DE835902C - Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer frequenzstabilisierten Schwingung - Google Patents

Description

(WiGBl. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 7. APRIL 1952

N 3079 VIII α/2i a^x

ist als Erfinder genannt worden

Schwingung

Es ist zur Erzeugung einer mittels einer Steuerschwingung frequenzstabilisierten elektrischen Schwingung eine Schaltungsanordnung bekannt, die einen rückgekoppelten Oszillator, eine Impulsmischstufe, deren Eingang mit dem Ausgang dieses Oszillators und mit der Steuerschwingungsspule gekoppelt ist, und ein in den Ausgang der Impulsmischstufe eingefügtes integrierendes Netzwerk enthält, in dem eine Spannung entsteht, die für den l'haseiiuntcrsc'hied zwischen den beiden der Impulsmischstufe zugeführten Schwingungen maßgebend ist. Um dabei eine definierte Phasenbeziehung zwischen der Steuerschwingung und der zu erzeugenden Schwingung aufrechtzuerhalten, ist der rückgekoppelte Oszillator mit einem frequenzsteuernden Element, z. B. einer Reaktanzröhre, versehen, der die erwähnte Ausgangsspannung des integrierenden Netzwerkes zugeführt wird.

Die Erfindung bezweckt, eine Schaltungsanordnung zu schaffen, bei der das frequenzsteuernde Element und das integrierende Netzwerk wegfallen können. Dies gibt nicht nur die Möglichkeit einer Kostenersparnis, sondern schließt insbesondere Unstabilitäten infolge der vom integrierenden Netzwerk eingeführten Phasendrehung aus.

Die Erfindung ist durch eine Kopplung zwischen dem Ausgangskreis der Impuls mischstufe und dem Eingangskreis des Oszillators und durch ein phasen^ drehendes Netzwerk gekennzeichnet, durch das wenigstens die Komponente des Ausgangsimpulses

der Impulsmischstufe, deren Frequenz gleich der Frequenz des Oszillators ist, mit einer Phasendrehung von etwa 90⁰ gegen die Spannung in dem frequenzbestimmenden Kreis des Oszillators dem Eingangskreis des Oszillators zugeführt wird.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert, in der gleiche Bezugsziffern einander entsprechende Schaltelemente bezeichnen.

Fig. ι veranschaulicht den allgemeinen, der Erfindung zugrunde liegenden Gedanken;

Fig. 2 stellt Spannungszeitdiagramme dar, die sich auf die Spannungen in den Ein- und Ausgangskreisen der Impulsmischstufe beziehen;

¹S Fig· 3 is* das Prinzipschaltbild für den Fall, daß als Impulsmischstufe ein Gleichrichter mit Vorspannung verwendet wird;

Fig. 4, 4a und 4b stellen ausgearbeitete Schaltbeispiele dar.

ao In Fig. 1 bezeichnet 1 eine z. B. als Hartley-Oszillator geschaltete rückgekoppelte Oszillatorröhre mit einem frequenzbestimmenden Schwingungskreis 2. Die Ausgangsschwingung dieses Oszillators ist über weiter unten zu erörternde Stufen 3 und 4 mit dem Eingang einer Impulsmischstufe 5 gekoppelt, dem außerdem eine von einem Steueroszillator 6 erzeugte Schwingung zugeführt wird.

Unter einer Impulsmischstufe wird dabei eine Mischstufe verstanden, bei der eine der zu mischenden Schwingungen einen impulsförmigen Verlauf hat und bei der nur während des Auftretens eines solchen Impulses der Ausgangskreis der Mischstufe von Strom durchflossen wird.

Dieser impulsförmige Verlauf ergibt sich bei der Schaltung nach Fig. 1 z. B. unter Zuhilfenahme einer Impulssrufe 4, die z. B. die Ausgangsschwingung des Oszillators 1 in Impulse gleicher Frequenz umwandelt. Diese Stufe 4 kann gegebenenfalls gleichzeitig Phasendrehung und/oder Frequenzvervielfachung oder -teilung der Schwingung des Oszillators 1, 2 bewerkstelligen.

Bei der bekannten Schaltungsanordnung wird in den Ausgang der Impulsmischistufe 5 ein integrierendes Netzwerk eingefügt, in dem eine Regelspannung auftritt, die für die Phasenbeziehung zwischen den beiden Eingangsschwingungen dieser Impulsmischstufe 5 maßgebend ist. Je kürzer dabei die Impulse sind, desto größer darf das Verhältnis, z.B. 50- bis 22omal, zwischen der Steuerfrequenz und der erzeugten Frequenz sein, damit noch eine hinreichend große Regelspannung erzeugt wird. Diese Regelspannung wird dann einer Reaktanzröhre zugeführt, die parallel zu dem frequenzbestimmenden Kreis 2 des Oszillators gelegt ist, so daß die Frequenz dieses Oszillators 1, 2 in eine bestimmte Beziehung zu der des Steueroszillators 6 zu stehen kommt.

