DE847627C - Elektronischer Phasenschieber - Google Patents

Description

(WiGBl. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 25. AUGUST 1952

I He Eriindung bezieht sich auf ein Gerät zum Abgehen eines genau definierten Spannungsimpulses (Kette von Impulsen) in Abhängigkeit vom Auftreten eines Zeicheninipulses und in einer vorbestimmten und einstellbaren Zeit- oder Phasenbezieluing zum Zeicheninipuls. Solche Geräte sind für verschiedene Steuer- und .Xfeßzwecke und Rotationsvorgänge anwendbar. z. H. zur Bestimmung des Phasenwinkels und der Größe der Unwucht in Rotoren, für die Steuerung von Schweißvorrichtungen, Sehieberreglung l>ei Druckpressen, Spannungsreglern und für rotierende Stromumkeh rein richtungen, die Lichtl>ogenentladungsgefäße mit (iitter- oder Zündstiftsteuerung benutzen und andere Anwendungen, die auf periodisch wiederkehrenden Spannungsimpulsen beruhen.

Gegenstand der Erfindung ist die Schaffung von elektronischen Phasenschiel>ern der erwähnten Art. die in der Lage sind, eine zeitlich definierte Ausgaiiiisimpulskette von 1>estimmter Wellenform zu liefern, die eine viel geringere Abhängigkeit von dem Vorhandensein ungestörter Eingangsinipulse besitzt, wie es bei den bisher bekannten Geräten erforderlich ist. Es ist das Ziel der Erfindung, den zeitlich definierten Ausgangsimpuls praktisch unabhängig von jeder Unregelmäßigkeit in der Wellenform des Eingangszeichens zu machen und die Abgabe eines Ausgangsimpulses nur durch das Auftreten der Stirnfront des Zeichens zu steuern.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein elektronischer Verstärker zum Empfang und zur Verstärkung des Eingangszeichens mit einem elek-

tronisch gesteuerten Impulsgenerator verbunden, um einen scharfen Impuls definierter Amplitude und Breite und einer festen Phasenbeziehung zur Stirnfront des Zeichens zu erhalten. Der impuls, des Generators wird an einen elektronisch gesteuerten Verzögerungskreis gelegt, vorzugsweise vom Typ des Multivibrators (Kippgenerators) und die zeitlich bestimmte Ausgangsspannung wird einem zweiten Impulsgenerator zugeführt, um einen scha γιο fen Ausgangsimpuls definierter Amplitude und Breite zu schaffen^ dessen Phasenbeziehung zum Eingangszeichen durch die gewählte Zeiteinstellung des Verzögerungsikreises bestimmt ist.

Vorzugsweise wird die erwähnte Verstärkerstufe mit einem Phasenauswahl- und Röhrenkreis kombiniert, der die Umkehr oder Beibehaltung der Zeichenpolarität gestattet, und zwar abhängig davon, ob das ursprüngliche Zeichen die verlangte Polarität l>esitzt.

Es ist außerdem vorteilhaft, zwischen die Verzögerungsstufe und die folgende Impulserzeugungsstufe eine Differentierstufe zu schalten, um die rechteckige Wellenform der Ausgangsspannung der Verzögerungsstufe in positive und negative Impulsspitzen zu verwandeln, die für die ,Auslösung des Impulsgenerators geeigneter sind.

In den Zeichnungen sind mehrere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung dargestellt.

Fig. 1 zeigt das Schaltbild eines erfindungsgemäßen impulsformenden Phasenschiebers; in

Fig. 2 ist ein entsprechendes Blockschaltbild dargestellt, während

Fig 3 schematisch ein Beispiel typischer Ausgangsspannungen der entsprechenden Stufen des genannten Gerätes zeigt;

Fig. 4, 5 und 6 zeigen verschiedene Alwnderungen von einzelnen Stufen, die statt den in Fig. 1 gezeigten entsprechenden Stufen Anwendung finden können.

Zum Zweck der Darstellung eines vollständigen und ins einzelne gehenden Beispiels eines gemäß der Erfindung gebauten und mit Erfolg betriebenen Gerätes werden im nachstehenden in Klammern stehende Hinweise auf zahlenmäßige Widerstandswerte und Handelsbezeichnungen geeigneter Elektronenröhren gegeben. Selbstverständlich sind diese Bezugswerte nur beispielsweise gegeben und die zahlenmäßigen Werte sollen in erster Linie als Hinweis für die Größenordnungen dienen. Im allgemeinen ist eine richtige Bemessung der Impedanzgrößen, wie üblich, erforderlich, um günstigste Ergebnisse zvi erzielen. Die in Klammern gegel>enen Hinweise sind aus einem Phasenschiebernetzwerk, das für die Regelung des Sinuswellengenerators einer Ausrüstung für eine Auswuchtmaschine gebaut ist, entnommen und es ist offensichtlich, daß andere Anwendungsformen Parameterwerte, Röhren oder eine Verstärkerstufenzahl erfordern können, die verschieden ist von der der hier gegebenen Beispiele.

In Fig. ι sind die Eingangskiemimen des erfindungsgemäßen Gerätes mit 1 und 2 bezeichnet und die Ausgangsklemmen mit 3 und 4. Das Gerät wird von einer Gleichstromquelle konstanter Spannung gespeist, die bei 5 schematisch dargestellt ist. Die positive Spannungsschiene dieser Stromquelle ist mit 6 bezeichnet. Die negative Schiene 7 ist geerdet. Parallel zu den Eingangsklemmen 1, 2 ist eine Spannungsquelle oder ein Sender 10 geschaltet, der den durch das Gerät zu formenden Impuls liefert. 7" Diese Quelle kann aus einem Schwingungstonabnehmer, einem photoelektrischen Impulsgenerator, einem in seiner Drehzahl veränderbaren Wechselstromgenerator, oder irgendeinem anderen Gerät bestehen, das geeignet ist, eine Spannungsveränderung in Abhängigkeit von dem in Betracht zu ziehenden Effekt zu liefern.

