Vorrichtung zur Gewinnung einer elektrischen Grösse, die der Frequenz einer anderen, zugeführten elektrischen Grösse proportional ist.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Gewinnung einer elektrischen Grosse, die der Frequenz einer andern zugeführten elektrischen Grosse pro portional ist, bei der ein Ladekondensator iiber einen Widerstand aufgeladen bzw. entladen wird und über eine Entladungsröhre im Takt der genannten Frequenz (im fol genden als Eingangsfrcquenz bezeichnet) periodisch entladen bzw. aufgeladen wird, derart, dass der mittlere Lade-oder Entlade- strom ein Mass fürdieseEingangsfrequenzist.
Bei den Vorrichtungen dieser Art, bei denen ein Wondensator periodisch mit der Eingangsfrequenz entladen wird, ist nÏmlich, wenn der Kondensator bis auf eine bestimmte Spannung aufgeladen und dann bis auf eine andere bestimmte Spannung entladen wird, die bei jeder Entladung abgegebene bzw. bei , jeder Aufladung aufgenommene Ladungsmenge gleich gross. unabhängig von der Frequenz, mit der die Entladungen bzw. die Aufladungen aufeinanderfolgen. Die je Sekunde vom Ladekondensator abgegebene bzw. aufgenommene Ladungsmenge, das hei?t der mittlere Entlade-bzw. Ladestrom ist daher ein Ma?f r die Frequenz der Entladungen bzw. Aufladungen.
Um einen linearen Verlauf der Eichkurve zu erhalten, ist es notwendig, da? der Kon- densator jeweils vor dem Anfang der Entladung bis auf eine bestimmte, für alle Frequenzen gleich hohe Spannung aufgeladen wird. Es ist bekannt, zu diesem Zweck die Zeitkonstante des Kondensatoraufladekreises so klein zu wählen, daB die Aufladung des Kondensators bei der höchsten Eingangsfrequenz noch innerhalb des zwischen je zwei aufeinanderfolgenden Entladungen liegenden Zeitraumes praktiseh beendet ist. Mit stei gender Eingangsfrequenz erfordert dies stets geringere Werte des Ladewiderstandes und des Ladekondensators. Der Grosse der Ladekapazität ist jedoch durch die an der Entladungsrohre vorhandene Schaltkapazität eine Grenze gesetzt.
Der Verringerung des Ladewiderstandes ist auch dadurch eine Grenze gesetzt, da? der Ladestrom gegenüber dem Entladestrom klein sein muss. Der Ladestrom, der ja auch während der Entladung fliesst, wirkt nämlich der Entladung entgegen ; ist durch Anwendung eines zu kleinen Ladewiderstandes der Ladestrom nicht klein gegen ber dem Entladestrom, so verlÏuft die Entladung nicht mehr so rasch wie es bei höheren Werten der Eingangsfrequenzen erforderlich ist. Die höchste Eingangsfrequenz bei der die Vorrichtung noch bauchbar ist, ist daher beschränkt.
Bei Anwendung von gasgefüllten Entladungsrohren, die bei Vorrichtungen der erwähnten Art vorzugsweise verwendet werden, rnuss ausserdem der Ladewiderstand einen bestimmten Mindestwert haben, um ein selbsttätiges Losehen der Ent ladungsrohre zu erzielen. Ahnliche Erwägungen gelten für diejenigen Vorrichtungen bei denen der Ladekondensator mit der Eingangsfrequenz aufgeladen wird.
Nach der Erfindung können die erwähn- ten Nachteile hinsichtlich der Bemessung des Lade-bzw. Entladekreises des Kondensators teilweise dadurch vermieden werden, dass ein Spannungsbegrenzer parallel zum Kondensator geschaltet wird. Durch Anwendung der erfindungsgemässen Massnahme können daher unter im übrigen gleichen Verhältnissen höhere Eingangsfrequenzen benützt werden.
Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes wird nachstehend an Hand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert, in der :
Fig. 1 das Schaltschema und
Fig. 2 den Spannungsverlauf zeigt.
Die in Fig. 1 dargestellte Schaltung enthält einen eine seitig geerdeten Kondensator 1. der von einer Spannungsquelle 2 ber einen Widerstand 3 aufgeladen wird und über eine gasgefüllte Triode 4 und einen zwischen die Kathode dieser Rohre und Erde geschalteten Widerstand 5 mit der Eingangsfrequenz entladen werden kann. Zu diesem Zweck werden die Schwingungen, mit der Eingangsfrequenz über Anschlussklemmen 6 und einen Kopplungskondensator 7 dem Steuergitter der Rohre 4 zugeführt. An das Steuergitter der Rohre 4 wird eine der Batterie 8 entnom- mene Vorspannung über einen Ableitungs- widerstand 9 angelegt.
