DE1078188B - Verfahren zum Erzeugen einer Spannung, die vom Unterschied zwischen zwei Frequenzen abhaengt - Google Patents
Verfahren zum Erzeugen einer Spannung, die vom Unterschied zwischen zwei Frequenzen abhaengtInfo
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Description
DEUTSCHES
PATENTAMT
kl. 21a4 8/02
INTERNATIONALE KL.
H03g;k
KL
Pm
P 22309 VIIIa/21a4
ANMELDETAG: 2.MÄRZ1959
BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UND AUSGABE DER
AUSLEGESCHRIFT: 24. MÄRZ 1960
DER ANMELDUNG
UND AUSGABE DER
AUSLEGESCHRIFT: 24. MÄRZ 1960
Es sind Verfahren zum Vergleich der Frequenzen zweier Schwingungen bekannt, bei welchen mindestens
die Frequenz der einen Schwingung durch einen Frequenzteiler verkleinert wird, so daß zwei Schwingungen
entstehen, deren Frequenzen normalerweise miteinander übereinstimmen. Aus diesen letzteren
Schwingungen wird durch einen Phasendiskriminator eine von ihrem Phasenunterschied abhängige Regelspannung
gewonnen, welche die Frequenz des einen Schwingungserzeugers derart beeinflussen kann, daß
ein konstanter Phasenunterschied zwischen den beiden Schwingungen mit übereinstimmenden Frequenzen erhalten
bleibt. Auf diese Weise bleibt ein konstantes Verhältnis zwischen den Frequenzen der ursprünglichen
Schwingungen erhalten, bei denen es sich z. B. um die Schwingung eines Frequenznormals bzw. um
die Schwingung eines Hochfrequenzsenders handeln kann,, die zueinander in bestimmtem Verhältnis stehen
sollen.
Derartige Verfahren weisen einige typische Nachteile auf. Es ist z. B. Frequenzwechsel beim Hochfrequenzsender
mit erheblichem Arbeitsaufwand verbunden, weil die Schwingkreise der einzelnen Stufen
der Frequenzteiler der neuen Frequenz anzupassen sind. Sodann entsteht bei größeren Unterschieden der
am Phasendiskriminator miteinander zu vergleichenden Frequenzen, wie sie z. B. bei Inbetriebsetzung der
Einrichtung in der Regel bestehen werden, als Regelspannung eine Wechselspannung, die sich zur Einleitung
einer Frequenzregelung nicht eignet.
Die Nachteile sind beim Verfahren gemäß der Erfindung vermieden. Dieses ist dadurch gekennzeichnet,
daß aus den beiden ursprünglichen Schwingungen, deren Frequenzen miteinander zu vergleichen sind,
zwei normalerweise periodische und gleichfrequente Signale gewonnen werden, wobei zur Gewinnung
mindestens des einen Signals eine Zählanordnung verwendet wird, die jeweils nach Eintreffen einer normalerweise
konstanten Zahl von Perioden der ursprünglichen Schwingungen einen Ausgangsimpuls
abgibt, welche normalerweise Rückstellung der Zählanordnung und sofortigen Wiederbeginn der Zählung
bewirkt, daß mittels eines Phasendiskriminators eine Regelspannung in Abhängigkeit von der gegenseitigen
Phase der beiden Signale erzeugt wird und daß jeweils dann, wenn diese Phase außerhalb eines vorgegebenen
Bereiches liegt, eine vorübergehende Veränderung der genannten Zahl in dem Ausmaß und in
dem Sinne bewirkt, daß ein weiteres Abwandern der Phase vom vorgegebenen Bereich verhindert wird.