Gemäß der Erfindung werden dieses integrierende Netzwerk und diese Reaktanzröbre vermieden, indem die Stufe 3 ein um etwa 90⁰ phasendrehendes Netzwerk enthält, wodurch die Komponente des • Ausgangsimpulses, deren Frequenz der Frequenz des Oszillators 1, 2, d. h. der Grundwelle des Ausgangsimpulses der Impulsmischstufe 5 entspricht, gegen die Spannung im Kreis 2 um etwa 90⁰ in der Phase verschoben ist, wobei weiter dieser Ausgangsimpuls durch eine Koppelspule 7 dem Eingangskreis des Oszillators 1,2, namentlich dem Gitterkreis der Röhre 1, zugeführt wird. Dieses phasendrehende Netzwerk kann selbstverständlich gegebenenfalls auch in den Ausgang der Impulsstufe 4 oder der Impulsmischstufe 5 eingefügt werden.

In Fig. 2 stellt die Kurve 60 zeitlich die vom Oszillator 6 erzeugte Schwingung dar, während die im Ausgang der Impulsstufe 4 erzeugte Schwingung durch die Kurve 40 wiedergegeben ist.

Die Fig. 2 a und 2 b beziehen sich dabei auf den Fall, daß die Impulsmischstufe 5 in Form einer Vervielfachungsmischstufe, z. B. einer Röhre mit zwei Steuerelektroden, wie eine Hexode oder Heptode ausgebildet ist, der die beiden zu mischenden Schwingungen zugeführt werden. Im Ausgang der Impulsmischstufe 5 entstehen dabei Impulse, wie sie durch die Kurve 50 wiedergegeben sind, deren Höhe für die Phasenbeziehung zwischen den Schwingungen 40 und 60 maßgebend ist. Wenn z. B. gemäß Fig. 2 a die Frequenz des Oszillators 6 praktisch eine höhere Harmonische der Frequenz des Oszillators 1, 2 wäre, würde sich die Höhe der g₀ Impulse 50 praktisch besonders wenig ändern. Diese Impulse 50, deren Grundwelle gegen die Spannung am Kreis 2 um 90⁰ phasenverschoben ist, werden somit eine solche Verstimmung dieses Kreises hervorrufen, daß die Frequenz des Oszillators ι, 2 sich auf einen Wert einstellen wird, der einer Unterharmonischen der vom Oszillator 6 erzeugten Schwingung entspricht. Verschiebt sich dabei z. B. die Frequenz dies Oszillators 6 oder ist dieser Oszillator frequenzmoduliert, so wird eine entsprechend geringere Frequenzverschiebung oder Frequenzmodulation des Oszillators 1, 2 auftreten.

Es kann auch erreicht werden, daß die vom Oszillator 1, 2 erzeugte Frequenz eine Subharmonische oder ein Bruchteil der Steuerfrequenz ist, d. h. gleich der Steuerfrequenz geteilt durch n+p/q, wobei n, p und q ganze Zahlen darstellen. Dabei ist in den Figuren zwecks größerer Deutlichkeit für η ein kleiner Wert gewählt, der jedoch in der Praxis besondere hoch sein kann. Fig. 2 b bezieht sich insbesondere auf den Fall, daß das erwähnte Verhältnis gleich »+Vs ist.

In diesem Fall weisen die Ausgangsimpulse 50 der Impulsmischstufe 5 eine abwechselnd größere und kleinere Amplitude auf. Werden diese dem Eingangskreis des Oszillators 1, 2 über eine Schwellenspannung zugeführt, die etwa gleich der mittleren Impulsamplitude (durch die gestrichelte Linie 100 in Fig. 2 b bezeichnet) ist und somit nur die größten Impulse durchläßt, so'werden diese Impulse wieder eine Frequenznachregelung des Oszillators i, 2 bewerkstelligen.

Diese Ausgangsimpulse können auch einem Kreis mit einer z. B. der Hälfte der Impulsfrequenz entsprechenden Abstimmfrequenz und sodann über 1*5 einen Frequenzverdoppler 8 dem Eingangskreis des

Oszillators ι, 2 zugeführt werden, da die Amplitude der Spannung in einem solchen Kreis proportional mit dem Amplitudenunterschied zwischen den größeren und kleineren Impulsen 50 nach Fig. 2 b ist.

