DE926857C

DE926857C - Schaltungsanordnung zur Amplitudenstabilisierung von rueckgekoppelten Wechselstromgeneratoren

Info

Publication number: DE926857C
Application number: DEC3009A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Clamann; Werner Grahnert
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1950-10-03
Filing date: 1950-10-03
Publication date: 1955-04-25

Description

Schaltungsanordnung zur Amplitudenstabilisierung von rückgekoppelten Wechselstromgeneratoren Die vorliegende Erfindung betrifft dass Problem der Amplitudenbegrenzung bei Wechselstromgeneratoren, insbesondere für Tonfrequenz, die als rückgekoppelte Elektronenrährenverstärker arbeiten.
Die Amplitudenbegrenzung erfolgt hierbei bekanntlich im allgemeinen durch Überschreitung des linearen Teiles der Rährenkennlinien, so daß die auf die Grundschwingung bezogene mittlere Röhrensteilheit so, weit abnimmt, bis der für den stationären Betrieb des Generators erforderliche Steilheitswert erreicht ist.
Dies Verfahren ist bei Hochfrequenzbneratolren anwendbar, bei denen die entstehenden, Oberschwingungen durch Resonanzkreise hoher Selektion leicht ausgesiebt werden können. Bei Generatoren für Tonfrequenz ist dagegen ein geringer Gehalt an Oberschwingungen schwieriger zu erreichen.. Dies trifft besonders für die sogenann:ten RC-Generalaren, zu, die als frequenzbestimmende Elemente an. Stelle: von Resonanzkreisen Netzwerke aus Widerständen und Kapazitäten enthalten und daher eine extrem niedrige Resonanzschärfe aufweisen,.
Für Generatoren dieser Art wurde v orgeschlagen, die Amplitudenbegren.zung durch Heiß-oder Kaltleiter vorzunehmen., die von, den erregten Schwingungen, durchflossen werden und so@ angeordnet sind, da,ß die hierdurch bedingte Widerstandsänderung eine Verminderung des Verstärkungsgrades des rückgekoppelten Verstärkers verursa,cht. Die so erregten und in ihrer Amplitude begrenzten Schwingungen. sind zwar bei geeigneter Dimensionierung praktisch völlig frei von. Oberschwingungen.. Als wesentlich er Nachteil stellt sich jedoch. hieraus, daß die Begrenzung sehr labil ist. Dies äußert sich z. B. darin, daß beim Einschalten des Generators oder bei Frequenzumschadtungen, überhaupt bei momentarmen Störungen des s.tatiosnären Zustandes, die Amplitude der erregten Schwingungen mehrmals um ihren. Mittelwert pendelt und unter gewissen Bedingungen: periodisch zwischen Null und einem Höchstwert schwankt.
Die erfindungsgemäße Anordnung dient zur Beseitigung dieses Nachteils. Sie besteht darin, daß außer der Hauptbegrenzung durch den Heiß- oder Kaltleiter eine weitere an sich schwach -#virkende Amplitudenbegrenzung vorgesehen wird, deren Zeitkonstante kleiner ist als die der Hauptbegrenzung. Es gehört nicht zum Wesen der Erfindung, daß die Hauptbegrenzung durch einen. Heiß- oder Kaltleiter erfolgt. Diese kann vielmehr auch durch andere ampllltudenabhängigeWiderständ-e mit einer derartigen Zeitkonstante vorgenommen werden, daß sie im stationären. Zustand für die erregten Schwingungen einen linearen Widerstand darstellen.
In Abb,. z ist eine Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Hierin ist die aus den Röhren V1 und V2 bestehende Verstärkeranordnung in bekannter Weise über einen komplexen Spannungsteiler rückgekoppelt, der die Widerstände R1 und R2 und die Kapazitäten C1 und C2 enthält. Es erregt sich die Frequenz, bei der die Spannungsteilung phasenrein erfolgt. Der Verstärker besitzt ebenfalls in bekannter Weise eine Gegenkopplung über die Widerstände R4, R5 und R6, durch die die Höhe der Verstärkung festgelegt ist. Diese ist annähernd R4 ist ein Kaltleiter, der von den entstehenden Schwingungen durchflossen und aufgeheizt wird. Hierdurch sinkt die Versstärkung V, und zwar so weit, da:ß sie dem Spannungsteilerverhältnis des komplexen Spannungsteilers entspricht. Damit ist der stationäre Zustand erreicht, und die Schwingungen können nicht weiter an-%vachsen.
