DE1128932B - Arrangement for generating an arbitrarily changeable phase angle between two voltage or current vectors - Google Patents

Description

Anordnung zur Erzeugung eines beliebig veränderbaren Phasenwinkels zwischen zwei Spannungs- oder Stromvektoren In der Hochfrequenztechnik wird häufig eine Variationsmöglichkeit des Phasenwinkels gefordert. Die bekannten Verfahren der Phasenwinkeländerung mit Hilfe von Phasenschiebern, Laufzeitketten usw. erfordern einen großen Aufwand. Die bekannten Phasenbrücken, bei denen der Abgriff des Phasenwinkels über einen Differentialkondensator oder ähnlichem erfolgt, setzen voraus, daß die phasenbestimmenden Glieder der Brücke niederohmig sind gegenüber demWiderstand des Variationsgliedes (Differentialkondensator usw.). Bei solchen Phasenbrücken ist die Bedingung einzuhalten, daß die Phasendifferenz zwischen Eingangsspannung und -strom +45 oder -45° ist, je nachdem ob die Phasenbedingung durch eine induktive oder kapazitive Impedanz (RC- oder LC-Halbglieder) erzwungen wird. Da jedoch die Impedanzen frequenzabhängig sind, sind deren Größen jeweils bei Frequenzänderungen zu ändern, um die Brückenbedingungen erfüllen zu können. Mit der Änderung der Impedanzgrößen ändert sich natürlich auch der Eingangswiderstand der Drehschaltung. Es muß aus diesem Grunde der Eingangswiderstand einer solchen Phasendrehschaltung zwangläufig sehr niederohmig gegen den (Schein-) Widerstand der Phasenbrücke gehalten werden, um bei Frequenzänderungen keine zu großen Änderungen des Eingangswiderstandes zu erhalten. Ein weiterer Nachteil ist, daß die Kompensation der Änderungen des Eingangs widerstandes über einen größeren Frequenzbereich einen großen Aufwand an Abstimmitteln erfordert.Arrangement for generating an arbitrarily changeable phase angle between two voltage or current vectors In high frequency technology, often a possibility of varying the phase angle is required. The known procedures the phase angle change with the help of phase shifters, delay chains, etc. require a great effort. The known phase bridges in which the phase angle is tapped takes place via a differential capacitor or the like, assume that the The phase-determining elements of the bridge have a low resistance to the resistance of the Variation element (differential capacitor, etc.). With such phase bridges meet the condition that the phase difference between input voltage and current is +45 or -45 °, depending on whether the phase condition is caused by an inductive or capacitive impedance (RC or LC half-links) is enforced. However, since the Impedances are frequency-dependent, their sizes are in each case with frequency changes to be changed in order to meet the bridge conditions. With the change in impedance quantities of course, the input resistance of the rotary switch also changes. It has to be done for this reason the input resistance of such a phase rotation circuit is inevitable be held very low against the (apparent) resistance of the phase bridge, In order not to change the input resistance too much when the frequency changes obtain. Another disadvantage is that it compensates for changes in the input Resistance over a larger frequency range requires a great deal of tuning means requires.

In einer anderen bekanntgewordenen Phasendrehschaltung werden als phasenbestimmende Glieder RC- oder RL-Phasenschieber verwendet, bei denen zur Anpassung an den Brückenwiderstand der Ohmsche Widerstand als Querwiderstand geschaltet ist. Der Ohmsche Widerstand muß zur Anpassung an den Brückenwiderstand, und um eine 90°-Phasenverschiebung in dem Phasenschieber zu erhalten, niederohmig sein. In den als Spannungsteiler geschalteten RC- oder RL-Phasenschiebern entstehen dadurch erhebliche Leistungsverluste in dem als Längswiderstand geschalteten L- oder C-Glied und durch die sich zwangläufig ergebende Fehlanpassung des Eingangswiderstandes der Phasenbrücke an die Energiequelle. Um die Leistungsverluste auszugleichen, sind bei den bekannten Phasendrehschaltungen noch zusätzliche Verstärkerstufen, z. B. Gegentaktstufen, zwischen die phasenbestimmenden Glieder und die Phasenbrücke geschaltet sowie zusätzliche Anpassungsglieder erforderlich, um die durch die Fehlanpassung des Eingangswiderstandes der Brückenschaltung an die Steuer- bzw. Energiequelle entstehenden Leistungsverluste herabzusetzen.In another phase rotation circuit that has become known, as phase-determining elements RC or RL phase shifter used, in which to adapt the ohmic resistance is connected to the bridge resistance as a transverse resistance. The ohmic resistance has to match the bridge resistance and a 90 ° phase shift to get in the phase shifter, be low resistance. In as a voltage divider Switched RC or RL phase shifters result in considerable power losses in the L or C link connected as a series resistance and through which inevitably resulting mismatch of the input resistance of the phase bridge to the energy source. In order to compensate for the power losses, the known phase rotation circuits additional amplifier stages, e.g. B. push-pull stages, between the phase-determining Links and the phase bridge switched and additional adapter links required, by the mismatching of the input resistance of the bridge circuit the control or energy source to reduce power losses.

