DE936153C - Schaltung zum Beeinflussen der Eigenfrequenz eines Schwingungskreises - Google Patents
Schaltung zum Beeinflussen der Eigenfrequenz eines SchwingungskreisesInfo
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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
LCn
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
LCn
2ωο·Δω=
Δω
CO0
L-Cn
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
ωη
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 (9)
- 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 einesHauptkondensators (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© 509 550 12.55
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