Der prinzipielle Aufbau und die Wirkungsweise einer nach diesem Verfahren arbeitenden Einrichtung
werden nun an Hand eines Anwendungsbeispiels nach Fig. 1 erläutert. Darin stellt G1 ein Frequenznormal
Verfahren zum Erzeugen einer Spannung,
die vom Unterschied
zwischen zwei Frequenzen abhängt
zwischen zwei Frequenzen abhängt
Anmelder:
»PATELHOLD«
Patentverwertungs- & Elektro-Holding
Patentverwertungs- & Elektro-Holding
A. G.,
Glarus (Schweiz)
Glarus (Schweiz)
Vertreter: Dr.-Ing. B. Sommerfeld, Patentanwalt,
München 23, Dunantstr. 6
München 23, Dunantstr. 6
Beanspruchte Priorität:
Schweiz vom 18. Februar 1959
Schweiz vom 18. Februar 1959
Dipl.-Ing. Gustav Guanella, Zürich (Schweiz),
ist als Erfinder genannt worden
ist als Erfinder genannt worden
dar, d. h. einen Schwingungserzeuger von besonders hoher Frequenzkonstanz, dessen Frequenz mit der
Trägerfrequenz eines Senders G2 übereinstimmen möge. Die elektronischen Zähler Z1 und Z2 sind in an
sich wohlbekannter Weise so eingerichtet, daß sie jeweils nach Eintreffen einer bestimmten Zahl η
(welche normalerweise gleich der Zahl nQ ist) von
Perioden der zugeführten ursprünglichen Schwingungen e± bzw. e2 einen Ausgangsimpuls abgeben. Die
beiden Signale U1 und U2, bei welchen es sich im vorliegenden
Beispiel um Impulsfolgen handelt, weisen also entsprechend dem Verhältnis i/n niedrigere Frequenzen
auf als die ursprünglichen Schwingungen e±
und e2. Mittels des Phasendiskriminators P wird die
zunächst impulsförmige Regelspannung V0 in Abhängigkeit
von der gegenseitigen Phase der beiden Signale M1, U2 erzeugt. Diese Regelspannung beeinflußt
nach Glättung und im Falle eines frequenzmodulierten Senders, nach Befreiung von modulierfrequenten
Anteilen im Tiefpaßfilter F als Spannung ν den Sender G2 derart, daß allfälligen Abweichungen
seiner Trägerfrequenz von ihrem Sollwert entgegengewirkt wird. Die Regelspannung V0 wird außerdem
der Schwellenschaltung B zugeführt. Überschreitet sie gewisse vorgegebene Grenzen, d. h. liegt die durch P
überwachte Phase der beiden Signale außerhalb eines
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vorgegebenen Bereiches, so erscheint am Ausgang von B ein Signal V1 oder V2, welches eine vorübergehende
Veränderung der Zahl η beim Zähler Z1 bzw.
Z3 bewirkt. Diese Zahl wird dabei in dem Sinne \rerändert,
daß ein weiteres Abwandern des Phase vom vorgegebenen Bereich verhindert wird. Verläßt beispielsweise
die durch P überwachte Phase den vorgegebenen Bereich als Folge einer Verkleinerung der
Frequenz der Schwingung e2 gegenüber derjenigen der
Schwingung ev so kann durch das Signal V2 die
Zahl η beim Zähler Z2 vermindert werden; oder es
kann durch das Signal W1 die Zahl η beim Zähler Z1
vergrößert werden. Da hierdurch die Frequenzen der Signale M1, U2 einander angenähert werden, läßt sich
in beiden Fällen ein weiteres Abwandern der überwachten Phase vom vorgegebenen Bereich verhindern.
Es wird also als Regelspannung ν eine Gleichspannung bestehen bleiben, welche zur Herstellung der
Sollfrequenz des Sender G2 geeignet ist. Tritt dabei
die Phase zwischen U1 und U2 wieder in den vorgegebenen
Bereich ein, so verschwindet das Signal V1 bzw. V2, und der beeinflußte Zähler arbeitet wieder
mit der normalerweise geltenden Zahl n0.
Ein zur Verwendung in der beschriebenen Einrichtung geeignete Impulsphasen diskriminator kann durch
eine an sich bekannte bistabile Kippschaltung gebildet werden, welche durch die Impulse U1 in die eine, durch
die Impulse U2 in die andere stabile Lage gebracht
wird. Die Kippschaltung erzeugt also gemäß Fig. 2 eine Impulsfolge V0, bei der das Verhältnis der positiven
Abschnitte T1 zu den negativen Abschnitten T1.,
für die überwachte Phase φ zwischen den Impulsfolgen Ii1 und Ji2 charakteristisch ist. Wird die Impulsfolge
V0 erdsymmetrisch erzeugt, so ist das Vorzeichen
der durch Filterung in F (Fig. 1) aus ihr gewonnenen mittleren Gleichspannung ν charakteristisch für die
Richtung der Abweichung der Phase φ von ihrem mittleren Wert, der einer halben Periode der Impulsfolgen
U1 und U2 entspricht (T1 = T2). Eine solche
Gleichspannung ist als Regelspannung zur Beeinflussung eines Oszillators besonders gut geeignet. Aus
der Impulsfolge V0 kann durch die Schwellenschaltung
B (Fig. 1) das Signal V1 oder V2 beispielsweise
dadurch erzeugt werden, daß durch Integrierglieder die Längen der Abschnitte T1 und T2 gemessen und 4S
die dabei an den Integriergliedern auftretenden Spannungen mit konstanten Spannungen, verglichen werden.