Zur Vermeidung solcher Nachteile sind bei einer Anordnung zur Erzeugung eines beliebig veränderbaren Phasenwinkels zwischen zwei Spannungs- oder Stromvektoren mit einem Ringpotentiometer als Phasenbrücke und mit zwei Übertragern, die sekundärseitig symmetriert und gegeneinander entkoppelt die Diagonalpunktepaare der Phasenbrücke speisen, erfindungsgemäß die Diagonalpunktepaare parallel mit der Energiequelle über zwei gleiche Übertrager verbunden, deren veränderbare Kopplungsfaktoren so groß eingestellt sind, daß der in die beiden Primärwicklungen transformierte Brückenwiderstand R in beiden Übertragern gleich große Eingangsscheinwiderstände mit gleich großen Wirk- und (induktiven) Blindwiderständen und, dadurch bedingt, in jedem Übertrager eine Phasendifferenz von 45° zwischen Eingangsstrom und -spannung herstellt, und ferner ist erfindungsgemäß in Serie mit der Primärwicklung eines der beiden Übertrager eine veränderbare Kapazität geschaltet und ihr Kapazitätswert so eingestellt, daß ihr frequenzabhängiger (kapazitiver) Impedanzwert gleich der Summe der (induktiven) Blindwiderstände der Eingangsscheinwiderstände beider Übertrager ist und hierdurch gleichzeitig einen reellen Eingangsscheinwiderstand der Gesamtbrückenschaltung und eine Phasendifferenz von 90° zwischen den Speisespannungen beider Übertrager herbeiführt, die, in die Diagonalpunkte transformiert, die an sich bekannten Brückenbedingungen ein- bzw. herstellen.To avoid such disadvantages, in an arrangement for generating an arbitrarily changeable phase angle between two voltage or current vectors with a ring potentiometer as a phase bridge and with two transformers on the secondary side symmetrized and decoupled from each other, the pairs of diagonal points of the phase bridge feed, according to the invention, the pairs of diagonal points in parallel with the energy source connected via two identical transformers, their variable coupling factors like this are set large that the bridge resistance transformed into the two primary windings R input resistances of the same size with the same size in both transformers Real and (inductive) reactive resistances and, as a result, in every transformer creates a phase difference of 45 ° between the input current and voltage, and furthermore, according to the invention, one of the two transformers is in series with the primary winding switched a variable capacitance and adjusted its capacitance value so that their frequency-dependent (capacitive) impedance value is equal to the sum of the (inductive) Reactances of the input resistances of both transformers is and thereby at the same time a real input impedance of the overall bridge circuit and causes a phase difference of 90 ° between the supply voltages of both transformers, those, transformed into the diagonal points, the known bridge conditions or manufacture.

Bei geeigneter Wahl der Größe der Serienkapazität, der Kopplungsfaktoren sowie der Impedanzwerte der beiden Übertrager und der Größe des Widerstandes der Phasenbrücke ist über einen relativ großen Frequenzbereich die 90°-Phasenverschiebung der beiden gleich großen Primärspeisespannungen nahezu konstant und der Eingangswiderstand reell, und demzufolge sind in diesem Frequenzbereich die Brückenbedingungen erfüllt, d. h., die den vier Diagonalpunkten der Phasenbrücke zugeführten Ströme oder Spannungen weisen gleiche Amplituden auf, und es ergeben sich Phasenverschiebungen' um 90, 180, 270 und 360° der einzelnen Spannungsvektoren gegen einen gemeinsamen Punkt.With a suitable choice of the size of the series capacity, the coupling factors as well as the impedance values of the both transformers and the size of the The resistance of the phase bridge is over a relatively large frequency range 90 ° phase shift of the two equally large primary supply voltages almost constant and the input resistance are real, and consequently are in this frequency range fulfills the bridge conditions, d. i.e. the four diagonal points of the phase bridge supplied currents or voltages have the same amplitudes, and it results phase shifts' by 90, 180, 270 and 360 ° of the individual voltage vectors against a common point.

Die Vorteile der Anordnung nach der Erfindung liegen darin, daß mit minimalem technischem Aufwand exakt die Brückenbedingungen der Phasenbrücke einzustellen sind, daß gleichzeitig ein reeller Eingangswiderstand erzeugt und die Phasenbrücke ohne zusätzliche Transformation an HF-Kabel bzw. an den Frequenzgenerator angepaßt werden kann. Durch geringfügige Nachstimmung des einstellbaren magnetischen Kopplungsfaktors und der einstellbaren Serienkapazität ist erreichbar, daß über ein breites Frequenzband die Brückenbedingungen nahezu konstant sind und der Eingangswiderstand reell und die Anpassung erhalten bleibt. Die- Abstimmung der Phasenbrücke ist einfach zu handhaben. Durch die Transformation des Ringpotentiometerwiderstandes wird gegenüber bekannten Phasendrehanordnungen ein erheblicher Spannungs- bzw. Leistungsgewinn erzielt, und dadurch werden zusätzliche Verstärkerschaltungen unnötig. Dies bedingt wiederum eine wesentlich geringere Störanfälligkeit der Anlage. Durch Anordnung mehrerer gegeneinander isolierter Abgriffe am Potentiometer können Amplitudenschwankungen und eventuell Phasentoleranzen beliebig klein gehalten werden. Die Anordnung kann als Ersatz für aufwendigere Phasenschieber, Laufzeitketten in Funkortungsgeräten und für Übertragungseinrichtungen im Mittelwellen-, Kurzwellen- und UKW-Bereich angewendet werden. Insbesondere eignet sich die Anordnung nach der Erfindung bei Verwendung eines Motor-Ringpotentiometers dort, wo eine oder mehrere Frequenzen mit einer bestimmenden Frequenz in beliebig wählbarer Phasenlage synchronisiert sein müssen, wie etwa beim Betrieb von Zwillingssendeanlagen sowie allgemein in Anlagen, bei welchen die Phasenlage einer Wechselspannung irgendwelchen Bedingungen gehorchen muß.The advantages of the arrangement according to the invention are that with precisely set the bridge conditions of the phase bridge with minimal technical effort are that at the same time a real input resistance is generated and the phase bridge adapted to the HF cable or the frequency generator without additional transformation can be. By slightly adjusting the adjustable magnetic coupling factor and the adjustable series capacitance that can be achieved over a wide frequency band the bridge conditions are almost constant and the input resistance real and the adaptation is retained. The coordination of the phase bridge is easy to handle. The transformation of the ring potentiometer resistance is compared to known Phase rotation arrangements achieved a significant voltage or power gain, and this makes additional amplifier circuits unnecessary. This in turn requires a significantly lower susceptibility to failure of the system. By arranging several mutually isolated taps on the potentiometer can cause amplitude fluctuations and possibly phase tolerances can be kept as small as desired. The arrangement can as a replacement for more complex phase shifters, transit time chains in radio location devices and for transmission equipment in the medium wave, short wave and VHF range be applied. In particular, the arrangement according to the invention is suitable Use of a motor ring potentiometer where there is one or more frequencies synchronized with a defining frequency in any selectable phase position must be, such as when operating twin transmission systems and generally in Systems in which the phase position of an alternating voltage has any conditions must obey.

