DE936153C

DE936153C - Schaltung zum Beeinflussen der Eigenfrequenz eines Schwingungskreises

Info

Publication number: DE936153C
Application number: DEN2170D
Authority: DE
Inventors: Gerard Hepp
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1943-05-06
Filing date: 1944-05-03
Publication date: 1955-12-07
Also published as: FR904097A; BE455642A; CH244209A; GB637094A; NL67920C; US2541650A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung zum Beeinflussen der Eigenfrequenz eines Schwingungskreises mittels einer veränderlichen Induktivität oder Kapazität, deren Größe von einem modulierenden Strom oder einer modulierenden Spannung gesteuert wird und die einen Teil des Schwingungskreises bildet. Schaltungen dieser Art werden beispielsweise bei der Frequenzmodulation einer Trägerwelle, beim Abstimmen der Schwingungskreise eines Radioempfangsgerätes, beim Synchronisieren eines Generators usw. verwendet.

Um die Eigenfrequenz eines Schwingungskreises ändern zu können, ist es bekannt, in den Schwingungskreis eine veränderliche Reaktanz aufzunehmen, beispielsweise eine Reaktanzröhre oder eine andere veränderliche Induktivität oder Kapazität. Durch Steuerung der Größe dieser veränderlichen Kapazität oder Induktivität wird die Eigenfrequenz des Schwingungskreises im Rhythmus der Steuerung geändert. Es ist oft notwendig, die so erhaltene Beziehung zwischen der Amplitude der steuernden Größe und der Eigenfrequenz des Schwingungskreises beeinflussen zu können. Wenn beispielsweise zwei Kreise mit veränderlicher Eigenfrequenz derart aneinander angepaßt werden müssen, daß für die beiden Schwingungskreise die gleiche Beziehung zwischen der Eigenfrequenz und der Amplitude eines modulierenden Stromes oder einer modulierenden Spannung (der sogenannten Modulationscharakteristik) besteht, so müssen die Modulationscharakteristiken der beiden Schwingungskreise gleichgemacht werden.

Vielfach ist es erwünscht, daß die Modulationscharakteristik eines Schwingungskreises linear ist, d. h., daß eine lineare Beziehung zwischen der Amplitude

des modulierenden Stromes oder der modulierenden Spannung und der Eigenfrequenz besteht. Dies ist insbesondere bei Frequenzmodulation, von größter Bedeutung.

Unabhängig davon, welcher "Zusammenhang zwischen der modulierenden Größe (Strom oder Spannung) und der durch sie veränderten Reaktanz (Induktivität oder Kapazität) besteht und wie die veränderliche Reaktanz in den Schwingungskreis eingeschaltet ist, ίο erhält man eine bestimmte Modulationscharakteristik. Wenn beispielsweise die veränderliche Induktivität oder Kapazität sich linear mit der Amplitude des modulierenden Stromes oder der modulierenden Spannung ändert und die veränderliche Induktivität in Reihe mit der Kapazität des Kreises oder die veränderliche Kapazität parallel zu der Induktivität des Kreises angebracht wird, ist die Modulationscharakteristik besser linear, als wenn die veränderliche Induktivität parallel zu der Kapazität des Kreises oder die veränderliche Kapazität in Reihe mit der Induktivität des Kreises geschaltet ist.

Es wurde bereits vorgeschlagen, wenn die veränder-" liehe Induktivität sich umgekehrt proportional der Amplitude eines vormagnetisierenden modulierenden Stromes ändert, sie parallel zu der Kapazität des Kreises zu schalten, um eine lineare Modulationscharakteristik zu erhalten. Dies kann zweckmäßig sein bei Verwendung eines ferromagnetischen Spulenkernes, dessen Permeabilität sich nahezu umgekehrt proportional der Amplitude des modulierenden vormagnetisierenden Stromes ändert. Es ist aber nicht einfach, Selbstinduktionsspulen anzufertigen, deren Induktivität sich völlig proportional oder umgekehrt proportional dem vormagnetisierenden modulierenden Strom ändert. Und selbst bei Verwendung einer solchen Induktivität würde, wie es noch näher nachgewiesen wird, noch kerne lineare Modulationscharakteristik erhalten werden.