Das erfindungsgemäße Gerät besteht (vgl. Fig. 2) aus einer Phasenauswahlstufe 20, einer Verstärkerund Schärfungsstufe 30, einer Differentierstufe 40, einer Impulsgeneratorstufe 50, einer regelbaren Zeitverzögerungsstufe 60, einer zweiten Differentierstufe 70 und einer Endimpulserzeugungsstufe 80. An die Ausgangsklemmen 3 und 4 ist ein Empfänger 90 angeschlossen, d. h. eine A^orrichtuiig, in weleher die geformten und richtig zeitlich gesteuerten Ausgangsimpulse aus den Klemmen 3 und 4 verwendet werden sollen.

Typische Beispiele von Ausgangswellen für die vorerwähnten Stufen sind jeweils bei 11, 2:, 31, 41, 51, 61, 71 und 81 (Fig. 3) schematisch dargestellt. Um ein Beispiel für eines der verschiedenen Anwendungsgebiete, für das das erfindungsgemäße Gerät geeignet ist, zu erwähnen, soll angenommen werden, daß die Primärquelle 10 des Eingangsimpulses ein Wechselstronidrehzahlgeber oder photoelektrischer Impulsgenerator ist zur Verwendung in einer Maschine zum dynamischen Auswuchten von umlaufenden Rotoren zur Erzeugung einer Bezugspannung von einer einstellbaren konstanten Phasenbeziehung zur Umdrehungszahl des zu untersuchenden Rotors. Zu diesem Zweck kann der Empfänger 90 aus einem elektronischen Sinuswellengenerator bestehen, dessen sinusförmige Ausgangsspannung einem Wattmetemießinstrument zugeführt wird. Eine derartige Auswuchteinrichtung ist als solche bekannt.

Im einzelnen ist die Eingangsklemme 1 des Gerätes gemäß Fig. 1 über einen Kondensator 22 mit dem Gitter einer Vakuumröhre 23 (6SN7) ver- no bunden, deren Anode über einen Widerstand 24 mit der positiven Schiene 6 verbunden ist, während die Kathode ül>er einen Widerstand 25 an der negativen Schiene 7 angeschlossen ist. Die Widerstände 24 und 25 haben annähernd gleiche Widerstandswerte (je 47 000 Ohm). Anode und Kathode der Röhre 23 sind durch die Kondensatoren 26 (0,01 //F) bzw. 2~j (0,01 //F) mit zwei Kontakten eines Wählschalters verbunden. Das bewegliche Kontaktstück des Schalters 28 ist über die Widerstände 32 und 32' (je ι Megohm) mit der negativen Schiene 7 verbunden und steht über den Widerstand 32' außerdem mit dem Steuergitter einer Pentode 33 (6 S j 7) der Verstärkerstufe 30 in Verbindung. Der Schalter 28 gestattet die Entnahme der Ausgangsspannung (21 in Fig. 3) aus der Stufe 20 entweder am Anoden-

widerstand 24 oder am Kathoden widerstand 25. Die Triode 2T₁ wirkt nicht als Verstärker, dient jedoch dazu, eine gewünschte Polarität zu gewährleisten ohne Rücksicht darauf, ob ein negatives oder positives Zeichen (11 in Fig. 3) dem Gitter der Röhre aufgedrückt ist. Hei dem dargestellten Gerät ist ein positiver Ausgang" erwünscht. Wenn ein negatives Zeichen dem (iitter aufgedrückt wird, erscheint das Zeichen umgekehrt am Anodenwiderstand 24 und dieser Ausgang ist verwendet. Wenn ein positives Zeichen dem (iitter zugeführt wird, erscheint es positiv am Kathodenwiderstand 2^, und jener Ausgang wird verwendet.

Die Verstärkerstufe 30 hat ausreichend Bestandteile oder Stufen, um ein positives Zeichen (31) von ausreichender Amplitude mit einer scharfen Wellenfront zu liefern. Hei der bevorzugten Ausführungsform besteht die Yerstärkerstufe aus zwei Röhren oder Röhrenabschnitten. obwohl mehrere Röhren verwendet werden können, sofern dies erforderlich ist. Die erste Verstärkerröhre 33, mit deren Steuergitter der Schalter 2S verbunden ist. ist eine Pentode. Ihre Anode ist über einen Helastungswiderstaud 34 (470000 Ohm) mit der Schiene 6 verbunden, während die Kathode über den Widerstand 35 (1500 Ohm) mit der Schiene 7 verbunden ist. Die Vorspannung für das Schirmgitter der Röhre 33 wird über einen mit der positiven Schiene 6 verbundenen Widerstand 3?) (2.2 Megohm) zugeführt. Das Schirmgitter ist mit einem Kondensator 37 (1 //F) zur Erdschiene 7 überbrückt. Die Anode der Röhre 33 ist über einen Kondensator 38 (0.01 //F) mit dem (iitter einer zweiten Verstärkerröhre 43 (6S 17) gekoppelt, das eine positive Vorspannung von der Schiene 7 über den Widerstand 39 (i Megohm) erhält. Die Rohre 33 wirkt als normaler Verstärker mit hohem \ erstärkuiigsgrad. Ihr Ausgang wird der Rohre 43 zugeführt, die das verstärkte Zeichen schärft, d. h. ihm eine sehr scharfe Wellenfront verleiht. Die Anode der R(ihre 43 ist über einen Widerstand 44 (470 000 ( )hm) mit der positiven Schiene 6 verbunden. Die Kathode der Röhre43 ist über einen Widerstand 45 (1500 Ohm) mit der Schiene 7 verbunden. Das Schirmgitterpotential wird von der Schiene (> über einen Widerstand 46 zugeführt und ist mit einem Kondensator 47 zur Erdschiene 7 überbrückt.