Die Wirkungsweise der Anordnung beruht darauf, daß durch die Ausnutzung der Übertragungseigenschaften zweier gleicher Übertrager an den vier Diagonalpunkten der Phasenbrücke Spannungen gleicher Amplitude, jedoch mit einer Phasendifferenz gegen einen Punkt derselben von 90,180, 270° entstehen. Die Sekundärseiten beider Übertrager sind in der Mitte geerdet, so daß beide Übertrager zwei symmetrische Spannungen an die Phasenbrücke abgeben, die ihrerseits zwei um je 180° verschobene Spannungen enthalten. Primärseitig liegen die beiden Übertrager parallel geschaltet an einer gemeinsamen Spannungsquelle. Der Primärseite eines der beiden Übertrager ist eine einstellbare Serienkapazität vorgeschaltet und so dimensioniert, daß zufolge des in die Primärwicklungen der beiden Übertrager transformierten Widerstandes R zwischen den Diagonalpunkten des Ringpotentiometers der Spannungs- bzw. Stromvektor in der einen Primärwicklung um 45° voreilt und in der anderen Primärwicklung um 45° gegenüber der Generatorspannung nacheilt und dadurch die Speise-Spannungen der Primärseiten der beiden Übertrager um 90° gegeneinander phasenverschoben sind, jedoch gleiche Amplituden haben. Durch Übertragung dieser um 90° gegeneinander verschobenen Speisespannungen entstehen auf der Sekundärseite beider Übertrager zwei um 90° gegeneinander verschobene, symmetrische Spannungen. Mit diesen beiden symmetrischen Spannungen, die - wie bereits erwähnt - ihrerseits zwei um je 180° gegeneinander verschobene Spannungsvektoren enthalten, werden, gegenseitig entkoppelt, je zwei Diagonalpunkte des als Phasenbrücke verwendeten Ringpotentiometers gespeist. An den vier Diagonalpunkten der Phasenbrücke liegen somit vier Spannungen gleicher Amplitude, die jedoch gegenüber einem der Diagonalpunkte der Phasenbrücke um 90, 180 oder 270° entsprechend ihrer räumlichen Anordnung phasenverschoben sind. Weiterhin bewirken die beiden Übertrager bei richtiger Abstimmung der einstellbarenSerienkapazität,daß durchTransformation des Ohmschen Widerstandes zwischen den Diagonalpunkten des Ringpotentiometers an den parallel geschalteten Primärseiten der beiden Übertrager ein reeller Eingangswiderstand entsteht, dessen Größe von der Größe des Ohmschen Widerstandes zwischen den Diagonalpunkten des Ringpotentiometers und dem Übersetzungsverhältnis der Übertrager bestimmt ist. Bei geeigneter Wahl der Größe des Impedanzwertes der Serienkapazität des Impedanzwertes und der magnetischen Kopplungsfaktoren der beiden Übertrager bleibt über einen größeren Frequenzbereich der Eingangswiderstand reell und die 90°-Phasenverschiebung der Speisespannungen der beiden Primärseiten nahezu konstant.The mode of operation of the arrangement is based on the fact that through the utilization the transmission properties of two identical transformers at the four diagonal points the phase bridge voltages of the same amplitude, but with a phase difference arise against a point of the same of 90, 180, 270 °. The secondary sides of both Transformers are grounded in the middle, so that both transformers are two symmetrical Deliver voltages to the phase bridge, which in turn shifted two by 180 ° each Tensions included. The two transformers are connected in parallel on the primary side at a common voltage source. The primary side of one of the two transformers an adjustable series capacity is connected upstream and dimensioned so that according to of the resistance R transformed into the primary windings of the two transformers between the diagonal points of the ring potentiometer is the voltage or current vector leads by 45 ° in one primary winding and by 45 ° in the other primary winding 45 ° lagging behind the generator voltage and thus the supply voltages of the Primary sides of the two transformers are out of phase with each other by 90 °, however have the same amplitudes. By transferring these shifted by 90 ° against each other Supply voltages arise on the secondary side of both transformers two at 90 ° to each other shifted, symmetrical tensions. With these two symmetrical tensions, which - as already mentioned - in turn two shifted by 180 ° against each other Containing stress vectors are mutually decoupled, two diagonal points each of the ring potentiometer used as a phase bridge. At the four diagonal points the phase bridge therefore has four voltages of the same amplitude, but these are opposite one of the diagonal points of the phase bridge by 90, 180 or 270 ° according to their spatial arrangement are out of phase. Furthermore, the two transformers cause with correct adjustment of the adjustable series capacitance that by transformation of the ohmic resistance between the diagonal points of the ring potentiometer the parallel connected primary sides of the two transformers a real input resistance arises, the size of which depends on the size of the ohmic resistance between the diagonal points of the ring potentiometer and the transmission ratio of the transformer is determined. With a suitable choice of the size of the impedance value of the series capacitance of the impedance value and the magnetic coupling factors of the two transducers remains about a larger one Frequency range of the input resistance real and the 90 ° phase shift of the Supply voltages of the two primary sides almost constant.

