DE862318C

DE862318C - Schaltung zum Beeinflussen der Eigenfrequenz eines Schwingungskreises mittels einer veraenderlichen Reaktanz

Info

Publication number: DE862318C
Application number: DEN2476D
Authority: DE
Inventors: Gerard Hepp
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1943-05-06
Filing date: 1944-05-03
Publication date: 1953-01-08
Also published as: BE435639A; GB619085A; FR904095A; CH242061A; US2495634A; NL68586C

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sidh .auf eine Schaltung· zur Änderung der Eigenfrequenz eines Schwingungskreises mittels, einer in den Schwingung'skreis eingeschalteten. Reaktanz, deren Größe durch einen! modulierenden Strom oder eine modulierende Spannung geändert werden kann. Eine Schaltung dieser Art läßt sich beispielsweise zur Frequenzmodulation anwenden.

In vielen Fällen und insbesondere bei der Frequenzmodulation, ist- es erwünscht, daß eine lineare Beziehung zwischen der Eigenfrequenz des. Scbwingungiskreises und der Amplitude des modulierenden Stromes oder der modulierenden Spannung besteht. Um dies zu erreichen, ist es bekannt, Frequenzgegenkopplung anzuwenden, was dadurch erfolgt, daß- die frequenizmiodülierten Schwingungen mittels eines Frequenzdetektors in arnpli'tudenmodülierte Schwingungen umgewandelt und gleichgerichtet werden, worauf der so erhaltene gleichgerichtete Niederfrequenzstrom, bzw. -spannung ku Gegenphase mit dem ursprünglichen modulierenden: Strom, bzw. Spannung die Größe der veränderlichem Reaktanz beeinflußt. Auf diese Weise wird dann erreicht, daß die Beziehung zwischen der Eigenfrequenz des Kreises und der Amplitude des modulierenden Stromes oder der modulierenden Spannung nahezu linear wird.

Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß ein verwickelter Frequenizdetektor erforderlich ist, in dem die frequenzrnodulierten Hochfrequemz'Schwingun-

gen "kf arhpHtudenmodulierte Schwingungen umr gewandelt werden. Außerdem können sehr leicht bei einer solchen verwickelten Schaltung unid hei starker Geigenikopplung unerwünschte Schwingungen auftreten.

Die vorliegende; Erfindung betrifft ein einfaches FreqUenzgegenikopplungsverfahren.

Erfindungsgemäßi wird dieses Ziel dadurch erreicht, daß· eine denn Sdhwingungskreis. enitnommene ίο amplitudenmodulierte Spannung einem Amplituden^ detektor zugeführt wird und daß die vori der Amplitudenmodulation abhängige gleichgerichtete Spannung den modulierenden Strom oder die modulierende Spannung derart beeinflußt, daß eine nahezu lineare Beziehung zwischen dem modulierenden Strom bzw. der Spannung! und der Eigenfrequenz des Sehwingunigskreises entsteht.

In 'einem älteren Patent der Patentinihaberin wurde bereits vorgeschlagi&n, bei einer Reaktanzao röhre Gegenkopplung anzuwenden. Zu diesem· Zweck ist in den Anodenkreis· der Röhre die Primärwicklung einesi Transformators auigenio.mmen:. Die vom Anodenstrom an der Sekundärwicklung herbeigeführte Spannung wird in Gegenphase mit der ursprünglichen modulierten Spiannung dem Steuergiitter der Reaktanzröhre zugeführt. Für eine solche Gegenkopplung! bei einer Reaktanlzröhre wird in der vorliegenden Erfindung keim Schutz beansprucht.

In den Fig. i, 3, 4 und 5 sind erfindungsgemäß Ausführungsbeispiele dargestellt.

