DE977095C

DE977095C - Elektrischer Zweipol in einer Schaltung fuer Frequenzmodulation, Frequenznachstellung oder den Abgleich von Messbrueckenanordnungen

Info

Publication number: DE977095C
Application number: DES2074A
Authority: DE
Inventors: Andreas Dr-Ing Jaumann; Rudolf Dr-Ing Otto
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1950-03-07
Filing date: 1950-03-07
Publication date: 1965-01-28

Description

(WiGBl. S. 175)

AUSGEGEBENAM 28. JANUAR 1965

S 2

Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Zweipol in einer Schaltung für Frequenzmodulation, Frequenznachstellung oder den Abgleich von Meßbrückenanordnungen, der in seinem Blindwiderstandswert für eine an ihm anliegende Wechselspannung oder für einen ihn durchfließenden Wechselstrom durch eine Steuergröße veränderbar ist.

Dafür sind, beispielsweise durch die französische Patentschrift 948331 und die britische Patentschrift 561 322, Schaltungen bekannt, bei denen ein Gleichrichter, durch eine Vorspannung gesteuert, als stetig veränderbarer ohmscher Widerstand wirkt und in Verbindung mit einem Blindwiderstand zur Frequenzmodulation dient. Diese Schaltungen haben den Nachteil, daß die Gleichrichterkennlinie, die beispielsweise von Temperaturschwankungen abhängig ist, in die Steuerkennlinie wesentlich eingeht.

Es ist durch die deutsche Patentschrift 727 560 weiterhin bekannt, parallel zu dem nachzustimmenden Schwingungskreis die Reihenschaltung einer verstimmenden Impedanz und einer als Diode ausgebildeten Gleichrichterstrecke zu legen; an die Gleichrichterstrecke wird die regelnde Gleichspannung gelegt, welche die Gleichrichterstrecke je

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nach dem Sinn der Regelspannung leitend oder nichtleitend macht Um nach beiden Seiten der Grundfrequenz symmetrische Verstimmungen zu erzielen, werden bei einer weiteren bekannten An-Ordnung zwei Impedanzen, und zwar eine Induktivität und eine Kapazität vorgesehen, die je eine Verstimmung des Schwingungskreises etwa gleicher Größe nach entgegengesetzten Seiten bewirken. Gleichzeitig sind zwei Gleichrichterstrecken ίο vorgesehen, die so gesteuert sind, daß entweder nur die eine oder nur die andere Impedanz wirksam ist. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektrischen Zweipol der einleitend beschriebenen Art zu schaffen, der relativ sehr lineare Verhältig nisse hinsichtlich der Änderung des Blindwiderstandswertes in Abhängigkeit von einer Steuergröße zu erreichen ermöglicht.

Ausgehend von einem elektrischen Zweipol in einer Schaltung für Frequenzmodulation, Frequenznachstellung oder den Abgleich von Meßbrückenanordnungen, der in seinem Blindwiderstandswert für eine an ihm anliegende Wechselspannung oder für einen ihn durchfließenden Wechselstrom durch eine Steuergröße veränderbar ist, bestehend aus der Reihenschaltung oder der Parallelschaltung eines Blindwiderstandes mit wenigstens einem durch die Steuergröße zu beeinflussenden spannungs- oder stromabhängigen Ventil, wie einer Diode, das zufolge der Beeinflussung durch die Steuergröße den Blindwiderstand nur für einen durch die Steuergröße bestimmten Teil der Periodendauer in jeder Wechselspannungsperiode bzw. Wechselstromperiode an die Wechselspannung anlegt bzw. in den Wechselstromkreis einschaltet (Stromflußwinkelsteuerung), wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei Verwendung eines Kondensators als Blindwiderstand die Amplitude der Wechselspannung oder des Wechselstromes und die demgegenüber kleiner gewählte Amplitude der das wenigstens eine Ventil in Sperrrichtung vorspannenden Steuergröße so groß gewählt sind, daß sich durch starke Aussteuerung des Ventils von dessen Kennlinie unabhängige Blindwiderstandswerte ergeben. Hinsichtlich des Ventils ist an einen Gleichrichter oder eine Gleichrichterkombination gedacht, die vorzugsweise aus zwei gegeneinander, hochfrequenzmäßig parallel geschalteten Gleichrichtern besteht.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung seien Ausführungsbeispiele nach Fig. 1 a, 1 b oder Fig. 2 wiedergegeben. Wie die Figuren zeigen, liegt ein Kondensator X in Reihe oder parallel zu den Ventilen 4, die den Blindstrom durch X bei gegebener Spannung U~ bzw. die Blindspannung an X bei gegebenem Strom i~ in Abhängigkeit von einer Steuergröße St steuern. Die Gesamtanordnung wirkt an den Klemmen 1, 2 wie ein von der Steuergröße St gesteuerter Blindwiderstand. Die Steuergröße St liegt an den Klemmen 2, 3 der Anordnung und steuert damit die Ventile.