In Abb.1 ist ein Ausführungsbeispiel der Schaltungsanordnung nach der Erfindung dargestellt; Abb. 2 zeigt das Vektordiagramm für die Phasenbrückenbedingungen; Abb. 3 zeigt die Ersatzschaltung für die Eingangsseite der beiden Übertrager, Abb. 4 das zugehörige Vektordiagramm; Abb. 5, 6 und 7 zeigen ein als Phasenbrücke verwendetes Ringpotentiometer mit zwei um 45° gegeneinander verschobenenAbgriffen und die dazugehörigen Vektordiagramme; Abb. 8 und 9 zeigen zwei Ersatzbilder für die Berechnung des Eingangswiderstandes der Phasenbrücke, und Abb. 10 und 11 zeigen zwei Kurven für die Wahl des Kopplungsfaktors bzw. für die Abstimmung der Serienkapazität mit dem Kopplungsfaktor der beiden Übertrager.In Fig.1 is an embodiment of the circuit arrangement according to the invention shown; Fig. 2 shows the vector diagram for the phase bridge conditions; Fig. 3 shows the equivalent circuit for the input side of the two transformers, Fig. 4 the associated vector diagram; Figs. 5, 6 and 7 show one used as a phase bridge Ring potentiometer with two taps offset by 45 ° against each other and the associated Vector diagrams; Fig. 8 and 9 show two equivalent images for calculating the input resistance the phase bridge, and Figs. 10 and 11 show two curves for the selection of the coupling factor or for the coordination of the series capacity with the coupling factor of the two transformers.

In der Anordnung nach Abb. 1 sind die beiden ÜbertragerTiund T2primärseitig über die Kapazität C8 miteinander verkoppelt und sekundärseitig gegeneinander entkoppelt mit den Diagonalpunkten A, B, C und D des Ringpotentiometers P verbunden. Mit dem Abgriff S,. wird jeweils der gewünschte Phasenwinkel und der Spannungsvektor 2CII abgegriffen. Die Sekundärseiten der beiden Übertrager sind mittelpunktgeerdet. Abb.2 zeigt das Vektordiagramm für die Schaltungsanordnung Abb. 1. Wird primärseitig eine Spannung 9" angelegt, so werden die Primärseiten der beiden Übertrager mit den Speisespannungen 111 und 11, gespeist, deren Amplitude gleich 11o ist, die jedoch um 90° gegeneinander phasenverschoben sind. Auf der Sekundärseite werden zwei symmetrische Spannungen erzeugt, die jeweils um 180° phasenverschobene Spannungsvektoren 11Q, 21, sowie 2Ca und 2.1a haben, die den Punkten A, C, B und D der Phasenbrücke zugeführt werden und die entsprechend dem Vektordiagramm nach Abb. 2 um 90, 270, 180 oder 360° gegeneinander phasenverschoben sind.In the arrangement according to Fig. 1, the two transformers Ti and T2 are coupled to one another on the primary side via the capacitance C8 and are connected to the diagonal points A, B, C and D of the ring potentiometer P on the secondary side, decoupled from one another. With the tap S ,. the desired phase angle and the voltage vector 2CII are tapped. The secondary sides of the two transformers are center-grounded. Fig.2 shows the vector diagram for the circuit arrangement Fig. 1. If a voltage 9 "is applied to the primary side, the primary sides of the two transformers are fed with the supply voltages 111 and 11, the amplitude of which is 11o, but which are phase-shifted by 90 ° On the secondary side, two symmetrical voltages are generated, each of which has voltage vectors 11Q, 21, as well as 2Ca and 2.1a, which are phase shifted by 180 °, which are fed to points A, C, B and D of the phase bridge and which correspond to the vector diagram according to Fig 2 are out of phase with one another by 90, 270, 180 or 360 °.

Die Brückenbedingungen sind erfüllt, wenn die Amplituden der Speisespannungen der beiden Übertrager gleich sind und die Phasendifferenz zwischen 2,C,. und 112 iIIl, 1t2 = 90° ist und wenn nach dem Vektordiagramm Abb. 2 in den Diagonalpunkten A, B, C und D der Phasenbrücke die Amplituden der Spannungsvektoren 111a1 = 111s1 = 1141 = 114 und der Phasenwinkel zwischen den Spannungsvektoren in den Diagonalpunkten oc = 90°, ß = 180°, y = 270° und 8 = 360° ist.The bridge conditions are fulfilled when the amplitudes of the supply voltages of the two transformers are the same and the phase difference is between 2, C,. and 112 iIIl, 1t2 = 90 ° and if according to the vector diagram Fig. 2 in the diagonal points A, B, C and D of the phase bridge the amplitudes of the voltage vectors 111a1 = 111s1 = 1141 = 114 and the phase angle between the voltage vectors in the diagonal points oc = 90 °, ß = 180 °, y = 270 ° and 8 = 360 °.