In Fig. r ist ein rückgekoppelter Oszillator dargestellt, dessen Frequenz moduliert wird; Die Schaltung' besitzt einen frequenzibestimmenderi Schwingungskreis 1, der aus einem Kondensator 2, einer gleichbleibenden .Sdbstinduktionsspuk 3 und einer veränderlichen Selibstinduktionsspule 4 besteht, weldhe in Reihe mit der Primärwicklung 5 eines Transformators 6 liegt. Die Seibstinduktions&pule 4 ist mit einem Kern 7 aus ferromagneti schein Werkstoff versehen, der vom Anodenstrom einer Röhre 8 vormagnetisiert wird* «0 daß die Permeabilität des Kernmaterials und demimach, die Induktivität 'der Spule 4 von der Größe des Anadenstromes. abhängig ist. Dieser Strom· wird von einer modulierenden Spannung am Steuergitter 9 der Röhre 8 gesteuert. Der frequenzfoestiinmende Sc'hwlngungskreis ist in den Gitterkreis einer Röhre i-o aufgenommen, in deren Anodenkreis- eine mit dem frequenzbestimmenden Kreis, .gekoppelte Rückkopplungsspüle eingeschaltet ist. Infolge dieser Rückkopplung werden Schwingungen mit einer. Frequenz erzeugt, die vorwiegend durch die Eigenfrequenz des frequenzbestimmenden SchwingungskreiseS' bedingt ist. Die Amplitude dieser Schwingung wird duxdh die Charakteristik der Röhre ro bedingt und bat daher einen nahezu gleichbleibenden Wert, der :- von der Eigenfrequenz des frequenzbestiimmenlden Schwingungskreises unabhängig- ist. Wird nun eine modulierende Spannung' dem Steuergitter 9 zuge-. führt, iso ändert sich die Größe der veränderlichen Selibstioduktions spule 4 und demnach die Eigenfrequenz des Schwingungskreises 1.

Nun- ist die Beziehung zwischen, der Eigenfrequenz des Kreises und der Amplitude der modulierenden Spannung nicht völlig linear. Um die Linearität zu verbessern!, wird' eine erfindungsgemäße Frequenzgegenkopplung angewendet. Da die Spannung am Sdhwingungskre'is praktisch gleichbleibend ist, entsteht an der< Primärwicklung 5 des Transformators, 6, der eine kleine Impedanz in bezug auf die veränderliche Selbstinduktionsspule 4 besitzt, eine Spannung,, welche nahezu umgekehrt proportional zur Größe der veränderlichen ■ Selbstkiduktionsspule 4 ist. Mittels des Trans.formatorso wird diese amplitudenmodulierte Spannung einem- Amplitudendetektor 11 zugeführt, und die Gegenkopplung wird dadurch erzielt, daß die gleichgerichtete Spannung und die modulierende Spannung e gemeinsam dem Steuergitter 9 der Röhre S zugeführt wenden. Durch die Gegenkopplung entsteht in bekannter Art eine lineare Beziehung zwischen der Spannung an der Primärwicklung 5 des Transformators 6 und der modulierenden. Spannung e. Da die erstgenannte Span- nung umgekehrt proportional der Größe der veränderlichen Selibstinduktio'nsispüle 4 ist, wird dann durch die Gegenkopplung gleichzeitig erreicht, daß die Größe der veränderlichen Selbstindukfionsspule sich umgekehrt proportional .der modulierenden Spannung e ändert, und da die Eigenfrequenzen des· f requenzbestimmendeni Schwingungskreises· .sich umgekehrt proportional der Größe der veränderlichen Induktivität ändert, wird daher durch die Gegenkopplung eine lineare Beziehung! -zwischen der Eigenfrequenz, des frequenzbestimtmenden Schwingungskreises und der modulierenden Spannung e hergestellt.

Im vorhergehenden ist angenommen, daß' die Spannung an der Primärwicklung 5 umgekehrt proportional der Größe der veränderlichen Induktivität 4 ist, wenn die Spannung am, Schwingungskreis gleichbleibend ist.. Ist dies nicht 'der Fall, so kanin dennoch erreicht wenden', daß die Spannung an der Primärwicklung 5 umgekehrt proportional der Größe der veränderlichen Seibstinduktionsspule ist, beispielsweise durch Anwendung der Schaltung nach Fig. 5. In dieser Schaltung.-wird zu diesem Zweck eine Wechselspannung E mit gleichbleibender Amplitude und mit einer anderen; Frequenz als «" die Eigenfrequenz des Schwingungiskreisesi in den Kreis aufgenommen. Die Kombination der Spule 3 und des Kondensators 2 bildet für diese Frequenz nahezu einen Kurzschluß, und der durch die Spule 4 fließende Strom ist dann nahezu umgekehrt proportional der Induktivität dieser Spule. Die Spannung über die Primärwicklung 5, insoweit sie von der Spaninungsquelle E herführt, ist daher umgekehrt proportional der Grö'ße der veränderlichen Induktivität und die'für die Gegenkopplung zu verwendende Spannung kann über ein nur für die Frequenz der Wechselspannung E durchlässiges Filter yon den Klemmen 16, 17 abgenommen werden. Wenn die Seibstinduktionsspule zu große Verluste hat und daher nicht mehr als reine Selbstinduktion betrachtet werden! kann, wird.die Spannung an der