Die Rohre 43 ist normalerweise leitend. Die im Heispiel verwendeten Stromkreiskoniponenten sind so gewählt worden, daß die Rohre im Hereich ihrer normalen Stromwerte arbeitet. Das Potential des Steuergitters ist etwa "2 Volt positiv. Das Potential der Anode beträgt etwa 15 Volt. Das Schirmgitter hat ein positives Potential von etwa 70 Volt. Im Hetrieb wird, wenn ein Zeichen von ausreichend nega- j tivem Wert dem Steuergitter der Röhre 43 aufgedrückt wird, die Rohre verriegelt. Jn diesem Augenblick erhöht sich die Auodenspannung nahezu auf j den Wert der positiven Spannung an der Schiene 6.

Infolgedessen hat die Wellenform (41 in Fig. 3) an der Anode eine sehr steile senkrechte Front. Die Folge davon ist, daß die Röhre 43 in Verbindung mit der Verstärkerröhre τ,τ, das Wellenbild des Eingangszeichens von einer möglicherweise sehr unregelmäßigen Wellenform in eine verstärkte Welle von scharf begrenzter Wellenfront verwandelt. Die ('bereinstimmuug der letzteren Welle mit der ursprünglichen Zeichenwelle ist nur mehr bezüglich des zeitlichen ISeginns des Zeichens vorhanden.

Der Ausgang der vorbeschriebenen Verstärkungs- oder Schärfungsstufe 30 wird dem (jitter einer Vakuumröhre 53 (C)SX/) über die aus einem Kondensator 4S (IK) pF) und einem Widerstand 54 (1 Megohm) bestehende Differentierstufe 40 zugeführt. Diese Differentierstufe bewirkt die Formung der Ausgangsspannung der Röhre43 in Impulse von der allgemeinen Art, wie sie bei 51 in Fig. 3 gezeigt sind, so daß dem (jitter der Röhre 53 positive Zakken (spitze kurze Impulse) aufgedrückt werden, von denen der erste zeitlich mit der steilen Wellenfront 41 zusammenfällt.

Die Röhre 53 gehört zur impulsformenden Stufe 50. I )iese Stufe ist im wesentlichen ein Eintaktsperrgenerator. Die Röhre 53 ist sehr weit negativ vorgespannt, so daß sie normalerweise nichtleitend ist, bis ein positives Zeichen am Gitter sie leitend macht. Das Sperrspaimungspotcntial wird dem (iitter über den Widersrand 54 und einen Vorbelastungswiderstandskreis. bestehend aus den Kathoden widerständen 55 (470000hm) und 56 (ioooOhm). zugeführt. Der Widerstand 55 befindet sich in Parallelschaltung zu einem Kondensator ^^' (0,1 //F) und in Reihenschaltung mit einem Widerstand ~,γ (ο.22 Megohm) zwischen den Schienen 6 und 7. Die Sperrspannung (20 bis 50 Volt) ist groß genug, um zu bewirken, daß die Röhre 53 nur auf positive Eingangsspitzen oder steile positive Wellenfronten. wie sie vom Diflerentiernetzwerk 46. 54 geliefert werden, anspricht. Iu den Anodenkreis der Röhre 53 ist ein Transformator 5S geschaltet, dessen Sekundärwicklung auf das (jitter der Röhre 53 über einen Kondensator 5<; (270 pF) rückgekoppelt ist. Wenn ein am (litter empfangenes Zeichen die Röhre S3 leitend macht, wirkt der sich daraus ergebende Abfall der Anodenspannung über den Transformator auf das (iitter zurück und steuert das Gitter negativ, so daß die R("ihre schnell in den Ruhezustand zurückfällt. Auf diese Weise wird ein einziger positiver Impuls 51 am Heginn jedes positiven Gitterzeichens ausgelöst, worauf die Röhre ^$ bis zum Empfang des nächsten positiven Zeichens wieder nichtleitend wird. Die Ausgangsspannung S1 ist daher ein einziger scharfer Impuls von sehr kurzer Dauer, beispielsweise vim der Größenordnung von wenigen Millisekunden, wobei die Form und die Größe die- >es Ausgangsimpulses unabhängig von der Form der den Impuls auslösenden Zeichenspannung3 1 ist. Die Amplitude des Impulses kann durch die Wahl der Kreiskomponenten, beispielsweise der Kathodenwiderstände der Röhre 53 verändert werden. Was die zeitliche Steuerung anbetrifft, fällt der Impuls 51 mit der steilen Front der verstärkten Zeichenspannung 31 zusammen.