Das Signal V1 oder V2 erscheint, sobald eine jener
Spannungen größer wird als die zugeordnete konstante Spannung. Die Schwellenschaltung B ist so zu
dimensionieren, daß das Signal V1 oder V2 auftritt,
wenn T1 oder T2 klein gegenüber (T1 -f- T2) wird,
wenn also etwa die Phase φ (Fig. 2) eine der Grenzen q>min oder q>max überschreitet.
Elektronische Zähler, die jeweils bis zu einer vorgegebenen
Zahl η zählen, bei deren Erreichen einen Impuls abgeben und das Zählen wieder von vorn
beginnen, sind an sich wohlbekannt, ebenso Maßnahmen zur willkürlichen Veränderung der Zahl n.
Es ist insbesondere auch bekannt, den Zähler durch ein besonderes Signal vorzeitig in die Nullstellung
zurück zu verbringen. Unter Verwendung derartiger Zähler läßt sich eine besonders einfache Einrichtung
realisieren, welche nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitet.
Zur Erläuterung der Wirkungsweise dieser nach Fig. 1 aufgebauten Einrichtung sei angenommen, daß
sich die Frequenz der Schwingung e2 vermindere, so daß nach einiger Zeit die Phase φ (Fig. 2) die
Grenze q>max erreicht und überschreitet. In der
Schwellenschaltung B wird dann die Spannung des Integriergliedes, welches die Länge des Abschnittes T1
mißt, die zugeordnete konstante Spannung übersteigen, bevor der den Abschnitt T1 beendende Impuls der
Reihe Zi2 eingetroffen ist. Dies gibt Anlaß zur Entstehung
des Signals V2, welches den Zähler Z2 vorzeitig
in die Nullstellung zurück verbringt, wobei er gleichzeitig einen Ausgangsimpuls U2 abgibt. Dieser
Ausgangsimpuls erscheint also nicht erst nach n0
Perioden der Schwingung e2, sondern schon früher.
Es wird so dafür gesorgt, daß auf jeden Fall zwischen je zwei Impulsen der Reihe U1 ein Impuls der Reihe U2
auftritt.
Die Fig. 3 zeigt schematisch eine andere Einrichtung, welche nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
arbeitet. Danach werden die Schwingungen ^1 und e2
des Frequenznormals G1 bzw. des Senders G2 über die
normalerweise durchlässigen Torschaltungen T1 bzw.
T2 den Zählern Z1 bzw. Z2 zugeführt. Die Ausgangsimpulse
U1, U2 der Zähler gelangen zum Phasendiskriminator
P, der daraus eine zunächst impulsförmige Regelspannung vQ erzeugt. Diese wird im Tiefpaßfilter
F zu einer Gleichspannung ν beruhigt, welche zur Beeinflussung der Trägerfrequenz des Senders G2
dient.
Wird nun wiederum angenommen, daß sich die Frequenz der Schwingung e2 vermindere, so wird die
Phase φ (vgl. Fig. 2) schließlich so groß, daß die Hinterkante eines Impulses der Reihe U2 hinter die
Vorderkante eines Impulses der Reihe U1 zu liegen
kommt, daß also die Impulse der Reihen U1 und Ji2
einander teilweise überdecken. Eine solche Überdeckung läßt, wie im einzelnen noch zu erläutern sein
wird, die Koinzidenzschaltung K1 ansprechen. Diese
erzeugt ein Signal V1, welches die Torschaltung T1
sperrt. Die Zählung der Perioden der Schwingung ex
wird also unterbrochen, solange das Signal V1 wirksam
ist. Der nächste Ausgangsimpuls des Zählers Z1 erscheint also nicht schon nach n0 Perioden, sondern
erst später. Es wird so wiederum dafür gesorgt, daß auf jeden Fall zwischen je zwei Impulsen der Reihe U1
ein Impuls der Reihe M2 auftritt, indem erforderlichenfalls
das Auftreten der Impulse der Reihe U1 durch die Vergrößerung der Zahl η entsprechend verzögert
wird.
