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Schaltungsanordnung zum Erzeugen eines Regelsignals
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zum Erzeugen eines Regelsignals in Abhängigkeit von einem Phasenunterschied zwischen einem nahezu rechtwinkligen Impuls- und einem sägezahnförmigen Signal, welche Anordnung mindestens zwei Scheitelgleichrichter mit ihren zugehörenden Schaltelementen enthält, wobei die Summe der beiden Vergleichssignale einem und die Differenz dem andern Gleichrichter zugeführt wird.
Eine solche Vorrichtung wird unter anderem als Phasendetektor in einem Fernsehempfänger verwendet, wobei das impulsförmige Signal das Synchronisiersignal ist, das aus dem Videosignal erhalten wird, während das sägezahnförmige Signal aus einem dem Ortsoszillator entstammenden Signal abgeleitet wird. Das erzeugte Regelsignal wird zur Nachregelung des Ortsoszillators benutzt.
Dabei wird, wenn ein nahezu rechtwinkliger Impuls auf eine steile Flanke des sägezahnförmigen Signals überlagert wird, sowohl der während der Dauer eines Impulses auftretende Wert des Summen- als auch der des Differenzsignals eine Neigung aufweisen, die sich nahezu parallel zu der erwähnten Flanke erstreckt.
Der Schaltungsanordnung nach der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass diese Konfiguration von Summen- und Differenzsignal eine Änderung des erzeugten Regelsignals bei einer lange dauernden Änderung der Impulsdauer des impulsförmigen Signals, z. B. infolge Änderungen auf der Senderseite, mit sich bringt, ohne dass der Phasenunterschied zwischen den beiden Signalen sich ändert. Dies bedeutet, dass der Ortsoszillator unnötig nachgeregelt werden würde.
Um dies zu verhüten, ist die Schaltungsanordnung nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorgesehen sind, durch welche die zugeführten rechtwinkligen Impulse derart in Impulse, die zwischen ihrer Vorderund Hinterflanke eine gleichmässig zunehmende und/oder abnehmende Amplitude besitzen, verformt werden, dass sowohl der Maximalwert des Summen- als auch der Minimalwert des Differenzsignals jeweils die beiden Gleichrichter in demselben Augenblick leitend machen.
Eine mögliche Ausführungsform der Schaltungsanordnung nach der Erfindung wird an Hand der Figuren näher erläutert.
Dabei zeigt Fig. 1 einen an sich bekannten Phasendetektor, die Fig. 2 und 3 dienen zur Erläuterung der Wirkungsweise und der Nachteile des Phasendetektors nach Fig. 1, die Fig. 4, 7 und 9 zeigen erfindungsgemäss verbesserte Phasendetektoren und die Fig. 5,6 und 8 dienen zur Erläuterung der Phasendetektoren nach den Fig. 4,7 und 9.
Nach Fig. 1 wird das aus dem Videosignal abgeleitete, impulsförmige Synchronisiersignal 1 über den Transformator 2 dem eigentlichen Phasendetektor zugeführt, der aus dem Gleichrichterelement 3 mit dem zugehörenden Kondensator 4 und dem Widerstand 5 und dem Gleichrichterelement 6 mit zugehörendem Kondensator 7 und Widerstand 8 besteht. Zwischen dem Verbindungspunkt der Widerstände 5 und 8 und dem Mittelabgriff der Sekundärwicklung des Transformators 2 ist die Signalquelle 9 eingeschaltet, die das sägezahnförmige Signal 10 liefert. Dieses sägezahnförmige Signal ist von dem von dem Ortsoszillator stammenden Signal abgeleitet, doch ist einfachheitshalber die ganze dazu erforderliche Schaltung in Fig. 1 durch die Quelle 9 angedeutet.
Die Kathode des Gleichrichterelements 3 und die Anode des Elements 6 sind miteinander verbunden und an den Ausgangskondensator 11 gelegt.
Die in Abhängigkeit von dem Phasenunterschied zwischen den Signalen 1 und 10 erzeugte Regelspannung über dem Kondensator 11 wird über die Leitung 12 dem (nicht dargestellten) Ortsoszillator zugeführt.
