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Schaltungsanordnung zum Phasen-und Frequenzvergleich mit zwei Gleichrichterstrecken
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zum Phasen- und Frequenzvergleich mit zwei Gleichrichterstrecken.
Demgemäss geht die Erfindung aus von einer Schaltungsanordnung zum Phasen- und Frequenzvergleich mit zwei Gleichrichterstrecken für vorzugsweise impulsförmige Synchronisier- und Vergleichsspannungen, von denen eine Spannung zwischen zwei Spitzenwerten verschiedener Polarität annähernd linear bzw. S-förmig verläuft und ausserhalb dieser Spitzenwerte stark abfällt und die bei übereinstimmender Frequenz der beiden zu vergleichenden Signale eine phasenabhängige Regelspannung liefert, die anschliessend z.
B. durch ein RC-Glied gesiebt wird und die bei nicht übereinstimmender Frequenz zwecks Erzeugung einer zur Aussteuerung der nachfolgenden Nachstimmstufe ausreichend grossen verstimmungsabhängigen Regelspannung die sich ergebende Differenzfrequenz-Spannung, deren Polarität eine Funktion der Verstimmungsrichtung ist, einen zeitlichen Verlauf hat, bei dem der Spannungspitzenwert der einen Polarität wesentlich grösser als der Spitzenwert der andem Polarität, bezogen auf den zeitlichen Mittelwert, ist.
Die heute gebräuchliche Methode zurSynchronisierung der Horizontalablenkung von Fernsehgeräten ist die sogenannte Nachlaufsynchronisation. Bei ihr wird in einer Phasenvergleichsschaltung die Phase der Horizontalablenkspannung mit der Phase der Synchronisierimpulse verglichen. Die aus diesem Phasenvergleich gewonnene Regelspannung wird gesiebt und entweder direkt dem Oszillator zur Frequenznachstimmung zugeführt, vor allem dann, wenn es sich um einen Multivibrator oder Sperrschwinger handelt, oder sie wird einer separaten Frequenznachstimmschaltung zugeführt, z. B. wenn der Oszillator als Sinusoszillator arbeitet. Der Vorteil dieser Schaltungsart gegenüber einer direkten Synchronisation liegt in der guten Rausch-und Störbefreiung, welche durch die Siebung der Regelspannung bewirkt wird.
Ein wesentlicher Nachteil ist, dass gerade diese Siebung einen kleinen Synchronisierfangbereich bewirkt.
Je besser die Siebung und damit die Störbefreiung, umso kleiner ist auch der Fangbereich. In der Praxis muss man also einen Kompromiss schliessen. Während der Fangbereich, wie gesagt, von der Siebung abhängt, ist der Haltebereich, d. i. der Frequenzbereich, in dem eine einmal erreichte Synchronisation auch erhalten bleibt, von der Siebung unabhängig. Er ist im allgemeinen deshalb wesentlich grösser als der Fangbereich. Liegen einigermassen lineare Verhältnisse sowohl bei der Regelspannungserzeugung als auch bei der Frequenznachstimmung vor, so liegt der Fangbereich symmetrisch in der Mitte des Haltebereiches. Dieser Zustand ist allgemein anzustreben. Die Tatsache, dass man bei der Dimensionierung der Regelspannungssiebung einen Kompromiss schliessen muss, hat zur Folge, dass man auf eine Nachstimmeinrichtung von Hand (Einstellknopf am Fernsehgerät) nicht verzichten kann.
Würde man den Fangbereich so gross wählen, dass man darauf verzichten könnte, so wäre die Störbefreiung sehr schlecht.
Es ist bereits ein Balance-Phasendiskriminator zum Erzeugen eines Regelsignals zur Synchronisation eines Oszillators in Abhängigkeit vom Phasenunterschied zwischen einem Steuersignal und einem dem Oszillator entnommenen Vergleichssignal vorgeschlagen worden, bei dem die Summe der beiden Signale
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dem einen Ende und die Differenz dem andern Ende einer Serienschaltung zweier in gleicher Durchlassrichtung geschalteter Gleichrichter zugeführt wird, wobei zwei untereinander in Serie geschaltete Widerstände den beiden Gleichrichtern parallelgeschaltet sind,
während die eine Elektrode eines Ausgangskondensators galvanisch mit dem Verbindungspunkt der beiden Gleichrichter und die andere Elektrode mit dem Verbindungspunkt der beiden Widerstände gekoppelt ist und im Mittelzweig des Balance-Dis- kriminators in Serie mit der Vergleichssignalquelle ein Trennkondensator angebracht ist, der zusammen mit der scheinbaren Parallelschaltung der zwei Widerstände ein RC-Netzwerk bildet, dessen Zeitkonstan- te (z.
