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Anordnung zur Messung des Verzerrungsfaktors eines Wechselspannungsgernisches
Wenn eine sinusförmige Spannung bestimmter Frequenz (Grundfrequenz). an den Eingang
eines Vierpols, der nichtlineare Eigenschaften aufweist, gelegt wird, so ist die
Ausgangsspannung bekanntlich nicht mehr rein sinusförmig, sondern verzerrt, da sie
neben der. Grundfrequenz noch deren Harmonische enthält. Als Maß für die Größe dieser
Verzerrung dient der Klirrfaktor, der bekanntlich definiert ist durch
wenn A1 die Amplitude der sinusförmigen Grundfrequenz und A@, As, An die
Amplituden der zweiten, dritten und za-ten Harmonischen bedeuten. Zur Messung dieses
also nur bei Vorhandensein einer einzigen Grundfrequenz sinnvollen Klirrfaktors
dient die bekannte Klirrfaktormeßbrücke, bei der durch ihren Abgl:eich auf die Grundfrequenz
am Nullzweig der Brücke nur die Spannungen der Harmonischen auftreten.
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Wenn ein Gemisch aus mehreren sinusförmigen Spannungen mit verschiedenen
Frequenzen (Grundfrequenzen) an den Eingang eines nichtlinaren Vierpoles gelangt,
so entstehen an dessen Ausgang nicht nur die Grundfrequenzen und deren Harmonische,
sondern auch Korribinationsfrequenzen. Als Verzerrungsmaß dient im diesem Falle
analog dem Klirrfaktor der Verzerrungsfaktor, der bekanntlich durch die Beziehung
gegeben ist. Bei zwei Grundfrequenzen mit den Amplituden AI und
B, erhält man
und bei drei Grundfrequenzen mit den Amplituden A,, B, und Cl
Es ist bekannt, den Verzerrungsfaktor durch Messung der infolge quadratischer oder
kubischer Verzerrungen auftretenden Kombinationsfrequenzen mittels des sogenannten
Verzerrungsmeßplatzes zu bestimrnen. Der Verzerrungsfaktor -wurde hierbei aus dem
gefundenen Meßwert für die Kombinationsfrequenzen und an Hand der Ergebnisse zusätzlicher
Klirrfaktormessungen näherungsweise rechnerisch bestimmt. Dieses Verfahren ergibt
jedoch trotz ,des großen Aufwandes an Schaltelementen und der Kompliziertheit des
Aufbaues in vielen Fällen, z. B. bei der Messung der durch Amplitudenbegrenzer oder
-unterdrücker hervorgerufenen Verzerrungen, kein genaues Maß für den Verzerrungsfaktor.
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Es ist ferner ein Verfahren zur Messung des Verzerrungsfaktors für
den Fall zweier Grundwellen bekannt, bei welchem die beiden Grund-vellensender auf
ein nichtlineares Glied und auf zwei Phasenschieber arbeiten, mit deren Hilfe die
beiden Grundwellen in einem Kompensationskreis ausgelöscht werden können. Das übrigbleibende
Gemisch aus Oberwellen und Kombinationstönen erzeugt an einem Widerstand einen Spannungsabfall,
der nach Verstärkung und Gleichrichtung im Anzeigeinstrument einen Ausschlag bewirkt.
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Dieses Verfahren erfordert ebenfalls einen großen -Aufwand an Apparaten
und ist vor allem wegen der erforderlichen Einstellung der Phasenschieber sehr zeitraubend.
Diese Nachteile sind in besonders starkem Maße dann vorhanden, wenn das bekannte
Verfahren auch beim Vorhandensein von mehr als zwei Grundwellen verwendet werden
soll.
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Die Erfindung weist einen Weg, wie mit einfacheren Mitteln der Verzerrungsfaktor
für zwei oder mehr Grundfrequenzen ermittelt werden kann.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung des Verzerrungsfaktors
eines Wechselspannungsgemisches, das verschiedene Grundfrequenzen und deren Harmonische
und Kombinationsfrequenzen enthält. Erfindungsgemäß wird bei diesem Verfahren das
Gemisch an den Eingangskreis einer Klirrfaktormeßbrücke gelegt, .die nacheinander
auf die einzelnen Grundfrequenzen des Gemisches abgestimmt und in deren Nullzweig
während der Abstimmung ein nur für die jeweilige Grundfrequenz durchlässiges Frequenzfilter
eingeschaltet -wird, und es wird aus den bei der jeweiligen Grundfrequenz und bei
abgeschaltetem Frequenzfilter erhaltenen Vergleichsmeßraten va, vv, v,
... der Spannun» gen am Nullzweig mit den Brückeneingangsspannungen der Verzerrungsfaktor
t' aus der Beziehung
errechnet, worin z die Zahl der Grundfrequenzen und n1 die Summe der
Quadrate der Vergleichsmeßwerte bedeutet.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Messung des Verzerrungsfaktors
eines Wechselspannungsgemisches, das zwei verschiedene in ihrem Amplitudenverhältnis
bekannte Grundfrequenzen und deren Harmonische und Kombinationsfrequenzen enthält.