Die Ausgangsimpulse der Pulserzeugerstufe 50 werden der Yerzögerungsstufe 60 zugeführt. Hei der Ausführungsfonn der Fig. ι ist die Yerzögerungs-

stufe ein Kippkreiseines gewöhnlichen, kathodengekoppelten Kippschwingungserzeugers. Die Kathoden der Röhren 63 und 63' sind jeweils durch einen gemeinsamen Kathodenwiderstand 62 gekoppelt. Die Röhren können zu einer einzigen Doppeltriode (6 S N 7) kombiniert sein. Der Anodenkreis der Röhre 63 schließt einen mit einem veränderbaren Widerstand 65 (15 000 Ohm) in Reihe geschalteten Regelwiderstand 64 (20 000 Ohm) ein und einen unto veränderlichen Widerstand 65' (4700 Ohm); der Anodenkreis der Röhre 63' schließt einen Widerstand 66 (27 000 Ohm) ein. Das Gitter der Röhre 63' erhält eine positive Gittervorspannung durch einen Widerstand 166 und ist mit der Anode der Röhre 63 über die Anzapfung des Regelwiderstandes 64, einen Wählschalter 160 und eine Anzahl Wahlkondensatoren gekoppelt. Fünf solcher Kondensatoren sind mit 171 bis 175 bezeichnet. Diese Kondensatoren haben entsprechend abgestufte Kapazitätswerte, zwischen 0,05 /<F und 2360 pF. Daher kann die Anodengitterkopplung innerhalb des Kippschwingungserzeugers sowohl am Widerstand als auch durch die Wahl von Kapazitätswerteneingestellt werden. Das Gitter der Röhre 63 ist über einen Widerstand 67 (0,1 Megohm) mit einem aus den Widerständen 68 (39 000 Ohm) und 68' (0,24 Megohm) t>estehenden Spannungsteiler verbunden, der für eine konstante Gittervorspannung sorgt. Da die Röhre 63' infolge ihrer positiven Gittervorspannung normalerweise leitend ist, bewirkt der durch den Kathodenwiderstand 62 fließende Belastungsstrom der Röhre 63' über den Widerstand 62 einen Spannungsabfall, der ausreicht, um die Röhre 63 normalerweise nichtleitend zu halten.

Die dem Gitter der Röhre 63 aus der Schwingröhre 53 über einen Kondensator 69 (0,0 r kF) zugeführten Ausgangsimpulse 51 erhöhen die Gitterspannung ausreichend, um den Fluß des Anodenstromes einzuleiten, der einen Spannungsabfall ül>er die Widerstände 65', 65 und 64 hervorruft, so daß dem Gitter der Röhre 63' über den durch den Schal- ! ter 160 gewählten Kopplungskondensator ein ver- i mindertes Potential zugeführt wird und das Gitter j der Röhre 63' sofort durch ein negatives Potential gesperrt wird. In dem Augenblick, in dem der ; Strom durch die Röhre 63' zu fließen aufhört, fällt ! die Spannung ül>er den Kathodenwiderstand 62 ab. Dadurch wird die Röhre 63 voll leitend, während die Röhre 63' nichtleitend bleibt. Daraufhin lädt sich der Kopplungskondensator allmählich auf, so daß die Gitterspannung der Röhre 63' wieder in j Ül>ereinstimmung mit der exponentiellen Erhöhung der Spannung des Kopplungskondensators zunimmt. Daher wird die Röhre 63' wieder leitend und steuert das Gitter der Röhre 63 durch Zunahme des Spannungsabfalls über den Kathodenwiderstand 62 wieder ins Negative, so daß der ursprüngliche Zustand wieder hergestellt ist.

Aus der l>eschriebenen Wirkungsweise des Kippgeneratorkreises ergibt sich, daß das Umschalten oder der Kippvorgang zwischen den Röhren 63 und 63' in einem Zeitpunkt eintritt, der dem des Auslösezeichens um einen Zeitraum nacheilt, der durch die Parameter des kapazitiven Anodengitterkopplungskreises l>estimmt ist. Infolgedessen wird die zeitliche Xacheilung des Schaltzeitpunktes durch den Wert der gewählten Kapazität und durch die Einstellung des Regelwiderstandes 64 und durch die Werte oder Widerstandsgrößen der anderen Widerstände im kapazitiven Entladungskreis bestimmt. Die Ausgangsspannuug der \^Terzögerungsstufe zwischen der Anode der Röhre 63 und der gemeinsamen negativen Schiene 7 hat eine rechteckige Wellenform, wie beispielsweise bei 61 in Fig. 3 dargestellt. Der Zeitpunkt des Auftretens der steilen Front α der Rechteckwelle 61 wird bestimmt durch die einzelnen Zeichenimpulse 51 von der vorhergehenden impulsbildenden Stufe. Wenn daher der Impuls 51 bei einer konstanten Frequenz auftritt, behalten die entsprechenden Fronten α und h einen konstanten Zeitabstand l>ei. Die Zeitsteuerung oder Phasenlage der Zwischenfront c in bezug auf die Front α wird jedoch durch die Umschaltfähigkeit in der Zeitverzögerungsstufe l>estimmt und kann daher in jeder Richtung in bezug auf die Wellenperiode in Abhängigkeit von der gewählten Einstellung der Verzögerungsstufe, wie im vorstehenden erwähnt, verschoben werden.

Die Anode der Röhre 63 ist mit dem Gitter der Röhre 83 (6 S X 7) der Endpulserzeugungsstufe go durch einen Kondensator 76 gekoppelt. Diese kapazitive Kopplung stellt die obenerwähnte Differentierstufe 70 dar. Ihre Wirkung ist die Umsetzung der Ausgangsspannung der Verzögerungsstuf e in Impulse der bei 71 in Fig. 3 gezeigten Art, so daß dem Gitter der Röhre 83 negative und positive Zacken aufgedrückt werden. Die negativen Zacken a' und b' fallen mit der Front α bzw. b der Rechteckwelle 61 zusammen und iha.beη daher ein festes Zeitverhältnis zu den Impulsen 51 oder den Fronten der Zeichenspannung 1 r. Die positive Spitze c des Impulses 71 fällt mit der Flanke c der Rechteckwelle 61 zusammen und hat daher eine in bezug auf die positive Spitze α' oder // verstellbare Phase.