B. 5-10 mal) grösser ist als eine Periode des Steuersignals, während in dem einen und bzw. oder dem andem äusseren Balancezweig eine Hilfsspannungsquelle angebracht ist, die eine Spannung mit einer derartigen Polarität liefert, dass der Ausgangskondensator bei einem von Null abweichenden Phasenunterschied aufgeladen wird, aber beim Fortfallen des Steuersignals die beiden Gleichrichter sperrt.
Die von der zusätzlichen Spannungsquelle gelieferte Spannung muss aber kleiner sein als zweimal die Amplitude der Spannung 10 bzw. der Spannung 11 (der Anordnung nach Fig. 2, wie sie in der österr. Patentschrift Nr. 216594 beschrieben ist), da sonst die Gleichrichter erst bei einem stark von der Nullage abweichenden Phasenunterschied gesperrt werden würden. Dabei ist die Spannung 10 dort die eine und die Spannung 11 die andere der beiden im Gegentakt zugeführten Impulse. Da beim Empfang verschiedener Sender die Amplituden der Steuerschwingungen voneinander abweichen können und ausserdem eine unendliche lange Sperrzeit der Gleichrichter nach dem Wegfallen der Steuerschwingung nicht erforderlich ist, dann das gestellte Ziel bereits durch das Anbringen eines oder zweier Kondensatoren hinreichender Grösse erzielt werden.
Bei dieser Schaltung wurde ferner vorgeschlagen, dass die Hilfsspannungsquelle aus wenigstens einem grossen Kondensator besteht, der durch das Anbringen des Trennkondensators im Mittelzweig sich nur über die beiden in Reihe liegenden Widerstände entladen kann und die Zeitkonstante dieses grossen Kondensators und der beiden Widerstände viele Male, z. B. 500-5000 mal grösser ist als eine Periode der Steuerschwingung.
Weiterhin wurde bei diesem Balance-Phasendiskriminator vorgeschlagen, dass das Steuersignal als Synchronisierimpuls über die Sekundärwicklung eines Transformators dem Balance-Phasendiskriminator zugeführt wird und das eine Ende der Sekundärwicklung über den als Gleichspannungsquelle zu betrachtenden grossen Kondensator mit einer Elektrode des ersten und das andere Ende dieser Sekundärwicklung direkt mit der entgegengesetzten Elektrode des zweiten Gleichrichters verbunden ist, wobei die genannten Elektroden der Dioden über die zum Eingangsnetzwerk gehörende Reihenschaltung der zwei Widerstände, deren Verbindungspunkt an Erde gelegt ist, miteinander verbunden sind,
während das Vergleichssignal über den Trennkondensator der Mittelanzapfung der Sekundärwicklung zugeführt wird und die übrigbleibenden Elektroden der Gleichrichter miteinander verbunden sind, welcher Verbindungspunkt über den Ausgangskondensator an Erde gelegt ist und von welchem Verbindungspunkt die Regelspannung entnommen werden kann.
Es ist bereits eine andere Phasen- und Frequenzvergleichsschaltung mit 2 Dioden bekannt. Diese Schaltung benötigt aber zusätzlich noch einen Schwingkreis. Sie ist in ihrer ganzen Arbeitsweise auf Vergleiche von Sinusspannungen zugeschnitten und ist für Vergleich von Impulsspannungen nur durch
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und Frequenzvergleichschaltung zur Synchronisation der Horizontalablenkung in einem Fernsehempfänger aus.
Weiterhin ist durch die brit. Patentschrift Nr. 652, 122 bzw. die entsprechende USA-Patentschrift Nr. 2, 511, 785 eine Phasen- und Frequenzvergleichsschaltung bekanntgeworden, die im nichtsynchronisierten Zustand die von einer gewöhnlichen Phasenvergleichsschaltung abgegebene DifferenzfrequenzSpannung durch Differenzieren dieser Spannung so umformt, dass sie einen solchen zeitlichen Verlauf bekommt, dass der Spannungsspitzenwert der einen Polarität - bezogen auf den zeitlichen Mittelwertwesentlich grösser ist als der Spitzenwert der andern Polarität.