Das .Ersatzschaltbild für den Eingang der beiden Übertrager ist in Abb. 3 idealisiert dargestellt. Es wird vorausgesetzt, daß die Induktivitäten beider Übertrager gleich groß sind, ebenso daß die Ohmschen Widerstände zwischen den Diagonalpunkten der Phasenbrücke gleich groß sind. Wählt man den Impedanzwert Xe der Serienkapazität C8, die der Primärseite des Übertragers T2 vorgeschaltet ist, so groß, daß er dem Vektordiagramm nach Abb.4 entspricht, so sind die Speisespannungen 11l und 11, der beiden Übertrager um 90° phasenverschoben, und weiterhin ist der Eingangswiderstand der Gesamtanordnung Das Vektordiagramm nach Abb. 2 zeigt, daß der auf der Phasenbrücke abgegriffene Spannungsvektor nur in den Diagonalpunkten A, B, C und D der Phasenbrücke eine maximale Amplitude hat; in den Zwischenstellungen zwischen den Diagonalpunkten A, B, C oder D wird die Größe des Absolutwertes der Amplitude entsprechend dem Vektordiagramm nach Abb. 2 schwanken. Diese an einer Phasenbrücke mit Ringpotentiometer auftretenden Absolutwert-bzw. Amplitudenschwankungen des abgegriffenen Spannungs- oder Stromvektors, die nach Abb. 2 in der Mitte zwischen zwei Eckpunkten der Brücke maximal 1 : f-2 sind, lassen sich beliebig und nur durch den mechanischen Aufbau des Ringpotentiometers begrenzt durch n Abgriffe verringern, welche gegeneinander isoliert und jeweils um gegeneinander versetzt sind. In Abb. 5 ist ein Ringpotentiometer mit zwei um 45' gegeneinander versetzten Abgriffen S2 und S3 dargestellt. Abb. 6 und 7 zeigen Ortskurven für eine solche Anordnung. Die Absolutwertschwankung läßt sich beispielsweise bei zwei um 45' gegeneinander versetzten Abgriffen auf 120/0 gegenüber 410/0 bei einem Abgriff nach Abb. 1 und 2 verringern. Mit drei um je 30° gegeneinander verschobenen Abgriffen verringert sich die Amplitudenschwankung auf 711/, gegenüber dem Maximalwert in den vier Diagonalpunkten der Phasenbrücke. Die Ortskurve der addierten Vektoren wird sich um so mehr einem Kreis nähern, je größer die Zahl der Abgriffe ist. Die verwendeten Abgriffe dürfen aber die Verhältnisse an der Brücke nicht beeinflussen, weshalb Entkopplungsglieder vorzusehen sind. Es müssen beispielsweise die Entkopplungswiderstände R, bei der Anordnung nach Abb. 5 sehr groß gegenüber dem Potentiometerwiderstand Rp sein. Unter Einbeziehung des Arbeitswiderstandes RB soll gelten: RB > R, > Rp. Es gilt dann für die möglichen Vektoren über dem Arbeitswiderstand RB offenbar nach der Ortskurve in Abb. 6 IlIi = Außer dieser durch die exakte Brückenschaltung gegebenen Absolutwertschwankung wird natürlich ebenso eine infolge ungenauer Abstimmung gegebene größere Schwankung mit Hilfe einer solchen Anordnung wesentlich verringert werden können. In Abb. 7 ist z. B. die Ortskurve zweier addierter, um 45° gegeneinander versetzter Vektoren für den sehr ungünstigen Fall skizziert, daß die Amplituden der Sekundärspannungen 11,s' und 1 112s; der Übertrager um den Faktor 2,24 sich unterscheiden und die Phasendifferenz gegeneinander 63,4 bzw. 116,6° statt je 90° beträgt. Ist 11, die Speisespannung der beiden Übertrager, dann ergeben sich unter der Annahme, daß 1 11,s 1 : 1112s 1 = 1 : 2,24 und die Phasendifferenz 63,4 bzw. 116,6° beträgt, für die Sekundärspannungen 11,s und 112s die Werte 2lls = k 11, sin co t 112s = k 2,24 11, sin (cot - 63,4°) An den Brückenpunkten A und C liegt dann die Spannung- und an den Brückenpunkten B, D die Spannung mit einer Phasendifferenz gegenüber 111s von 63,4 bzw. 116,6°. Die abgegriffene Spannung 1CII ist dann bei zwei um 45° einander zugeordneten Abgriffen wieder wenn 11a und 11b die von den beiden Abgriffen jeweils erfaßten Spannungsvektoren sind. Die Absolutwertschwankung der abgegriffenen Spannung 1Cii ist bei einem Abgriff: jIIIImax1 : jIliImtn! = 3,16, und bei zwei um 45° einander zugeordneten Abgriffen: Uli Max i : I liII min! = 2,18.The equivalent circuit diagram for the input of the two transformers is shown idealized in Fig. 3. It is assumed that the inductances of both transformers are the same, as well as that the ohmic resistances between the diagonal points of the phase bridge are the same. If the impedance value Xe of the series capacitance C8, which is connected upstream of the primary side of the transformer T2, is chosen so large that it corresponds to the vector diagram according to Fig. 4, the supply voltages 11l and 11 of the two transformers are phase-shifted by 90 °, and still is the input resistance of the overall arrangement The vector diagram according to Fig. 2 shows that the voltage vector tapped on the phase bridge has a maximum amplitude only in the diagonal points A, B, C and D of the phase bridge; In the intermediate positions between the diagonal points A, B, C or D , the size of the absolute value of the amplitude will fluctuate according to the vector diagram according to Fig. 2. This absolute value or absolute value occurring on a phase bridge with a ring potentiometer. Amplitude fluctuations of the tapped voltage or current vector, which according to Fig. 2 are a maximum of 1: f- 2 in the middle between two corner points of the bridge, can be reduced as required and only limited by the mechanical structure of the ring potentiometer by n taps, which are isolated from each other and Respectively are offset from one another. Fig. 5 shows a ring potentiometer with two taps S2 and S3 offset from one another by 45 '. Fig. 6 and 7 show locus curves for such an arrangement. The absolute value fluctuation can, for example, be reduced to 120/0 in the case of two taps offset from one another by 45 'compared to 410/0 in the case of one tap according to FIGS. 1 and 2. With three taps shifted by 30 ° against each other, the amplitude fluctuation is reduced to 711 /, compared to the maximum value in the four diagonal points of the phase bridge. The locus of the added vectors will come closer to a circle, the greater the number of taps. However, the taps used must not influence the conditions on the bridge, which is why decoupling members are to be provided. For example, the decoupling resistances R, in the arrangement according to Fig. 5, must be very large compared to the potentiometer resistance Rp. Taking into account the working resistance RB, the following applies: RB>R,> Rp. It then applies to the possible vectors over the working resistance RB, apparently according to the locus in Fig. 6 IlIi = In addition to this absolute value fluctuation given by the exact bridge circuit, a larger fluctuation resulting from inaccurate coordination can of course also be significantly reduced with the aid of such an arrangement. In Fig. 7 z. B. sketched the locus of two added vectors offset from one another by 45 ° for the very unfavorable case that the amplitudes of the secondary voltages 11, s' and 1 112s; the transformer differ by a factor of 2.24 and the phase difference from one another is 63.4 or 116.6 ° instead of 90 °. If 11, the supply voltage of the two transformers, then under the assumption that 1 11, s 1 : 1112s 1 = 1: 2.24 and the phase difference is 63.4 or 116.6 °, for the secondary voltages 11, s and 112s the values 2lls = k 11, sin co t 112s = k 2.24 11, sin (cot - 63.4 °) At the bridge points A and C there is then the voltage- and at the bridge points B, D the voltage with a phase difference compared to 111s of 63.4 or 116.6 °. The tapped voltage 1CII is then again at two taps which are assigned to one another by 45 ° when 11a and 11b are the voltage vectors respectively detected by the two taps. The absolute value fluctuation of the tapped voltage 1Cii is for one tap: jIIIImax1: jIliImtn! = 3.16, and with two taps assigned to each other by 45 °: Uli Max i: I liII min! = 2.18.