Primärwicklung 5 der- Größe der veränderlichen Selbstinduktion nicht völlig umgekehrt proportional sein:, selbst wenn die Spannung am, Kreis konstant ist. Die Verluste können betrachtet werden, als ob sie von einem in Fig. ι dargestellten, parallel zu der Spule 4 geschalteten VerlustwMerstand 13 verursacht sind. In vielen Fällen ist dieser Paralleldämpfungswiderstand so groß, daß die Impedanz der Selbstinduktionsspule wenig von der Impedanz des reaktiven Teiles dieser Selbstinduktionsspule abweicht. Werden die Verluste aber zu groß, so wird die Spannung über die Primärwicklung 5 des Transformators nicht mehr genau der Größe der Selbstinduktionsspule 4 proportional sein. Infolgedessem wird trotz, der Gegenkopplung vielfach dennoch keine genügende Linearität erreicht. Wenn der Verlustwiderstand gleichbleibend ist und nicht zu sehr vom magnetisierenden Strom abhängig, kann dies, durch Anbringung eines Wider-Standes 14 verbessert werden, der die Anode der Oszillatorröhre über eine große Kapazität 12 mit dem gemeinsamen Punkt der Selbstinduktionsspule 4 und der Primärwicklung 5 verbindet. Der Widerstand 14 wird derart bemessen, daß' der über diesen Widerstand durch die Primärwicklung 5 fließende Strom nahezu vom gleicher Größe, aber in Gegenphase ist mit der von dem Verlustwiderstand 13 herbeigeführten Komponente des durch die veränderliche SelbstinduktiomsiSpule 4 und die Primärwicklung 5 fließenden Stromes. Auf diese Weise wird erreicht, daß die Spannung über die Primärwicklung 5 nur von der induktiven Komponente des durch die veränderliche Selbstinduktionsspule fließenden Stromes abhängt und demnach diese Spannung steh der Größe der veränderlichen Selbstinduktionsspule umgekehrt proportional ändert.

Bei Verwendung von ferromagnetischem Kernmaterial tritt Hysterese auf» d. h. daß ein nicht e'indeutiger Zusammenhang zwischen dem vormagnetisierenden Strom und der magnetischen Induktion besteht. Hierdurch ist auch die Beziehung zwischen der Größe der veränderlichen Selbstinduktion und dem vormagnetisierenden Strom nicht eindeutig, so daß' auch die Eigenfrequenz des Schwingungskreises bei einem bestimmten vormagnetisierenden Strom verschiedene Werte besitzen kann. Ein zusätzlicher Vorteil der Schaltung· nach der Erfindung besteht darin, daß dieser unerwünschte Einfluß der Hysterese durch die Frequenzgegenkopplung herabgesetzt wird.

In Fig. 2: ist durch die Kurve 1 der Zusammenhang zwischen der modulierenden Gitterspannung e und der Eigenfrequenz ω bei Abwesenheit einer Gegenkopplung dargestellt. Wenn die modulierende Spannung, ausgehend von einemi kleinen Wert, zunimmt, so wird beim Wert e_x der modulierenden Spannung die Eigenfrequenz des Schwingungskreises CO₁ sein. Nimmt die modulierende Spannung, ausgehend vom einem großen Wert, ab, so wird die Eigenfrequenz Co₁ bei dem Wert e₂ der modulierenr den Spannung erreicht. Bei Anwendung der Frequenzgegenkoppluing wird die Eigenfrequenz ω_χ bei Zunahme der modulierenden Spannung e erst bei einem Wert e₃ erreicht werden, der größer ist als e_v und zwar so, daß der Unterschied zwischen e₃ und e_x gleich der über den Widerstand 15 (Fig. 1) auftretenden Gegenkopplungsspannung e_t ist. Bei abnehmender modulierender Spannung wird die Eigenfrequenz <o_x bei einem Wert e₄ erreicht. Da die Gegenkopplungsspannung e_t bei einer bestimmten Frequenz einen bestimmten Wert besitzt, wird der Unterschied zwischen e₄ und e₂ gleich groß sein wie zwischen e_s und e_v Der Zusammenhang zwischen' der modulierenden Spannung und der Eigenfrequenz wird bei Gegenkopplung durch die Kurve 2 dargestellt. Der Einfluß der Hysterese hat daher abgenommen, da bei einer bestimmten Frequenz, z. B. Cu₁, die entsprechende mögliche Abweichung der modulierenden Spannung verhältnismäßig kleiner geworden ist, und zwar vom Wert

^ei , · ^ei

-i- bis —

Auch wenn die Selbstinduktion des Schwimgungskreises aus einer veränderlichen Selbstinduktionsspule besteht, die in Reihe mit einer unveränderlichen Selbstinduktion geschaltet ist, kann die Frequenzgegenkopplünig in einfacher Weise erzielt werden.

