DE956251C

DE956251C - Arrangement for generating a measuring frequency with low harmonic content

Info

Publication number: DE956251C
Application number: DES37299A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Franz Feil; Dipl-Ing Karl Scherer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1954-01-26
Filing date: 1954-01-26
Publication date: 1957-01-17

Description

.Anordnung zur Erzeugung einer Meßfrequenz mit geringem Oberwellengehalt Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Erzeugung einer Meßfrequenz bzw. mehrerer Meßfrequenzen mit geringem Oberwellengehalt, bei der ein insbesondere mehrstufiger, durch selektive Rückkopplung im Sinne einer weitgehenden Herabsetzung des Oberwellengehalts linearisierter Verstärker vorgesehen ist, der durch Amplitudenbegrenzung der selbsterregten Schwingung mittels einer nur auf den Effektivvcfert, nicht aber auf Augenblickswerte ansprechenden, nicht klirrenden, vorzugsweise aus temperaturabhängigen Widerständen, z. B. Heiß- oder Kaltleitern, bestehenden Begrenzeranordnung so weit begrenzt wird, daß die Aussteuerung auf den linearen Bereich der Kennlinien der Verstärkerröhren beschränkt bleibt. Diese Amplitudenbegrenzer können dabei außer mit Heiß- oder Kaltleitern auch mit selbsttätig wirkenden Regelsystemen aufgebaut sein..Arrangement for generating a measuring frequency with low harmonic content The invention relates to an arrangement for generating a measuring frequency or several measuring frequencies with low harmonic content, in which a particularly multi-stage, through selective feedback in the sense of a substantial reduction in the harmonic content linearized amplifier is provided, which by limiting the amplitude of the self-excited Vibration by means of an only on the effective basis, but not on instantaneous values appealing, non-clinking, preferably temperature-dependent resistances, z. B. hot conductors or PTC thermistors, existing limiter arrangement is limited so far, that the modulation to the linear range of the characteristic curves of the amplifier tubes remains limited. These amplitude limiters can use hot conductors or PTC thermistors can also be built with automatic control systems.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine weitere Erhöhung der Klirrdämpfung zu erreichen. Generatoren mit extrem hohen Klirrdämpfungswerten werden insbesondere für Klirrdämpfungs= messungen benötigt.The invention is based on the object to further increase the To achieve distortion attenuation. Generators with extremely high distortion attenuation values are used especially required for distortion attenuation measurements.

Die vorliegende Erfindung geht von. dem Grundsatz aus, daß man die Schwingungsamplitude weiter vermindern muß, um noch höhere Klirrdämpfungswerte, also weitere Herabsetzung des Oberwellengehalts der erzeugten Schwingungen zu erzielen. Dieser Gedanke ist an sich, hinsichtlich der Herabsetzung der Schwingungsamplitude zur Vermeidung einer Aussteuerung über den linearen Teil der Kennlinien der Verstärkerröhren hinaus bekannt und bei durch Gegenkopplung hochlinearisierten, zur Schwingungserzeugung über ein Rückkopplungsnetzwerk rückgekoppelten Verstärkern durch Anordnung von Amplitudenbegrenzern im Rückkopplungsnetzwerk berücksichtigt.The present invention is based on based on the principle that the The vibration amplitude must be reduced further in order to achieve even higher distortion damping values, thus to achieve a further reduction in the harmonic content of the generated vibrations. This The thought is in itself, with regard to the reduction of the oscillation amplitude Avoidance of modulation via the linear part of the characteristic curves of the amplifier tubes also known and highly linearized by negative feedback to generate vibrations Amplifiers fed back via a feedback network by arranging amplitude limiters taken into account in the feedback network.