Man ersieht daraus, daß bei zwei Abgriffen die Schwankung der abgegriffenen Vektorensumme 1Cii kleiner ist als das Amplitudenverhältnis der beiden Speisespannungen 1lls und 112s. Andererseits bedeutet dies, daß eventuell vorhandene Ungleichheiten der beiden Übertrager durch mehrere Abgriffe ausgeglichen werden können.It can be seen from this that with two taps the fluctuation of the tapped Vector sum 1Cii is smaller than the amplitude ratio of the two supply voltages 1lls and 112s. On the other hand, this means that any inequalities that may exist of the two transformers can be balanced by several taps.

Die Brückenbedingungen werden exakt für eine bestimmte Frequenz erfüllt, wenn unter der Voraussetzung, daß beide Übertrager gleiche elektrische Werte haben und der Impedanzwert X, der Serienkapazität Cs, die der Primärseite eines Übertragers vorgeschaltet ist, so ausgewählt wird, daß die beiden Primärspeisespannungen eine Phasenverschiebung von 90° haben. In diesem Falle ergibt sich nach Gleichung (1) und nach den Abb. 3 und 4 ein reeller Eingangswiderstand.The bridge conditions are met exactly for a certain frequency if, provided that both transformers have the same electrical values and the impedance value X, the series capacitance Cs, which is connected upstream of the primary side of a transformer, is selected so that the two primary supply voltages have a phase shift of Have 90 °. In this case, equation (1) and Figs. 3 and 4 result in a real input resistance.

Bei geeigneter Wahl des Impedanzwertes X, der Serienkapazität Cs, der Impedanzwerte und der magnetischen Kopplungsfaktoren k der beiden gleichen Übertrager sowie des Ohmschen Widerstandes R des Ringpotentiometers bleiben die Brückenbedingungen auch über einen relativ großen Frequenzbereich konstant, wie die nachfolgende Rechnung zeigt.With a suitable choice of the impedance value X, the series capacitance Cs, the impedance values and the magnetic coupling factors k of the two identical transformers and the ohmic resistance R of the ring potentiometer, the bridge conditions remain constant over a relatively large frequency range, as the following calculation shows.