Bei einer Schaltungsanordnung zum Beeinflussen der Eigenfrequenz eines Schwingungskreises,, der gegebenenfalls über einen größeren Bereich abstimmbar sein kann, mittels einer veränderlichen Induktivität oder Kapazität, deren Größe von einem modulierenden Strom oder einer modulierenden Spannung, vorzugsweise linear oder umgekehrt proportional, gesteuert wird und die mit einer anderen Induktivität und einer Kapazität in Reihe bzw. parallel geschaltet ist, erhält man bei verhältnismäßig großem Frequenzhub eine wenigstens nahezu lineare Modulationscharakteristik, wenn gemäß der Erfindung im Falle der Reihenschaltung parallel zu bzw. im Falle der Parallelschaltung in Reihe mit der veränderlichen Induktivität oder Kapazität eine Reaktanz, insbesondere eine Kapazität oder eine Induktivität, solcher Größe angebracht ist, daß eine lineare Beziehung zwischen dem Momentanwert des modulierenden Stromes oder der modulierenden Spannung und der Eigenfrequenz des Schwingungskreises erhalten wird.

Es ist zwar bekannt, bei einer Schaltungsanordnung zur Änderung der Frequenz eines Quarzoszillators Reaktanzelemente anzuordnen, um die bei-Änderung einer Hilfskapazität auftretende Änderung der Resonanzfrequenz in lineare Beziehung zueinander zu setzen. Eine solche Anordnung gibt' aber keinen Hinweis auf die Linearisierung einer relativ breiten Modulatiohscharakteristik eines aus gewöhnlichen Reaktanzen (Induktivitäten und Kapazitäten) bestehenden und gegebenenfalls über einen größeren Bereich abstimmbaren Schwingkreises.

Es ist weiter eine Schaltung zur automatischen Scharfabstimmung bekannt, die so ausgelegt ist, daß bei gleicher effektiver Fehlabstimmung (Verschiebung der Zwischenfrequenz) die wirksame Korrektur der Oszillatorfrequenz durch die einer Reaktanzröhre zugeführte Steuerspannung von der Einstellung des Äbstimmorgans unabhängig ist. Die Linearisierung einer Modulationscharakteristik spielt dort keine RoUe.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert.

In,Fig. ι ist ^vein Schwingungskreis dargestellt, der aus einem Kondensator i mit der Kapazität C₀, einer Selbstinduktionsspule 2 mit der Induktivität L₀ und einer mit letzterer parallel geschalteten veränderlichen Selbstinduktionsspule 3, deren Größe L umgekehrt proportional dem vormagnetisierenden modulierenden

Strom i ist (L = 4-, wobei α eine Konstante darstellt). Für die Gesamtselbstinduktion des Kreises gilt

_L ^L-^L°

Dadurch gilt für die Eigenfrequenz L + L₀

ω : ω² =

L · L₀- G₀

L₀C₀

LC_n

wäre die veränderliche Selbstinduktionsspule 3 nicht vorhanden, so würde für die Eigenfrequenz ω₀ gelten

co" —

L₀ C₀

Infolge der veränderlichen Selbstinduktionsspule 3 tritt daher ein Frequenzhub Δ ω = ω — ω₀ auf. Da die veränderliche Selbstinduktionsspule 3 stets groß in bezug auf die Induktivität 2 ist, wird Δ ω klein gegen ω₀ sein. Gleichung (1) wird jetzt

LC_n

2ω_ο·Δω=

Δω

CO₀

L-C_n

Setzt man den. Wert für L ein, so wird Δω _ ι τ i ^ωο ^2ωο ^Co ^a

Hieraus ergibt sich, daß für einen kleinen relativen Frequenzhub I · I der Hub proportional zum Sti

