungsfrequenz ergibt sich annähernd aus dem Produkt 2 LC i. Der Widerstand R 2 muß etwas kleiner sein als

L_ R_

zCxR 2

und für Regelungszwecke einen positiven Temperaturkoeffizienten haben. Zur Erzielung der Frequenzstabilität muß die Induktivität L klein und die Kapazität C 1 groß sein.

Obgleich die Erfindung an Hand von bestimmten Ausführungsbeispielen beschrieben ist, ist sie nicht auf diese Beispiele beschränkt, sondern es sind zahlreiche Abänderungen und Weiterbildungen möglich. Beispielsweise können an Stelle einer Wheatstoneschen Brücke oder eines überbrückten T-Netzwerkes andere Formen von abgeglichenen Kreisen verwendet und zusätzliche Verstärkerstufen vorgesehen werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Schwingungserzeuger mit einem einen Rückkopplungsweg vom Ausgang zum Eingang bildenden Netzwerk, welches vier Brückenarme oder gleichwertige Zweige in Form eines T aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Arme eine Frequenzbegrenzungsimpedanz enthält, deren Größe sich mit zunehmender Frequenzamplitude ändert, so daß der Grad der Rückkopplung bis etwa zur Erreichung des Brückenabgleichs abnimmt, und daß ein anderer Arm derart frequenzabhängig ausgebildet ist, daß die Brücke nur bei einer bestimmten Resonanzfrequenz abgeglichen ist.

2. Schwingungserzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzbegrenzungsimpedanz in dem einen Arm der Brücke einen positiven Temperaturkoeffizienten besitzt und daß in dem gegenüberliegenden Arm ein Spannungsresonanzelement vorgesehen ist.

3. Schwingungserzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzbegrenzungsimpedanz in dem einen Arm der Brücke einen negativen Temperaturkoeffizienten besitzt und daß in einem der benachbarten Arme ein Spannungsresonanzelement vorgesehen ist.

4. Schwingungserzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Arm der Brücke ein Stromresonanzkreis und in dem gegenüberliegenden Arm einelmpedanzmitinegativem Temperaturkoeffizienten vorgesehen sind.

5. Schwingungserzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Arm der Brücke ein Stromresonanzkreis und in einem benachbarten Arm eine Impedanz mit positivem Temperaturkoeffizienten vorgesehen sind.

6. Schwingungserzeuger nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der frequenzselektive Zweig des T-Netzwerkes zwei Reihenkapazitäten und eine Parallelinduktivität enthält und daß ein veränderlicher Widerstand mit negativem Temperaturkoeffizienten parallel zu beiden Reihenkapazitäten angeschlossen ist.

7. Schwingungserzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der frequenzselektive Zweig des T-Netzwerkes zwei Reiheninduktivitäten und eine Parallelkapazität enthält und daß die veränderliche Impedanz einen positiven Temperaturkoeffizienten besitzt und in einem Parallelzweig des T-Netzwerkes liegt.

8. Schwingungserzeuger nach Anspruch 3,4 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der mit der Temperatur veränderliche Widerstand aus einer Glühlampe besteht.

9. Schwingungserzeuger nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der frequenzabhängige Arm einen piezoelektrischen Kristall enthält.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen