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Schaltungsanordnung zur selbsttätigen Regelung der Frequenz eines
Oszillators auf eine Bezugsfrequenz
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur selbsttätigen Regelung der Frequenz eines Oszilla- tors auf eine Bezugsfrequenz, bei welcher mit einem Phasen-Diskriminator bei Synchronisation eine Gleichspannung und bei Nichtsynchronisation eine Wechselspannung abgegeben wird, die als Regelspannung eine mit einem Kippspannungsoszillator als Suchoszillator versehene Reaktanzstufe steuert, die bei Nichtsynchronisation zur Erweiterung des Fangbereiches mit einer Suchspannung aus dem Suchoszillator gesteuert wird. Die Frequenz eines Oszillators unterliegt im nichtgeregelten Zustand Schwankungen und weicht daher von einer voreingestellten Sollfrequenz ab. Man unterscheidet eine langsame und eine rasche Frequenzänderung.
Die langsame Frequenzänderung ist beispielsweise durch Betriebsspannungsänderungen und Alterung bedingt, während die rasche Frequenzänderung eher auf statistischen Störungen beruht. Die langsame Frequenzänderung bestimmt die Grösse des erforderlichen Fangbereiches. Die rasche Frequenz- änderung bestimmt die notwendigen Regelzeiten der Nachstimmung.
Unter Fangbereich versteht man im allgemeinen den grössten möglichen Nachstimmbereich für den freischwingenden Oszillator. Innerhalb dieses Bereiches ist das Regelsystem bei noch nicht erfolgter Synchronisierung in der Lage, Frequenzablagen ohne Restfehler auszuregeln.
Im Haltebereich wird eine Frequenzänderung des synchronisierten Oszillators durch die Regelspannung ausgeglichen. Der Fangbereich ist immer kleiner als der Haltebereich. Bei gut ausgelegten Schaltungsanordnungen ist jedoch der Unterschied zwischen diesen beiden Bereichen gering.
Bei den bekannten Frequenzregelungen setzten sich zwei Systeme durch : der Phasenvergleich, der regeltechnisch gesehen einen integral wirkenden Regler ergibt, und der Frequenzvergleich, der einen proportional wirkenden Regler ergibt. Dem grossen Vorteil der Phasenvergleichsschaltung steht als Nachteil das kleine Verhältnis vonFangbereich zu Haltebereich gegenüber. Dies wird durch die im Regelkreis notwendigen Filter mit ihren Verzögerungen bewirkt.
Um dieses Verhältnis zu verbessern, wurde schon vorgeschlagen, zwischen den Phasen-Diskriminator und die Reaktanzstufe einen sogenannten Suchoszillator einzuschalten. Im nichtsynchronisierten Zustand wird damit eine fremde Regelspannung zugeführt, die das Einfangen des Systems einleitet. Danach schaltet sich der Suchoszillator selbsttätig ab.
In einer bekannten Ausführung wird die Abschaltung des Suchoszillators dadurch erreicht, dass der Widerstand der Regelleitung bei der Synchronisation, der gleichzeitig Belastungswiderstand für den Suchoszillator ist, bei richtiger Anpassung des Oszillators niederohmig wird.
Die Anpassung des Suchoszillators erfordert die Bestimmung des dynamischen Belastungswiderstandes der Regelschleife an der Eingriffsstelle des Oszillators. Dieser Schleifenwiderstand lässt sich aber nur ermitteln, wenn der Frequenzgang des aufgeschnittenen Regelkreises bekannt ist. Dies führt zu aufwendigen Messungen und Berechnungen, die bei jeder neuen Anwendung vorerst auszuführen sind. Zusätzlich bringt ein derartiger Suchoszillator einen grossen Aufwand in bezug auf Schaltungselemente.
Der Zweck der Erfindung ist darin zu sehen, eine Synchronisationsschaltung zu schaffen, die bei gleicher Verbesserung des Verhältnisses von Fangbereich zu Haltebereich ebenfalls eine selbsttätige Ab-
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schaltung ermöglicht, die jedoch keine Messungen und nur geringe Berechnungen und einen kleinen Materialaufwand erfordert.
Dies wird dadurch erreicht, dass die bei Nichtsynchronisation vom Phasen-Diskriminator abgegebene Wechselspannung über eine Frequenzweiche aus einem zwischen Phasen-Diskriminator und Reaktanzstufe geschalteten Widerstand und einem vom Phasen-Diskriminator auf die Gleichrichterstufe führenden Kondensator einen in den Steuerkreis des Suchoszillators geschalteten und an den Eingang der Reaktanzstufe angeschlossenen Kondensator über eine Gleichrichterstufe lädt.