\<o₀J

tronu

ist. Aber bei großem relativem Hub ist Δ ω ² nicht mehr neben 2 ω₀ · Δ ω zu vernachlässigen, und die Linearität geht verloren. Dadurch, daß erfindungsgemäß in Reihe mit der veränderlichen Selbstinduktionsspule ein Kondensator 4 (Fig. 2) angebracht wird, ist es möglich, die Beziehung zwischen der Eigenfrequenz und dem vormagnetisierenden Strom zu beeinflussen, und insbesondere läßt sich dann eine lineare Beziehung herstellen, selbst wenn der relative Frequenzhub groß ist. Das soll im nachfolgenden bewiesen werden. Für die Eigenfrequenz ω des Schwingungskreises nach Fig. 2 gilt

Z₀C₀ + LC + L₀C + V(LC + X₀C-X₀C₀)² +

Da das zweite Glied unter dem Wurzelzeichen klein ist in bezug auf das erste, da X₀ <i X und C₀ von

T CC gleicher Größenordnung ist wie C, so gilt mit guter Annäherung

X₀C₀ + XC + X₀C + (XC + X₀C-X₀C₀) Γι + 2XJCC₀

(XC+ X₀C-X₀C₀)²

2XX₀CC₀

Wären die veränderliche Selbstinduktionsspule 3 und der Kondensator 4 nicht vorhanden, so würde für die Eigenfrequenz des Kreises ω₀ gelten ωΐ = -γ-ρτ ■

.In der erfindungsgemäßen Schaltung ist die Frequenz ω, und es tritt daher ein Frequenzhub Δ ω = ω — ω₀ auf. Also

und hieraus folgt

2 Δ ω ί Δω

(O₀

2(O₆

_T , _{T r T r}

LC + L₀C-L₀C₀ J'

Wenn der Kondensator 4 kurzgeschlossen wird (C = 00), geht diese Gleichung in Gleichung (1) über. Durch den Kondensator 4 ist das rechte Glied der Gleichung (1) jetzt aber von der Kapazität des Kondensators 4 abhängig geworden, so daß die Beziehung zwischen dem relativen Frequenzhub (und daher auch der Eigenfrequenz des Kreises) und dem vormagnetisierenden Strom durch die Größe des Kondensators 4 beeinflußt werden kann.

Da X umgekehrt proportional dem modulierenden

vormagnetisierenden Strom i ist, d. h. L=- ist,

wird eine lineare Modulationscharakteristik z. B. erzielt werden, wenn

2 Δω

ω_η

L '

(3)

dann ist ja der Frequenzhub Δω proportional dem modulierenden Strom i

Aus der Gleichung (2) folgt dann, daß Δω ₌ X₀C₀

2%

LC + L₀C — X₀C

₀C₀

oder mittels der Gleichung (3)

τ T

■Lp -*-*()

4X ~ LC+ L₀C-L₀C₀ ' und da X₀ klein ist in bezug auf X folgt hieraus C = 4 C₀.

In Fig. 3 gibt die Kurve 6 die Beziehung zwischen der Eigenfrequenz des Kreises und dem modulierenden Strom i für den Fall, daß der Kondensator 4 nicht vorhanden wäre; die Beziehung ist hier bei einem größeren relativen Frequenzhub überhaupt nicht mehr linear. Kurve 7 gibt in einem großen Frequenzgebiet die nahezu lineare Beziehung an, wenn die Größe des Kondensators 4 4 C₀ beträgt. Wird dem Kondensator 4 ein kleinerer Wert als 4C₀ gegeben, so erhält man die durch die Kurve 8 dargestellte Beziehung.

Wird an Stelle des Kondensators 4 eine Induktivität in Reihe mit der veränderlichen Selbstinduktionsspule 3 geschaltet, so gilt die durch die Kurve 9 dargestellte Beziehung.