Die so umgeformte DifferenzfrequenzSpannung wird einer zweiten, von der Phasenvergleichsschaltung unabhängigen Gleichrichteranordnung zugeführt, die sowohl den positiven als auch den negativen Spitzenwert gleichrichtet und die so gewonnene positive und negative Gleichspannung überlagert, so dass die gesamte Richtspannung mit ihrer Polarität von der Verstimmungsrichtung abhängt. Anschliessend wird diese verstimmungsabhängige Regelspannung mit der gesiebten phasenabhängigen Regelspannung, die die Phasenvergleichsschaltung erzeugt, überlagert. Dadurch ist schliesslich die Gesamtspannung phasenabhängig, wenn die beiden zu vergleichenden Spannungen gleiche Frequenz haben und verstimmungsabhängig, wenn unterschiedliche Frequenzen zugeführt werden.
Diese Schaltung erfüllt zwar die Aufgabe, eine Regelspannung zu erzeugen,
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deren Polarität von der Verstimmungsrichtung abhängt, sie hat aber den erheblichen Nachteil, dass die durch Differenzierung umgeformte Differenzfrequenz-Spannung und somit auch die aus ihr erzeugte Regelspannung in ihrer Amplitude stark differenzfrequenzabhängig ist, u. zw. in umgekehrter Weise als erwünscht. Bei grossen Frequenzabweichungen ist sie gross und bei kleinen Frequenzabweichungen ist sie klein. Um diesen Nachteil zu beheben, ist es nötig, dass ein Verstärker zur Anwendung kommt, der sie so stark verstärkt, dass selbst bei geringer Differenzfrequenz eine ausreichend grosse Regelspannung zur Verfügung steht.
Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, eine Phasen- und Frequenzvergleichsschaltung zu schaffen, die mit geringem Aufwand auskommt und ausserdem eine gute Frequenzvergleichs-Charakteristik, d. h. eine Regelspannung in Abhängigkeit von der Frequenzverstimmung der beiden zu vergleichenden Signale, ergibt.
Sie ist dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenvergleichsschaltung selbst zusätzlich als Speicherschaltung arbeitet, indem jede der beiden Gleichrichterstrecken an eine Vorspannung in Sperrichtung gelegt ist, die grösser als die Spitzenspannungswerte der den Gleichrichterstrecken zugeführten und zu vergleichenden Signale, jedoch kleiner als der doppelte Wert dieser Spitzenspannungen ist, so dass der jeweils letzte (zweite) Spitzenwert der Differenzfrequenz-Spannung gespeichert wird.
Nach einer weiteren Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass die zur Vorspannung erforder- liche Gleichspannung ganz oder zum Teil aus einer automatischen Vorspannung besteht, die mit Hilfe einer Kombination aus einem oder mehreren Widerständen und einem oder mehreren Kondensatoren aus den Gleichrichterströmen gewonnen wird.
Nach einer noch weiteren Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Schaltung als Brückenschaltung arbeitet, so dass die mit der Kombination erzeugte Vorspannung in einem Brückenzweig und die Regelspannungsquelle im andem Brückenzweig liegt und die Brücke so dimensioniert ist, dass sich kein oder nur ein zulässig geringer Teil der Vorspannung zur Regelspannung addiert.
Schliesslich besteht eine Ausbildung der Erfindung darin, dass als vorgespannte Gleichrichter polarisationsunabhängige, nicht-lineare Elemente vorgesehen sind.
Die erfindungsgemässe Schaltungsanordnung zeichnet sich, abgesehen von ihren technischen Vorteilen, durch besondere Wirtschaftlichkeit aus, denn es werden in der endgültigen Form nur 2 Dioden und einige Widerstände und Kondensatoren benötigt. Der wirtschaftliche Aufwand ist gleich oder nur geringfügig höher als bei einer herkömmlichen Phasenvergleichsschaltung ohne Frequenzvergleich.
Der Phasen- und Frequenzvergleich von sinusförmigen Spannungen ist auch möglich, wenn man diese vorher in Impulsspannungen umwandelt. Die erfindungsgemässe Schaltung ist überall dort, auch für Sinusspannungen, von Interesse, wo Schwingkreise nicht mehr wirtschaftlich sind, z. B. für sehr niedrige Frequenzen.
Die Erfindung wird nun an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Die Fig. 1-5 zeigen Charakteristiken von bekannten Phasenvergleichsschaltungen. Fig. 6 zeigt vereinfacht ein Ausführungsbeispiel gemäss der Erfindung. Die Fig. 7-14 zeigen zeitliche Spannungsverläufe, wie sie bei Schaltungsanordnungen nach Fig. 6 auftreten.