Die Eingangswechselspannung wird den Klemmen 6 vorzugsweise in Form von Impulsen zugeführt, derart, dass sie mit positiver PolaritÏt am Gitter der Röhre 4 auftreten.
Bei dieser Schaltung tritt am Kondensator 1 eine Spannung V auf, deren Verlauf durch die Kurve ab in Fig. 2 als Funktion der Zeit t dargestellt ist. In dieser Figur ist mit fol die Spannung der Spannungsquelle 2 bezeichnet und ferner ist angenommen, dass im Zeitpunkt t = 0 die vorhergehende Entladung des Kondensators 1 über die R¯hre 5 gerade beendet ist. Die nächste Entladung fÏngt nach VerIauf der Zeit t3 an und ist im Zeitpunkt t3 beendet. Die Ladung verläuft gemäss einer e-Funktion. Die Kurve abd nähert sich asymptotisch der Spannung Fj, und zwar um so rascher, je kleiner die Zeitkonstante des von dem Widerstand 3 und dem Kondensator 1 gebildeten Ladekreises ist.
Wenn, wie bereits erwähnt, im Zusammenhang mit der Linearität der Eichkurve die Anforderung gestellt wird, dass der Kondensator 1 jedes- mal bis auf gleiche Spannung aufgeladen wird, muB, wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, die Zeitkonstante des Ladekreises wesentlich kleiner sein als eine Periode (t2) der höchsten Eingangsfrequenz.
Um die Benutzung von Eingangsfrequen- zen h¯her als die mit einer Periode t2, unter Beibehaltung der gleichen Zeitkonstante des Ladekreises, zu ermögliehen, ist nach der Erfindung zum Kondensator I ein Span nungsbegrenzerparallelgeschaltet, der aus der Reihenschaltung einer Diode 10 undeiner Vorspannungsquelle 11 besteht, deren Spannung niedriger ist als die der Spannungs- quelle 2 und die in Fig. 2 durch die Ordinate V2 dargestellt ist.
Da die Spannung, die maximal am Kondensator 1 auftreten kann, von der Diode 10 auf einen Wert begrenzt wird, der praktisch gleich der Spannung V3 ist, verläuft die Ladung und die Entladung des Kondensators 1 gemma. der Kurve ace.
Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, kann hierbei die erforderliche Mindestladezeit t, bedeutend kürzer sein als die bei der bekannten Vorrichtung erforderliche Ladezeit t2, so da? höhere Frequenzen als mit der bekannten Vorrichtung benützt werden können.
Bei der beschriebenen Vorrichtung kann an dem im Entladekreis des Kondensators 1 liegenden Widerstand 5 eine Spannung ab- genommen werden, deren Mittelwert der Eingangsfrequenz proportional ist. Dieser Wi derstand liegt, wie dargestellt, vorzugsweise in der Kathodenzuleitung der R¯hre 4, so daB der Widerstand 5 geerdet werden kann, was unter anderem die Verstärkung der am Widerstand auftretenden Spannung erleichtert.
Bei Anwendung eines Kathodenwiderstandes 5 allein tritt aber der Nachteil auf, da? der starke Entladestromstoss des Kon- densators I eine hohe Gegenspannung am Widerstand 5 erzeugt, welche der Entladung entgegenwirlt und verzögert, was besonders hei hohen Eingangsfrequenzen sehr unerwünscht ist. Dieser Nachteil kann dadurch vermieden werden, daB ein Kondensator 1@ ? angebracht wird, der den Widerstand 5 über brückt und den Entladestromstoss des Kon rlensators l übernimmt.
Die Zeitkonstante der Parallelschaltung des Widerstandes 5 und des Kondensators 12 ist vorzugsweise so gross gegeniiber der Entladezeit des Kondensators 1, dass der Kondensator 12 am Ende der Entladezeit des Kon- densators 1 bis auf eine bedeutende Spannung aufgeladen ist. Die am Kondensator 12 auftreiende Spannung wird mit negativer Polarität dem Gitter der Robre 4 zugeführt. Es ist. hier- bei von Wichtigkeit, dass die erwÏhnte Zeitkonstante klein ist gegenüber der minimalen Ladezeit (t1) des Kondensators 1, das ist die Zeit, wÏhrend der die Rohre 4 bei der h¯chsten Eingangsfrequenz periodisch ge sperrt ist, um zu verhüten, dass eine am Ende.
derLadezeitetwanoch am Kondensator 12 vorhandene Spannung die Entladung des Kondensators l beeinflusst.