An Stelle des Kondensators 4 kann auch eine negative Induktivität verwendet werden. Eine solche Induktivität kann mit einer Schaltung nach Fig. 4 verwirklicht werden. Die Schaltung besitzt eine Entladungsröhre 11, deren Anode und Kathode mittels der Primärwicklung 14 eines Transformators 12 miteinander verbunden sind. Das Steuergitter 13 der Röhre 11 entnimmt die Steuerspannung der Impedanz, welche von der Reihenschaltung eines Widerstandes 18 und eines Kondensators 19 gebildet wird und- welche mit der Sekundärwicklung 15 verbunden ist. Wenn der Widerstand 18 groß ist in bezug auf die Impedanz des Kondensators 19 und wenn der Kopplungskoefnzient zwischen der Primärwicklung 14 und der Sekundärwicklung 15 negativ ist, so wird zwischen den Eingangsklemmen 16, 17 des Transformators 12 eine negative Induktivität auftreten, d. h., die den Klemmen 16, 17 zugeführte Spannung eilt um 90° in der

Phase nach in bezug auf den Strom i und nimmt bei zunehmender Frequenz proportional der Frequenz zu. Praktisch wird man zwei Reaktanzröhren in Gegentaktschaltung verwenden, wie es in Fig. 5 dargestellt ist. Der Reaktanz dieser Schaltung kann dann nahezu jeder Wert zwischen sehr großen negativen und sehr großen positiven Werten gegeben werden.

Auf ähnliche Weise, wie es bei Fig. 2 angegeben ist, läßt sich berechnen, daß dann eine lineare Modulationscharakteristik erhalten wird, wenn die negative Induktivität —¹Z₄HIaI größer ist als die Induktivität 2. Ganz allgemein ist es daher möglich, der Modulationscharakteristik dadurch einen gewünschten Verlauf zu geben, daß in Reihe mit der veränderlichen Selbstmduktionsspule eine Impedanz der richtigen Größe geschaltet wird.

In Fig. 6 ist eine Schaltung dargestellt, bei der die

Eigenfrequenz des Kreises von einer parallel zu der Induktivität des Kreises geschalteten Reaktanzröhrenschaltung 25 gesteuert wird. Zwischen die Kathode 22 der Reaktanzröhre 11 und das Steuergitter 13 ist ein Widerstand und zwischen das Steuergitter 13 und die Anode 23 ist ein Kondensator geschaltet. Diese Reaktanzröhre verhält sich wie eine Kapazität, deren Größe von der am Steuergitter angelegten Spannung e geregelt wird.

Auf ganz ähnliche Weise kann nachgewiesen werden, daß die Modulationscharakteristik durch Schaltung einer Induktivität 26 in Reihe mit der Reaktanzröhre linearisiert werden kann. Unter der Modulationscharakteristik ist dabei die Beziehung zwischen der Eigenfrequenz des Kreises und der Größe der modulierenden Spannung e am Steuergitter 13 der Reaktanzröhre 11 zu verstehen.

Das Beeinflussen der Eigenfrequenz des Schwingungskreises braucht nicht ausschließlich dadurch zu erfolgen, daß in Reihe mit der veränderlichen Kapazität oder Induktivität eine Impedanz geschaltet wird, sondern es ist auch möglich, daß dies durch Schaltung einer Impedanz parallel zu der veränder-. liehen Reaktanz erfolgt. In Fig. 7 ist beispielsweise eine durch einen vormagnetisierenden modulierenden Strom regelbare Selbstmduktionsspule 3 dargestellt, welche in Reihe mit einem Kondensator 1 des Schwingungskreises liegt. Dies geschieht vorzugsweise, wenn die Größe der veränderlichen Selbstmduktionsspule dem vormagnetisierenden Strom direkt und nicht umgekehrt proportional ist. Die zugehörige Modulationscharakteristik ist in Fig. 8 durch die Kurve 28 dargestellt. Dadurch, daß parallel zu der Spule 3 eine Impedanz angebracht wird, kann wieder die Modulationscharakteristik nach Wunsch beeinflußt, beispielsweise linearisiert werden durch das Anbringen eines Kondensators 30 mit einer Kapazität, die ³/₄mal größer ist als die Kapazität des Kondensators 1. Das Ergebnis wird durch die Kurve 29 in Fig. 8 dargestellt.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