Fig. 15 zeigt eine Frequenzvergleichs-Charakteristik, wie sie bei einer Schaltung gemäss der Erfindung auftritt. Fig. 16-17 sind Kennlinien, die zur näheren Erläuterung der Wirkungsweise der erfindungsgemässen Schaltungsanordnung dienen. Fig. 18 zeigt ein detailliertes Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Zur näheren Erläuterung des Standes der Technik sei folgendes ausgeführt :
Die Regelcharakteristik einer Phasenvergleichsschaltung ist allgemein definiert durch die Funktion : Regelspannung in Abhängigkeit von der Phasendifferenz der zu vergleichenden Spannungen. Fig. 1 zeigt eine typische Regelcharakteristik. Besteht keine Übereinstimmung der Frequenz der beiden zu vergleichenden Spannungen, so läuft die Phase dauernd mit der Winkelgeschwindigkeit w, die der Differenzfrequenz entspricht, durch. Die Ausgangsspannung hat also vor den Regelspannungssiebgliedern je nach Richtung der Frequenzabweichung die in Fig. 2 oder 3 gezeigte Form. Wie man sieht, hängt die Polarität der differenzfrequenten Spannung von der Richtung der Frequenzabweichung ab.
Der erste Schritt in den im folgenden zu besprechenden Schaltungen besteht darin, diese differenzfrequente Spannung so umzuformen, dass sie einen solchen zeitlichen Verlauf bekommt, dass der Spannungsspitzenwert der einen Polarität wesentlich grösser als der Spitzenwert der andern Polarität ist. Integriert man beispielsweise die Spannung, wie sie in Fig. 2 gezeigt wird, so entsteht eine Spannung nach Fig. 4. Der positive Spitzenwert dieser Spannung ist wesentlich grösser als der negative. Integriert man dagegen die Spannung, wie sie in Fig. 3 gezeigt wird, so entsteht eine Spannung nach Fig. 5.
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Beispiele der Erfindung werden nun an Hand der Fig. 6-18 näher erläutert.
Fig. 6 zeigt ein Beispiel der erfindungsgemässen Schaltung für impulsförmige Signale. Den Klemmen 7 und 8 werden gegenphasig die Synchronisierimpulse zugeführt. Der Kondensator 9 führt die positivenSynchronisierimpulse der Anode der Diode 11 und der Kondensator 10 die negativen Impulse der Kathode der Diode 12 zu. Die beiden andern Diodenelektroden sind mit der Batterie 13, dem Kondensator 14 und den Widerständen 15 und 16 verbunden. Der Verbindungspunkt zwischen den beiden Widerständen ist an Masse gelegt. Soll die Regelspannung mit einer Vorspannung überlagert werden, so kann man selbstverständlich den Verbindungspunkt an eine solche Vorspannung legen. Der Klemme 17 werden die vom Ablenkgenerator kommenden Vergleichsimpulse zugeführt.
Mit dem Kondensator 19 und den Widerständen 15, 16 und 18 werden die Vergleichsimpulse differenziert und auf die erforderliche Grösse heruntergeteilt. Vom Verbindungspunkt zwischen den beiden Widerständen 20 und 21 wird die gewonnene Regelspannung abgenommen und mit dem Siebglied 22,23, 24 und 25 gesiebt. Die Grösse der Synchronisierimpulse soll etwa übereinstimmen mit den Spitzenwerten des differenzierten Vergleichsimpulses. Die Batteriespannung hat etwa den 3-fachen Wert der Spitzenwerte, so dass jede Diode mit etwa den 1, 5-fachen Wert der Spitzenwerte vorgespannt ist.
Wir betrachten als erstes den Fall, dass sowohl die Frequenz als auch die Phase bereits den Sollwert einnimmt. Fig. 7 zeigt die an Klemme 7 liegenden Synchronisierimpulse, Fig. 8 zeigt die an Klemme 8 liegenden Synchronisierimpulse. Fig. 9 zeigt die an Klemme 17 liegenden Vergleichsimpulse und Fig. 10 zeigt die differenzierten Vergleichsimpulse. An der Diode 11 liegt die Differenzspannung von der in Fig. 7 und 10 wiedergegebenen Spannung. Fig. 11 zeigt die an der Diode 11 liegende Spannung und Fig. 12 zeigt die an der Diode 12 liegende Spannung. Die beiden strichpunktierten Linien in den beiden Abbildungen geben die halbe Batteriespannung an, mit der jede Diode vorgespannt ist. Die schraffierten Flächen zeigen den Spannungsbereich an, in dem Diodenstrom fliesst.
Wie man sieht, sind die Flächeninhalte gleich, d. h., im zeitlichen Mittel ist der Summenstrom gleich, so dass keine Regelspannung entsteht.
