Schaltung zur Frequenzsynchronisierung zweier elektrischer Schwingungen. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung zur Frequenzsynchroni- sierung zweierelektrischer Schwingungen, das heisst zur Regelung der beiden .Schwin gungen. auf Frequenzgleichheit (im folgenden kurz Synchronisierung genannt).
Gemäss der Erfindung werden aus der einen der zu synchronisierenden Schwingun gen zwei. gegenseitig phasenverschobene Wechselspannungen gewonnen, welche mit der andern der zu synchronisierenden Schwin gungen multiplicativ gemischt werden in zwei Mischstufen zur Erzeugung zweier Mischspannungen von Differenzfrequenz mit einer Phasendifferenz, deren Vorzeichen wechselt mit dem Vorzeichen der Frequenz- differenz der zu synchronisierenden Schwin gungen,
wobei die Mischstufen ausgangssei- tig gleichstrommässig mit einem Phasendis kriminator verbunden sind, dem ausgangs- seitig eine vom Vorzeichen der Phasendiffe renz der Mischspannungen abhängige Regel grösse entnommen wird.
Mittels der bekannten Schaltungen zur selbsttätigen Frequenzregelung können die Frequenzen zweier Schwingungen meist nur. annähernd einander gleich gemacht werden. Die Anwendung der erfindungsgemässen Schaltung bietet hingegen den Vorteil, dass die Frequenzen der beiden Schwingungen in einfacher Weise bis zum Gleichlauf regelbar sind. Die erfindungsgemässe Schaltung bie tet den: weiteren Vorteil, dass die Wirkung unabhängig von den absoluten.
Werten der zu vergleichenden oder zu regelnden Fre quenzen ist, sondern ausschliesslich vom F're- quenzunterschied der Schwingungen abhängt, (natürlich mit Ausnahme desjenigen Teils der Schaltung, der die beiden Spannungen von der Differenzfrequenz erzeugt).
Die Schal tung kann auch so renngestellt werden, dass sie beim Ausfallen einer der zu synchroni sierenden Schwingungen unwirksam wird, so dass die Regelung nicht gestört wird. Ein sehr wichtiger Vorteil ist weiter, dass die Regelung bis zum Gleichlauf unabhängig von den verwendeten Schaltelementen, insbeson dere von den Eigenschaften der verwendeten Entladungssysteme ist.
Es. wird vorzugsweise dafür Sorge getra gen, dass die erhaltenen Mischspannungen von Differenzfrequenz untereinander um 30 in der Phase verschieden sind.
Besonders günstige Ergebnisse werden er zielt, wenn der Phasendiskriminator zwei Entladungssysteme, enthält, die je ausser einer Anode, einer Kathode und einem Steu- ergitter noch mindestens ein weiteres, Gitter enthalten,
wobei die Anode jedes.der.Systeme mit dem Steuergitter des. andern Systems ver bunden ist und die genannten weiteren Gitter unmittelbar miteinander verbunden. sind. Die eine der Mischspannungen wird dabei vor zugsweise in Gegenphase den Steuergittern zugeführt, während die andere Mischspan- nung den unmittelbar miteinander verbunde nen Gittern zugeführt wird.
Der erwähnte Phasendiskriminator kann auch zwei Entladungssysteme enthalten, bei denen beide Mischspannungen je Entladungs- system, dem gleichen Steuergitter zugeführt werden, dis eine gleichphasig und die andexe gegenphasig an den Steuergittern der beiden Entladungssysteme: Die Erfindung wird an Hand der beilie genden Zeichnungen näher erläutert.
In Fig.1.dieser Zeichnungen ist ein Ausführungs beispiel der Erfindung dargestellt. Fig. 2 zeigt den Verlauf der aus den zu synchroni sierenden ;Schwingungen gewonnenen Misch spannungen von Differenzfrequenz; diese Spannungen sind um 90 in der Phase ver schoben. In. Fig. 3 ist eine elektrische Regel vorrichtung dargestellt, die als eine Ergän zung der in Fig. 1 dargestellten .Schaltung betrachtet werden kann.
Bei der in Fig. 1 dargestellten :Schaltung werden die zu synchronisierenden.Schwingun- gen, deren Frequenzen Hfl bzw. f2 betragen; den Klemmen 1 bzw. 2 zugeführt.
Die Schwingungen mit der Frequenz f<B>:,</B> werden über die Sekundärwicklung 3 bzw. 4. eines Transformators 5 auf zwei Mischstufen <B>6</B> bzw. 7 übertragen. Die Schwingungen mit der Frequenz- f2 werden einem phasendrehen- den;
Netzwerk 8 zugeführt, das aus zwei Widerständen und zwei Kapazitäten besteht, die eine Brückenschaltung bilden. Diesem Netzwerk werden zwei Wechselspannungen, beide von. der Frequenz f2, entnommen,
die um 9'0 phasenverschoben sind. Eine dieser Spannungen wird der Mischstufe 6 und die andere der Mischstufe 7 zugeführt.