In Fig. 3 ist eine solche Schaltung dargestellt, bei der die Selbstinduktion des Schwingungskreises aus einer in Reihe mit der unveränderlichen Selbstinduktion¹ 3 geschalteten veränderlichen Selbstinduktionsspule 4 besteht, die klein ist in bezug auf die unveränderliche Selbstinduktion 3.. Die Spannung über die veränderliche Selbstinduktionsspule 4 wird der Größe dieser Selbstinduktion proportional sein. Diese amplitudenmoduilierte Spannung wird vom Gleichrichter 11 gleichgerichtet und zusammen mit der modulierenden Spannung e dem Steuergitter 9 der den. vormagnetisierenden Strom regelnden Röhre 8 zugeführt. In diesem Falle wird auf gleiche Weise, wie bei Fig.-i beschrieben wurde, eine gute Frequenzgegenkopplung erzielt. Wenn die veränderliche Selbstinduktionsspule 4 zvv große Verluste aufweist, kann der schädliche Einfluß, der dadurch auf die lineare Beziehung zwischen der modulierenden Spannung und der Eigenfrequenz ausgeübt wird, in ähnlicher Weise, wie bei Fig. 1 beschrieben wurde, ausgeglichen werden,, z. B. durch Anbringung eines Widerstandes 14, der die Anode der Oszillatorröhre 10 über eine kleine Kapazität 12 mit jenem Ende der veränderlichen' Selbstinduktion 4 verbindet, das mit der Kathode der Oszillatorröhre 10 verbunden ist. Die Größe und die Phase der über den Widerstand 14 auftretenden Spannung werden derart gewählt, daß die über die regelbare Selbstinduktion und den Widerstand 14 auftretende Gesamtspannung der Größe der veränderlichen Selbstinduktionsspule gerade proportional ist, d. h. gleich und entgegengesetzt zu der durch die Ohmsche Komponente des durch die veränderliche Selbstinduktionsspule fließenden Stromes über diese Spule auftretenden. Spannung.

lau Fig. 4 ist eine Schaltung dargestellt zur Erzielung "einer linearen Beziehung zwischen der modulierenden Spanniutrrg- undi der Eigenfrequenz des Schiwingungskreises für den Fall·, daß¹ die Eigenfrequenz mittels einer· veränderlichen) Kapazität beeinflußt wird·. Hierbei· besteht der frequenzbestimmende Sehwingungskreis hauptsächlich aus einem Kondensator 2, einer gleichbleibenden Selbstinduktionsspule 3 und einer dlie parallel' zum Kondensiator 2- geschalteten veränderlichen Kapazität 24. Die Kapazität 24 enthält ein Dielektrikum 25 mit einer Dielektrizitätskonstante ε, deren. Größe von. der .Feldstärke abhängig ist. Dazu eignet sich ζ-. B. Seignettesalz:. Durch eine der Kapazität auf-.gedrückte modulierende Spannung- e wird die Feldstärke unidi damit die Größe der Kapazität beeinflußt. Der durchdie veränderliche Kapazität fließende Strom ist sodann· von der Größe dieser Kapazität abhängig, und dadurch, daß die arnplitudenmodulierte Spannung, die über die Meine» in Reihe mit den veräniderlichen Kapazität 24 geschaltete Selbstinduktion 27 auftritt, umgeformt und gleichgerichtet wird und die über den Widerstand 15 auftretende, gleichgerichtete Spannung¹ gegemphasig .mit der ursprünglichen modulierenden Spannung e zixrückgeführti wird,, kann, auf ähnliche Weise, wie es bei Figi. 2 bereits beschrieben wurde, durch· die Gegenkopplung eine gute Linearität zwischeni der Amplitude der modulierenden! Spannung und der Eigenfrequenz des Schwingungskreises erzielt werden. Wenn, die Kapazität 24 Verluste aufweist, so können dazu ähnliche Maßnahmen, wie bereits bei Fig. ι beschrieben, getroffem werden,, so daß auch dann die gewünschte 'lineare Beziehung erzielt werden kann.

Claims

Patentanspruch HEi

1. Schaltung¹ zum Beeinflussen der Eigenfrequenz, eines S'ohiwinigüogiskreisesi mittels- einer in den Schwingungskreis eingeschalteten veränderlichen Reaktanz, deren Größe durch einen modulierenden Strom oder eine modulierende Spannung geändert werden kann, da'dürch gekennzeichnet, daßi eine dem Schwingungskreis entnommene, amplitudenmodulierte Spannung einem Amplitudengleichrichter zugeführt wird und daß die von der Amplitudenmodulation abhängige gleichgerichtete Spannung den modulierenden Stromi oder die modulierende Spannung derart beeinflußt, daß: eine nahezu lineare Beziehung zwischen! dem modulierenden Strom bzw. der Spannung und der Eigenfrequenz des Schwinguingskreise» erzielt wird'.

