DE965417C - Frequenzteiler fuer sinusfoermige Eingangs- und Ausgangsspannungen - Google Patents

Description

In der elektrischen Meßtechnik werden für viele Zwecke Frequenzteiler gebraucht, welche von hohen Frequenzen (z. B. Frequenzen von sehr konstanten Quarzoszillatoren) durch Teilung niedrigere Frequenzen ableiten. Nach dem heutigen Stand der Technik ist es möglich, praktisch jedes Teilungsverhältnis zu verwirklichen. Die hierfür notwendigen Frequenzteiler sind aber im allgemeinen verhältnismäßig komplizierte Gebilde. Mit einfachen Frequenzteilern lassen sich mit Rücksicht auf die Stabilität (Anfälligkeit gegen Änderungen der Betriebsgleichspannungen und der Eingangswechselspannungen) nur Teilungsverhältnisse bis etwa io : ι erreichen.

So ist beispielsweise ein Röhrengenerator zur Frequenzvervielfachung oder -teilung in rationalem Verhältnis bekanntgeworden, bei dem durch das Einfügen einer i?C-Kombination in die Gitterstrecke das Einschalten einer Gitterbatterie überflüssig wird. Bisher verursachte die Änderung der Gittervorspannung eine unangenehme Verschiebung des Mitnahmebereicb.es; durch die nunmehr gleichbleibende Gitterwechselspannung ist die Lage des Arbeitspunktes und damit die Lage des Mitnahmebereiches gesichert. Dieser bekannte Frequenzteiler hat aber den praktisch sehr unangenehmen Nachteil, daß der Mitnahmebereich stark amplitudenabhängig ist. Weiterhin ist die Anordnung des Resonanzkreises im Anodenzweig sehr ungünstig, da durch die stoßartige Belastung der gitterseitigen Induktivität die beabsichtigte Übersteuerung am Gitter abgeschwächt wird.

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In der Fig. ι ist beispielsweise ein anderer bekannter einfacher Frequenzteiler dargestellt, der günstiger ist als der vorher beschriebene Frequenzteiler, da der Resonanzkreis auf der Gitterseite liegt. Er besteht aus einem üblichen Oszillator, bei dem die von außen angelegte Spannung mit der durch den Faktor η zu teilenden Frequenz f_± den Röhrenstrom moduliert und mit dessen Oberwellen Mischprodukte bildet," welche unter anderem auch ίο die Grundwelle enthalten, welche die für die Frequenzteilung erforderlichen Mitnahmeerscheinungen hervorruft. Die Voraussetzungen für einen möglichst großen Mitnahmebereich werden begünstigt durch einen hohen Oberwellengehalt im Röhrenstrom. Aber auch diese Schaltung hat als Nachteil die vorstehend erwähnte Abhängigkeit des Mitnahmebereichs von der Eingangsamplitude.

Bei den bekannten Schaltungen dieser oder ähnlicher Art (Impulsfrequenzteiler, Stufenteiler, Kippteiler, Rückmischteiler und Regelteiler bleiben hier unberücksichtigt) treten in der Regel folgende Nachteile auf: Wird für die Erlangung einer möglichst wenig verzerrten Ausgangsspannung der Rückkopplungsfaktor klein gewählt, dann ist auch der Mitnahmebereich sehr klein. Wenn zur Erreichung eines größeren Mitnahmebereiches die Rückkopplung vergrößert wird, dann wird die Kurvenform der Ausgangsspannung stark verzerrt. Als Folge der Verzerrungen im Anodenstrom der Röhre treten weiterhin periodisch angestoßene Schwingungen in der Anodeninduktivität auf, welche den für die Amplitudenstabilisierung erforderlichen Gleichrichtungsvorgang am Gitter der Röhre in der Weise beeinflussen, daß der Mitnahmebereich amplitudenabhängig wird. Schließlich bereitet die Teilung durch ungeradzahlige Faktoren Schwierigkeiten.