Nach Abb. 8 ergibt sich für die Übertrager T, und T2, wenn X1 der Impedanzwert der Primärwicklung und X2 der Impedanzwert der Sekundärwicklung und k ihre magnetischen Kopplungsfaktoren sind und somit für beide Übertrager J Xx = J k XiXa (2) gilt und der Ausgangsscheinwiderstand 32a für jeden Übertrager :Jla = R +jX2 ist, ein Eingangswiderstand 32i des Übertragers T, oder umgeformt: Für den Eingangswiderstand 192 des zweiten Übertragers T2 gilt analog die Gleichung (5).According to Fig. 8, the following results for the transformers T, and T2, if X1 is the impedance value of the primary winding and X2 is the impedance value of the secondary winding and k is its magnetic coupling factor, so that for both transformers J Xx = J k XiXa (2) and the output impedance 32a for each transformer: Jla = R + jX2 is an input resistance 32i of the transformer T, or transformed: Equation (5) applies analogously to the input resistance 192 of the second transformer T2.

Abb. 9 zeigt das Schaltbild für die beiden Übertrager, die, gegenseitig entkoppelt, Phasenbrücke mit dem Ohmschen Widerstand R speisen, aber primärseitig über die Serienkapazität Cs miteinander verkoppelt sind und parallel an der Spannungsquelle lio liegen. Wie bereits erwähnt, sind die Eingangswiderstände 91 und J22 der beiden Übertrager gleich groß. Nach Gleichung (1), nach Ersatzbild Abb. 3 und nach dem Vektordiagramm Abb. 4 ist nun der Eingangswiderstand R, der Phasenbrücke % = 9, = N, = reell, (wobei R, gleich R2 gleich dem transformierten Widerstand zwischen den Diagonalpunkten des Ringpotentiometers ist), wenn der Impedanzwert X, der Serienkapazität so groß gewählt wird, daß Urvif = 1:a-@ _ 111o1 (6) und /i@ ?.C2 = 90° (7) sind. Aus Gleichung (5) ergeben sich die Bedingungen für die Erfüllung der Forderungen nach Gleichung (6) und (7).Fig. 9 shows the circuit diagram for the two transformers, which, mutually decoupled, feed the phase bridge with the ohmic resistance R, but are coupled to one another on the primary side via the series capacitance Cs and are connected in parallel to the voltage source lio. As already mentioned, the input resistances 91 and J22 of the two transformers are the same size. According to equation (1), according to the equivalent image Fig. 3 and according to the vector diagram Fig. 4, the input resistance R, of the phase bridge% = 9, = N, = real, (where R, equals R2 equals the transformed resistance between the diagonal points of the Ring potentiometer), if the impedance value X, the series capacitance is chosen so large that Urvif = 1: a- @ _ 111o1 (6) and / i @? .C2 = 90 ° (7). Equation (5) gives the conditions for fulfilling the requirements according to equations (6) and (7).

Die Bedingung gemäß Gleichung (7) ist erfüllt, wenn in beiden Übertragern Tl und T2 zwischen Eingangsstrom und Eingangsspannung eine Phasendifferenz von 45° besteht, d. h., es muß nach Gleichung (5) sein und damit a = b. (8) Daraus ergibt sich für den magnetischen Kopplungsfaktor mit den Werten für a und b aus Gleichung (5) die Bestimmungsgleichung Der Eingangswiderstand ')to ist reell, wenn der Impedanzwert X, der Serienkapazität die Bedingung nach Vektordiagramm Abb. 4 und nach Gleichung (5) erfüllt, d. h. wenn ist. Dann wird nach Gleichung (5) Mit den Werten von a, h und p aus Gleichung (5) ergibt sich für . Die Impedanzen Xi, X2 und Xx sowie der Impedanzwert X, der Serienkapazität sind frequenzabhängig.The condition according to equation (7) is fulfilled if there is a phase difference of 45 ° between input current and input voltage in both transformers T1 and T2, ie it must be according to equation (5) and thus a = b. (8) This results in the determining equation for the magnetic coupling factor with the values for a and b from equation (5) The input resistance ') to is real if the impedance value X, the series capacitance, the condition according to the vector diagram Fig. 4 and according to equation (5) met, ie if is. Then according to equation (5) With the values of a, h and p from equation (5) we get for. The impedances Xi, X2 and Xx as well as the impedance value X, the series capacitance are frequency-dependent.

Die Gleichungen (9) und (10) geben an, wie groß der magnetische Kopplungsfaktor k sowie der Impedanzwert X,5 der Serienkapazität C" gewählt werden muß, damit die Brückenbedingung für eine bestimmte Frequenz erfüllt ist und damit ein reeller Eingangswiderstand nach Gleichung (11) entsteht. Um möglichst breitbandig zu werden, d. h. um zu erreichen, daß für einen großen Frequenzbereich die für eine bestimmte Frequenz eingestellten Brückenbedingungen ohne Nachstimmung konstant bleiben, müssen die Werte für den magnetischen Kopplungsfaktor k nach Gleichung (9), Werte für X, : X, nach Gleichung (10) auch bei sich mit der Frequenz ändernden Werten der Impedanzen Xi, X2 und Xc nahezu konstant bleiben. Sie sind nahezu konstant, wenn X2 : R > 1 (12) k < 1 (13) und X2, Xl > R : Xk (14) ist und die Funktion für, nach Gleichung (9) , möglichst flach verläuft.Equations (9) and (10) indicate how large the magnetic coupling factor k and the impedance value X.5 of the series capacitance C "must be selected so that the bridge condition is fulfilled for a certain frequency and thus a real input resistance according to equation (11 In order to become as broadband as possible, ie to achieve that the bridge conditions set for a certain frequency remain constant without retuning, the values for the magnetic coupling factor k according to equation (9), values for X, must be : X, according to equation (10) remain almost constant even if the values of the impedances Xi, X2 and Xc change with frequency. They are almost constant if X2: R> 1 (12) k <1 (13) and X2, Xl > R: Xk (14) and the function for, according to equation (9), runs as flat as possible.

