-
Stimmgabelgenerator Es sind zahlreiche Verfahren bekannt, um mittels
eines Röhrengenerators tonfrequente Schwingungen zu erzeugen. Zur Erzielung einer
konstanten Ausgangsspannung wird eine Glühlampenbrücke im Ausgangskreis des Röhrengenerators
verwandt, die Schwankungen des Heizstromes und der Anodenspannung, hervorgerufen
durch Netzspannungsschwankumgen, ausgleicht und eine stets konstante Amplitude abgibt.
-
Zur Erzielung einer konstanten Frequenz eines Generators sind Verfahren
bekannt, bei denen im Rückkopplungskreis des Generators eine Stimmgabel liegt, deren
Eigenfrequenz die Generatorfrequenz bestimmt und stabilisiert. Derartige Stimmgabeigeneratoren
werden als Frequenznormal verwandt. Da die Frequenz eines mechanischen Schwingers
von zahlreichen Faktoren abhängig ist, beispielsweise von der Temperatur, von der
Dämpfung durch die Befestigung, von der Dämpfung der Luftmasse und von der Alterung
des Materials, ist es bekannt, diese Faktoren beim Stimmgabelgenerator durch künstlich
gealterte Materialien mit besonders kleinem Temperaturkoeffizienten, durch dämpfungsfreien
mechanischen Aufbau der Gabel, durch ihre Unterbringung in einem hermetisch verschlossenen
und luftdruckunabhängigen Gehäuse oder im Vakuumgefäß auszuschalten. Da weiterhin
die Frequenz eines .mechanischen Schwingers von der Schwingungsamplitude abhängt,
ist zur Erzielung einer ausreichenden Frequenzkonstanz eine konstante Erregungsamplitude
erforderlich, die von Schwankungen der Netzspeisung unabhängig ist. Bei bekannten
Stimmgabelgeneratorschaltungen werden daher Heizstrom und Anodenspannung durch übliche
Stabilisierungseinrichtungen, wie Eisenwasserstoffwiderstände, G'immstabilisataren
und magnetische
Spannungsgleichhalter, konstant gehalten, die die
Netzschwankungen :ausgleichen, jedoch beispielsweiseEmissionsstromänderungen durch
Röhrenalterung, Temperaturabhängigkeit der RC-Glieder usw. nicht erfassen. Mit :einer
derartigen Speisespannungsstabilisierung läßt sich daher in der Praxis keine konstante
Frequenz des Stimmgabielgenerators erzielen.
-
Bei Verwendung des Stimmgabelgenerators als Frequenznormal ist es
erforderlich, die Stimmgabelfreqnenzetwas zu verstimmen, wenn die Eigenfrequenz
der Gabel infolge von Temperatureinflüssen der Umgebung, Alterung oder ähnlichen
Faktoren, wenn auch nur um einen geringen Betrag, von der Sollfrequenz ,abweicht.
Die Gabelfrequenz läßt sich bekanntlich in einem gewissen Bereich ziehen, indem
die Amplitude des Erregerstromes verändert, d. h. die Schwingungsamplitude der Gabel
geändert wird, wodurch eine Verstimmung eintritt. Dieses Verfahren hat den Nachteil,
daß dabei ,außerdem der Temperaturkoeffizient wächst, der ja durch die elastischen
Eigenschaften des Schwingers bedingt ist, so daß .auf diese Weise die Stimmgabelfrequenz
in erhöhtem und unzulässigem Maße temperaturabhängig wird. Unter diesen Umständen
ist der Stimmgab,elgenerator nicht als Frequenznormal zu verwenden.
-
Bekanntlich läßt sich jedoch die Gabelfrequenz auch dadurch ziehen,
daß der Phasenwinkel zwischen dem erregenden Strom und der erzwungenen mechanischen
Schwingung geändert wird, wodurch. ebenfalls eine Verstimmung eintritt. Es ist bekannt,
zu diesem Zweck zwischen Abnahmespule und Rückkopplungsspule des Stimmgabelgenerators
an einer beliebigen Stelle des Verstärkers einen Phasenschieber einzufügen, mit
dessen Hilfe die Frequenz gezogen wird. Dieses Verfahren hat den Vorteil, däß die
Schwingungsamplitude im Ziehberelch praktisch konstant bleibt, so da.ß auch der
durch die Schwingungsamplitude beelnflußbare Temperaturkoeffizient nicht verändert
wird. Ebenso bleibt der Alterungszustand des Gabelmaterials unbeeinflußt, der für
eine ganz bestimmte Schwingungsamplitude spezifisch ist. Eine wesentliche Voraussetzung
ist dabei allerdings, daß die Amplitude des Erregerstromes keinen anderweitigen
äußeren Einflüssen unterliegt. Nach dem Erfindungsgedanken wird daher die Stimmgabelfrequenz
mit Hilfe eines veränderbaren Phasenschiebers gezogen und gleichzeitig die rückgekoppelte
Schwingungsamplitude durch eine Kaltleiterbrücke dauernd konstant gehalten. Als
Kaltleiter sind Metallfadenglühla,mpen geeignet, die bei Rotglut betrieben werden.
-
Durch die erfindungsgemäße Kombination ergibt sich also außer den
bekannten Möglichkeiten, wie konstanter Ausgangsspannung und durch Ziehen einstellbarer
Frequenz, der ganz wesentliche weitere Vorteil, nämlich eine große Frequenzkonstanz
des Stimmgabelgenerators. Da infolge der Konstanz der Ausgangsspannung und damit
der Rückkopplungsspannung- die mechanische Schwingungsamplitude der Gabel nicht
verändert wird und die Gabelkonstanten, insbesondere der Temperaturkoeffizient,
auch bei schwankenden Verstärkereigenschaften unbeeinflußt bleiben., bleibt die
Frequenz stets konstant. Die Stabilisierung der G.eneratorwechselspannung kann selbstverständlich
noch durch bekannte Speisespannungsstabilisierungen unterstützt werden.