Bei einer noch weiteren Verminderung der Aussteuerung zur Erhöhung der Klirrdämpfung entstehen neue Schwierigkeiten. Der Begrenzer würde mit abnehmender Amplitude seine Regeleigenschaft mehr und mehr verlieren. Seine Aussteuerung müßte also dadurch beibehalten werden, daß man dem Rückkopplungsweg einen größeren Anteil der Verstärkerausgangs,leistung zur Verfügung stellt. Dies hätte zur Folge, daß die durch die Verringerung der Aussteuerung ohnehin verminderte abgebbare Leistung weiter vermindert werden würde. Man würde auch bald an die Grenze anstoßen, die dadurch gegeben ist, daß die gesamte Verstärkerausgangsleistung für die Rückkopplung verbraucht werden würde. Eine weitere Schwierigkeit besteht darin, daß die Begrenzerelemente, z. B. die Heißleiter, doch nicht ganz verzerrungsfrei sind. Der Klirrbeitrag des Begrenzers würde also den Erfolg begrenzen.With an even further decrease in the modulation to increase the distortion attenuation creates new difficulties. The limiter would be decreasing Amplitude lose their control properties more and more. Its control would have to thus be retained by giving the feedback path a larger share the amplifier output provides power. This would have the consequence that the power that can be delivered anyway, which is reduced by the reduction in the modulation would be further reduced. One would also soon toast to the limit, the is given by the fact that the total amplifier output power for the feedback would be consumed. Another difficulty is that the limiter elements, z. B. the thermistors, but are not completely free of distortion. The contribution of the Limiter would therefore limit success.

Diese Überlegungen führten bei der Anordnung nach der Erfindung dazu, die als Begrenzer verwendeten Heiß- bzw. Kaltleiter nicht mehr über das Rückkopplungsnetzwerk, sondern über einen besonderen Steuerkreis zu steuern. Dadurch vermeidet man die Anwendung von auf geringste Steuerenergie ansprechenden Spezialheiß- bzw. -kaltleitern.With the arrangement according to the invention, these considerations led to the thermistors or PTC thermistors used as limiters no longer via the feedback network, but to be controlled via a special control circuit. This avoids the Use of special hot conductors or PTC thermistors that respond to the slightest control energy.

Erfindungsgemäß erfolgt die Steuerung der Begrenzeranordnung mittelbar aus den Rückkopplungsschwingungen des rückgekoppelten hochlinearisierten Verstärkers (Hauptverstärkers).According to the invention, the limiter arrangement is controlled indirectly from the feedback oscillations of the fed back, highly linearized amplifier (Main amplifier).

Die Begrenzeranordnung wird also nicht durch die den Begrenzer durchfließenden Rückkopplungsströme direkt, sondern mittelbar gesteuert. Man kann dann die Schwingungsamplitude im Begrenzer beliebig vermindern und unabhängig davon die besonders verstärkten Steuerströme so groß bemessen, daß man eine günstige Regelwirkung hat.The limiter arrangement is therefore not affected by the flow through the limiter Feedback currents controlled directly, but indirectly. One can then use the oscillation amplitude reduce as desired in the limiter and independently of this the particularly reinforced ones Control currents dimensioned so large that one has a favorable control effect.