Zur Vermeidung dieser Nachteile wird bei einem Frequenzteiler für sinusförmige Eingangs- und Ausgangsspannungen, der nach dem Prinzip des mitgezogenen Oszillators arbeitet und bei welchem durch zweckmäßige Wahl der Rückkopplungsbedingungen die Röhre so stark übersteuert ist, daß sie im C-Betrieb arbeitet, so daß der Strom nur während einer Zeit fließt, welche wesentlich kleiner als die halbe Periodendauer ist, erfindungsgemäß vorgeschlagen, durch Wahl der i?C-Kombination im Gitterkreis die Zeitdauer des Stromflusses auf einen für die Frequenzteilung durch verschiedene Teilungsfaktoren optimalen Bruchteil einer Periode einzustellen bzw. einstellbar zu machen.

Der neue Frequenzteiler hat den Vorteil, daß er trotz sehr einfachen Aufbaues auch durch große Teilungsfaktoren teilen kann. Um die in der Regel dabei gleichzeitig auftretende Kurvenverzerrung klein zu halten, ist die Zeitkonstante der Gitterkombination nicht wie üblich wesentlich größer als eine Periodendauer, sondern von derselben Größen-Ordnung wie die Periodendauer zu wählen.

Die ungünstigen Verhältnisse bei der Teilung durch ungeradzahlige Faktoren werden weitgehend durch Wahl eines optimalen Stromfluß winkeis in der Röhre beseitigt. Besonders günstige Verhältnisse liegen dann vor, wenn dieser Winkel = ²/_s, ²/₆ oder ²/₇ einer vollen Periode ist. In diesen Fällen kann der Frequenzteiler fortlaufend durch alle ganzen Zahlen teilen. Durch ausgeführte Messungen wurde das bestätigt. Es zeigte sich darüber hinaus, daß die optimalen Eigenschaften auch bei kleineren Abweichungen von den geforderten Voraussetzungen noch nicht sehr stark verschlechtert werden, d. h., die entsprechende Wahl der Schaltelemente ist nicht sehr kritisch.

Um die Verschiebung des Mitnahmebereiches in Abhängigkeit von der Eingangsamplitude infolge von kapazitivem Übersprechen bei der Meissner-Schaltung zu vermeiden, muß für, den Oszillator eine kapazitive Drei-Punkt-Schaltung verwendet werden, da hierbei der Einfluß der Oberwellen weitgehend reduziert ist. Die in der Frequenz zu teilende Eingangsspannung kann dann in weiten Grenzen schwanken, ohne daß die Arbeitsweise des Teilers nachteilig beeinflußt wird.

Ein Ausführungsbeispiel eines Frequenzteilers gemäß der Erfindung ist in der Fig. 2 gezeichnet und soll im folgenden erläutert werden: Als Röhre Rö wird eine 5-Pol-Röhre mit herausgeführtem Bremsgitter benutzt. Die in der Frequenz f_t zu teilende Eingangsspannung wird dem Bremsgitter zugeführt. Der Außen widerstand R_a dient nur zur Gleichstromzuführung. Bei der kapazitiven Drei-Punkt-Schaltung aus C₂, C₃ und L wird C₂ wesentlich kleiner als C₃ gewählt, so daß eine Äufwärtstransformation der Spannung zur Gitterseite hin stattfindet (Anpassung auf maximale Leistung).

Bei der Gitterkombination (C₁, R_gl) ist folgendes zu berücksichtigen: Der Stromflußwinkel bei der Spitzengleichrichtung ist abhängig vom Verhältnis des Lastwiderstandes, in diesem Fall des Gitterwiderstandes R_gl und des Gleichrichterdurchlaßwiderstandes, in diesem Fall des Widerstandes der Strecke Gitter—Kathode. Nachdem dieser Durchlaßwiderstand ermittelt wurde, kann die Größe des Gitterwiderstandes R_el berechnet werden, für welche der Stromflußwinkel ²/s der Periode groß ist. Die Feststellung des günstigsten Wertes für R_gl erfolgt aber meistens besser experimentell, da einmal der Durchlaßwiderstand der Gitterstrecke nicht bekannt und veränderlich ist und andererseits der Ladekondensator C₁ mit Rücksicht auf die optimale Zeitkonstante kleiner als üblich gewählt werden muß. Ist der Widerstand R_{g t} bekannt oder angenähert bekannt, dann wird C₁ so gewählt, daß die Zeitkonstante R_gl X C₁ etwa gleich der Periodendauer der Ausgangsfrequenz des Teilers ist.