Die Endimpulserzeugungsstufe 70 besteht aus einem Eintaktsperrgenerator und ist der Impulsgeneratorstufe 50 ähnlich. Die Sperrspannung für die Röhre 83 wird durch einen Gitterwiderstand 84 (0.1 Megohm) und zwei Kathodenwiderstände 85 (13 000 Ohm) und 86 (1 100 Ohm) geliefert, \vol>ei no der Widerstand 85 parallel zu einem Kondensator 85' (0,1 /(F) und in Reihe mit einem Widerstand ^y (0,22 Megohm) zwischen den Schienen 6 und 7 geschaltet ist. Der Anodenkreis der Röhre 83 schließt einen Transformator 88 ein, dessen Sekundärwicklung über einen Kondensator 89 (2000 pF) auf 'das Gitter rückgekoppelt ist. Die Wirkungs\veisc dieses Sperrgenerators ist ähnlich der der Impulsgeneratorstufe 50. Infolgedessen sind die dem Gitter der Röhre aufgedrückten Zacken α' und b' des Impulses 71 unwirksam, so daß nur der positive Zacken c' den Oszillator auslöst und daher die Aussendung eines einzigen Impulses von bestimmter Amplitude und Breite, wie bei 81 in Fig. 3 l>eispielsweise dargestellt, verursacht. Dieser Impuls wird über die Ausgangsklemmen 3, 4 dem Empfangsgerät 90 durch

irgendeine geeignete Kopplungsvorrichtung, beispielsweise durch den Kopplungskondensator 92 (0,01 //F) aufgedrückt.

Aus dem Vorstehenden ergibt sich, daß der Eintaktausgangsimpuls 81 des derates durch die Front des Eingangszeichens 1 1 ausgelöst wird, jedoch von irgendeiner Unregelmäßigkeit in der Wellenform des Eingangszeichens nicht l>eeinrlußt wird und daß dem Ausgangsinipuls jede gewünschte Verzögerung in iR'zug auf die Front des Eingangszeichens gegeben werden kann durch eine entsprechende Einstellung der Verzögerungsstufe des Gerätes. Das Gerät wirkt also als genauer Phasenschieber. Wenn z. B. der Empfänger QO ein Sinuswellengenerator ist und der Sender ein photoelektrischer Gel>er, der zur Ausrüstung für das Auswuchten von Rotoren gehört, dann hat die unter der Steuerung durch den Ausgangsimpuls 81 erzeugte Sinuswelle ein genaues l'hasenverhältnis zu den vom Gel>er wiederkehrenden Zeichenimpulsen und dieses Phasenverhältnis kann durch Einstellung der Verzögerungsstufe gewählt und verschoben werden.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Phasenschiel >ers ergel>en sich aus einem kurzen Vergleich mit vergleichbaren l>ekannten Geräten. Bei den bekannten elektronischen Phasenschiebern wird das Eingangszeichen zuerst verstärkt, um eine ausreichend hohe und steile Front zu erhalten und das verstärkte Zeichen wird dann durch einen Begrenzerkreis geschickt, so daß sich eine Art von Rechteckwellenfor 111 ergibt. Diese Axt Signal wird dann einer Phasenverschiebung unterworfen und gegebenenfalls zur Steuerung oder Auslösung des Empfangsgerätes verwendet. Ein solcher Phasenschiel>er erfordert einen verhältnismäßig saul>eren Eingangsimpuls, um einen zuverlässigen und genauen Betrieb zu gewährleisten, da in der Eingangswelle nach ihrer Anfangsfront auftretende tiefe Einbuchtungen wie ein n-eues Zeichen wirken und daher den Betrieb stören können.

Außerdem ist die Art der Phasenverschiebung von begrenzter Genauigkeit und l>egrenzt den Bereich, wenn das Eingangszeichen eine sich stark verändernde Amplitude hat. Dies ist der Tatsache zuzuschreil >en. daß, während der Begrenzerkreis eine konstante Amplitude des modifizierten, d. h. abgeschnittenen Zeichens gewährleisten kann, die Steilheit und Breite des abgeschnittenen Zeichens sich mit den sich verändernden Amplituden des Eingangszeichens verändert und sich die Breite des abgeschnittenen Zeichens über einen wesentlichen Betrag von Winkelgraden im Vergleich zum Gesamt-Iwreich (360°) einer Ar1>eitsperiode erstreckt. Die veränderliche Breite des abgeschnittenen Zeichens Ijeeinträchtigt die Genauigkeit der Phaseneinstel- ^!

lung, und die verhältnismäßig große Breite des ol>eren Rechtecks des abgeschnittenen Zeichens be- | grenzt das Ausmaß der erreichbaren Phasenverschiebung, so daß Verschiebungen von mehr als i8o° und bis nahe an 360⁰ schwer oder nicht zweckmäßig einstellbar sind. Im Gegensatz dazu und wie im vorstehenden erwähnt, werden die der Verzögerungs- j stufe und die dem Ausgangskreis des erfindungsge- | mäßen Gerätes zugeführten Impulse durch getrennte ■ Inipulsgeneratoren unabhängig von der Wellenform des Eingangszeichens erzeugt und haben immer eine genau bestimmte und genau einstellbare Impulsform von sehr geringer Breite. Infolgedessen werden die durch die abgeschnittenen Rechteckwellen bedingten Ungenauigkeiten und Begrenzungen der Phasenverschiebung vermieden und eine sehr stabile Verzögerung wird gewährleistet. Insljesondere gestattet die außerordentliche Schärfe der von den impulsbildenden Stufen ausgesendeten Impulse ohne Schwierigkeit eine genaue Phasenverschiebung von mehr als 180" bis nahe an 360⁰ und sind daher in dieser Beziehung den bekannten Geräten weit überlegen.