Um die Nachteile dieser Schaltungsanordnung zu erläutern, sind in den Fig. 2 und 3 die verschiedenen Spannungen angegeben. Fig. 2 a zeigt die von der Spannungsquelle 9 gelieferte Spannung 10, zu der die von der halben Sekundärwicklung gelieferte, in Fig. 2 b dargestellte, impulsförmige Spannung 13 addiert wird.
Das Ergebnis ist in Fig. 2 c veranschaulicht, und aus dieser Figur ist ersichtlich, dass der Maximalwert dieser Summenspannung während der Zeit total keinen konstanten Wert hat,
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sondern, dass diese eine Neigung besitzt, die nahezu parallel zur Flanke der sägezahnförmigen Spannung 10 ist, auf welche der Impuls 13 überlagert ist. Diese, in Fig. 1 mit 14 bezeichnete, kombinierte Spannung wird über den Kondensator 4 dem Gleichrichterelement 3 zugeführt. Im Zusammenhang mit der Wahl der Zeitkonstante des Netzwerkes 4, 5 ist der Gleichrichter 3 ein Scheitelgleichrichter, so dass er auf den Scheitel des Signals 14 anspricht. Fig. 3 veranschaulicht auf gleiche Weise, wie das kombinierte Signal 15 zum Steuern des Gleichrichterelementes 6 erzielt wird.
Dazu zeigt Fig. 3 a wieder die Spannung 10, in Fig. 3 b ist das von der andern Hälfte der Sekundärwicklung gelieferte, impulsförmige Signal 16 veranschaulicht und in Fig. 3 c das Kombinationssignal 15. Auch in diesem Falle macht das Netzwerk 7, 8 den Gleichrichter 6 zu einem Scheitelgleichrichter, der auf den Scheitel des Signals 15 anspricht.
Ein Vergleich der Fig. 2 c und 3 c zeigt, dass der Gleichrichter 3 in dem Augenblick t, der Gleichrichter 6 in dem Augenblick t2 anspricht. Wenn aus irgendeinem Grunde, z. B. durch den Übergang von einem Sender auf einen andern, die Impulsdauer nicht t2-tl sec, sondern t2'-tl sec betragen würde, so wird der Gleichrichter 3 ebensogut in dem Augenblick tl wirksam werden, während der Augenblick des Wirksamwerdens des Gleichrichters 6 sich hingegen nach dem Augenblick t2' verschoben hat.
Daraus folgt, dass infolge dieser Kürzung der Impulsdauer die von dem Gleichrichter 6 gleichgerichtete Spannung kleiner sein wird als die von dem Gleichrichter 3, so dass über dem Kondensator 11 eine positive Spannung auftritt, trotz der Tatsache, dass der ursprüngliche Phasenunterschied zwischen den Signalen 10 und 1 gleichgeblieben ist. Die positive Spannung über dem Kondensator 11 würde den Ortsoszillator nachregeln, so dass ein unerwünschter Phasenunterschied zwischen den beiden erwähnten Signalen entstünde. Wird die Impulsdauer länger, so erfolgt eine entgegengesetzte Erscheinung, und es wird eine negative Spannung am Kondensator 11 erzeugt.
Um diesen Nachteil zu beheben soll dafür gesorgt werden, dass sowohl der Maximalwert des Summensignals 14 der Signale 1 und 10 als auch der Minimalwert des Unterschiedssignals 15 dieser beiden Signale die beiden Gleichrichter gleichzeitig leitend machen werden.
Dazu ist es notwendig, das zugeführte, impulsförmige Signal zu verformen, so dass der ursprüngliche rechtwinklige Impuls während der Zeitdauer t-tl einen zunehmenden und/oder einen abnehmenden Wert annimmt, welche Zunahme oder Abnahme derart sein soll, dass nach Addierung zu und/oder Subtraktion von den verformten Impulsen von dem Signal 10 während der Zeitdauer t2. -tl die gewünschten Summen- und Differenzsignale entstehen mit Maximal- bzw. Minimalwerten, die in demselben Augenblick oder in denselben Augenblicken auftreten.
Fig. 4 zeigt einen ersten, erfindungsgemäss verbesserten Phasendetektor. Diese Verbesserung besteht aus einem Netzwerk, das durch den Kondensator 16 und den Widerstand 17 gebildet wird. Über einem Teil dieses Netzwerkes, d. h. über dem Kondensator 16, entsteht eine integrierte Spannung 18 und über dem andern Teil dieses Netzwerkes, d. h. über dem Widerstand 17, entsteht der Unterschied 19 des ursprünglich zugeführten Impulses 20 und des integrierten Signals 18.
