Einrichtung zur Vermeidung der Überlastung eines Schwingungsgenerators. Die Erfindung bezieht sich auf eine Ein richtung zur Vermeidung der Überlastung eines Schwingungsgenerators, welcher auf eine Belastungsimpedanz arbeitet, die einen normalen Wert und einen im Verhältnis zu diesem sehr niedrigen Wert annehmen kann. Die sehr niedrige Impedanz kann zum Bei spiel infolge des intermittierenden Kurzschlie ssens der Belastung entstehen.
Die erfindungsgemässe Einrichtung ist ge kennzeichnet durch einen Kompensationskreis, der zwischen den Oszillator und die Belastung eingeschaltet und so ausgebildet. ist, dass die Amplitude der Oszillatorschwingungen bei beiden Werten der Belastungsimpedanz min destens annähernd gleich gross ist.
In der Zeichnung zeigt Fig.1 ein Ausfüh rungsbeispiel der Erfindung, während die Fig. 2A und 2B Oszillogramme zeigen, wel che die Wirkungsweise der Einrichtung ver anschaulichen.
In Fig. 1 ist ein brückenstabilisierter Os- zillator gezeigt, welcher eine Vakuumröhre mit Speisespannungsquellen, ein Stabilisie- rungsbrückennetzwerk und eine Belastungs impedanz aufweist, welche einen normalen und einen im Verhältnis zu diesem sehr klei nen Wert annehmen kann.
Statt wie gezeigt mit einer einzigen Va kuumröhre VT" könnte auch ein Oszillator mit mehreren Röhren verwendet werden. Typische Werte für einen im Tonfrequenz- bereich arbeitenden Oszillator sind im folgen den angegeben:
EMI0001.0017
R, <SEP> = <SEP> 0,5 <SEP> Megohm
<tb> R., <SEP> - <SEP> 300 <SEP> Ohm
<tb> C, <SEP> = <SEP> 8 <SEP> Mikrofarad
<tb> C, <SEP> = <SEP> 8 <SEP> Mikrofarad
<tb> C3 <SEP> = <SEP> 0,1 <SEP> Mikrofarad. Der Widerstand R6 von 2000 Ohm, welcher im Kathodenkreis liegt, verringert den An odengleichstrom, wenn der Oszillator keine Leistung an eine Belastung abgibt.
Dieser Widerstand wird kurzgeschlossen durch das Schliessen der Relaiskontakte IB jedesmal dann, wenn eine Belastung durch Schliessen der Relaiskontakte IA an den Ausgang ange legt wird.
Das mit der Vakuumröhre verbundene Brückennetzwerk hat vier Arme, von denen zwei durch festgekoppelte Induktanzen gebil det werden, welche die beiden Teile einer mit Mittelabgriff versehenen Spule bilden können. Mit diesem Mittelabgriff ist der positive Pol der Anodenbatterie verbunden. Die andern zwei Arme der Brücke werden durch den Wi derstand r bzw. den Parallelresonanzkreis L" Cl gebildet, zu dem eine nichtlineare Wider standseinheit V, parallel liegt.
Der Schwin gungskreis L" C, und die veränderliche Wi derstandseinheit steuern die Frequenz und die Amplitude des Oszillators. Die Brücke ist abgeglichen, wenn die kombinierte Impedanz des Zweiges L1, C" V1 gleich dem Widerstand r ist. Die Rückkopplungsspannungen für das Steuergitter wird vom Verbindungspunkt von dem L1-, C,-Kreis mit r abgenommen, wo durch irgendeine Unabgeglichenheit der Brücke auf das Gitter der Röhre VT1 über tragen wird.
Ein Ausgangstransformator T, dient dazu, die durch den Oszillator erzeugten Schwin gungen an die Belastung zu übertragen.
Bei einer besonderen Anwendung dieser Schaltung in, einer Telephonwähleranlage wird die Belastung durch die Wähler, schema tisch durch die Kontakte S-C dargestellt, intermittierend kurzgeschlossen. Der sekun däre Kurzschluss erscheint als entsprechender Impedanzabfall im Anodenkreis der Röhre.
Um diesen Impedanzabfall zu kompensieren, ist eine Kompensationsimpedanz vorgesehen, welche einen Serieresonanzkreis L"" C2 ent hält, welcher dieselbe Resonanzfrequenz wie L" Cl hat.