Die Mischstufen 6 und 7 enthalten je zwei Detektoren 13' und 13" bzw. 14' und 14", die in Gegentakt geschaltet sind, so dass die bei der Mischung auftretenden Gleichspan- nungskompönenten sich zumindest teilweise aufheben.
In jeder der Mischstufen 6 und 7 wird durch Mischung der Spannungen mit den Frequenzen f, und f_# eine Mischspannung von der-Differenzfrequenz (f2-fi) erzeugt. Die ebenfalls entstehenden Mischspannungen von ,Summenfrequenz können nötigenfalls durch;
Filter von dar Weiterleitung ferngehalten werden. D'ie Mischspannungen von Differenz- frequenz weisen einen gegenseitigen Phasen unterschied von 90 auf. Sie werden den Ausgangswiderständen 9 bzw. 10 entnommen und über eine Gleichstromkopplung einem Phasendiskriminätor zugeführt, der zwei Sta bile Gleichgewichtszustände hat.
Der Phasendiskriminator enthält zwei Entladungssysteme 11 und 12, die als Pent- oden ausgebildet sind und bei denen die Kathoden, die Schirmgitter und die Fang gitter miteinander verbunden sind.
Die eine, in der Mischstufe 6 erzeugte Mischspannung wird zwischen den Fanggit- tern. und den geerdeten Kathoden der beiden Pentoden 11 und 12 angelegt. In' Reihe .mit dieser Spannung isst noch eine Gleich spannungsquelle 15 aufgenommen.
Die andere, in der Mischstufe 7 erzeugte Mischspannung wird in Gegenphase den Steuergittern, der Entladungssysteme 11 und 12 zugeführt. Es ist zu diesem Zweck an die Ausgangsklemmen ,der Mischschaltung 7 ein Widerstand 16 angeschlossen, dessen Mitte über eine Gleichspannungsquelle 17 mit den Kathoden der Ehtladungssysteme verbunden ist.
Die Enden des Widerstandes 16 sind über einen Widerstand <B>18</B> mit dem Steuergitter des Systems: 11 bzw. über einem Widerstand 19 mit dem Steuergitter des Systems 12 in Verbindung gesetzt. Das. Steuergitter des Entladungssystems 11 ist über einen Wider stand 20 mit der Anode des Entladungs- systems;
12 und das ,Steuergitter des Systems 12 über einen Widerstand 21 mit der Anode des. Systems 11 verbunden.
In -den, - Anodenkreis des Entladungs- systems; 11 sind ein Widerstand 22 und die Erregerwicklung eines Relais 23 in Reihe aufgenommen; ebenso ist in den Anodenkreis des Systems 12 ein Widerstand 24 in Reihe mit der Erregerwicklung eines Relais 25 ge schaltet. Die Schirmgitter der Entladungs systeme sind mit einer nicht dargestellten Anodengleichspannungsquelle unmittelbar verbunden.
Die Wirkung des. Phasendiskriminators kann wie folgt erklärt werden: Der die beiden Pentoden enthaltende Dis- kriminator hat zwei stabile Gleichgewichts zustände; im einen Zustand führt,die Pentode 11 den Strom und ist die Pentode 12 gesperrt; im andern Zustand ist gerade das Umge kehrte der Fall.
Mit Hilfe der von der Mischstufe 6 erzeugten Msthspannung von Differenzfrequenz werden die beiden Ent ladungssysteme abwechselnd freigegeben und gesperrt, wenigstens solange die zu verglei chenden Frequenzen ungleich sind.
Der Au genblick, in dem die Pentoden durch diese erste Mischspannung freigegeben werden, wird unter anderem durch die von der Gleich spannungsquelle 15 herrührende Vonspannung bestimmt. Für die folgenden Erläuterungen sei vorausgesetzt, dass diese Vorspa.nnung der art eingestellt sei, dass die erste Mischspan- nung im genannten Augenblick den Wert 0 hat,
entsprechend dem Punkt P in Fig. 2a, in welcher der Verlauf dieser Mischspannung aufgetragen ist. In Fig. 2b ist der Verlauf der andern Mischspannung dargestellt. Diese Span nung weicht um 90 in der Phase von der ersten Mischspannung ab und ist somit maxi mal positiv oder negativ in dem Augenblick (Punkt P), in dem die erste Mischspannung den Wert 0 hat.