Die ol>en lieschriebene Ausführungsform der Erfindung stellt eine l>evorzugte Anordnung dar, wol >ei die einzelnen Stufen des Gerätes durch andere geeignete Kreiselemente modifiziert und ersetzt werden können. Beispielsweise kann eine oder die beiden Inipulsgeneratorstufen 50, 80 eine vorgespannte Gastriode hal>en, bei welchem zwischen Anode und Kathode ein Kondensator geschaltet ist. Ein Beispiel einer solchen modifizierten Generatorstufe ist in Fig. 4 dargestellt. Eine Gastriode 103 ist mit ihrer Anode ü1>er einen Widerstand 104 mit der positiven Schiene 6 verbunden. Die Kathode ist über einen Widerstand 105 mit der negativen Schiene 7 verbunden. Ein Gitterwiderstand ist mit 106 bezeichnet. Ein Kondensator 107 ist in den Anodenkreis geschaltet. Der Kondensator 107 wird ursprünglich durch die Speisespannung aus den Schienen 6 und 7 auf einen hohen Wert geladen. Wenn ein positives Zeichen (31 oder c in 71 in Fig. 3) dem Gitter zugeführt wird, wird die Röhre leitend, der Kondensator 107 entlädt sich, und die Spannung an der Anode erhält einen solchen Wert, daß die Röhre keine Ionisation gestattet. Die Röhre wird dann abgeschaltet, bis die Ladezeitanteile des Kondensators genügend wirksam geworden sind. Die Ausgangsspannung dieses Kreises ist ein kurzer Impuls ähnlich dem Impuls 51 oder 81 in Fig. 3.

Die Verzögerungsstufe 60 kann als Kippgenerator, wie beispielsweise in Fig. 5 dargestellt, ausgeführt werden. Der Schwingkreis ist mit einer Fünfgitterröhre 113 (6 S A 7) ausgerüstet, deren Gitter mit den Bezugsziffern 114 bis 118 bezeichnet sind. Das Steuergitter 116 ist mit der vorhergehenden impulsbildenden Stufe über einen Kondensator 119 ge- n₀ koppelt, welcher, was seinen Anschluß betrifft, dem Kondensator 69 in Fig. 1 entspricht. Eine konstante Gittervorspannung wird dem Gitter 116 von einem aus den Widerständen 120 und 121 bestehenden Spannungsteiler zugeführt. Der Gitterkreis für das n₅ Steuergitter 116 schließt auch einen Kathodenwiderstand 122 ein, so daß die sich ergebende Gitterspannung auch von dem über den Kathodenwiderstand durch den Stromfluß im Lastkreis verursachten Spannungsabfall abhängt, wobei der erwähnte Lastkreis auch einen Anodenwiderstand 123 einschließt. Das Steuergitter 114 erhält eine positive Vorspannung über einen Widerstand 124 und ist durch einen Kondensator 125 mit der Anode gekoppelt. Die Schirmgitter 115 und 117 werden durch einen aus den Widerständen 126 und 127 gebildeten Span-

nungsteiler vorgespannt, wobei das Bremsgitter 118 mit der Kathode verbunden ist.

Das Gitter 114 gestattet infolge seiner positiven Vorspannung normalerweise den Elektronenfluß von der Kathode, während das Gitter 116, das normalerweise negativ vorgespannt ist, den Fluß daran hindert, die Anode zu erreichen, so daß die Elektronen durch die Gitter 114 und 115 gesammelt werden und der Strom im Anodenwiderstand 123 normalerweise ο ist. Daher kann man sich den Anodenteil des Röhrenkreises als eine normalerweise ausgeschaltete Röhre und den Kathodenteil als eine normalerweise eingeschaltete Röhre vorstellen, die den Röhren 63 bzw. 63' des in Fig. 1 gezeigten Kippgenerators vergleichbar ist.

Wenn ein positiver Impuls am Steuergitter 116 ankommt, der dieses Gitter auf Einschaltung steuert, erhält ein Teil des Elektronenflusses von der Kathode Zugang zur Anode. Dies verursacht über dem Anodenwiderstand 123 einen Spannungsabfall, der den Kopplungskondensator 125 auflädt und daher die Spannung am Steuergitter 114 in Ül>ereinstimmung mit der Zeitcharakteristik des kapazitiven Kopplungskreises vermindert.