Bei der Arbeitsfrequenz des Oszil- lators hat Ly, C2 eine sehr niedrige Impedanz; für andere Frequenzen ist seine Impedanz hoch. Parallel zu einem Element, in diesem Fall zur Kapazität C" ist eine Gasentladungs- röhre D zusammen mit einem Spannungstei ler R3, R, geschaltet, um ihren Zündpunkt einzustellen.
Der Spannungsabfall über C@ vergrössert sich bei wachsendem Belastungs strom, bis die Spitzenspannung über R4 gleich der Steuerstreckenzündspannang von D ist. Die Zündung der Steuerstrecke verursacht die Zündung der Hauptstrecke, welche par allel zu C2 liegt. Ein strombegrenzender Wi derstand R, liegt in Serie zu Ce.
Die Entladungsröhre D arbeitet als Span nungsstabilisator, solange sie gezündet ist. Durch das Zünden der Röhre wird der Serie resonanzkreis Lz, 0Z verstimmt, und seine Im pedanz wird relativ hoch.
Die Vergrösserung der Impedanz des Kompensationskreises ver hindert eine Überbelastung des Oszillators und einen übermässigen Stromfluss im kurz geschlossenen Sekundärkreis von T.. Die In duktanz L, dient auch zur Blockierung höherer Harmonischen, welche durch die Gasröhre D während ihres Arbeitens eingeführt werden können. Diese Blockierungswirkung hält den Ausgangsstrom im wesentlichen sinusförmig, wenn sich der Kurzschlusszustand einstellt.
In Fig. 2 der Zeichnung zeigen die Oszillo- gramme die Wirksamkeit des Schutzkreises. Die Wechselstromausgangsspannung e,. ist in dem obern Diagramm und die Oszillator- anodenspannung e.. in dem untern Diagramm von Fig. 2A gezeigt. Das Diagramm nach Fig. 2A zeigt das Verhalten des Kreises wäh rend und nach einem momentanen Kurz schluss, wenn der Kompensationskreis durch Entfernung der Gasentladungsröhre aus ihrem Sockel unwirksam gemacht ist.
Die Wechselstromanodenspannung e, zeigt einen Abfall auf einen Bruchteil ihres nor malen Wertes und braucht mehr als 0,2 Se kunden, um sich wieder aufzubauen, nachdem der Kurzschlusszustand beseitigt ist, was die selbe Verzögerung für die Ausgangsspannung ergibt.
Der kurzgeschlossene Zustand ist in dem obern Diagramm durch die horizontale Linie AB gezeigt.
Das Diagramm' nach Fig. 2B zeigt, wie die Oszillatoranodenspannung von Kurzschlüssen unabhängig wird und gleichbleibt, wenn der Kompensationskreis eingeschaltet ist. Die Am plitudenverminderung der Oszillatorspannung e.. ist sehr klein, und die Wiederherstellung der stationären Amplitude geschieht fast au genblicklich. Nach Entfernung des Kurz schlusszustandes wird die Ausgangsspannung innerhalb von etwa 6 Millisekunden in den stationären Zustand zurückgeführt.
Die Frequenzänderungen sind bei Be lastungsänderungen selbst im Kurzschlussfall äusserst klein. Der Kurzschlusszustand in Fig.2B ist durch die horizontale Linie<I>CD</I> dargestellt.
Infolge der FilterwirkLmg von C., und L" bleiben der Strom und die Spannung für irgendeinen Wert der Abschlussimpedanz im wesentlichen sinusförmig. Die Gleichrich- tereinheit V" welche aus Siliziumkarbid be stehen kann, bewirkt eine Spannungsregulie rung durch Steuerung des Zustandes des Wi- derstandsabgleiches der Brücke. Ihr Wider stand variiert umgekehrt wie das Quadrat der Spannung über ihr.
Beim Einschalten des Os- zillators hat der nichtlineare Widerstand sei nen höchstenWiderstandswert, und die Brücke ist sehr stark ausser Abgleich, wodurch eine grosse Spannung anfänglich an das Gitter zu rückgekoppelt wird. Dies dient dazu, um den Oszillator sehr schnell anzufachen. Wenn die Anodenwechselspannung sich vergrössert, er niedrigt sich der Widerstand von V1. Die Brücke wird abgeglichener und die Gitter spannung entsprechend kleiner.