Es wird angenommen, dass die zweite Mischspannung in diesem Augen blick maximal positiv ist,- wenn f2@ grösser als f, (Kurve I) und maximal' negativ, wenn f, grösser als f, ist (Kurve II).
In dem Augenblick, wo der Diskriminator durch die erste Mischspannung freigegeben -wird, wird also - je nachdem f2 grösser oder kleiner als f, ist -- das Steuergitter der Pentode 11 positiver und zugleich das Steuer gitter der Pentode 12 negativer gemacht oder umgekehrt.
Ist einmal Freigabe eingetreten, so hat die erste Mischsspa-nnung keinen Einfluss mehr auf die Wirkung der Schaltung bis zum Augenblick, in dem diese wiederum hin reichend negativ geworden ist, um die strom- führende Röhre zu sperren.
Die Wahl' eines der beiden Gleichgewichtszustände nach der Freigabe wird somit ausschliesslich durch die Phasenlage der zweiten Mischspannung mit bezug auf die erste Mischspannung bestimmt. Wenn nun f, grösser als f,Ist, ist das Steuer gitter der Pentode 11 im Augenblick der Frei gabe gemäss dem obigen Beispiel positiver als das Steuergitter der Pentode 12.
Die Vor richturig nimmt infolgedessen den Gleichge- wichtszustand ein, bei dem die Pentode 11 stromführend und die Pentode 12 gesperrt ist. Dieser Zustand bleibt erhalten, bis die Pent- ode 11 infolge der Abnahme der beiden Mischspannungen wiederum gesperrt wird.
Solange. f2 grösser als f, isst, wiederholt sich das Vorstehende, wobei die Pentode 11 ab wechselnd stromführend und gesperrt ist, während die Pentode 12 dauernd gesperrt bleibt. Während des Zeitraumes:, in dem die Pento@de 11 stromführend ist, wird das Re lais 23 erregt, wodurch z.
B. sein Motor ein- geschaltet werden kann, der die Frequenz f, abwärts und/oder die Frequenz f, aufwärts regelt.
Das Relais 25 wird in ähnlicher Weise erregt, wenn die Frequenz f 2 kleiner als f, ist; in diesem Fäll wird die Frequenz f 2 ver grössert und/od-er die Frequenz f, verkleinert.
Diese Regelung dauert an, bis die Fre quenzen f, und<I>f 2</I> einander gleich sind; in diesem Fall liefern die Mischstufen 6 und 7 eine Gleichspannung,
deren Grösse und Rich tung vom Phasenunterschied zwischen den beiden zu vergleichenden Frequenzen ab hängig sind. Die Schaltung stellt sich nun infolge der gleichstrommässigen Kopplung zwischen Mischstufen und Diskriminator der art ein, dass die erste Mischspannung (siehe Fig. 2a) negativ wird und bleibt. Wenn diese Spannung nämlich einen positiven Wert an nimmt, werden die beiden Pentoden dauernd freigegeben,
wobei eine der beiden strom führend bleibt. Eines der Relais 23 oder 25 wird daher dauernd erregt und die Motor- regelung bleibt tätig, bis der Pha@senunter- schied zwischen den jetzt synchronen Schwin- gungen durch vorübergehende, geringfügige Änderungen der Frequenz.
einer der zu syn- chronisierenden Schwingungen -derart ist; dass die genannte Gleichspannung Null wird oder einen negativen Wert annimmt.
Die beiden Entladungssysteme sind dann .dauernd ge- sperrt. Die Motarregelnng bleibt ausser Tätig keit und die Frequenzen f1 und f2 bleiben einander gleich. Der Phasenunterschied der beiden Frequenzen kann sich über :einen Be reich von 180 ändern, ohne dass die Vorrich tung betätigt wird. Dieser Bereich entspricht annähernd :
dem Bereich, in dem die erste Mischspannung negativ ist (siehe Fig: 2a).
Ande,rt sich die Phasenlage der beiden s@ynchronissierten Schwingungen, so wird die erste Mischspannung- schliesslich wiederum positiv. Ändert sich die Phase in der einen Richtung, so wird zuerst die eine Pentode freigegeben;
:ändert sich die Phase in der andern Richtung, so wird durch das dann entgegengesetzte Vorzeichen der zweiten 1Vlischsspannun.g die andere Pentode zuerst stromführend. Innerhalb des Bereiches von annähernd 180 , in :
dem die erste Misehspan- n.ung negativ ist, reagiert die Schaltung also nicht- auf Phasenunterschiede zwischen den ursprünglichen Schwingungen, während bei grösseren Phasenabweichungen die Regelung in Tätigkeit gesetzt wird und diese Ab weichungen korrigiert.