Das gewünschte Kombinationssignal 14' (in Fig. 5 d veranschaulicht) wird dadurch gebildet, dass zu der von der Signalquelle 9 erhaltenen Spannung 10 (Fig. 5 a) die integrierte Spannung 18 (Fig. 5 b) und die nicht verformte Impulsspannung 21 (Fig. 5 c) addiert werden. Die Impulsspannung 21 erhält man dadurch, dass man die Sekundärwicklung des Transformators 2 mit demselben Wicklungssinn weiterwickelt, so dass die Impulsspannung 21 die gleiche Polarität hat wie das Signal 18.
Auf ähnliche Weise wird das neue Kombinationssignal 15' (in Fig. 6 c aufgetragen) erhalten, indem von dem Signal 10 (Fig. 6 a) das Signal 19 (Fig. 6 b) subtrahiert wird. Zwar ist die Polarität des Signals 19 gleich der des Signals 18, aber das mit dem Kondensator 7 verbundene Ende des Widerstandes 17 ist negativ gegenüber dem andern Ende dieses Widerstandes, so dass tatsächlich das Signal 19 subtrahiert werden muss.
Es sei bemerkt, dass für den Idealfall die Neigung des Signals 18 gleich, aber entgegengesetzt der des Signals 10 sein müsste. In der Praxis genügt auch eine sich etwas davon unterscheidende Spannung.
Es wird einleuchten, dass zum Erzielen einer guten integrierten Spannung 18, die der vorerwähnten Bedingung genügt, die Zeitkonstante des Netzwerks 16, 17 gegenüber der Impulsdauer des Signals 1 gross sein muss, z. B. 3- bis lOmal die Zeitdauer -t, während auch die Amplitude des Signals 20 hinreichend gross
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zu erzielen.
Es muss selbstverständlich dafür gesorgt werden, dass in der 0'-Phasenlage nach den Fig. 5 und 6 der Maximalwert des Signals 14'gleich dem Minimalwert des Signals 15'ist. Dies lässt sich auf sehr einfache Weise erzielen, indem der Abgriff auf der richtigen Höhe angebracht wird.
Sowohl in den Fig. 2 und 3 als auch in den Fig. 5 und 6 ist stets die 0'-Phasenlage angegeben. Vorstehendes gilt jedoch in gleichem Masse, wenn ein bestimmter Phasenunterschied zwischen den Signalen 1 und 10 vorherrscht.
In diesem Falle wird über dem Kondensator 11 eine Regelspannung erzeugt, die in der Schaltung nach Fig. 1 abhängig, in der Schaltung nach Fig. 4 unabhängig von der Impulsdauer des Signals 1 ist.
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Ein zweiter, erfindungsgemäss verbesserter Phasendetektor ist in Fig. 7 dargestellt. Es ist nicht notwendig, den den Gleichrichtern 3 und 6 zuzuführenden Signalen während der ganzen Impulsdauer oder während wenigstens eines Teiles derselben einen konstanten Maximalbzw. Minimalwert zu erteilen ; es genügt, diese Werte in dem gleichen Augenblick auftreten zu lassen. Die beiden Gleichrichter werden dabei stets in demselben Augenblick leitend gemacht.
Ändert sich die Impulsdauer, so wird dieser Augenblick zwar verschoben, aber die beiden Gleichrichter werden nach wie vor Strom führen.
Diese beiden Ströme sind zwar grösser bzw. kleiner, je nachdem die Impulsdauer zu-bzw. abnimmt. Da lediglich der Unterschied zwischen den beiden Strömen das endgültig zu erzeugende Regelsignal bedingt, ist dieses Signal unabhängig von der Impulsdauer.
Nach Fig. 7 ist dies dadurch erzielt, dass lediglich die integrierte Spannung am Kondensator 16 zur Verformung des Impulses verwendet wird. Dazu ist die Sekundärwicklung des Transformators 2 mit zwei Anzapfungen 23 und 24 versehen. Zwischen der Anzapfung und dem oberen Ende der Sekundärwicklung ist das integrierende Netzwerk eingeschaltet. Die Zeitkonstante dieses Netzwerkes und die Amplitude des über diesem Teil der Wicklung entstehenden, impulsförmigen Signals 25 sind dann derart, dass das über dem Kondensator 16 erzeugte Signal 26 eine Neigung hat, die mindestens gleich der Neigung der steilen Flanke des sägezahnförmigen Signals 10, vorzugsweise grösser ist als diese. Ausserdem muss die Polarität des Signals 25 derart sein, dass die Neigung des Signals 26 der des Signals 10 entgegengesetzt ist.