Für die mittelbare Begrenzersteuerung kann man verschiedene Verfahren anwenden. Zum Beispiel benutzt man als Begrenzeranordnung indirekt geheizte temperaturabhängige Widerstände, Heiß-oder Kaltleiter mit einem elektrisch isolierten Heizer, oder man benutzt ,direkt geheizte temperaturabhängige Widerstände und steuert mit einem Steuerstrom, dessen Frequenz von der Schwingungsfrequenz abweicht und dessen Amplitude von der Schwingungsamplitude abhängig ist. Der Steuerstrom kann dabei durch Verstärkung und Frequenzumsetzung, vorzugsweise Gleichrichtung, aus der Rückkopplungsschwingung gewonnen oder aus einer besonderen Stromquelle, z. B. dem 5o-Hz-Netz, entnommen und durch die Amplitude der Rückkopplungsschwingung mittelbar, z. B. über einen Regler, geregelt werden. Der Steuerstrom kann jedoch auch einem besonderen Rückkopplungsgenerator, beispielsweise einem Rückkopplungsröhrengenerator, entnommen werden, dessen Schwingungsamplitude durch die Amplitude der linearen Schwingung des durch Gegenkopplung hochlinearisierten rückgekoppelten Verstärkers (Hauptverstärkers) derart beeinflußt wird, daß sie z. B. mit deren Ansteigen verringert wird, eventuell bis zum völligen Aussetzen der Steuerschwingungen.Various methods can be used for the indirect limiter control use. For example, indirectly heated, temperature-dependent ones are used as a limiter arrangement Resistors, hot or cold conductors with an electrically insulated heater, or one uses, directly heated temperature-dependent resistors and controls with a control current, whose frequency differs from the oscillation frequency and whose amplitude differs from the Vibration amplitude is dependent. The control current can be amplified and frequency conversion, preferably rectification, from the feedback oscillation obtained or from a special power source, e.g. B. the 5o Hz network and indirectly by the amplitude of the feedback oscillation, e.g. B. over a Regulator to be regulated. However, the control current can also be supplied to a special feedback generator, for example a feedback tube generator, the oscillation amplitude thereof by the amplitude of the linear oscillation of the highly linearized by negative feedback feedback amplifier (main amplifier) is influenced in such a way that it z. B. is reduced with the increase, possibly until the complete exposure Control oscillations.

Die für die direkte Steuerung abgezweigte Leistung wird in einem besonderen Verstärker verstärkt. Diese Verstärkung kann entweder vor oder nach der Frequenzumsetzung erfolgen. Im Falle der Umsetzung in Gleichstrom (Gleichrichtung) kann auch ein magnetischer Verstärker als Gleichstromverstärker benutzt werden, wobei dessen Ausgangsstrom nicht unbedingt in Gleichstrom rückverwandelt zu werden braucht.The power diverted for direct control is in a special Amplifier amplified. This gain can either be before or after the frequency conversion take place. In the case of conversion into direct current (rectification), a magnetic one can also be used Amplifier can be used as a DC amplifier, with its output current does not necessarily need to be converted back to direct current.

Die Anordnung gemäß der Erfindung wird an Hand der in den Fig. r bis 3 teilweise schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele näher.erläutert.The arrangement according to the invention is illustrated in FIGS 3 in more detail illustrated exemplary embodiments, some of which are shown schematically.