Der Erfindungsgedanke ist hier in der Weise verwirklicht, daß eine zusätzliche ampltudenab, hängige Gegenkopplung durch Einschaltung der gegensinnig gepolten Dioden Dl und D2 zwischen dem Verbindungspunkt von R5 und R6 und der Kathode des ersten Rohres vorgesehen ist,. wobei die Kathode durch einen Widerstand R3 mit dem Kaltleiter R4 verbunden ist. Der Kondensator C3 dient nur zur gleichstrommäßigenEntla.s:tung der Dioden und hat auf die Wirkungsweise keinen Einfluß. Der Widerstand R6 wird so eingestellt, daß an den Dioden eine sehr kleine Wechselspannung entsteht. Da ihre Kennlinie in diesem Gebiet stark gekrümmt ist, stellen sie in. der Anordnung einen a,mplitudenabhängigen Widerstand dar, über den ein. Teil der an R6 entstehenden Wechselspannung an die Katholde von TI, gelangt und somit als Gegenkopplung wirkt. Bei anwachsenden Amplituden sinkt daher praktisch trägheitslos die Verstärkung, ehe der Kaltleiter infolge seiner Wärmeträgheit sich auf den neuen Zustand einstellen kann.. Durch diese Anordnung wird, wie Versuche gezeigt haben, trotz der an sich geringen. Begrenzungsfähigkeit der Dioden eine hohe Stabilität erreicht und das lästige Einpendelnder Amplitude völlig vermieden.
Durch die Kennlinienkrümmung der Dioden ist die Möglichkeit zur Entstehung von Oberschwingungen gegeben. Diese haben jedoch eine ganz geringe Amplitude, da bereits kleinste Spannungen, an den Dioden zur Erzielung der gewünschten Wirkung ausreichen; An :einem nach diesem Verfahren hergestellten Generator betrug der Oberwellen.-gehalt z. B. nur o,5 %.
Eine andere Lösungsmöglichkeit zur Verwirklichung des Erfindungsgedankens ist in Abb. a dargestellt. Die Funktion des Gerätes ist im Prinzip die gleiche wie in Abb. r. Die Dioden D1 und D2 sind dagegen in Reihe mit dem Gegenkopplungswiderstand R5 geschaltet. Bei zunehmenden Schwingamplituden wird der Diodenwiderstand kleiner, die Gegenkopplung also stärker und die Verstärkung geringer. Die Diodenwirkung läßt sich durch einen Nebenschlußwiderstand R, beliebig einstellen. Diese Anordnung hat unter anderem den Vorteil der Ersparnis an Schaltelementen.
Die bisher beschriebenen Beispiele zur Verwirklichung des Erfindungsgedankens. arbeiten mit der Zeitkonstante Null, da die zusätzliche Begrenzung vom Momentanwert der Sinusschwingung abhängt. Dies ist jedoch nicht n;otvendig; es genügt vielmehr im Sinne der Erfindung, wenn die zusätzliche Begrenzung reit einer Zeitkonstante arbeitet, die kleiner ist als die der Hauptbegrenzung. Eine Ausführungsform für eine derartige Anordnung ist in den Abb-. 3 und, 4 gezeigt. Als Hauptbegrenzer wirkt auch hier der zwan:gläufig mit erheblicher thermischer Trägheit behaftete Kaltleiter R4. Als erfindungsgemäßer Nebenbegrenzer mit kleinerer Zeitkonstante ist eine in Abb. 4 näher dargestellte magnetische Druckdose vorgesehen. Sie enthält zwei Kohlekontakte K1 und K2, von denen einer an dem Magnetgehäuse E, der andere an der Eisenrnembran M isoliert befestigt ist. Die Wicklung W wird von: den durch den Gleichrichter G in. Gleichstrom umgeformten Schwingamplituden durchflossen; bei deren Zunahme vermindert sich. infolge des stärkeren: magnetischen Druckes. der übergangswiderstand zwischen, den Kontakten K1 und K2 und damit diie Verstärkung V. Infolge der Massenträgheit der Membran M ist die Verzögerung dieser Regelung nicht gleich Null, aber ohne. Schwierigkeit klein gegenüber der Zeitkonstante des Kaltleiters zu halten:. Ein, besonderer Vorteil ist dar durch gegeben; daß wegen der endlichen Membra:nträghe:it der Oberwellengeh,alt der erzeugten Schwingungen zumindest bei höheren Frequenzen verschwindend. gering ist.
Der Gleichrichter G und die Wicklung W werden. zweckmäßig in der in Abb. 5 dargestellten, Weise zusammengeschaltet, indem parallel zur Spule, die den Spudenwidserstand R1 und die Selbstinduktion L besitzt, die Reihenschaltung eines Kouden.sators C mit einem Widerstand, R2 geschältet wird, wobei annähernd die Beziehung einzuhalten ist Die Belastung des Gleichrichters ist dann. rein ohmisch, und es treten durch ihn keine Verzerrungen, auf. Diese Maßnahme ist aber nicht unbedingt notwendig, da, die durch den Gleichrichter G veru.rsaehten Stromverzerrungen infolge der im allgemeinen sehr starken Gegenkopplung des. Verstärkers ohnehin, außerordentlich klein, sind,.
