DE907313C - Zweipol-Schaltung mit in der Phase variierbarem komplexen Widerstand - Google Patents

Description

• Zweipol-Schaltung mit in der Phase variierbarem komplexen Widerstand In der Elektrotechnik werden in vielen Fällen Schaltungen notwendig, die sich dadurch auszeichnen, daB ihr Scheinwiderstand durch Variierung eines oder mehrerer ihrer Elemente in der Phase geändert wird. Insbesondere werden hierbei natürlich derartige Schaltungen bevorzugt, bei welchen der absolute Wert des Scheinwiderstandes während der Änderung seines Phasenwinkels weitestgehend konstant bleibt. Als Phasenwinkel des Widerstandes wird hier in üblicher Weise der Winkel zwischen der Richtung des Scheinwiderstandes einerseits und der seines Realanteiles andererseits definiert.
• Derartige Schaltungen oder Aggregate, die in jedem Fall der Erzeugung von Spannungen oder Strömen dienen, die in ihrer Phase bei Variierung irgendeines Gliedes veränderlich sind, ohne daß sich hierbei die einmal auf eine bestimmte Amplitude eingestellte Spannung ändert, existieren bereits. Als klassisches Beispiel sei die Frankesche Maschine erwähnt, die Wechselspannungen zu erzeugen gestattet, deren Amplitude und Phase sich völlig unabhängig voneinander stetig variieren lassen. Sie vermag jedoch nur Spannungen relativ niedriger Frequenz zu erzeugen.
• Als Phasenschieber ist ferner eine Brückenschaltung bzw. ein Vierpol in Kreuzschaltung bekannt, der bei primärseitigem Anlegen einer Wechselspannung sekundärseitig eine Wechselspannung konstanter Amplitude, aber variierbarer Phase liefert. Die Funktion dieses Brückenvierpols beruht darauf, daB die angelegte Spannung in dem einen Brückenglied mittels zweier Ohmscher Widerstände in zwei gleiche Teile geteilt wird, während der andere Zweig aus einem Ohmschen Widerstand und einem möglichst verlustfreien Kondensator besteht. Zwischen den Mittelpunkten der Brückenzweige liegt dann eine Spannung, deren Absolutwert gleich der Hälfte des Absolutwertes der primären Spannung ist und deren Phase durch Variation des Kondensators und/oder des im gleichen Brückenzweig liegenden Widerstandes stetig geändert werden kann. Ein erheblicher Nachteil dieser Schaltung ist es jedoch, daß die erwähnten Beziehungen nur im Falle des Leerlaufs Gültigkeit besitzen, bei Anlegen irgendeiner Belastung also nicht mehr zutreffen, ganz abgesehen von dem immer eintretenden 5o°!oigen Spannungsverlust.
• Es sind bereits Schaltungen bekannt, die aus einer Kapazität, einer Induktivität und einem Ohmschen Widerstand bestehen und deren Scheinwiderstand sich bei mindestens einer bestimmten von den Größen der Blindwiderstände abhängigen ausgezeichneten Frequenz bei völliger oder nahezu völliger Konstanz des absoluten Wertes durch Änderung des Wirkwiderstandes in der Phase stetig oder sprunghaft bis zu dem Betrage von i8o° ändern läßt.
• Der hierbei auftretende Effekt sei an Hand der Fig. r erläutert, die einen einfachen Schwingkreis als Zweipol zeigt. Die Induktivität wird hierin mit L bezeichnet, die Kapazität mit C und ein veränderlicher Ohmscher Widerstand mit R.
• Der Scheinwiderstand dieser Schaltung ermittelt sich zu ,9-I le@g(i) worin und sind. Diese einfache Schaltung besitzt jedoch nur eine ausgezeichnete Frequenz in oben beschriebenem Sinne, die bei liegt (c30 = Eigenfrequenz des Kreises). Setzt man diesen Wert (q.) für w$ in die Gleichungen (2 und 3) ein, so ergibt sich: und Man erkennt also, daß 1 RK 1 unabhängig von R ist, während aK eine Funktion von R ist. Bei Variation von R bleibt demnach 1,91 konstant. Der Winkel Ex ändert sich aber gemäß Gleichung (6), und zwar derart, daß eine Änderung von R = o . . . . x einer Änderung von £K = - go° . . . -j- 9o° entspricht.