In Abb. 10 ist die Funktion für k2 nach Gleichung (9) dargestellt. Je größer wird, um so flacher verläuft die Funktion. In Abb. 11 ist die Änderung d k2 der Funktion für k2 nach Gleichung (9) dargestellt bei einer Frequenzänderung von 1: 3.Fig. 10 shows the function for k2 according to equation (9). The bigger becomes, the flatter the function. Fig. 11 shows the change d k2 of the function for k2 according to equation (9) with a frequency change of 1: 3.

Claims (3)

PATENTANSPRÜCHE: 1. Anordnung zur Erzeugung eines beliebig veränderbaren Phasenwinkels zwischen zwei Spannungs- oder Stromvektoren, mit einem als Phasenbrücke geschalteten Ringpotentiometer und mit zwei Übertragern, die, sekundärseitig symmetriert und gegeneinander entkoppelt, die beiden Diagonalpunktepaare der Phasenbrücke speisen, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Diagonalpunktepaare parallel mit der Energiequelle über zwei gleiche Übertrager verbunden sind, deren veränderbare Kopplungsfaktoren so groß eingestellt sind, daß der in die beiden Primärwicklungen transformierte Brückenwiderstand R in beiden Übertragern gleich große Eingangsscheinwiderstände mit gleich großen Wirk- und (induktiven) Blindwiderständen und dadurch bedingt in jedem Übertrager eine Phasendifferenz von 45° zwischen Eingangsstrom und -spannung herstellt, und daß in Serie mit der Primärwicklung eines der beiden Übertrager eine veränderbare Kapazität geschaltet und ihr Kapazitätswert so eingestellt ist, daß ihr frequenzabhängiger (kapazitiver) Impedanzwert gleich der Summe der (induktiven) Blindwiderstände der Eingangsscheinwiderstände beider Übertrager ist und hierdurch gleichzeitig einen reellen Eingangsscheinwiderstand der Gesamtbrückenschaltung und eine Phasendifferenz von 90° zwischen den Speisespannungen beider Übertrager herbeiführt, die in die Diagonalpunkte der Brücke transformiert, die an sich bekannten Brückenbedingungen her- bzw. einstellen. PATENT CLAIMS: 1. Arrangement for generating an arbitrarily changeable Phase angle between two voltage or current vectors, with one as a phase bridge switched ring potentiometer and with two transformers, which are balanced on the secondary side and decoupled from each other, feed the two pairs of diagonal points of the phase bridge, characterized in that the two pairs of diagonal points are parallel to the energy source are connected via two identical transformers, their variable coupling factors are set so large that the transformed into the two primary windings Bridge resistance R in both transformers has the same input impedance with the same effective and (inductive) reactive resistances and therefore in each transformer has a phase difference of 45 ° between the input current and voltage manufactures, and that one of the two transformers in series with the primary winding variable capacitance switched and its capacitance value is set so that their frequency-dependent (capacitive) impedance value is equal to the sum of the (inductive) Reactances of the input resistances of both transformers is and thereby at the same time a real input impedance of the overall bridge circuit and causes a phase difference of 90 ° between the supply voltages of both transformers, which is transformed into the diagonal points of the bridge, the known bridge conditions set or adjust. 2. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine derartige Wahl der Größe der Serienkapazität, der Kopplungsfaktoren sowie der Impedanzwerte der Übertrager und des Ohmschen Widerstandes R des Ringpotentiometers, daß über einenrelativgroßenFrequenzbereichdie90°-Phasenverschiebung der beiden gleich großen Primärspeisespannungen der Übertrager nahezu konstant und der Eingangsscheinwiderstand reell ist. 2. Arrangement according to claim 1, characterized by such Choice of the size of the series capacitance, the coupling factors and the impedance values the transformer and the ohmic resistance R of the ring potentiometer that about a relatively large frequency range the 90 ° phase shift of the two equally large Primary supply voltages of the transformers almost constant and the input impedance is real. 3. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß am Ringpotentiometer n um 90° : n gegeneinander versetzte und gegeneinander isolierte Abgriffe vorgesehen sind, die n Spannungsvektoren abgreifen, welche sich geometrisch in dem durch die Anzahl n der Abgriffe gegebenen Verhältnis addieren. In Betracht gezogene Druckschriften: USA.-Patentschrift Nr. 2 371905; H. Meinke und F. W. Gundlach, Taschenbuch der Hochfrequenztechnik, Berlin, Göttingen, Heidelberg, 1956, S. 140 bis 142.3. Arrangement according to claim 1 and 2, characterized in that the ring potentiometer n by 90 °: n taps offset from one another and isolated from one another are provided are, tap the n voltage vectors, which are geometrically in the by the Add the number n of taps to the given ratio. Considered publications: U.S. Patent No. 2,371,905; H. Meinke and F. W. Gundlach, Pocket Book of High Frequency Technology, Berlin, Göttingen, Heidelberg, 1956, pp. 140 to 142.