Die Fig. 2 c und 2d beziehen sich auf den Fall, daß eine additive anstatt einer multiplikativen Mischstufe 5 verwendet wird. Das Prinzipschaltbild ist in Fig. 3 näher dargestellt. Bei einer additiven Mischstufe werden die beiden zu mischenden Schwingungen 40 und 60 zusammengezählt und darauf über eine Schwellenspannung geführt, so daß nur der diese Schwellenspannung übersteigende Teil der Summenspannung wirksam wird. Die Breite des Eingangsimpulses 40 der Mischstufe 5 darf dabei nicht größer als die Schwingungszeit t der Steuerschwingung 60 sein und ist vorzugsweise fast gleich der Hälfte dieser Zeit.

Eine additive Mischstufe läßt sich z. B. mittels eines Gleichrichters 9 mit Vorspannungsquelle 10 verwirklichen.

Fig. 2c stellt den Fall dar, daß die vom Oszillator ι erzeugte Schwingung eine Subharmonische der vom Oszillator 6 erzeugten Schwingung ist. Die vom Oszillator 6 erzeugte Steuerschwingung wird nun um die impulsförmige Schwingung 40 des Oszillators 4 vermehrt, so daß die Amplitude der Impulse 50, die über die durch die gestrichelte Linie 100 angegebene Schwellenspannung hinausgehen, für die Phasenbeziehung der beiden Schwingungen 40 und 60 maßgebend ist. Diese Impulse 50 werden dann wieder dem Eingangskreis des Oszillators i, 2 zugeführt und sind so fähig, die Frequenz dieses Oszillators 1 nachträglich auf den erwünschten Wert abzugleichen. Die Schwellenspannung übersteigt dabei etwas die Amplitude der Steuerschwingung 60.

Auf ähnliche Weise kann l>ewirkt werden, daß die Frequenz des Oszillators 1, 2 ein Bruchteil der Steuerschwingung 6 ist. Fig. 2d stellt insbesondere den Fall dar, daß die Frequenz des Oszillators 1 sich auf einen Wert einstellt, der dem durch η oder w + '/s oder η + ²Λ geteilten Wert des Oszillators 6 entspricht. Indem die Schwellenspannung 10, die in Fig. 2d durch die gestrichelte Linie 1OO angegeben ist, so hoch gewählt wird, daß nur die über die gestrichelte Linie 100 hinausgehenden Impulse 50 dem Oszillator 1, 2 zugeführt werden, ist wieder eine Einstellung ausschließlich auf eine dieser Unterharmonischen möglich.

Im Grunde kann auch bewirkt werden, daß der Oszillator 1 eine höhere Harmonische der Frequenz des Oszillators 6 erzeugt, in welchem Fall die Ausgangsschwingung des Oszillators 1 unmittelbar und die des Oszillators 6 über eine Impulsstufe der Impulsmischstufe 5 zugeführt wird. Es wird dabei jedoch eine Schwingung erzeugt, die in jedem Augenblick, in dem ein Impuls auftritt, einen Phasensprung aufweist, was im allgemeinen unerwünscht ist.

In Fig. 4 bezeichnet 1 eine Oszillatorröhre mit einer Rückkopplung zwischen dem Steuergitterkreis, in den der frequetizl>estinimende Kreis 2, und dem Kathodenkreis, in den eine mit diesem Kreis 2 gekoppelte Spule 12 eingefügt ist. Unter Zuhilfenähme einer in den Schirmgitterkreis der Röhre 1 eingefügten Spule 13, die dämpfend mit dem Kreis 2 gekoppelt ist, kann weiter bewirkt werden, daß die Amplitude der erzeugten Schwingung praktisch unabhängig von Änderungen in den Eigenschaften der Röhre oder des Kreises ist.

Der Anodenkreis der Oszillatorröhre 1 enthält eine Induktivität 14, über die eine etwa der Abstimmfrequenz des Kreises 2 entsprechende Schwingung erzeugt wird. Diese Schwingung wird über einen Kondensator 15 einer Induktivität 16 mit leicht sättigbarem Ferromagnetkern, z. B. einem Ferritkern 17, zugeführt.

Auf diese Weise wird während der Zeit, in der infolge des die Induktivität 16 durchfließenden Stroms der Sättigungspunkt des ferromagnetischen Kerns 17 überschritten ist, die Induktivität 16 praktisch wie ein Kurzschuß wirksam sein und nur bei nichtgesättigtem Kern 17, d. h. bei kleinen Momentanwerten des Stroms, eine große Selbstinduktion bilden. Während der Nichtsättigungszeit wird also abwechselnd eine positive und eine negative impulsförmige Spannung erzeugt werden, die außerdem infolge des Vorhandenseins des Kondensators 15 und der Induktivität 16 um 90⁰ gegen die Spannung im Kreis 2 phasenverschoben ist. Indem dabei der vom Kondensator 15, der Induktivität 14 und der Induktivität 16 gebildete Kreis, wenn der Kern 17 entfernt ist, auf die Frequenz des Oszillators i, 2 abgestimmt wird, wird die erzeugte Oszillatorenergie größtenteils in Impulsenergie umgewandelt.