Damit sind sämtliche obengenannten Gesichtspunkte berücksichtigt. Durch Wahl einer starken Rückkopplung entstehen große Amplituden am Gitter und ermöglichen damit die Erreichung großer Teilungsverhältnisse. Durch Wahl der kleinen Gitterzeitkonstante wird trotzdem die Kurvenform der Ausgangsspannung nur wenig verzerrt. Durch geeignete Bemessung des Gitter-Widerstandes wird der optimale Stromflußwinkel

eingestellt, so daß der Teiler durch alle ganzen Zahlen teilen kann. Durch die kapazitive Drei-Punkt-Schaltung wird der Anodenwechselstromwiderstand für Oberwellen sehr klein, so daß sie keine störende Amplitudenabhängigkeit des Teilers hervorrufen können. Als weiterer praktischer Vorteil kommt hinzu, daß in dieser Schaltung die Induktivität gleichstromfrei ist, dies ist bei Verwendung von Eisenkernen oft sehr erwünscht.

ίο Selbstverständlich ist diese beschriebene Schaltung in vieler Hinsicht zu variieren. So kann z.B. auf einzelne Vorteile verzichtet werden, indem man beim Arbeiten mit Frequenzen im Tonfrequenzbereich nach wie vor die Meissner-Schaltung oder eine induktive Drei-Punkt-Schaltung verwendet, weil in diesem Frequenzgebiet das kapazitive Übersprechen noch nicht stört.

Bei Verwendung mehrerer Röhren können die einzelnen für die Verbesserung erforderlichen Gesichtspunkte noch mehr berücksichtigt werden usw. Die praktische Erprobung der Schaltung hat gezeigt, daß nicht nur der Mitnahmebereich bei Änderungen der Eingangsamplitude praktisch symmetrisch zur Eingangsfrequenz bleibt, sondern daß außerdem große Schwankungen in der Betriebsgkichspannung im Verhältnis 4 :1 die Arbeitsweise des Frequenzteilers und die Symmetrie des Teilungsbereiches in keiner Weise störend beeinflussen. Damit ist erwiesen, daß dieser einfache· Frequenzteiler gegenüber den bisher bekannten Teilern wegen seiner Stabilität und" wegen der größeren Teilungsfaktoren einen wesentlichen technischen Fortschritt darstellt.

Claims (3)

1. Patentansprüche:
   i. Frequenzteiler für sinusförmige Eingangs-

   und Ausgangsspannungen, der nach dem Prinzip des mitgezogenen Oszillators arbeitet und bei welchem durch zweckmäßige Wahl der Rückkopplungsbedingungen die Röhre so stark übersteuert ist, daß sie im C-Betrieb arbeitet, so daß Strom nur während einer' Zeit fließt, welche wesentlich kleiner als die halbe Periodendauer ist, dadurch gekennzeichnet, daß durch Wahl der i?C-Kombination im Gitterkreis die Zeitdauer des Stromflusses auf einen für die Frequenzteilung durch verschiedene Teilungsfaktoren optimalen Bruchteil einer Periode eingestellt bzw. einstellbar ist.
2. 2. Frequenzteiler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gitterzeitkonstante dieselbe Größenordnung wie die Periodendauer der Ausgangsfrequenz hat.
3. 3. Frequenzteiler nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß die Oszillatorschaltung eine kapazitive Drei-Punkt-Schaltung ist.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   Deutsche Patentschriften Nr. 619 184, 758 534.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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