Als Folge davon fällt die Spannung des Gitters 114 unter den Ansprechpunkt, so daß der gesamte Entladungsweg nichtleitend wird, bis die nachfolgende Entladung des Kondensators 125 das Gitter 114 wieder über den Ansprechpunkt erhebt. Damit ist der ursprüngliche Zustand der Röhren bis zum Eintreffen eines weiteren positiven Zeichens am Gitter 116 wieder hergestellt. Der Betrag der Verzögerung in bezug auf den Zeitpunkt des Eintreffens des Zeichenimpulses hängt von den Zeitkonstanten der Röhrenkreise, insbesondere von denjenigen des kapazitiven Kopplungskreises ab und kann durch Veränderung der Vorspannung am Gitter 116 mittels eines Regelwiderstandes 121 verstellt werden. Die so erzielbare Veränderung in der Zeitsteuerung oder Phasenverschiebung ist im wesentlichen eine lineare Funktion der verstellbaren Gittervorspannung für Zeichenimpulse mit. konstanter Amplitude, Eine weitere Ausführungsform der Verzögerungsstufe 60, die statt der in Fig. 1 gezeigten Anordnung anwendbar ist, ist in Fig. 6 in Verbindung mit Elementen der nachfolgenden Differentier- und Impulsgeneratorstufe dargestellt. Die Verzögerungsstufe gemäß Fig. 6 ist ein Kippgenerator im wesentlichen von derselben Art wie der in Fig. 1 gezeigte. Daher entsprechen die Röhren 163 und 163' den Röhren 63 und 63' der Fig. 1 und die in den Fig. 1 und 6 mit den gleichen Bezugsziffern !^zeichneten Kreiselemente sind einander gleich und in entsprechender Weise miteinander verbunden. Zum Unterschied von Fig. ι wird jedoch ein einziger Kondensator 167 in der Ausführungsform der Fig. 6 zur Kopplung des Gitters der Röhre 163 mit der Anode der Röhre 163' verwendet. Der Anodenwiderstand 169 der Röhre 163 in Fig. 6 hat einen festen Wert und das Gitter der Röhre 163 in Fig. 6 erhält eher eine verstellbare als eine konstante Vorspannung vom Potentiometer 168, das die Stelle der Widerstände 68 und 68' der Fig. 1 einnimmt.

Was nun die Wirkung bezüglich der Zeitverzögerung und Phasenverschiebung der in Fig. 6 gezeigten Anordnung betrifft, so ist diese ähnlich der in Fig. ι gezeigten V^erzögerungsstufe mit der Ausnahme, daß die Verzögerung nicht durch eine Veränderung in der Anodengitterkopplung zwischen den Röhren 163 und 163' eingestellt wird, sondern durch die Einstellung der konstanten Gittervorspannung an der Röhre 163 am Regelwiderstand 168. Wenn die Vorspannung am Regelwiderstand 168 vermindert wird, wird der Strom in der Röhre 163 während des Kippgeneratorimpulses vermindert. Die Folge davon ist, daß die Anodenspannung der Röhre 163 während des Impulses höher und die Kathodenspannung niedriger wird. Das exponentiell« Ansteigen der Gitterspannung der Röhre 163 beginnt daher bei einer höheren Spannung und endet bei einer niedrigeren Spannung und die Ausschaltzeit der Röhre 163' wird verringert. Der Kippgenej ratorimpuls wird daher durch die abnehmende Yorspannung am Gitter der Röhre 163 kürzer und durch das Ansteigen dieser Spannung länger.

Da die erfindungsgemäßen Geräte, wie erwähnt, geeignet sind, einen genau bestimmten und wahlweise zeitlich gesteuerten Ausgangsimpuls in Abhängigkeit von Eingangsimpulsen von irgendwelchen SeIl)St stark unregelmäßig eingehenden Impulsen zu liefern, kann solch ein Gerät mit verschiedenen Arten von Impulsgebern oder Generatoren ohne Rücksicht auf die besondere Spannungs-Zeit-Kennlinie des gelieferten Impulses l>etrieben werden. S Solche Geräte sind für das Studium jeder Phase j einer Schwingungs- oder periodischen Erscheinung j geeignet. Weiterhin kann bei vielen Anwendungsformen eine genaue Untersuchung jeder Phase einer umlaufenden Bewegung stattfinden, auch wenn sie von einem einfachen Schwingungsgeber eingeleitet wird.

Das Gerät kann ohne weiteres als Präzisionszeitmeßvorrichtung verwendet werden durch Vergleichen des Zeitpunktes des Auftretens der Ausgangsimpulse (51 und 81) aus der ersten und letzten impulsbildenden Stufe. Diese Art einer Präzisionssteuerung gestattet eine auf Mikrosekunden genaue zeitliche Festlegung über einen weiten Frequenzibereich einschließlich der 60 Perioden- oder anderer Netzfrequenzen. Das Gerät kann beispielsweise auf alle Vorrichtungen Anwendung finden, die eine schnell wiederkehrende Zeitsteuerung oder Kreisperiode erfordern, wie z. B. die Steuerung von Gastrioden oder Zündstiftgefäßen in Schweißmaschinen mit Spezialgleichrichtern. Um die zeitliehen Steuervorgänge dieser Art zu erleichtern, ist die erste Tnpulsgeneratorstufe 50 vorzugsweise mit einer von außen zugänglichen Ausgangsklemme ausgerüstet. Bei der Ausführungsform der Fig. 1 ist eine solche mit 8 Ix-zeichnete Klemme mit der Kathode der Röhre 53 verbunden. Es ist dann möglich, den Ausgangsimpuls über die Klemmen 3 und 4 mit dem Ausgangsimpuls über die Klemmen 8 und 4 beispielsweise mittels eines Komparators oder Mischnetzwerkes, wie für solche Zwecke üblich, zu vergleichen.

