163594. lajstromszámú szabadalom • Nagy frekvenciatartományban ellenállásváltozással lineárisan arányos periódusidő - változást biztosító RC-oszcillátor (lineáris "ellenállás-periódusidő" átalakító
163594 5 A találmány tárgyát képező oszcillátor teljes áramköri rajza a 3. ábrán látható. Az R2 ellenállást e tulajdonképpeni transzducerellenállás közvetlenül is képezheti, de változtatható belső ellenállású elektroncső- vagy tranzisztor alakban is kivitelezhető. Ez esetben a mérendő mennyiséggel kapcsolatos 4 transzducer vezérli úgy, hogy a mérendő mennyiség és az R2 változásai közötti összefüggés lineáris legyen (a különböző lehetséges áramköri megoldásokat a későbbiekben tárgyaljuk). Az R2 vezérlőellenállás változásai, s az ezeknek megfelelő frekvenciaváltozások közötti lineáris összefüggésnek az Rx=R2 feltételét a következő áramköri megoldás biztosítja. Mint ez a (3) képletből következik, a frekvenciabeállító Rx —Q—R 2 —C 2 lánc csillapítása rezgésfrekvencián y=3, ha R!=R2 és C^Q (és csakis ebben az esetben). Az adott áramkörnek ezt a sajátosságát fel lehet használni az Rx ellenállásnak olyan automatikus szabályozására, ami az R2 ellenállás bármilyen változása esetén biztosítja a megfelelő lineáris periódusidő-változás RX =R 2 alakban definiált feltételét. Ebből a célból (3. ábra) az áramkörrel párhuzamosan egy valós ellenállásokból álló, csak az erősítő (illetve transzformátor) kimenetét terhelő osztót alkalmazunk, melynek tetszőleges nagy pontossággal beállítható osztási együtthatóját r 1 K = —— , azaz K = — = 0,33 értékre állítjuk fi+r2 y be. A frekvenciabeállító lánc leföldelt pontja és az rl5 r 2 osztó kimenete között megjelenő U vez vezérlőfeszültséget használjuk fel egy 2. erősítő és 3. detektor közbeiktatásával az Rx ellenállást képező, bármilyen formában megoldott elektroncsöves, vagy tranzisztoros áramkör vezérlésére. Ez az automatikus vezérlőrendszer úgy változtatja az R1 ellenállás értékét, hogy beálljon az R!=R2 vagyis y=3 állapot : értelemszerűen ebben — és csakis ebben — az esetben a vezérlőfeszültség 0-ra redukálódik, Uvez = =0, mert y0 = — = 3 (y0 és K 0 — a frekvenciabeállító lánc csillapítása és az rls r 2 osztó osztási együtthatója). A szükséges vezérlőfeszültséget a Tr 1 transzformátor szekunder tekercsének 1/3 kivezetéséről is biztosíthatjuk: ez esetben nincs szükség az rl5 r 2 osztóra, viszont figyelembe kell venni a szórt induktivitást, s más tényezőknek az áttétel n=l/3 pontos beállíthatóságára gyakorolt esetleges zavaró hatását. Ennek a megoldásnak értékes tulajdonsága még az is, hogy a vezérlőfeszültség egyik pontja földelt, s így nincs szükség differenciál-bemenetű erősítőre, melynek az R2 ellenállással párhuzamosan kapcsolt bemeneti ellenállása söntölné az előbbit, s ez aránylag nagy R2 értékeknél a periódusidő-változás linearitásának a torzításához, vagyis méréshibához vezetne (3. ábra, 2 erősítő). A vezérlőáramkörben alkalmazott 3 detektort célszerű fázisérzékeny formában kivitelezni (FÉD): ez minimumra csökkenti, illetve kizárja az Uvez vezérlőfeszültségben — alapharmonikuson Uvez =0 esetben is — komponensként jelen levő második, s többi felharmonikusnak a szabályozásra gyakorolt zavaró, s a lineáris periódusidő-változást torzító hatását. 6 A 3 fázisérzékeny detektor (FÉD — lásd 3. ábra) referenciafeszültsége Uref az oszcillátor kimenetéről könnyen biztosítható. A detektor kivitelezésénél figyelembe kell venni 5 még egy fontos tényezőt: azt, hogy az Rt (és R 2 ) ellenállás értéke a rezgésfrekvencia periódusidejének megfelelő T = — időtartam alatt nem változhat, mert ez jeltorzításhoz és parazita frekvenciamodulációhoz vezetne. Mivel az Rx (és R 2 ) ellenállást — akár csöves, akár tranzisztoros áramkör megvalósítása esetében — a detektor kimenetéről kapott egyenfeszültség vezérli, a fent említett okok miatt a megfelelő szűrés biztosítása érdekében a 15 detektor kimeneti időállandójának (T=RC) nagyságrendekkel nagyobbnak kell lennie a gerjesztett frekvencia T periódusánál. (T^50—100 T). Ez az időállandó f= (100—1000) Hz frekvencia alkalmazásánál T = (0,1—1) sec. nagyságrendű, s erősen korlátozza a műszer felhasználhatóságát, ha a mérendő mennyiségek aránylag gyorsan változnak. Ilyen indokolt esetekben a probléma magasabb frekvenciatartományok alkalmazásával oldható meg (pl. 10—100 kHz-ig). Mint már említettük, a tulajdonképpeni R2 vezérlőellenállást nemcsak közvetlenül a transzducer mérendő mennyiség által vezérelt belső ellenállása képezheti, hanem például egy vezérelhető belső ellenállású elektroncső vagy tranzisztor is. Az első megoldás nem célszerű, mert a transzducerellenállás rendszerint kis relatív értékű változásai közvetlen kapcsolás esetén csak arányosan kis frekvenciaváltozást I-7-= 10~3 -5-10 _6 j 35 váltanak ki, s az átalakító (oszcillátor) érzékenysége így nem elégséges. Az érzékenység lényegesen megnövelhető a másik megoldás segítségével: az R2 vezérlőellenállást egy olyan 4 áramkör kimeneti ellenállásával helyettesíthetjük (3. ábra), amely a 40 transzducerellenállás kis relatív értékű (10-3 —-10 -6 ) változásait az említett kimeneti ellenállás nagy relatív értékű (300—400%-os) változásaivá transzformálja lineárisan. Ez a probléma könnyen megoldható például egy általánosan ismert hídkompenzá-45 ciós elven működő relatív-ellenállásváltozás sokszorozó segítségével, ezért itt részletesen nem tárgyaljuk. Előzetes számítások szerint a relatív-ellenállásváltozás sokszorozó és a találmány tárgyát képező megoldás együttes alkalmazása lehetővé teszi egy 50 nagyérzékenységű, hozzávetőlegesen 0,1 % nagyságrendű pontosságú „ellenállás-periódusidő" típusú lineáris átalakító kivitelezését. A kifejlesztett villamos modell alátámasztja a számításokat. A találmány alapját képező elv alkalmazható más 55 olyan — a fentebb ismertetettektől eltérő — fázistoló áramköröket felhasználó oszcillátorok esetében is, ahol a működéshez szükséges fázistolást biztosító áramkör vezérlőelemei (ellenállásai, esetleg kapacitásai vagy induktivitásai) a találmány felhasz-60 nálása nélkül nem lennének egyidőben leföldelhetők (Például T- vagy dupla T-híd, többtagú RC-lánc, stb). Frekvenciabeállító elem minőségben természetesen elképzelhető nemcsak valós ellenállás („R"), hanem induktivitás, vagy kapacitás is (eset-65 leg elektronikusan vezérelt kivitelezésben). 3