2. Schaltung nach. Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daßi ein von einer Hilf sspannung mit einer vorn der Eigenfrequenz des Schwingungskreises, abweichenden Frequenz herbeigeführter Strom durch die Reaktanz fließt und daß der dem Schwingungskreis entnommene amplitudenmodulierte Strom bzw. Spannung über ein nicht für die Eigenfrequenz des Schwinigungskreises durch!ässiges Filter dem Amplitudengleichridhtep 'zugeführt wird.

3·, Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß- der Schwinigungskreis, vorwiegend) aus einer unveränderlichen' SellbstinduktionS'Spule, einem Kondensator und einer parallel zur Selibstinduktionsspule geschalteten Reaktenz besteht, deren Größe von einem modulierendem Strom bzw. Spannung geändert wird.

4. Schaltung niachi Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Scbwingungskreis hauptsächlich aus· einer unveränderlichen Selibstinduktionsspule, einem Kondensator und einer in Reihe mit der Sel'bstinduktionsspule oder dem Kondensator geschalteten veränderlichen Reaktanz besteht, deren Größe von einem modulierenden Strom bzw. Spannung geändert -wird.

5. Schaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß· eine amplitudenmodulierte Spannung ülber eine in Reihe mit der veränderlichen Reaktanz, geschaltete Impedanz abgenommeni wird, die Mein ist in bezug auf die Größe der veränderlichem Reaktanz,.

6. Schaltung nach' Anspruch 5,. dadurch gekennzeichnet, daßi Mittel vorgesehen sind, durch welche die amplituidenmodu'liierte Spannung der Größe der veränderlichen Reaktanz umgekehrt proportional wird, indem durch die in Reihe mit der veränderlichen Reaktanz geschaltete Impedanz ein Strom geführt wird, der von gleicher 'Größe und gegenphasi'g mit der Ohmn sehen Komponente des Stromes ist, der durch die veränderliche Reaktanz· und die zu letzterer parallel geschaltete Impedanz fließt.

7.. Schaltung! nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,, daßi der Schwingungskreis in dem Steuergitterlkreis' einer rückgekoppelten Oszillatorröhre aufgenommen ist und daß eini Widerstand vorgesehen ist, der die Anode der Oszillatorröhre mit der vom Steuergitter albgewendeten Seite der veränderlichen Reaktanz und der mit letzterer in Reihe geschalteten Impedanz verbindet,

S. Schaltung nach Anspruch 4, .dadurch gekennzeichnet,, daßi Mittel vorgesehen sind, durch welche die amplitudenmodulierte Spannung der Größe der veränderlichen Reaktanz dadurch gerade proportional wird', daß diese Spannung der veränderlichen Reaktanz und einer mit ■letzterer ini Reihe geschalteten Impedanz entnommen wird, über welche eine Spannung auf- 115 ^; tritt, die von gleicher Größe, aber gegenphasig mit der Spannung, die durch die Ohtmsche Komponente des durch die veränderliche Reaktanzfließenden Stromes an dieser Seltbstinduktionsspule auftritt.

9. Schaltung nach Anspruch 8, dadurch ge-. kennzeichnet, daßi der Schwingungskreis in den Steuergitterkreis einer Oszillatorröhre aufgenommen ist und ein Widerstand vorgesehen ist, der die Anode der Oszillatorröhre über eine kleine Kapazität mit jenemi Ende der veränder-

•liehen Reaktanz verbindet, das mit der Kathode der Oszillatorröhre verbunden ist, und daß die amplitudenmodulierte Spannung der veränderlichen Reaktanz und diesem Widerstand entnommen wird.

ι o. Schaltung nach einem der Ansprüche ι bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß· die veränderliche Reaktanz aus einer Selbstinduiktionsspule mit einem Kern aus ferromagnetischem Material besteht, deren Selbstinduktion durch Regelung der Permeabilität des Kernes mittels eines modulierenden vormagnetisierenden Stromes regelbar ist.

11. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die veränderliche Reaktanz von einer Kapazität mit einem Dielektrikum gebildet wird, dessen Dielektrizitätskonstante durch eine dem Kondensator auiigedrücfkte modulierende Spannung geändert wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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