Ein Absinken der Anodenwechselspannung, wie es durch Be lasten des Oszillators verursacht werden könnte, erzeugt die gegensinnige Wirkung und ergibt eine Erhöhung der Rückkopplungs spannung, was wieder zu einer Vergrösserung der Anodenstromamplitude führt. So werden Rückstellkräfte für Verschiebungen in jeder Richtung wirksam. Das Gleichgewicht führt zu einer definierten Amplitude der Wechsel- stromspannung, und die Gitterspannung hält diesen Wert aufrecht.
Der Parallelkreis der Brücke spricht auch für eine Frequenzsteuerung an. Bei diesem oder irgendeinem Oszillator ist die stationäre Frequenz diejenige, für welche die reine Pha senverschiebung über die Rückkopplungs schleife Null ist oder ein Vielfaches von 360 . In der Brücke sind die Transformatorarme festgekoppelt und führen nur eine kleine und konstante Phasenverschiebung ein. Ist der dritte Arm ein Widerstand, dann muss der ab gestimmte Kreis bei einer Frequenz arbeiten, für welche seine Impedanz auch ein Wider stand ist, um die Phasenerfordernisse zu be- f riedigen.
Oberhalb der Resonanzfrequenz ist der Parallelresonanzkreis kapazitiv und unter der Resonanzfrequenz induktiv. Irgendeine kleine Veränderung in der Frequenz verursacht eine grosse Phasenverschiebung der Rückkopp lungsspannung, welche die ursprüngliche Fre quenz wieder herzustellen sucht. Das Ergeb nis ist ein grosser Rückstelleffekt für eine kleine Frequenzverschiebung.
Zusammengefasst sind die Vorteile, welche mit dem beschriebenen Kompensationskreis erhalten werden können: erstens eine Impe- danzkompensation für die zeitweise niedrige Belastungsimpedanz, zweitens das augenblick liche Wiederherstellen des normalen Arbeits pegels des Oszillators, drittens die Verhinde rung von höheren Harmonischen im Be lastungsstrom während der Perioden des Kurz schlusses der Belastung, viertens die Begren zung eines ausgedehnten Stromflusses über die kurzschliessenden Kontakte.
Diese Vorteile werden entweder während des Kurzschluss- zustandes oder während der Wiederherstel lung des Oszillators in den normalen Be lastungszustand erreicht.
Device to avoid overloading a vibration generator. The invention relates to a device for avoiding overloading of a vibration generator, which operates on a load impedance which can assume a normal value and a value that is very low in relation to this. The very low impedance can arise, for example, as a result of the intermittent short-circuiting of the load.
The device according to the invention is characterized by a compensation circuit which is connected between the oscillator and the load and is designed in this way. is that the amplitude of the oscillator vibrations is at least approximately the same for both values of the load impedance.
In the drawing, FIG. 1 shows an exemplary embodiment of the invention, while FIGS. 2A and 2B show oscillograms which illustrate the operation of the device.
1 shows a bridge-stabilized oscillator which has a vacuum tube with supply voltage sources, a stabilization bridge network and a load impedance which can assume a normal value and a value that is very small in relation to this.
Instead of using a single vacuum tube VT "as shown, an oscillator with several tubes could also be used. Typical values for an oscillator operating in the audio frequency range are given below:
EMI0001.0017
R, <SEP> = <SEP> 0.5 <SEP> megohms
<tb> R., <SEP> - <SEP> 300 <SEP> Ohm
<tb> C, <SEP> = <SEP> 8 <SEP> microfarad
<tb> C, <SEP> = <SEP> 8 <SEP> microfarad
<tb> C3 <SEP> = <SEP> 0.1 <SEP> microfarad. The resistor R6 of 2000 ohms, which lies in the cathode circuit, reduces the anode direct current when the oscillator is not delivering any power to a load.
This resistance is short-circuited by the closing of the relay contacts IB each time a load is applied to the output by closing the relay contacts IA.
The bridge network connected to the vacuum tube has four arms, two of which are gebil det by firmly coupled inductances, which can form the two parts of a coil provided with a center tap. The positive pole of the anode battery is connected to this center tap. The other two arms of the bridge are formed by the resistance r or the parallel resonance circuit L "Cl, to which a non-linear resistance unit V is parallel.
The oscillating circuit L "C, and the variable resistance unit control the frequency and the amplitude of the oscillator. The bridge is balanced when the combined impedance of the branch L1, C" V1 is equal to the resistance r. The feedback voltages for the control grid is taken from the junction of the L1, C, circuit with r, where some imbalance in the bridge will transmit to the grid of the tube VT1.
An output transformer T serves to transmit the vibrations generated by the oscillator to the load.