Zur weiteren Erläuterung der Wirkungsweise der Anordnung nach der Erfindung wird von einer steuerbaren Kapazität ausgegangen, die nach Fig. 3 aus der Reihenschaltung einer konstanten Kapazität C mit einem Paar gegeneinander, hochfrequenzmäßig jedoch parallel geschalteter Gleichrichter Gl besteht. Als Ventile können insbesondere auch Sperrschicht- oder Spitzenkontaktgleichrichter, wenn deren stark gekrümmter Kennlinienbereich (ζ. Β. ο,5 Volt) übersteuert wird, verwendet werden. Zwischen den Klemmen 1, 2, an denen die gesteuerte Kapazität wirkt, liegt die Betriebsfrequenzspannung U—, während an den Klemmen 2, 3 die Hilfsspannung U_st als Steuergröße in solcher Polung liegt, daß die Gleichrichter an sich sperren würden. Die Gleichrichter führen nur dann Strom, wenn bei angelegter Betriebsspannung Ϊ7~ (ζ. B. HF-Spannung) die Teilspannung an ihnen

den Wert U_gi = -^- nach der einen oder anderen

_gi

Richtung überschreitet. Dies bewirkt, daß die Spannung U_c am Kondensator den Verlauf nach Fig. 4a annimmt. Sie bleibt um den Betrag U_gl hinter der Gesamtspannung U~ zurück. Strom fließt durch den Kondensator C nur während der Zeit, in der er umgeladen wird, wie in Fig. 4b durch die Kurve J_c dargestellt. Dabei fließt der positive Strom durch den einen, der negative durch den anderen Gleichrichter. Der Stromflußwinkel α, abhängig von der Vorspannung U_st an den Gleichrichtern und von der Amplitude der Betriebsspannung Ü~, bestimmt die Dauer des Stromflusses durch den Kondensator C und damit die Wirksamkeit dieser Kapazität. Sie läßt sich durch eine Fourierzerlegung der Stromkurve nach Fig. 4b berechnen. Man erhält aus den Fourierkoeffizienten die Anteile für Blind- und Wirkstrom der Grundwelle. Beide Anteile sind Funktionen des Stromflußwinkels α und somit des Ouotienten -^r-, also

~ 0~

des Verhältnisses der Vorspannung am Gleichrichter Ugi zum Scheitelwert Ü~ der HF-Spannung an den Punkten 1, 2. In Fig. 5 ist dieser durch Rechnung ermittelte Zusammenhang dargestellt und die wirksame Größe der Kapazität, das ist der Blindanteil des Stromes der Fourierzerlegung, im Verhältnis zur Größe der konstanten Kapazität C aufgetragen. Man sieht daraus, daß die wirksame Größe der Kapazität in einem großen Bereich linear steuerbar ist und in diesem Bereich der Wirkanteil,

in der Figur als Dämpfungsleitwert —g- angegeben, einigermaßen konstant bleibt.