Beim zweiten Betriebszustand, der jetzt betrachtet werden soll, ist zwar die Frequenz bereits synchron, die Phase weicht jedoch vom Sollwert ab. Fig. 13 zeigt die Spannung an der Diode 11. Fig. 14 zeigt die Spannung an der Diode 12. Wie man sieht, ist der Flächeninhalt der schraffierten Flächen in Fig. 14 merklich grösser als in Fig. 13. Die Folge davon ist, dass sich eine Regelspannung einstellt, durch die die Spannungsverläufe so verschoben werden, bis die Flächeninhalte wieder gleich sind. Diese Richtspannung wird im Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand 20 und dem Widerstand 21 abgenommen. Bei einer Phasenverschiebung in die andere Richtung entsteht eine Richtspannung entgegengesetzter Polarität.
Der dritte interessierende Betriebsfall ist der, dass die Frequenz abweicht. Liegt die Abweichung innerhalb des Fangbereiches der Phasenvergleichsschaltung, so sind die Verhältnisse die gleichen wie bei allen bekannten Phasenvergleichsschaltungen : Die Synchronisation fängt sich und geht in den zweiten Betriebszustand über. Von besonderem Interesse ist schliesslich der Fall, dass die Frequenzabweichung so gross ist, dass sie ausserhalb des Fangbereiches liegt. In diesem Fall werden alle Phasenlagen durchlaufen. Sind z. B. die Synchronisierimpulse um 1800 gegenüber der Vergleichsspannung verschoben und sind die Synchronisierimpulse etwa gleich gross wie die Spitzenwerte der Vergleichsspannung und ist ausserdem die Vorspannung jeder Diode 1, 5 mal so gross wie die Spitzenwerte, so fliesst weder in der einen noch in der andern Gleichrichterstrecke ein Strom.
Da kein Gleichstromweg geschlossen ist, ist das Regelspannungspotential indifferenz in einem Regelspannungsbereich von : I : 1/2 Spitzenwert. Der Wert, den das Potential zuletzt hatte, als noch Gleichrichterstrom floss, wird so lange beibehalten, bis erneut Gleichrichterstrom fliesst. Die Form der Differenzfrequenzspannung ist je nach Verstimmungsrichtung die gleiche, wie Fig. 4 bzw. 5 zeigt, mit dem Unterschied, dass die beiden Spitzenwerte, bezogen auf Potential Null, gleich gross sind, so dass ihr zeitlicher Mittelwert eine Gleichspannung ist, die von der Verstimmungsrichtung abhängt. Die Siebglieder 22, 23, 24 und 25 sieben schliesslich den Wechselspannungsanteil fort.
Diese frequenzabhängige Regelspannung bewirkt also eine Betätigung der Nachstimmeinrichtung, die die Frequenz des Ablenkgenerators sehr nahe an die Sollfrequenz heranführt, so dass derFangbereich derPhasenvergleichsschaltung erreicht wird und sich der Betriebszustand 2 einstellt. Die Batterie kann schliesslich in bekannter Weise durch einen mit der allgemeinen Betriebsspannung verbundenen Spannungsteiler realisiert werden. Ebenfalls ist es zweckmässig. mindestens einen Teil der Vorspannung automatisch durch den mittleren Gleichrichterstrom mit Hilfe einer Widerstandskondensatorkombination zu erzeugen, um eine sich Toleranzen besser angleichende Vorspannung zu haben.
In der gezeigten Schaltung dienen die Koppelkondensatoren 9 und 10 gleichzeitig als Lade-
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kondensatoren. Sie werden von den Diodenströmen aufgeladen. Die Aufladezeitkonstante, die möglichst klein sein soll, ist gegeben durch die Grösse der Kapazitäten dieser Kondensatoren und die Grösse der Innenwiderstände der Impulsquelle einschliesslich der Innenwiderstände der Gleichrichterstrecken. Die Ent- ladezeitkonstante, die möglichst gross sein soll, damit die Speicherwirkung zur vollen Geltung kommt, ist gegeben durch die Grösse der beiden Kondensatoren 9 und 10, den Isolationswiderstand der Leitungen, die die Regelspannung führen, sowie den Sperrwiderstand der Gleichrichterstrecken.
Es können auch andere nichtlineare Elemente, wie spannungsabhängige Widerstände, Glimmstrekken, Gasentladungsstrecken usw. als Gleichrichterstrecken Anwendung finden. Die letztgenannten haben sogar bereits eine ihnen eigene Vorspannung. Des weiteren können als Gleichrichter Verstärkerröhren oder vorzugsweise Transistoren zur Anwendung kommen. Transistoren eignen sich besonders gut, wenn man einen npn-Transistor und einen pnp-Transistor anwendet. Bekanntlich sind Transistoren ausserordentlich niederohmige Schalter, so dass das Zeitkonstanten-Problem sehr einfach zu lösen ist.