In a special application of this circuit in a telephone dialer system, the load by the voters, shown schematically by the contacts S-C, is intermittently short-circuited. The secondary short circuit appears as a corresponding drop in impedance in the anode circuit of the tube.
To compensate for this drop in impedance, a compensation impedance is provided which contains a series resonance circuit L "" C2, which has the same resonance frequency as L "Cl.
At the operating frequency of the oscillator, Ly, C2 has a very low impedance; for other frequencies its impedance is high. A gas discharge tube D together with a voltage divider R3, R, is connected in parallel to an element, in this case the capacitance C ″, in order to set its ignition point.
The voltage drop across C @ increases with increasing load current until the peak voltage across R4 is equal to the control path ignition voltage of D. The ignition of the control route causes the ignition of the main route, which is parallel to C2. A current-limiting resistance R is in series with Ce.
The discharge tube D works as a voltage stabilizer as long as it is ignited. By igniting the tube, the series resonance circuit Lz, 0Z is detuned, and its Im pedanz is relatively high.
Increasing the impedance of the compensation circuit prevents overloading of the oscillator and excessive current flow in the short-circuited secondary circuit of T. The inductance L also serves to block higher harmonics which can be introduced through the gas tube D while it is working. This blocking effect keeps the output current essentially sinusoidal when the short circuit condition occurs.
In Fig. 2 of the drawing, the oscillograms show the effectiveness of the protective circuit. The AC output voltage e ,. is shown in the upper diagram and the oscillator anode voltage e .. in the lower diagram of FIG. 2A. The diagram of FIG. 2A shows the behavior of the circuit during and after a momentary short circuit when the compensation circuit is made ineffective by removing the gas discharge tube from its base.
The AC anode voltage, e, shows a drop to a fraction of its normal value and takes more than 0.2 seconds to build up again after the short circuit condition is cleared, which gives the same delay for the output voltage.
The short-circuited state is shown in the upper diagram by the horizontal line AB.
The diagram of FIG. 2B shows how the oscillator anode voltage becomes independent of short circuits and remains the same when the compensation circuit is switched on. The amplitude reduction of the oscillator voltage e .. is very small, and the restoration of the steady-state amplitude happens almost instantaneously. After removing the short-circuit condition, the output voltage is returned to the steady-state condition within about 6 milliseconds.
The frequency changes are extremely small when the load changes, even in the event of a short circuit. The short-circuit state in FIG. 2B is shown by the horizontal line <I> CD </I>.
As a result of the filter action of C., and L ", the current and the voltage remain essentially sinusoidal for any value of the terminating impedance. The rectifier unit V", which can be made of silicon carbide, effects a voltage regulation by controlling the state of the resistance compensation the bridge. Its resistance varies inversely as the square of the tension across it.
When the oscillator is switched on, the non-linear resistance has its highest resistance value and the bridge is very much out of balance, as a result of which a large voltage is initially fed back to the grid. This is used to fan the oscillator very quickly. When the anode AC voltage increases, the resistance of V1 decreases. The bridge is more balanced and the grid voltage is correspondingly smaller.
A decrease in the anode alternating voltage, as it could be caused by loading the oscillator, produces the opposite effect and results in an increase in the feedback voltage, which again leads to an increase in the anode current amplitude. In this way, restoring forces become effective for displacements in every direction. The equilibrium leads to a defined amplitude of the alternating current voltage, and the grid voltage maintains this value.
The parallel circuit of the bridge also speaks for frequency control. With this or any oscillator, the stationary frequency is that for which the pure phase shift via the feedback loop is zero or a multiple of 360. The transformer arms are firmly coupled in the bridge and only introduce a small and constant phase shift. If the third arm is a resistor, then the tuned circuit must work at a frequency for which its impedance is also a resistor in order to satisfy the phase requirements.
The parallel resonance circuit is capacitive above the resonance frequency and inductive below the resonance frequency. Any small change in frequency causes a large phase shift in the feedback voltage, which tries to restore the original frequency. The result is a large reset effect for a small frequency shift.
In summary, the advantages that can be obtained with the compensation circuit described are: first, impedance compensation for the temporarily low load impedance, second, the instantaneous restoration of the normal working level of the oscillator, third, the prevention of higher harmonics in the load current during the periods the short-circuit of the load, fourthly, the limitation of an extended current flow via the short-circuiting contacts.
These advantages are achieved either during the short-circuit condition or while the oscillator is being restored to its normal load condition.