Aus ck'i" vorangehenden Beschreibung ist ersicht-1 icli. dal.S die Ertindur.g einen elektronischen Phasenschieber für wiederkehrende Impulse darstellt, (kr eine genaue Verschiebung des Ausgangsimpulses in bezug auf den Zeitpunkt des Eintreffens des Eingangszeie'heiis um einen Betrag bis über iSo und vi-cl näher an einer vollen PeriodeiiVerschielmng, (1. li. um 3C)O ermöglicht, als es mit den bekannten Geräten dieser Art möglich war. Die Vorrichtung

ίο ist geeignet für die Zeitsteuerung schnell wiederkehrender Erscheinungen, /.. 15. von einer Frequenz von 2O Perioden pro Sekunde und noo Perioden pro Sekunde und mehr und kann zwei vorbestimmte und genau festgelegte Zeitsteuerungsimpulse in Abhängigkeit von eil.em Eiiigaiigszeiehen aussenden, wobei ein Impuls ein festes 1 Miasenverliältnis zum Zeichen hat und der andere über einen weiten Bereich der Arbeitsperiode genau phasenverstellbar ist.
Die Vorrichtung kann als elektronischer Phasenschieber für Rotorausw uchteinrichtungen zur Sicherung eines genau einstellbaren Phasenverhältnisses zwischen einem Sinuswellengenerator und einer a.ndereu periodisch arbeitenden Komponente der Hinrichtung und einem durch die l/mdrehung oder Schwingung des auszuwuchtenden Rotors gesteuerten Eingangszeichen verwendet werden. Sie stellt einen Phasenschieber dar. der bei hohen Rotordrehzahlen bis zu 30 000 L/min oder 36 000 LYmiu (600 l'/sec) oder hoher zuverlässig arbeitet, selbst wenn das Eingaiigszcichen von einer Photozelle oder einem Schwingungsgeber mit stark unregelmäßiger Ausgang■ !Charakteristik geliefert wird.

Claims (7)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   i. Elektronischer Phasenschieber für Meß- und Regeleinrichtungen mit periodisch wiederkehrenden Spannungsimpulsen unter Verwendung eines mit Eingangsklemmen zur Aufnahme eines Zeichens ausgerüsteten Verstärkers (30) und eines Ausgangskreises zur Lieferung einer verstärkten Ze ich en spannung, gekennzeichnet durch einen Impulsgenerator (5«), der mit diesem Ausgaugskreis zur Auslösung durch die erwähnte verstärkte Spannung verbunden ist, um einen ersten Impuls von gegebener Phasenlage in bezug auf das Zeichen zu liefern, eine verstellbare Zeitverzögerungsstufe (60), die mit dem erstgenannten Impulsgenerator verbunden ist, und einen zweiten Impulsgenerator (So), der mit der Verzögerungsstufe verbunden und mit Ausgangsklemmen ausgerüstet ist, um an diesen Ausgangsklemmen einen weiteren Impuls zu liefern, dessen Phaseiiverhältnis zum ersten Impuls von der Einstellung der Verzögerungsstufe abhängt.
2. 2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dal.i die Zeitverzögerungsstufe (60) Röhreukreise (03, 63') umfaßt, um in Abhängigkeit vom ersten Impuls eine Spannungswelle zu liefern, wobei diese Kreise verstellbare Elemente (160, 64) haben, um den Xulldurchgang dieser Spannungswelle in bezug auf die erwähnte Phasenlage einstellbar zu verzögern, und daß eine Differentiereinriehtung (70) mit der erwähnten Zeitverzögerungsstufe verbunden ist, um fliese Welle (61) in eine Spamiungsspitze (71) zu verwandeln, die dem erwähnten zweiten Impulsgenerator (80) zugeführt wird.
3. 3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingangskreis des Verstärkers (30) mit einer elektrischen Phasenauswahlstufe (20) verbunden ist, die einen Eingangskreis (1, 2) zur .Aufnahme eines Zeichens und einen Ausgangskreis mit einem Wählschalter (2S) aufweist, um das Zeichen in einer bestimmten Polarität auf den \^Terstärker zu übertragen.
4. 4. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitverzögerungsstufe (60) einen Rechteckwellenkippgenerator (63, 63') einschließt, dessen Ausgangswelle (61) durch einen I )irrercntierkreis (70) in positive und negative Spitzen umgeformt wird, und der zweite Impulsgenerator (So) so beschaffen ist, dal.i er durch Spitzen (c"') d-er einen, mit den XV.lldurchgängeii (r) der Spannungswelle (61) zusammenfallenden Polarität ausgelöst wird und einen weiteren, mit diesen Xulldurehgängen (c) zusammenfallenden Impuls (Si) liefert.
5. 5. Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechteckwelknkippgenerator (^3· ^3') ^aus einem kathodengekoppelten Kippgenerator bestellt, der einen mit dem ersten Impulsgenerator (50) verbundenen Eingangsgitterkreis (68, 69) hat und Mittel (64, 171) zur Einstellung der Gittervorspannung aufweist, um den Xulldurchgang der Rechteckwelle (61) einstellbar zu verzögern.
6. 6. Gerät nach Anspruch 5. dadurch gekennzeichnet, daß der Kippgenerator eine normalerweise ausgeschaltete Röhre (63) und eine normalerweise eingeschaltete Röhre (63') aufweist, die je mit einer Kathode, einer Anode und einem Gitter versehen sind, wobei die Kathoden einen gemeinsamen Kathodenwiderstand (62) haben und das (litter der normalerweise ausgeschalteten Röhre mit dem ersten Impulsgenerator (50) verbunden ist, so daß sie in Abhängigkeit von einem von diesem Generator (50) gelieferten Impuls (51 ) ausgelöst wird, während eine veränderliche Kapazität (171) die Anode der normalerweise ausgeschalteten Röhre (63) mit dem (jitter der normalerweise eingeschalteten Rohre (63') koppelt, wodurch der Kippgenerator eine Recht- ng eckwelle (61) erzeugt, deren mittlerer X^Tulldurchgang in bezug auf diesen Impuls um einen Betrag verzögert wird, der von der Einstellung des Kopplungskreises (64, 171) abhängt.
7. 7. Gerät nach den Ansprüchen r bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Inipulsgeneratoren (50, So) Sperrschwinger sind.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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