• Der Gesamtscheinwiderstandwird NK= 1,9K1 =reell, wenn -K = o, also ist. Diese Verhältnisse sind für dieses Beispiel in normaler diagrammatischer Form qualitativ in Fig. 2 a dargestellt. Fig.2b zeigt dasselbe in der besonders anschaulichen Form eines Ortsdiagramms für den Endpunkt des -Vektors des Scheinwiderstandes bei konstanter Frequenz c)'' . Wie besonders Fig. ?,a zeigt, ist dieÄnderung von ex mit R innerhalb eines relativ großen Bereiches in der Nähe des Nulldurchganges von aK weitgehend linear.
• Demgegenüber schlägt die Erfindung eine aus mindestens zwei Induktivitäten, einer Kapazität und einem Ohmschen Widerstand bestehende Zweipolschaltung vor, die gekennzeichnet ist durch eine derartige Bemessung der genannten Teilwiderstände, daß bei mindestens zwei wählbaren Frequenzen durch sprunghafte Änderung eines oder mehrerer Ohmscher Widerstände die Phase des Zweipolscheinwiderstandes unter Konstanthaltung von dessen Absolutwert über einen Bereich von i8o° geändert wird.
• Ein Schaltungsbeispiel; bei dem für zwei Frequenzen c)al und coK2 derBetrag des Widerstandes i -9K 1 unabhängig von der Dämpfung R ist, zeigt Fig. 3 der Zeichnung. Hier erhält man beispielsweise für den Fall, daß L1 und L, also ist, für und für 1.9-& 1 i und 1 N$21 sind also unabhängig von R. Weicht hier das Verhältnis von i ab, so ergeben sich zwei andere ausgezeiehneteFrequenzen coKl und cogz, bei denen der Eingangswiderstand von der Dämpfung unabhängig ist.
• Bei I_1 = 2 L2, also 2 = 2 erreicht man erfindungsgemäß sogar, daß wird. Die Beträge der Scheinwiderstände 1 ,9K 1 1 und 1 ,9g z 1 sind also gleich groß und unabhängig von dem Widerstand R.
• Dies tritt ein bei den Frequenzen Bei A = o hat man wieder die Schaltung der Fig. i, die nur eine ausgezeichnete Frequenz im beschriebenen Sinne hat.
• Die praktischen Anwendungsmöglichkeiten von Zweipolen der erfindungsgemäßen Justierung sind außerordentlich mannigfaltig. Sie sind überall dort gegeben, wo es darauf ankommt, den Phasenwinkel eines Stromes oder einer Spannung ohne Beeinträchtigung der Amplitude stetig oder sprunghaft zu ändern. An Stelle der hier beschriebenen Schaltungen können natürlich ebensogut die entsprechenden Widerstandsreziproken der Schaltungen verwendet werden. Die veränderlichen Widerstände oder einer von ihnen lassen sich oft mit Vorteil durch eine Röhre ersetzen oder durch irgendeinen einfachen Schalter.

Claims (3)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Aus mindestens zwei Induktivitäten, einer Kapazität und einem Ohmschen Widerstand bestehende Zweipol-Schaltung, gekennzeichnet durch eine derartige Bemessung der genannten Teilwiderstände, daß bei mindestens zwei wählbaren Frequenzen durch sprunghafte oder stetige Änderung eines oder mehrerer Ohmscher Widerstände die Phase des Zweipolscheinwiderstandes unter Konstanthaltung von dessen Absolutwert über einen Bereich von i8o° geändert werden kann.
2. 2. Zweipol-Schaltung nach Anspruch i, gekennzeichnet durch Anwendung entsprechender widerstandsreziproker oder frequenzreziproker Schaltungen.
3. 3. Zweipol-Schaltung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die variable(n) Widerstand (Widerstände) jeweils durch eine Schaltvorrichtung oder eine Röhre ersetzt wird (werden). Angezogene Druckschriften Deutsche Patentschriften Nr. 607 669, 655 477, 728 584; USA.-Patentschrift Nr. 1950 4o6.