Die Mittelwertspannung der umgeformten Differenzfrequenz-Spannung ist selbstverständlich geringer als die Spitzenwertspannung. Die Spitzenwertspannung ist identisch mit der grössten Phasenvergleichsregelspannung (bei gleicher Frequenz der zu vergleichenden Signale). Die Mittelwertspannung ist identisch mit der grössten Frequenzvergleichsregelspannung (bei ungleicher Frequenz der zu vergleichenden Signale). Wir müssen also mit einem Fangbereich rechnen, der zwar erheblich grösser als der Phasenvergleichsfangbereich ist, vor allem ist er von der Güte der Siebung unabhängig, der aber kleiner als der Haltebereich ist.
Im folgenden sei ein Ausführungsbeispiel zur automatischen Erzeugung der Vorspannung mittels einer Widerstandskondensatorkombination beschrieben.
Es ist allgemein bekannt, dass die Zeitkonstante einer Kombination aus Widerstand und Kondensator zur Erzeugung einer Vorspannung so gross sein muss. dass die Vorspannung selbst beim Vorhandensein der niedrigsten Frequenz konstant ist.
Im vorliegenden Falle ist die niedrigste Frequenz die Differenzfrequenz, die kurz vor dem Fangen der Synchronisation auftritt. Mit andern Worten : Die Grenzfrequcnz des Phasenfangbereiches. Wobei wir unter Phasenfangbereich den allein durch den Phasenvergleich entstehenden Fangbereich verstehen, im Gegensatz zu dem viel grösseren Frequenzbereich, der durch den zusätzlichen Frequenzvergleich entsteht.
Die sich einstellende Vorspannung ist proportional dem Vorspannungswiderstand und proportional dem Mittelwert der Gleichrichterströme. Nun ist aber der Mittelwert der Gleichrichterströme selbst nicht unerheblich von der Differenzfrequenz abhängig. Durch diese Abhängigkeit kann die so gewonnene Vorspannung um 10-200lu schwanken. Im allgemeinen wird ein Teil der Vorspannung sich zur Regelspannung addieren.
Ist Ur (Af) die Regelspannung in Abhängigkeit von der Differenzfrequenz bei Verwendung einer Vorspannungsbatterie, Ür (Af) die Regelspannung in Abhängigkeit von der Differenzfrequenz bei Verwendung einer automatischen Vorspannung, UB (Af) die mit Widerstand und Kondensator erzeugte automatische Vorspannung und K der Anteil der automatischen Vorspannung, der
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Fig. 15 zeigt als Beispiel die Funktion Ur (Af). Fig. 16 zeigt als Beispiel die Funktion K [UB (ssf) - Ub (M=O) ]. Fig. 17 zeigt die resultierende Rege1spannung Ur (ssf). Wie man sieht, ist Ur (Af) unsymmetrisch, die Neigung des rechten Teiles der Funktion ist wesentlich grösser als die Neigung des linken Teiles.
Bei einem besonders vorteilhaftenAusfühmngsbeispie1 arbeitet die Phasen- und Frequenzvergleichs- schaltung so als Brückenschaltung, dass die durch die Kombination aus Widerstand und Kondensator erzeugte Vorspannung im einen Brückenzweig und die Regelspannungsquelle im andern Brückenzweig liegt und die Brücke so dimensioniert ist, dass sich kein oder nur ein zulässiger geringfügiger Teil der Vorspannung zur Regelspannung addiert. Dadurch wird K gleich oder nahezu null, so dass Ur (Af) = Ur (Af) wird.
Im allgemeinen darf eine geringe Unsymmetrie zugelassen werden, so dass man also kleine Werte von K zulassen kann. Dadurch ist es möglich, dass man einen solchen Teil der Gleichrichtervorspannung mit der Regelspannung addiert, dass diese gleichzeitig als Vorspannung für die nachfolgende Nachstimmstufe dient. Die Grösse dieses Anteiles wählt man zweckmässigerweise so, dass die beiden Regelspannungsextremwerte der durch den Frequenzvergleich entstehenden Regelspannung symmetrisch zum Arbeitspunkt der Nachstimmstufe liegt, denn die beiden Extremwerte der durch den Phasenvergleich
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entstehenden Regelspannung (bei gleicher Frequenz der zu vergleichenden Signale) sind erheblich grösser, so dass eine eventuelle Unsymmetrie dieser Extremwerte relativ zum Arbeitspunkt der Nachstimmstufe ohne Nachteil zulässig ist.