Bei einem hohen Wert der Hochet- frequenz. die noch als Eingangsfrequenz ben tzt werden kann, kann die obenerwähnte Anforderungeiner hinreichend kleinen Zeitkonstante nur durch eine Verringerung des Widerslandes j erfüllt werden, da der Kon densator 12. ohne dass an ihm eine hohe Spannung auftritt, den Entladestromstoss des Kon densators l aufnehmen muss ; er muss daher wenigstens etwa gleich und vorzugsweise gro- Per sein als der Kondensator 1. Eine Verrin nerung des Widerstanden 5 hat aber eine ge- ringere Ausgangsspannung zur Folge.
Dieser Nachteil kann gewissermassen dadurch vermie- den werden, dass mit dem Widerstand 5 eine kleine Selbstinduktion Z (in Fig. 1 nicht dargestellt) derart in Reihe geschaltet wird, da? der Parallelkondensator 12 sowohl den Widerstand 5 als auch die Selbstinduktion L überbrüekt. Hierdurch tritt am Ende der Entladung des Kondensators 1 an der Selbstinduktion eine Spannung auf, welche die Entladung des Kondensators 12 begünstigt und somit besehleunigt. Die Grosse der Selbstinduktion kann ungefähr dem Wert entsprechen, der folgt aus der Formel : L = 0, 4 R2C wo R und C den Wert des Widerstandes 5 bzw. des Kondensators 12 darstellen.
Bei Anwendung der Selbstinduktion L ist eine grössere Zeitkonstante des Kondensators 12 und des Widerstandes 5 zulässig, wodurch der Widerstand 5 grösser gewählt werden kann und eine grössere Ausgangsspannung er zielbar ist.
Eine der Eingangsfrequenz proportionale Spannung kann bei Anwendung einer Selbstinduktion L den Klemmen des Kondensators 12 entnommen werden, da der Mittelwert der Spannung an der Selbstinduktion gleich Null ist, so da? die mittlere Spannung am Kondensator 12 gleich der am Widerstand 5 ist.
Der Kondensator 12 kann gleichzeitig ein Element eines Filters bilden, das ferner z. B. einen Widerstand 13 und einen zweiten Kondensator 14 enthält und zum Abflachen der am Widerstand 5 auftretenden, pulsierenden Spannung dient. Eine dem Mittelwert dieser Spannung entsprechende Ausgangsspannung kann den Anschlussklemmen 15 des Konden- sators 14 entnommen werden.
Die beschriebene Vorrichtung eignet sich besonders zum Demodulieren einer pulsieren- den Schwingung, wobei die Frequenz der Impulse sich entsprechend einem Modulationssignal ändert. Die zu demodulierenden Impulse werden dazu den Klemmen 6 zugeführt und das Modulationssignal kann den Klemmen 15 entnommen werden. Das Filter 12, 13, 14 mu? dabei derart bemessen sein, dal3 die hohen Tone des Alodtilationssignals wenigstens nicht nennenswert abgeschwächt werden.
Wenn zwischen dem mittleren Strom über die Diode 10 und der Frequenz der den Klemmen 6 zugeführten Impulse eine lineare Beziehung besteht, kann eine der Eingangs- frequenz proportionale Spannung gleichfalls dem im Ladekreis des Kondensators 1 liegen- den Widerstand 3 entnommen werden. : J n diesem Fall tritt nämlich durch Überlage- rung des mit der Frequenz linear zunehmenden Kondensatorladestromes und des mit der Frequenz abnehmenden Diodenstromes mittlere Spannung am Widerstand 3 auf, die aus einer von der Frequenz unabhängigen Komponente und einer der Frequenz proportionalen Komponente zusammengesetzt gedacht werden kann. Gewünschtenfalls kann die frequenzunabhängige Komponente durch Anwendung eines Sperrkondensators unterdrückt werden.
Da der Anodenwiderstand 3 im allgemeinen grosser ist als der Kathodenwiderstand 5, kann dem erstgenannten Wi- derstand in der Regel eine höhere Ausgangs- spannung entnommen werden.
Es ist auch möglich, die Ausgangsschwin- gung den beiden Widerständen gleicizeitig zu entnehmen ; in diesem Falle kann eine gegen Erde ausbalancierte Ausgangsspan- nung erzielt werden.