Im folgenden wird die Erfindung an Hand der Zeichnung in einer beispielsweisen Ausführungsform näher erläutert.
Der freischwingende Oszillator l wird mit der Reaktanzstufe 2 geregelt. Im Phasen-Diskriminator 4 wird die Schwingung des Oszillators 1 mit derjenigen des Bezugsoszillators 3 gemischt, Die entstehende Differenzschwingung ist über den Widerstand R1 zur Reaktanzstufe 2 geführt. Der Suchoszillator in Form einer Kippschaltung besteht aus dem Doppelbasistransistor T und einer Spannungsverdoppler-Gleichrichterschaltung, die aus den Kondensatoren Cl, C2 und den Dioden Gl, G2 aufgebaut ist. Die Differenzschwingung wird dem Gleichrichter über den Kondensator Cl zugeführt.
Der Widerstand R2 dient zur Einstellung des Arbeitspunktes des Doppelbasistransistors T.
Der Frequenzregler arbeitet nach dem Prinzip des Phasenvergleiches. Die Phasenlage der Schwingung des Oszillators l wird im Phasen-Diskriminator 4 mit der Bezugsschwingung verglichen. Der Phasen- vergleich liefert eine Regelspannung, die proportional dem Sinus der Phasendifferenz der beiden Vergleichsschwingungen ist. Über den Kondensator Cl wird diese Regelspannung, die im wesentlichen die Differenzschwingung der beiden Oszillatorschwingungen ist, der Gleichrichterschaltung zugeführt. Gegen- über einem gewöhnlichen Einweggleichrichter bewirkt der hier vorgesehene Spannungsverdoppler-Gleichrichtet, dass die Ladung auf dem Kondensator C2 rascher steigt und somit am Emitter des Transistors T eine höhere Spannung wirksam wird.
Der Transistor T ist ein Doppelbasistransistor (Unijunction-Transistor) mit einem Emitteranschluss und zwei Basisanschlüssen. Sobald nun die Spannung über dem Kondensator C2 die Schwellenspannung des Transistors T überschreitet, so leitet dieser, und der Kondensator C2 wird rasch entladen. Die Spannung am Kondensator C2 ist zur Reaktanzstufe geführt, die ihrerseits die Frequenz des Oszillators 1 dieser Spannung entsprechend verschiebt.
Der Oszillator 1 schwinge beispielsweise mit einer Frequenz, die höher liege als die Frequenz des Bezugsoszillators. Im Phasen-Diskriminator wird damit eine Differenzschwingung erzeugt. Diese Schwingung lädt den Kondensator C2 und verschiebt die Frequenz des Oszillators 1 in eine noch höhere Lage. Die Frequenz der Differenzschwingung wird höher, was eine weitere Ladung des Kondensators C2 bewirkt. Die Frequenz des Oszillators 1 steigt nun weiter an, bis die Schwellenspannung des Transistors T erreicht und damit der Kondensator C2 entladen wird. Entsprechend der Entladekurve wird auch die Frequenz des Oszillators 1 in einen tieferen Bereich verschoben. Die Ladung des Kondensators C2 beginnt von neuem.
Kommt nun die Frequenz des Oszillators 1 in die Nähe der Frequenz des Oszillators 3 zu liegen, so wird die Frequenz der Differenzschwingung kleiner, und die Zunahme der Ladung des Kondensators C2 verringert sich ebenfalls. Somit nähert sich die Ladung des Kondensators asymptotisch einem Wert, der über die Reaktanzstufe wirkend den Oszillator 1 mit der Synchronfre- quenz schwingen lässt. Die Amplitude der Differenzschwingung wird damit praktisch Null und die Ladung des Kondensators C2 bleibt bestehen. Die damit erzeugte Spannung wirkt ständig auf die Reaktanz- stufe ein. Bei einer kleinen Entladung des Kondensators C2 wird die Differenzschwingung infolge des damit bewirkten Frequenzfehlers grösser und bringt die notwendige Ladung wieder auf.
Der Kondensator C1 bildet mit dem Widerstand R1 zusammen eine Frequenzweiche, die derart bemessen sein muss, dass nur die Differenzschwingungen aus dem Phasen-Diskriminator über den Kondensator Cl geleitet werden, während langsame Spannungsänderungen über den Widerstand R1 die Reaktanzstufe direkt beeinflussen. Die Regelzeitkonstante der Regelschleife setzt sich hauptsächlich aus der Kapazität des Kondensators C2 und dem Widerstand R1 zusammen.
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