In der Fig. r ist eine Anordnung dargestellt, bei der der durch das Gegenkopplungsnetzwerk G 1' hochlinearisierte Hauptverstärker V über das aus dem Begrenzer B, dem Selektionskreis S und dem Dämpfungsregler DR bestehende Rückkopplungsnetzwerk RN rückgekoppelt wird. Der Steuerkreis Stk für den Begrenzer B besteht aus dem Verstärkungsregler RW, dem Verstärker V, dem Hochpaß HP, dem Gleichrichter Gl und dem Tiefpaß TP. IGI ist ein Strommesser für Gleichstrom. Der Begrenzer B soll beispielsweise aus einem Heißleiter bestehen. Dieser Heißleiter wird in der vorliegenden Anordnung nicht durch die Rückkopplungsschwingungen selbst geheizt, sondern durch einen Gleichstrom, der aus der zusätzlich verstärkten Schwingung durch Gleichrichtung gewonnen wird. Der stark gegengekoppelte breitbandige Hauptverstärker V ist selektiv rückgekoppelt über das genannte Rückkopplungsnetzwerk RN mit veränderbarer Abstimmung und mit einem als Begrenzer wirkenden, direkt geheizten, indirekt gesteuerten Heißleiter. Den Steuergleichstrom liefert der Steuerkreis Stk, der ebenso wie das Rückkopplungsnetzwerk RN am Ausgang des Hauptverstärkers V angeschlossen ist. An den im Steuerkreis Stk vorgesehenen Steuerverstärker V' müssen keinerlei Linearitätsforderungen gestellt werden. Der Tiefpaß TP dient zur Unterdrückung der Wechselstromkomponente des Ausgangsgleichstromes. Die Temperatur und somit die Dämpfung des als Begrenzer wirkenden Heißleiters ist im wesentlichen durch den Steuergleichstrom bestimmt. Der Steuergleichstrom ist also konstant und unabhängig von der jeweils eingestellten Schwingungsamplitude. Diese ist umgekehrt proportional der am Verstärkungsregler RW eingestellten Verstärkung des Steuerverstärkers V' und kann somit in einem weiten Bereich nach unten geregelt werden. Um unerwünschte Rückkopplungen über den Steuerverstärker V' zu vermeiden, ist vor dem Gleichrichter ein Hochpaß HP geschaltet, dessen Grenzfrequenz dicht unterhalb der tiefsten Generatorfrequenz liegt. Die Summendämpfung des Tiefpasses TP, des Hochpasses .TIP und des Gleichrichters Gl muß die Stabilität gewährleisten.In FIG. R, an arrangement is shown in which the main amplifier V, highly linearized by the negative feedback network G 1 ', is fed back via the feedback network RN consisting of the limiter B, the selection circuit S and the attenuation controller DR. The control circuit Stk for the limiter B consists of the gain controller RW, the amplifier V, the high-pass filter HP, the rectifier Gl and the low-pass filter TP. IGI is an ammeter for direct current. The limiter B should consist of an NTC thermistor, for example. In the present arrangement, this thermistor is not heated by the feedback oscillations themselves, but by a direct current that is obtained from the additionally amplified oscillation through rectification. The broadband main amplifier V with strong negative feedback is selectively fed back via the mentioned feedback network RN with variable tuning and with a directly heated, indirectly controlled NTC thermistor that acts as a limiter. The control circuit Stk, which, like the feedback network RN, is connected to the output of the main amplifier V, supplies the control direct current. No linearity requirements have to be made of the control amplifier V 'provided in the control circuit Stk. The low-pass filter TP is used to suppress the alternating current component of the direct current output. The temperature and thus the damping of the thermistor acting as a limiter is essentially determined by the direct current control. The control direct current is therefore constant and independent of the oscillation amplitude set in each case. This is inversely proportional to the gain of the control amplifier V 'set on the gain regulator RW and can thus be regulated downwards over a wide range. In order to avoid unwanted feedback via the control amplifier V ', a high-pass filter HP is connected upstream of the rectifier, the cutoff frequency of which is just below the lowest generator frequency. The total attenuation of the low-pass filter TP, the high-pass filter .TIP and the rectifier Gl must ensure stability.