Bei der hier angegebenen Anordnung gemäß der Erfindung ist für die Steuerung der Kapazität das

Verhältnis -rr~ maßgebend, eine Größe, die innerhalb jeder Periode die Stromflußdauer durch die konstante Kapazität bestimmt. Aus diesem Grunde wird die Art der Steuerung als Stromflußwinkelsteuerung bezeichnet.

Die Eingangsklemmen 2, 3 bieten einen konstanten Innenwiderstand an, so daß bei Aussteuerung mit Wechselspannung keine nichtlinearen Verzerrungen dort entstehen können. Der beson- iaj dere Vorteil der Stromflußwinkelsteuerung ist es,

daß diese linearen Eigenschaften auch noch bei nicht ganz idealen, also auch bei technischen Gleichrichtern bestehen und der sonst so störende Einfluß von Kennlinienschwankungen nicht auftritt. Messungen haben ergeben, daß der für den idealen Gleichrichter berechnete Verlauf der Kapazitätskennlinie nach Fig. 5 eine gute Annäherung für den technischen Gleichrichter darstellt. Merkliche Abweichungen zeigen sich nur an den Endpunkten der Kennlinie. Um möglichst lineare Steuerkennlinien zu erhalten, wird man die Aussteuerung in der Kapazitätskennlinie — nur so groß

wählen, daß der günstige mittlere lineare Bereich in den Arbeitsbereich fällt.

Bei sehr hohen Frequenzen ist die Kapazität C_gt

der Gleichrichter nicht mehr vernachlässigbar klein.

Sie ist parallel zu C einzusetzen, während die an der konstanten Kapazität C liegende Betriebsspannung Ü~ im Verhältnis

abnimmt.

Der Erfindungsgegeristand ist bis zu sehr hohen Frequenzen verwendbar und in verhältnismäßig weiten Grenzen aussteuerbar,

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

i. Elektrischer Zweipol in einer Schaltung für Frequenzmodulation, Frequenznachstellung oder den Abgleich von Meßbrückenanordnungen, der in seinem Blindwiderstandswert für eine an ihm anliegende Wechselspannung oder für einen ihn durchfließenden Wechselstrom durch eine Steuergröße veränderbar ist, bestehend aus der Reihenschaltung oder der Parallelschaltung eines Blindwiderstandes mit wenigstens einem durch die Steuergröße zu beeinflussenden spannungs- oder stromabhängigen Ventil, wie einer Diode, das zufolge der Beeinflussung durch die Steuergröße den Blindwiderstand nur für einen durch die Steuergröße bestimmten Teil der Periodendauer in jeder Wechselspannungsperiode bzw. Wechselstromperiode an die Wechselspannung anlegt bzw. in den Wechselstromkreis einschaltet (Stromflußwinkelsteuerung), dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines Kondensators als Blindwiderstand die Amplitude der Wechselspannung oder des Wechselstromes und die. demgegenüber kleiner gewählte Amplitude der das wenigstens eine Ventil in Sperrichtung vorspannenden Steuergröße so groß gewählt sind, daß sich durch starke Aussteuerung des Ventils von dessen Kennlinie unabhängige Blindwiderstandswerte ergeben.
2. Elektrischer Zweipol nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei gegenpolig hochfrequenzmäßig parallel geschaltete Gleichrichter verwendet sind, die an einem Pol miteinander verbunden sind und an den beiden freien Polen mit der Steuergröße beaufschlagt sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschriften Nr. 694239, 727560;

schweizerische Patentschrift Nr. 190 281;

britische Patentschriften Nr. 542 911, 561 322,
606682;

britische Patentanmeldung 26 832/48 (später britische Patentschrift Nr. 667 065);

französische Patentschrift Nr. 948 331 (entspricht britischer Patentschrift Nr. 628901);

niederländische Patentschrift Nr. 64026 (entspricht französischer Patentschrift Nr. 895 914);

USA.-Patentschrift Nr. 2 354 799;

Journal of the Inst, of El. Eng., Part III A, Heft 12/1947, S. 341 und 380;

Bl. f. PMZ, 1953, S. 336: 1956, S. 34; 1962, S. 280.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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