Fig. 18 zeigt ein erfindungsgemässes Schaltungsbeispiel. In diesem Schaltungsbeispiel wird die Brükkenschaltung dadurch realisiert, dass der Widerstand der Vorspannungs-RC-Kombination in der Nähe der elektrischen Mitte mit einem variablen Abgriff versehen ist, von dem die Regelspannung abgeht. Mit Hilfe dieses variablen Abgriffe kann man die obengenannte Einstellung der Vorspannung für die Nachstimmstufe durchführen. Ausserdem dienen die beiden durch den Abgriff geteilten Anteile des Vorspannungswiderstandes in ihrer Parallelschaltung zusätzlich als Siebwiderstand, der in Verbindung mit dem Siebkondensator die Regelzeitkonstante bestimmt.
Durch diese Doppelausnutzung wird erreicht, dass der Gleichstromweg von der Nachstimmstufe rückwärts über die Vergleichsschaltung nach Masse nicht unnötig hochohmig wird.
In Fig. 18 werden über den Koppelkondensator 1 die Synchronisierimpulse dem Steuergitter der Triode 2 zugeführt. Als Gitterableitwiderstand dient der Widerstand 3. Vom Kathodenwiderstand 4 werden die Synchronisierimpulse über den Koppelkondensator 5 der Kathode der Diode 6 zugeführt. Vom Anodenwiderstand 7 werden die gegenphasigen Synchronisierimpulse über den Koppelkondensator 8 der Anode der Diode 9 zugeführt. Die Widerstände 10 und 11 dienen als Diodenableitwiderstände, sie werden durch den Vorspannungskondensator 12 und die als Vorspan- nungswiderstände dienenden Widerstände 13, 14 und 15 verbunden. Der Widerstand 15 ist der Einstellwiderstand zur Einstellung des erwünschten Vorspannungsanteiles für die folgende Nachstimmstufe.
Sein Varlationsbereich ist in diesem Beispiel durch die beiden Widerstände 13 und 14 eingegrenzt.
Selbstverständlich kann der Vorspannungswiderstand auch allein aus einem Einstellwiderstand bestehen.
16 ist der Siebkondensator. 17 und 18 ist ein weiteres Siebglied. Die beiden ändern Elektroden der Dioden 6 und 9 sind miteinander verbunden und über den Widerstand 19 an Masse gelegt. Der Kondensator 21, der Widerstand 20 und der Widerstand 19 dienen zur Differenzierung der Vergleichsimpulse. Die differenzierten Vergleichsimpulse werden den verbundenen Elektroden der Dioden als Vergleichsspannung zugeführt.
Im obigen wurde ein Beispiel beschrieben, bei dem eine Vergleichsspannung verwendet wird, die aus zwei unmittelbar aufeinanderfolgenden Impulsen positiver und negativer Polarität besteht und ausserdem werden der Vergleichsschaltung zwei gegenphasige Synchronisierimpulsspannungen zugeführt. Die zwei unmittelbar aufeinanderfolgenden Impulse der Vergleichsspannung werden z. B. durch Differenzierung der Rücklaufimpulsspannung eines Ablenktransformators gewonnen.
Es kann jedoch auch vorteilhaft sein, dass die Synchronisierspannung aus zwei unmittelbar aufeinanderfolgenden Impulsen positiver und negativer Polarität besteht und dass zwei Vergleichsimpulsspannungen entgegengesetzter Polarität zur Anwendung kommen und dass sowohl die Spitzenwerte der Vergleichsspannungen als auch dieSpitzenwerte derSynchronisierspannung näherungsweise gleich gross sind.
Diese Umkehrung hat zwei Vorteile. Der erste Vorteil besteht darin, dass die Rücklaufimpulsspannung, die bei der Horizontalablenkung in Fernsehempfängern im allgemeinen vom Ablenktransformator abgenommen wird, ungleiche Impulsflankensteilheiten haben darf. Eine solche Ungleichheit kommt bei Überlagerung von Partialschwingungen vor. Es ist z. B. bekannt, bewusst die dritte Oberwelle des an sich aus einer Sinushalbwelle bestehenden Rücklaufimpulses mit Hilfe von Streuinduktivitäten und Wicklungskapazitäten des Ablenktransformators bei der Horizontalablenkung in Fernsehempfängern anzuheben, um den Innenwiderstand der ebenfalls vom gleichen Transformator bezogenen Hochspannung für die Bildröhre herabzusetzen.
Ein solcher Rücklaufimpuls mit ungleicher Steilheit der Impulsflanken wird durch Differenzieren in eine, bezogen auf den zeitlichen Mittelwert, sehr unsymmetrische Spannung umgeformt, so dass die beiden aufeinanderfolgenden Impulse verschiedenerpolarität auch sehr verschiedene Amplituden haben und die Vergleichsschaltung nicht optimal arbeiten kann.