Das Rückkopplungsnetzwerk RN mit dem Steuerkreis Stk kann auch an einen besonderen Ausgang des Hauptverstärkers V angeschlossen werden, der gegenüber den eigentlichen Ausgangsklemmen entkoppelt ist. Dies hat den Vorteil, daß die Schwingungen in Frequenz und Amplitude weitgehend von der an den Ausgangsklemmen angeschlossenen Belastung unabhängig werden, so daß der aus Hauptverstärker h, Rückkopplungsnetzwerk RN und Steuerkreis Stk gebildete Generator mit konstanter EMK arbeitet. Wird der Steuerkreis dagegen direkt an die Ausgangsklemmen angeschlossen, so arbeitet der Generator mit konstanter Klemmenspannung. Durch die Einführung des Steuerkreises Stk ist die Anordnung sehr viel anpassungsfähiger an die Eigenschaften des Hauptverstärkers V und die Wünsche bezüglich dessen Aussteuerung geworden, als dies bei unmittelbarer Steuerung des Heißleiters durch die Rückkopplungsschwingungen der Fall ist. Diese Anordnung eignet sich deshalb besonders gut für die Klirrfaktorprüfung für Verstärker, bei der diese lediglich durch Anschalten eines Rückkopplungsnetzwerkes mit Steuerkreis zu Eigenschwingungen erregt werden, wobei die entstehenden Oberwellen der Verstärkerklirrdämpfung entsprechen und selektiv gemessen die gewünschten Klirrmeßwerte liefern. Um auch bei entzerrenden Verstärkern (gegengekoppelten Verstärkern mit frequenzabhängigem Gegenkopplungsnetzwerk) bei der Frequenzeinstellung weniger vom Phasenmaß des Verstärkers abhängig zu sein, is=_ :.s für diesen Zweck vorteilhaft, das Rückkopplungsnetzwerk stärker phasendrehend (> ± 9o°), also mehrgliedrig auszubilden. Der im Rückkopplungsnetzwerk angeordnete reelle Dämpfungsregler DR, der an sich nicht unbedingt erforderlich ist, ist vorteilhaft zur jeweiligen Einstellung des durch den Steuergleichstrom bestimmten Begrenzerarbeitspunktes.The feedback network RN with the control circuit Stk can also a special output of the main amplifier V can be connected, the opposite is decoupled from the actual output terminals. This has the advantage that the vibrations in frequency and amplitude largely different from the one connected to the output terminals Load become independent, so that the main amplifier h, feedback network RN and control circuit Stk formed generator works with constant EMF. Will the The control circuit, on the other hand, is connected directly to the output terminals, which is how the Generator with constant terminal voltage. Through the introduction of the steering committee The arrangement is much more adaptable to the characteristics of the main amplifier V and the wishes regarding its control become more immediate than this Control of the thermistor by the feedback oscillations is the case. These The arrangement is therefore particularly suitable for the distortion factor test for amplifiers, where this is done simply by connecting a feedback network with a control circuit are excited to natural oscillations, with the resulting harmonics of the amplifier distortion damping and deliver the desired distortion values measured selectively. To also with equalizing amplifiers (negative feedback amplifiers with frequency-dependent Negative feedback network) less from the phase dimension of the amplifier when setting the frequency to be dependent is = _: .s advantageous for this purpose, the feedback network more phase-shifting (> ± 9o °), i.e. multi-link. The one in the feedback network arranged real attenuation controller DR, which in itself is not absolutely necessary is, is advantageous for the respective setting of the control direct current certain limiter operating point.

In der Fig. 2 ist ein Schaltbeispiel für die Verwendung eines über einen Tiefpaß mit Gleichstrom gesteuerten, direkt geheizten Heißleiters als Begrenzer im Rückkopplungsnetzwerk ausschnittweise dargestellt. Ein Teil des Rückkopplungsnetzwerkes ist durch die Kondensatoren C1, C2 und die Widerstände R1, R2 angedeutet. Der in diesem Netzwerk als Begrenzer wirkende Heißleiter ist mit HL bezeichnet. Durch die Pfeile z ist der Rückkopplungsweg angedeutet. Der Heißleiter HL wird durch den mit Pfei12 angedeuteten Steuergleichstrom über den Tiefpaß TP gesteuert.FIG. 2 shows a circuit example for the use of a directly heated thermistor controlled by a low-pass filter with direct current as a limiter in the feedback network. Part of the feedback network is indicated by the capacitors C1, C2 and the resistors R1, R2. The NTC thermistor acting as a limiter in this network is designated HL. The feedback path is indicated by the arrows z. The thermistor HL is controlled by the direct current control current indicated by arrow 12 via the low-pass filter TP.