Die oben beschriebene Regelsang :der Fre quenz einer der Schwingungen oder der Fre quenzen der beiden Schwingungen, die aus schliesslich durch Vermittlung einer mechani- schen Regelapparatur (im vorliegenden Fall eines Motors) bewirkt wird,
kann zweck mässig mit einer Regelung einer der Frequen- zen.oder beider Frequenzen auf elektrischem Wege vereinigt werden.
In Fig. 3 ist eine Schaltung :dargestellt, die sich auf eine solche Regelung bezieht. Diese Schaltung kann von einer der Misch spannungen (siehe Fig. 2) gesteuert werden.
Diese Spannung, die :der Mischstufe 7 der Schaltung nach Fig. 1 entnommen werden kann, wird den in der Figur mit 26 bezeich- neten Klemmen zugeführt. Der Schwingungskreis des Os:zillators., dessen Frequenz nachgeregelt werden muss (z.
B. des Oszillators, der die Frequenz f, erzeugt), ist in der Figur schematisch mit 27 bezeichnet. Parallel zu diesem Schwingungs:- kreiss sind zwei Zweige 28 und 29 geschaltet. Der erste Zweig besteht aus :der Reihenschal tung einer Diode 30, eines Kondens@ato:
rs 31 und eines Trennkondensators 32. Der zweite Zweig besteht aus :der Reihenschaltung einer Diode 33, parallel zu der ein Kondensator 34 geschaltet ist, eines Widerstandes 35 und zweier Trennkondensatoren 36 und 37.
Eine der Klemmen 26 ist übern einen Widerstand 41 mit der Anode der Diode 30 verbunden, während die andere Klemme über einen Widerstand 39 mit der Kathode der Diode 30 und über einen Widerstand 40 mit der Anode der Diode 33 verbunden ist. Die Kathoden der beiden Dioden 30 und 33 sind über die bereits :erwähnten Trennkondensa toren 32 und 37 miteinander verbunden.
Die Impeäanz des Zweiges 28 wird im, wesentlichen durch die Kapazität des Kon- densators 31 und durch den Wert des innern Widerstandes der Diode 30 bestimmt; die Impedanz des Zweiges 29 w ird in der Haupt sache durch den- Wert des Widerstandes 35, :
die Kapazität des Kondensators 34 und den Wert des innern Widerstandes der Diode 33 bestimmt.
Die beiden Diolden 30 und 33 werden durch die an die Klemmen 26 angelegte Span nung gesteuert. Wenn die Klemme, die über den Widerstand 41 mit der Anode der Diode 30 verbunden ist, positiv in bezug auf die andere Klemme ist, so wird die Diode 30 leitend, während die Diode 33 gesperrt ist.
Dies hat zur Folge, dass die kapazitive Wir kung des Zweiges 28 vergrössert wird und der Wert der parallel zum Oszillatorkreis 27 ge- sch@aReten Kapazität zunimmt. Wenn hin gegen :die andere Klemme positiv wird, so wind die Diode 33 leitend und die Diode 30 wird gesperrt.
Dies hat zur Folge, dass der Kondensator 34 durch die Diode 33 mehr oder weniger kurzgeseblos sen wird, wodurch. die kapazitive Wirküng des Zweiges 29 ver- kleinem wird, mit andern Worten, der Wert der parallel zum Oszilliatorkreis geschalteten Kapazität wird herabgesetzt.
Je nach der Richtung, welche die an die Klemmen 26 angelegte Spannung hat, wird somit die zum Osziillatorl,,reis gehörige Kapazität vergrössert oder verkleinert und daher die Frequenz des Oszil'lato-rs verkleinert oder vergrössert. Diese Regelung tritt jedoch nur dann in der rich tigen Weise in WirksüMkeit, wenn die an Hand der Fig. 1 beschriebene, Motorregelung dafür gesorgt hat, dass die beiden Schwingun gen der Frequenzgleich.heit nahe gekommen sind.
Die oben beschriebene zusätzliche Rege lung auf elektrischem Wege ist deshalb von Bedeutung, weil mit einer mechanischen Regelapparatur allein, infolge der vorhande nen Trägheit, im allgemeinen keine stabile Regelung erzielt werden kann. Die beschrie bene mechanische Regelung hat jedoch den Vorteil, dass beim Ausfallen einer der Schwingungen die bereits, erreichte Regelung auf Frequenzgleiohheit nicht gestört wird.
Die elektrische Regelung kann ausser von einer der Mischspannungen beispielsweise auch von dem Unterschied der Anodenspan nungen der Entladungssysteme 11 und 12 abhängig gemacht werden.