Bei einer Umkehr kann die verschiedene Flankensteilheit der Rücklaufimpulse nicht stören, da die Impulse direkt und nicht im differenzierten Zustand der Vergleichsschaltung zugeführt werden, die wegen der Vorspannung der Gleichrichter nur die Impulsspitzen zur Gleichrichtung verwendet. Es ist z. B. leicht möglich, eine Impulswicklung mit geerdeter Mittelanzapfung auf den Ablenktransformator zu wickeln, so dass man von den beiden Wicklungsenden die beiden gegenphasigen Vergleichsspannungen abnehmen kann.
Die Synchronisierspannung, die aus zwei unmittelbar aufeinanderfolgenden Impulsen positiver und negativer Polarität besteht, wird zweckmässigerweise durch Differenzieren der ursprünglichen Synchroni- sierimpulsspannung gewonnen. Da diese ursprüngliche Synchronisierimpulsspannung im Gegensatz zur
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Rücklaufimpulsspannung nicht aus Sinushalbwellen, sondern aus Rechteckimpulsen besteht, ist für diesen Fall der Differenzierung mittels eines einfachen RC-Gliedes eine Differenzierung mit einem stark gedämpften Schwingkreis vorzuziehen. Es entsteht so ein Doppelimpuls mit etwa gleicher Amplitude und gleichem Flächeninhalt der beiden entgegengerichteten Schwingungshälften.
Ein leichtes Nachschwingen ist zulässig, da, wie bereits gesagt, die Vergleichsschaltung durch die Gleichrichtervorspannung nur auf die höchsten Amplituden reagiert. Die Differenzierung mittels eines stark gedämpften Schwingkreises, die an sich bekannt ist, hat jedoch in dieser Verbindung den besonderen zusätzlichen Vorteil, dass kurze Störspitzen, z. B. Rauschspannungen, nur sehr kleine Amplituden hervorrufen, die wegen der Vorspannung keinen Diodenstrom verursachen, so dass durch Rauschspannungen die Speichereigenschaft und damit der Frequenzfangbereich der Phasen-und Frequenzvergleichsschaltung nicht herabgesetzt wird. Unter Frequenzfangbereich versteht man den durch den Frequenzvergleich bewirkten Fangbereich im Gegensatz zu dem wesentlich kleineren Phasenfangbereich, der durch den Phasenvergleich entsteht.
In Schaltungen mit sehr niedriger Differenzfrequenz, z. B. in Synchronisationsschaltungen für die Vertikalablenkung in Fernsehempfängern, muss die Speicherentladezeitkonstante sehr lang sein. In solchen Fällen kann man zur weiteren Erhöhung der Zeitkonstante das Siebglied vom Speicherkondensator elektronisch trennen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Schaltungsanordnung zum Phasen- und Frequenzvergleich mit zwei Gleichrichterstrecken für vorzugsweise impulsförmige Synchronisier- und Vergleichsspannungen, von denen eine Spannung zwischen zwei Spitzenwerten verschiedener Polarität annähernd linear bzw. S-förmig verläuft und ausserhalb dieser Spitzenwerte stark abfällt und die bei übereinstimmender Frequenz der beiden zu vergleichenden Signale eine phasenabhängige Regelspannung liefert, die anschliessend z.
B. durch ein RC-Glied (22, 23, 25 Fig. 6, 13, 14, 15, 16, 18 Fig. 18) gesiebt wird und die bei nicht übereinstimmender Frequenz zwecks Erzeugung einer zur Aussteuerung der nachfolgenden Nachstimmstufe ausreichend grossen verstimmungsabhängigen Regelspannung die sich ergebende Differenzfrequenz-Spannung, deren Polarität eine Funktion der Verstimmungsrichtung ist, einen zeitlichen Verlauf hat, bei dem der Spannungsspitzenwert der einen Polarität wesentlich grösser als der Spitzenwert der andern Polarität, bezogen auf den zeitlichen Mittelwert, ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenvergleichsschaltung selbst zusätzlich als Speicherschaltung arbeitet, indem jede der beiden Gleichrichterstrecken (11, 12 Fig. 6 ;
6,9 Fig. 18) an eine Vorspannung in Sperrichtung der Gleichrichter angelegt ist, die grösser als die Spitzenspannungswerte der den Gleichrichterstrecken (11, 12 Fig. 6 ; 6,9 Fig. 18) zugeführten und zu vergleichenden Signale, jedoch kleiner als der doppelte Wert dieser Spitzenspannungen ist, so dass der jeweils letzte (zweite) Spitzenwert der Differenzfrequenz-Spannung gespeichert wird.