In Fig. 3 a ist ein Schaltbeispiel für einen Gegentaktbegrenzer mit Heißleiter und in Fig. 3 b ist ein Schaltbeispiel für einen Gegentaktbegrenzer mit Kaltleiter dargestellt. In beiden Figuren ist der Rückkopplungsweg durch die Pfeile r und die Zuführung des Steuergleichstromes durch die Pfeile 2 angedeutet. Der Gleichstrom wird jeweils über den Tiefpaß TP zugeführt. Das Rückkopplungsnetzwerk ist ausschnittweise durch die Kondensatoren C1 und C2 sowie durch die Widerstände R1 und R2 angedeutet. In der Fig. 3_a ist der Gegentaktheißleiter mit HL und in Fig.3b ist der Gegentaktkaltleiter mit KL bezeichnet. An Stelle der Gegentaktheiß- bzw. -kaltleiter können auch zwei im Gegentakt geschaltete Heiß- bzw. Kaltleiter verwendet werden. Durch die Anwendung von Gegentaktschaltungen können die Anforderungen an die Filter herabgesetzt werden. Auch kann z. B. der Gleichrichter Gl in Fig. z als Gegentaktgleichrichter ausgebildet werden.In Fig. 3a is a switching example for a push-pull limiter with thermistor and in Fig. 3b is a circuit example for a push-pull limiter with PTC is shown. In both figures, the feedback path is indicated by the arrows r and the supply of the direct control current is indicated by the arrows 2. The direct current is fed in via the low-pass filter TP. The feedback network is partially indicated by the capacitors C1 and C2 and by the resistors R1 and R2. In Fig. 3_a the push-pull thermistor is denoted by HL and in Fig. 3b the push-pull thermistor is denoted by KL. Instead of the push-pull hot or cold conductor, two push-pull hot or cold conductors can be used. By using push-pull circuits, the requirements placed on the filters can be reduced. Also z. B. the rectifier Gl in Fig. Z can be designed as a push-pull rectifier.

Claims

PATENT CLAIMS: e.g. Arrangement for generating a measuring frequency or several measuring frequencies with low harmonic content, in which a particularly multi-stage, through selective feedback in the sense of a substantial reduction in the harmonic content linearized amplifier is provided, which by limiting the amplitude of the self-excited Oscillation by means of an only on the effective value, but not on instantaneous values ans;, calculating, not clinking, preferably from temperature-dependent resistances, z. B. hot conductors or PTC thermistors, existing limiter arrangement is limited so far, that the modulation to the linear range of the characteristic curves of the amplifier tubes remains limited, characterized in that the control of the limiter arrangement indirectly from the feedback oscillations of the highly linearized feedback Amplifier (main amplifier) takes place.

2. Arrangement according to claim z, characterized in that that the control current obtained from the feedback oscillations through amplification controls the indirectly heated thermistor or PTC thermistor, which acts as a limiter.

3. Arrangement according to Claim i, characterized in that the one from the feedback oscillations through amplification and frequency conversion, in particular through amplification and rectification The control current obtained feeds the directly heated NTC thermistor or thermistor that acts as a limiter. PTC thermistor controls. q .. Arrangement according to claim i, characterized in that the Control of the limiter assembly takes place from a special power source whose Output voltage through the feedback oscillations of the fed back highly linearized Amplifier is controlled. 5. Arrangement according to claim r, characterized in that that the control current with the help of a through the amplitude of the feedback oscillations controlled controller is taken from the 5o Hz network. 6. Arrangement according to claim r, characterized in that the control current is fed to a special feedback generator is taken, the oscillation amplitude by the amplitude the linear oscillation of the highly linearized feedback amplifier through negative feedback (Main amplifier V) is infiußt, so that it z. B. decreased with their increase , possibly until the control oscillations are completely interrupted. 7. Arrangement according to claim i, characterized in that for the control of the feedback oscillations branched power is amplified before or after the frequency conversion. B. Arrangement according to claim i, characterized in that when converted into direct current a magnetic amplifier serves as a DC amplifier whose output current preferably not reconverted to direct current. G. Arrangement according to claim 3, characterized in that a high-pass filter is switched on before the rectification whose cut-off frequency is just below the lowest generator frequency. ok Arrangement according to claim 3, characterized in that the control voltage dem Limiter is fed through a low-pass filter. i i. Arrangement according to one of the preceding Claims, characterized in that a push-pull hot or cold conductor is used as the limiter is used. i2. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that that the feedback network with the control circuit to a special output of the highly linearized amplifier (Tl in Fig. i) connected by negative feedback which is decoupled from the actual output terminals. Into consideration Drawn pamphlets: German patent application S: 223 16 VIIIc / 2ie.