Es ist nun notwendig, zu unterscheiden, ob die genannten Überdeckungen als Folge einer sehr großen
oder einer kehr kleinen Phase φ (Fig. 2) zustande kommen, denn im erstehen Fall muß die Torschaltung
T1, im letzteren die Torschaltung T2 gesperrt
werden. Diese Unterscheidung geschieht dadurch, daß die Impulsreihen U1 und U2 durch die Differenzierglieder
D1 bzw. D2 differenziert werden und daß der
Koinzidenzschaltung K1 (K2) einerseits die Impulse Ii2
(M1) und andererseits die durch Differentiation der ImPuISeW1 (M2) gewonnenen Signale zugeführt werden,
letztere in dem Sinne, daß die der Vorderkante der ImPuISeM1 (m2) entsprechenden Signalanteile für
anfällige Koinzidenzen maßgebend sind. Die Fig. 4 verdeutliche diese Maßnahme, wobei die Impulse der
Reihen M1, M2 zur Erhöhung der Übersichtlichkeit verhältnismäßig
lang dargestellt sind. Sie zeigt den Zustand, der eintritt, wenn die Phase φ sehr groß ist.
Es ist ersichtlich, daß bei K1 eine Koinzidenz zwischen
dem positiven Signalanteil von M1' (der die Vorderkante
der Impulse von M1 markiert) und dem (positivem)
Impuls M2 zustande kommt, nicht aber eine Koinzidenz bei K2, weil zur Zeit des positiven Signalanteils
von M2' der Impuls von M2 fehlt. Es wird also
bei großer Phase φ die Koinzidenzschaltung K1
(Fig. 3) ansprechen, bei kleiner Phase die Koinzidenzschaltung K2.
Dem Phasendiskriminator P können an Stelle der Impulse K1, U2 auch die differenzierten Signale U1', U2
zugeführt werden.
Claims (6)
1. Verfahren zum Erzeugen einer Spannung, die vom Unterschied zwischen zwei Frequenzen abhängt,
dadurch gekennzeichnet, daß aus den beiden ursprünglichen Schwingungen, deren Frequenzen
miteinander zu vergleichen sind, zwei normalerweise periodische und gleichfrequente Signale gewonnen
werden, wobei zur Gewinnung mindestens des einen Signals eine Zählanordnung verwendet
wird, die jeweils nach Eintreffen einer normalerweise konstanten Zahl von Perioden der ursprünglichen
Schwingung einen Ausgangsimpuls abgibt, ao welcher normalerweise Rückstellung der Zählanordnung
und sofortigen Wiederbeginn der Zählung bewirkt, daß mittels eines Phasendiskriminators
eine Regelspannung in Abhängigkeit von der gegenseitigen Phase der beiden Signale erzeugt
wird und daß jeweils dann, wenn diese Phase außerhalb eines vorgegebenen Bereiches liegt, eine
vorübergehende Veränderung der genannten Zahl in dem Ausmaß und in dem Sinne bewirkt wird,
daß ein weiteres Abwandern der Phase vom vorgegebenen Bereich verhindert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Veränderung bewirkt wird, sobald
der Mittelwert der Regelspannung vorgegebene Grenzen überschreitet.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus den beiden ursprünglichen
Schwingungen impulsförmige Signale gewonnen werden und daß die Veränderung bewirkt wird,
sobald Koinzidenzen zwischen den Impulsen der beiden Impulsfolgen auftreten.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Koinzidenzschaltungen verwendet
werden, deren jeder die Impulse der einen Impulsfolge und die differenzierten Impulse der
anderen Impulsfolge zugeführt werden.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Veränderung durch vorzeitiges
Verbringen der Zählanordnung in die Nullstellung bewirkt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Veränderung durch Unterbrechen der der Zählanordnung zugeführten ursprünglichen
Schwingung bewirkt wird.
In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschriften Nr. 2 490 499, 2 490 500,
521 789.
USA.-Patentschriften Nr. 2 490 499, 2 490 500,
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Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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