i. Schaltungsanordnung zum Beeinflussen der Eigenfrequenz eines Schwingungskreises mittels einer veränderlichen Induktivität oder Kapazität, deren Größe von einem modulierenden Strom oder einer modulierenden Spannung, vorzugsweise linear oder umgekehrt proportional, gesteuert wird und die mit einer anderen Induktivität und einer Kapazität in Reihe bzw. parallel geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß im Falle der Reihenschaltung parallel zu bzw. im Falle der Parallelschaltung in Reihe mit der veränderlichen Induktivität oder Kapazität eine Reaktanz, insbesondere eine Kapazität bzw. eine Induktivität, angebracht ist solcher Größe, daß eine lineare Beziehung zwischen dem Momentanwert des modulierenden Stromes oder der .modulierenden Spannung und der Eigenfrequenz des Schwingungskreises erhalten wird.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingungskreis gebildet wird durch die Parallelschaltung eines Hauptkondensators (1), einer unveränderlichen Induktivität (2) und der Reihenschaltung eines Linearisierungskondensators (4) mit einer veränderbaren Selbstinduktionsspule (3) mit einem Kern (5) aus ferromagnetischem Material, wobei die Permeabilität des Kernes (5) und damit die Induktivität der Selbstmduktionsspule (3) von einem modulierenden Strom gesteuert wird (Fig. 2).
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktivität der veränderlichen Selbstmduktionsspule (3) groß ist gegenüber der festen Induktivität (2).
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktivität der veränderbaren Selbstinduktionsspule (3) umgekehrt proportional zu dem modulierenden, vormagnetisierenden Strom geändert wird und die Kapazität des Linearisierungskondensators (4) nahezu viermal so groß ist wie die Kapazität des Hauptkondensators (1, Fig. 2).
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, 3 oder 4," dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle des Linearisierungskondensators (4) eine Linearisierungsinduktivität verwendet ist, die einen negativen Wert hat, der vorzugsweise —^mal so groß ist wie die unveränderliche Induktivität (2).
6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingkreis gebildet wird von einem Hauptkondensator (1) und der zu diesem parallel liegenden Reihenschaltung einer unveränderlichen Induktivität (2) und einer veränderbaren Selbstmduktionsspule (3), deren Induktivität in linearer Abhängigkeit von dem modulierenden, vormagnetisierenden Strom gesteuert wird, und daß zu der veränderbaren Selbstinduktionsspule (3) ein Kondensator (30) parallel geschaltet ist,. dessen Kapazität etwa ³/₄mal so groß ist wie die Kapazität des Hauptkondensators (1, Fig. 7).
7. Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Realisierung der steuerbaren Induktivität eine Reaktanzröhren-Gegentaktschaltung dient (Fig. 5).
8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingkreis gebildet wird durch die Parallelschaltung eines

Hauptkondensators (i), einer unveränderlichen Induktivität (2) und der Reihenschaltung einer Linearisierungsinduktivität (26) mit einer in linearer Abhängigkeit von der modulierenden Spannung gesteuerten Kapazität (25), und daß die Linearisierungsinduktivität (26) ³/₄mal so groß ist wie die unveränderliche Induktivität (2, Fig. 6).
9. Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptkondensator (1) veränderbar ist.

Angezogene Druckschriften: Britische Patentschriften Nr. 513 449, 537167; französische Patentschrift Nr. 801196.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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