-
Neben den bereits geschilderten Vorteilen ergeben sich weitere: Der
Ziehbereich der Gabelfrequenz läßt sich bei gleichbleibender Genauigkeit erheblich
vergrößern. Die Generatorfrequenz ist nicht nur von Netzschwankungen, sondern auch
von der Röhrenalterungsowie der Temperaturabhängigkeit der Schaltelemente des Verstärkers
unabhängig. Auf die Glühlampenbrück.eselbst haben Änderungen der Raumtemperatur
keinen Einfluß, da die Glüh-
lampen mit einer Temperatur von etwa 6oo° C,
also weit oberhalb der Raumtemperatur; brennen. Zusammenfassend zeichnet sich eine
Stimmgabelgen.eratorschaltung, die nach dem Erfindungsgedanken aufgebaut ist, durch
große Frequenz- und Amplitudenkonsta:nz bei großem Ziehbereich ,aus.
-
In der Abbildung ist eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens
dargestellt. Die Einzelheiten der Schaltung des eigentlichen Verstärkers sowie die
Anzahl der Verstärkerstufen und die Art der Stromversorgung des Verstärkers durch
ein Netzgerät sind für den Erfindungsgedanken unwesentlich und daher in der Zeichnung
zum Teil weggelassen. , Die Stimmgabel a liegt mit ihren beiden Spulen 2 und 3 am
Eingang des Verstärkers. Den Spulen 2 und 3 sind Dauermagnete zugeordnet, die den
Gabelzinken in geringem Abstand gegenüberstehen. Die in der Spule 3 induzierten
Schwingungen werden dem Gitter der Röhre 4 zugeführt und gelangen nach ihrer Verstärkung
über den Ankopplungskondensator 5 ,auf das Gitter der Röhre 6. Im Ausgangskreis
dieser Röhre liegt die Primärspule 7 eines Übertragers, an dessen Sekundärspule
8 eine Glühlampenbrücke ;angeschlossen ist. Der übertrager 7-8 ermöglicht, den Anodengleichstrom
der Röhre 6 von der Erregerspule 2 der Stimmgabel i fernzuh;alten, so daß deren
Antriebsmagnet keine Vormagnetisierung durch den Anodengleichstrom erfährt. Die
Glühl:ampenbrücke besteht aus den beiden Glühlampen 9 und io sowie den beiden Schichtwiderständen
i i und 12. Mit .der Ausgangsklemme 13 der Brücke ist eine weitere Sekundärspule
15 des Übertragers verbunden, während die Ausgangsklemme 14 an der allgemeinen
Minusleitung liegt. Die Wechselspannung ran der Spule 15 liegt gegenphasig
mit der an den Klemmen 13, 14 entstehenden Wechselspannung in Serie: Bei der Änderung
des Emissionsstromes in den Röhren, beispielsweise durch Netzspannungsschwankungen,
ändert sich die an der Spule B liegende Wechselspannung, und in einem Bereich außerhalb
des Brückengleichgewichts, der etwa der Rotglut der Glühlampen entspricht, ändert
sich linear mit dieser Änderung die an den Klemmen 13, 14 auftretende Spannung.
Da aber auch die an der Spule 15 gegenphasig ,auftretende Wechselspannung
sich in der gleichen Weise linear ändert, wird jede Spannungsänderung an 7 durch
die 14, 13, 15 in bekannter Weise
kompensiert. An
den Ausgangsbuchsen 16 und 17 des Stimmgabelgenerators tritt daher
eine stets konstant bleibende Ausgangswechselspannung auf. Diese konstante Ausgangsspannung
wird über den Widerstand 18 und die Erregerspule a auf die Stimmgabel i rückgekoppelt.
Bei einem Phasenwinkel von 9o° zwischen der erregenden Schwingung in der Spu:e a
und der abgenommenen Schwingung in der Spule 3 schwingt die Stimmgabel i gerade
mit ihrer Eigenfrequenz und stabilisiert somit die Frequenz des Generators. Im Eingangskreis
der Röhre ¢ liegt außerdem eine veränderliche Phasenbrücke, die aus den IC-Gliedern
i9, 2o, 21, 2a und 23 besteht und deren Wirkungsweise an sich bekannt ist.
Im Verhältnis zum Eingangswiderstand der Röhre q. ist die Brücke niederohmig. Mit
Hilfe des Potenti@ometers 23 läßt sich der Phasenwinkel zwischen der an der
Spure 3 abgenommenen Wechselspannung und der am Gitter der Röhre q. liegenden Wechselspannung
verändern. Durch diese Phasenverstellung wird der Phasenwinkel zwischen der erregenden
Schwingung in der Spule z und der erzwungenen Schwingung der Gabel i verändert,
so daß die Frequenz der Gabel verstimmt wird. Es besteht daher ein großer Ziehbereich
für die Stimmgabelfrequenz, in welchem diese praktisch ohne Änderung der Schwingungsa.mplitude
verstellt und damit justiert werden kann. Ist die Frequenz mit Hidfe des Phasenschiebers
einmal fest eingestellt, so bleibt diese infolge der Amplitudenkanstanz der erregenden
Schwingung mit großer Genauigkeit bestehen. Außerdem erfolgt über die beiden Kathodenwiderstände
2q. und z5 der Röhren q. und 6 eine Gegenkopplung, so daß auch aus diesem Grunde
der Verstärker stabil bleibt.