Gemäß der weiteren Erfindung -wird bei diesem Verfahren das Gemisch an den Eingangskreis
einer Klirrfaktormeßbrücke gelegt, die auf eine der beiden Grundfrequenzen des Gemisches
abgestimmt und in deren Nullzweig während der Abstimmung ein nur für diese Grundfrequenz
durchlässiges Frequenzfilter eingeschaltet wird, und es wird aus dem bei dieser
Grundfrequenz und bei abgeschaltetem Frequenzfilter erhaltenen Vergleichsmeßwert
v. der Spannung am Nullzweig mit der Brückeneingangsspannung der Verzerrungsfaktor
V aus der Beziehung
berechnet, -worin x das Amplitudenverhältnis der Grundwellen bedeutet.
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Zur Erläuterung des Erfindungsgedankens sei folgendes ausgeführt:
Zunächst wurde angenommen, daß das zu untersuchende verzerrte Wechsel@spannungsgemisch
zwei Grundfrequenzen mit den Amplituden A, und B, besitzt. Legt man dieses
Spannungsgemisch an die Klirrfaktormeßbrücke, dann läßt sich diese jeweils nur für
eine der beiden Grundfrequenzen abgleichen. Stimmt man z. B. auf ..die Frequenz
mit der Amplitude A, ab, dann erhält man durch Vergleich der Spannung am Nullzweig
mit der Brückeneingangsspannung den Wert:
Stimmt man die Brücke auf die andere Grundfrequenz mit der Amplitude
B1 ab, so ergibt sich entsprechend
Es ist nun
Aus (i) und (3) folgt also:
Mit
wird na -[- in . V= - z + 2 v2 oder
Es sei weiterhin der Fall untersucht, daß die zu untersuchende verzerrte Wechselspannung
drei Grundfrequenzen mit den Amplituden Al, Bi und C1 enthält. Wird die Klirrfaktormehbrücke
auf die Grundfrequenz mit der Amplitude A1 abgeglichen, dann ergibt sich der Wert:
Wird die Brücke nacheinander auf die beiden anderen Grundfrequenzen abgestimmt,
dann erhält man entsprechend
Es ist
Hieraus ergibt sich
Wie die weitere Rechnung ergibt, erhält man für N Grundfrequenzen einen Verzerrungsfaktor
Die Rechnung -neigt also, daß man mit einer Klirrfaktormeßbrücke auch den Verzerrungsfaktor
eines aus mehreren Grundfrequenzen bestehenden Wechselspannungsgemisches 1estimmen
kann. wenn man die Klirrfaktorineßbrücke nacheinander auf die einzelnen Grundfrequenzen
abstimmt.
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Wenn das Verhältnis der Grundwellenaniplituden zueinander bekannt
ist, kann man für die Bestimmung des Verzerrungsfaktors mit einem einzigen Brückenabgleich
auskommen. Für den Fall zweier Grundfrequenzen mit den Amplituden A1 und ß1 wird
dies im folgenden gezeigt: Es sei A, = x - ß1 und _i- bekannt. Der Verzerrungsfaktor
ist dann
Gleicht man die Brücke auf die Frequenz mit der Amplitude Al ab, dann ergibt sich
Tieraus erhält man
Bei der Anordnung nach der Erfindung ist ein Mindestunterschied der Grundfrequenzen
erforderlich. Durch die Abstimmung der Brücke für die eine Grundfrequenz dürfen
die Amplituden der anderen Frequenzen im Nullzweig praktisch nicht beeinfiußt werden.
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Bereits bei der Messung von großen Klirrfaktoren ist es ziemlich schwierig,
die Brüche richtig abzugleichen, da .die Obertöne im \#ullz1,veig nicht völlig verschwinden.
Die Obertöne können unter Umständen so stark im Hörer stören, daß ein richtiger
Brückenabgleich gar nicht gefunden werden kann. Bei dem Verfahren nach der Erfindung
ist diesem Mangel .dadurch abgeholfen, -daß vor den Hörer ein Tiefpaß geschaltet
ist, der die Obertöne nicht in den Hörer gelangen läßt. Auf dieselbe Weise ist beider
Messung des Verzerrungsfaktors nach dem Verfahren nach der Erfindung durch die Einschaltung
eines jeweils verschiedenen Frequenzfilters in den Nullzweig der Meßbrücke dafür
gesorgt, daß jeweils auch nur die eine Grundfrequenz, auf die die Brücke abgeglichen
werden soll, in den Hörer gelangen bann.