Statt der direkten Beeinflussung des magnetischen Kohledruckreglers durch die, erzeugten Schwingungen ist auch eine indirekte Steuerung z. B. über den Anodengleichstrom der Verstärkerröhre V2 möglich, indem; deren Gittervorspannung durch Gleichrichtung der erzeugten. Schwingungen gewonnen wird.. Diese kann dann sehr hochohmig und daher praktisch völlig rückwirkungs.frei gehalten werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Schaltungsanordnung zur Amplituden.-s.tahilis.ierung von, rückgekoppelten Verstärkern:, bei denen, die Amplitudenbegrenzung selbsttätig durch. Änderung der Verstärkung mittels eines a:mpl,itudenabhängigen Widerstandes von, solcher Zeitkonstante erfolgt, d:aß er für die erzeugten Schwingungen, ein praktisch linearer Widerstand ist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verstärkungsregelung zusätzlich ein zweiter a:mplitu.denabhängiger Widerstand. vorgesehen ist, dessen Zeitkonstanite kleiner ist a:ls die! des ersten.
2. Scha:ltungsanordnu ng nach, Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der rückgekoppelte Verstärker eine Gegenkopplung enthält, deren Größe vom; dem amplitudenabhängigen Widerstand größerer Zeitkonstante und von, den1 amplit;uden,abhängigen, Widerstand, kleinerer Zeitkonstante! abhängig ist.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als zusätzlicher amplitud@enabhängiger Widerstand ein oder mehrere Dioden verwendet werden, die so angeordnet sind, daß die durch sie verursachten Obersch:`vingungen in, ihrer Amplitude klein sind gegenüber der Amplitude der Grundschwinbgung des Generators. q.. Scha:ltungsanoirdnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwei gegensinnig' parallel geschaltete Dioden verwendet werden, denen; ein oder mehrere ohmsche Widerstände derart zugeordnet sind, daß die an den Dioden entstehende Wechselspannung das für geringen Oberwellengehalt zulässige Maß nicht überschreitet. 5. Anordnung nach Anspruch i oder 2, dadurch, gekennzeichnet, daß als a:mplituden,ab,-hängiger Widerstand kleiner Zeitkonstante ein Berührungskontakt aus einem Material mit druckabhängigem. Übergangswiderstand verwendet wird, wobei der Kontaktdruck auf magnetischem Wege von der Amplitude der erzeugten. Schwingungen abhängig ist. 6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch: gekennzeichnet, daß die zur. Erzeugung des magnetischen Kontaktdruckes erforderliche Erregerspule von den Schwingungen direkt durchflosisen, wird.. 7. Schaltungsanordnung nach Anspruch. 5, dadurch gekennzeichnet, daß die erzeugten Schwingungen gleichgerichtet werden, bevor sie die Erregerspule durchfließen. B. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erregerspule mit dem Spulenwiders.tand R1 und der Selbstinduktion L die ReihenschaItung einer Kapazität C und. eines Widerstandes. R2 parallel geschaltet wird, wobei annähernd die Beziehung einzuhalten ist 9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2 und 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregerspule oder die zu ihrer Speisung vorgesehenen Gleichrichter im Ausgangskreis des Verstärkers in Reihe mit dem zur Erzeugung der Gegenkopplungsspannung wirkenden Spannungsteiler, jedoch vor dem Abnahmepunkt der zur Rückkopplung verwendeten Spannung angeordnet werden. io. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Erzeugung des magnetischen Kontaktdruckes, erforderliche Erregerspule vom Anodengleichstrom einer zur Schw-in"-un,gserzeug'ung verwendeten, Verstärkerröhre durchflosisen. wird, deren Gittervorspannung durch Gleichrichtung der erzeugtem. Schwingungen gewonnen wird. Angezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 890 36o.