Diese impulsförmige Spannung wird über einen Koppeltransformator 18 gemeinsam mit der vom Steueroszillator 6 erzeugten Schwingung einer Impulsmischstufe 5 zugeführt, die einen Gleichrichter 9 und eine vom Spannungsteiler 20, 21 gebildete Schwellenspannungsquelle 10 enthält. So werden dem Eingangskreis des Oszillators 1, namentlich der mit dem Kreis 2 verkoppelten Spule 22, Impulse zugeführt, deren Grundwelle um 90⁰ gegen die Spannung im Kreis 2 phasenverschoben ist, so daß eine Frequenznachregelung des Oszillators 1 bewerkstelligt wird. Da der Kreis 2 dabei in den Gitterkreis der Oszillatorröhre 1 eingefügt ist, ist die Energie der Schwingung im Gitterkreis weitestgehend gering, wodurch die Nachregelung möglichst empfindlich ist, d. h. wodurch ein Mindestmaß von Strom durch die Koppelspule 22 genügt.

Eine doppelseitige Regelung kann mittels der angegebenen Schaltungsanordnung bewerkstelligt werden, indem eine zweite additive Mischstufe vorgesehen wird, die aus einem Gleichrichter 9' und einer Vorspannungsquelle 10' (Fig. 4 a) besteht, deren Polaritäten denen des Gleichrichters 9 und der Spannungsquelle 10 entgegengesetzt sind. Im Ausgang dieser zweiten additiven Mischstufe 9'-io' werden somit Impulseso' (Fig. 2c) erzeugt, deren Grundwelle um i8o° gegen die der Impulse 50, d. h. um 90⁰ gegen die Spannung im Kreis 2 phasenverschoben ist. Diese Impulse 50' werden

über die Koppelspule 22' dem Eingangskreis des Oszillators 1, 2 zugeführt und werden somit die Frequenznachregelung zusätzlich unterstützen.

Es kann auch eine doppelseitige Regelung bewerkstelligt werden, indem der betreffende Teil der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 4 entsprechend Fig. 4b geändert wird, wobei der gemeinsam durch die Koppelspulen 22 und 22' in den Kreis 1 übertragene Strom bei Phasengleich'heit der Impulse 40

to und der sinusförmigen Schwingung 60 gerade gleich Null ist.

Zur Umwandlung der vom Oszillator 1 erzeugten Schwingung in eine impulsförmige Schwingung kann auch die Kaskade einer Anzahl sättigbarer Spulen 16 mit leicht sättigbarem ferromagnetischem Kern 17 benutzt werden, wodurch im Ausgang der so ausgebildeten Impulsstufe 4 kürzere Impulse erzeugt werden, die eine Frequenznach^ regelung für höhere Harmonische ermöglichen. Es

ao können auch als Impulsstufe 4 eine in C-Betrieb geschaltete Röhre oder aber ein Multivibrator verwendet werden.

Claims (5)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   i. Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer mittels einer Steuerschwingung frequenzstabilisierten elektrischen Schwingung, die einen rückgekoppelten Oszillator und eine Impulsmischstufe enthält, deren Eingang mit dem Ausgang, des Oszillators und mit der Steuerschwingungsquelk gekoppelt ist, gekennzeichnet durch eine Kopplung zwischen dem Ausgangskreis der Impulsmischstufe und dem Eingangskreis des Oszillators über ein phasendrehendes Netzwerk, durch das die Komponente des Ausgangsimpulses der Impulsmischstufe, deren Frequenz gleich der Frequenz des Oszillators ist, mit einer Phasendrehung von etwa 90⁰ gegen die Spannung in dem frequenzbestimmenden Kreis des Oszillators dem Eingangskreis des Oszillators zugeführt wird.
2. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz der erzeugten Schwingung eine Subharmonische oder ein Bruchteil der Steuerschwingung ist und daß dem Oszillator eine impulsförmige Schwingung entnommen wird.
3. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Impulsmischstufe eine additive Mischstufe, z. B. eine Diode mit Vorspannung oder eine Verstärkerröhre in C-Schaltung, verwendet wird.
4. 4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch die Kombination eines um 90⁰ phasendrehenden Netzwerks mit einer Impulsstufe und Verwendung einer Induktivität mit sättigbarem ferromagnetischem Kern, die in den Ausgang des Oszillators eingefügt ist. ·
5. 5. Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 3 oder 4, gekennzeichnet durch eine doppelseitig wirkende additive Impulsmischstufe.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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