Zwischen den Anzapfungen 23 und 24 entsteht wieder ein impulsförmiges Signal 27, während die Quelle 9 zwischen der Anzapfung 24 und Erde eingeschaltet ist.
Aus Fig. 8 ist ersichtlich, dass durch Addierung des Signals 26 (Fig. 8 b) und des Signals 27 (Fig. 8 c) zum Signal 10 (Fig. 8 a) das Kombinationssignal 28 (Fig. 8 d) erhalten wird.
Auf ähnliche Weise wie bei der Schaltung nach Fig. 1 wird das Kombinationssignal 29 durch Subtraktion des Signals 30 von dem Signal 10 erhalten. Das Signal 29 ist gleich dem Signal 15 nach Fig. 1, das in Fig. 3 c angegeben ist. Ein Vergleich der Fig. 8 d und 3 c zeigt, dass beide Gleichrichter in dem Augenblick t2 ansprechen werden. Indem ausserdem die Anzapfungen 23 und 24 richtig gewählt werden, kann dafür gesorgt werden, dass in der 0 0- Phasenlage der Maximalwert des Signals 28 im absoluten Sinne gleich dem Minimalwert des Signals 29 ist.
Weiter ist in Fig. 8 a angegeben, dass der scharfe Winkel zwischen der schrägen Flanke und der Horizontalen a'beträgt. Sorgt man dafür, dass der spitze Winkel der in Fig. 8 b veranschaulichten Spannung (2 < x ) beträgt, so ist die in der Zeitspanne t2-tl auftretende Neigung des Signals 28 gleich, aber gegenphasig der des Signals 29. Dies bedeutet, dass die über dem Kondensator 11 erzeugte Regelspannung nahezu unabhängig von der Impulsdauer stets den gleichen Wert hat bei einer bestimmten Phasenlage der Signale 1 und 10.
Es ist auch möglich, den Maximalwert des Signals 28 und den Minimalwert des Signals 29 mit dem Augenblick t1 zusammenfallen zu lassen.
Dazu wird (s. Fig. 9) das von dem Kondensator 16 abgewendete Ende des Widerstandes 17 mit der Anzapfung 24 verbunden und das andere Ende des Kondensators 16 wird an das untere Ende der Sekundärwicklung angeschlossen. Die Quelle 9 bleibt zwischen Erde und Anzapfung 24 eingeschaltet. Die Anzapfung 23 erübrigt sich dabei. Die Zusammensetzung der Spannung am Widerstand 17 und des Signals 10 ergibt
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Das dem Element 3 zugeführte Signal 28'ändert sich nicht und hat die in Fig. 2 c veranschaulichte Gestalt.
Die Bemessung des Netzwerkes 16, 17 bleibt dieselbe. Es soll nur dafür gesorgt werden, dass die Amplitude des diesem Netzwerk zugeführten Impulses so gross ist, dass die integrierte Spannung eine Neigung nach Fig. 8 b hat.
Wenn mehr als zwei Gleichrichter verwendet werden, kann stets dafür gesorgt werden, dass der betreffende Gleichrichter eine Summenbzw. Differenzspannung erhält, die den in Fig. 4 angegebenen Signalen 14'und 15'entspricht.
Es sei weiter bemerkt, dass sendeseitig stets die Vorderflanke jedes Impulses bedingt wird. Eine Änderung der Rückflanke ruft bei dem System nach der Erfindung keine Phasenänderung des von dem Ortsoszillator erzeugten Signals hervor. Sollte zufälligerweise, z. B. infolge einer Störung, eine Vorderflanke eines einzigen Impulses sich verschieben, so hat dies infolge der integrierenden Wirkung des Kondensators 11 keinen Einfluss. Andere Änderungen der Vorderflanke bedeuten eine Änderung des Synchronisiersignals auf der Senderseite, und denen muss und kann der Phasendetektor folgen.
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