-
Selbststartender und selbstunterbrechender Rückmischteiler Die Erfindung
betrifft einen selbststartenden und selbstunterbrechenden, in einem vorgegebenen
rationalen Verhältnis n : 1 teilenden Rückmischteiler, bei dem im Rückkopplungsweg
ein weiterer Frequenzteiler mit einem rationalen Teilungsverhältnis k : l sowie
Frequenzvervielfacher eingeschaltet sind.
-
Bekannte harmonische Frequenzteiler sind der mitgezogene Oszillator
und der rückgekoppelte Modulator. die sich vor allem durch die Art ihres Rückkopplungsweges
unterscheiden. Die Wirkungsweise beider Anordnungen beruht auf drei Vorgängen: !Mischung
der zu teilenden Frequenz mit der rückgerührten Frequenz, Verstärkung und Vervielfachung
der geteilten Frequenz. Maßgebend für die Eigenschaften eines solchen Frequenzteilers
ist die sogenannte Schleifenverstärkung für die Grundschwingung mit der geteilten
Frequenz f bei Abwesenheit der Eingangsspannung mit der zu teilenden Frequenz nf.
Zur Definition der Schleifenverstärkung denkt man sich den Rückkopplungskreis an
einer rückwirkungsfreien Stelle aufgetrennt; die Schleifenverstärkung ist dann das
Verhältnis der Spannung am Ausgang dieser Trennstelle zur künstlich zugeführten
Spannung am Eingang dieser Trennstelle.
-
Beim mitgezogenen Oszillator erfolgen im allgemeinen Mischung, Verstärkung
und Frequenzvervielfachung in ein und demselben Organ, z. B. in einer Elektronenröhre
oder in einem Transistor. Es ist nur ein Rückkopplungsweg vorhanden, der auf die
geteilte Frequenz f abgestimmt ist; die oben definierte Schleifenverstärkung ist
größer als Eins. Ein solcher Oszillator schwingt daher von selbst an, hat aber den
Nachteil, daß bei Absinken der Eingangsspannung unter einen bestimmten Wert, bei
dem keine Mitnahme mehr erfolgt, der Oszillator mit seiner Eigenfrequenz weiterschwingt,
die von der geteilten Frequenz mehr oder weniger abweicht. Es sind auch Mittel bekannt,
um die Schleifenverstärkung derart von der Eingangsspannung abhängig zu machen,
daß sie bei deren Ausfall kleiner als Eins wird, wodurch die Schwingungserzeugung
unterbrochen wird; dieser Vorteil wird jedoch durch einen wesentlich kleineren Mitnahmebereich
erkauft. Wie bereits vorgeschlagen, kann der Mitnahmebereich jedoch mittels Mehrfachrückkopplung
vergrößert werden.
-
Beim rückgekoppelten Modulator werden in der Regel Mischung und Frequenzvervielfachung
getrennt vorgenommen, so daß die für die Teilung besonders wichtige Frequenz (n-
1)-f rückgeführt wird. Bei Ausfall der steuernden Eingangsspannung wird daher der
Teilungsvorgang sofort unterbrochen, so daß keine falsche Frequenz entsteht. Es
sind jedoch besondere Schaltungsmaßnahmen erforderlich, damit sich beim Starten
die Frequenzen f und (n- 1)-f erregen können.
-
Nachteilig ist sowohl bei Frequenzteilerschaltungen nach dem Prinzip
des mitgezogenen Oszillators wie auch bei solchen nach dem Prinzip des rückgekoppelten
Modulators, daß sie nur bei kleinen Teilungsverhältnissen, z. B. kleiner als Zehn,
brauchbar sind. Bei größeren Teilungsverhältnissen wird der Mitnahmebereich dieser
Teilerschaltungen so gering, daß eine praktische Verwertung nicht mehr möglich ist.
-
Das Blockschaltbild eines nach dem Prinzip des rückgekoppelten Modulators
ausgeführten Frequenzteilers wird in Fig. 1 gezeigt. Es handelt sich hierbei um
einen Frequenzteiler, beispielsweise mit einem Teilungsverhältnis 19: 1. Die Schaltung
besteht aus zwei auf die zu teilende Frequenz f und die Frequenz (n-1)-f abgestimmten
Resonanzkreisen, dem Modulator M1 und dem Frequenzvervielfacher V im Rückkopplungsweg
des Frequenzteilers. Die geteilte Frequenz f führt man dem Frequenzvervielfacher
V zu, entnimmt diesem die 18. Harmonische und mischt diese im Modulator M 1 mit
der zu teilenden Frequenz n - f = 19 t. Der auf (n-1)-f abgestimmte Resonanzkreis
muß sehr schmalbandig sein, um die im Abstand der geteilten Frequenz f auftretenden
Nebenwellen zu unterdrücken. Je schmalbandiger man aber die Kreise eines Rückmischteilers
auslegt, um so kleiner wird sein Mitnahmebereich und um so höhere Forderungen sind
dann an die Frequenzkonstanz der Kreise und an die Frequenzkonstanz der zu teilenden
Frequenz f zu stellen. Man wird daher Lösungen anstreben, die es gestatten, breitbandige
Schwingkreise
zu verwenden. Dadurch können für die einzelnen Bauelemente beispielsweise bezüglich
ihrer zeitlich und,/oder temperaturbedingten Änderungen größere Toleranzen zugelassen
werden. Derartige breitbandige Schwingkreise kann man insbesondere dann verwenden,
wenn man die Frequenzvervielfachung (z. B. I : 18) im Rückkopplungsweg in mehreren
Stufen vornimmt. Der Abstand der in der einzelnen Stufe zu unterdrückenden Nebenwellen
vergrößert sich dann entsprechend dem kleineren Vervielfachungsfaktor. Eine Aufteilung
der Frequenzvervielfachung ist auch noch deshalb notwendig, weil es mit einfachen
Mitteln nicht möglich ist, so schmale Impulse zu erzeugen, wie sie zur direkten
Gewinnung der 18. Harmonischen erforderlich sind. Es zeigt sich jedoch, daß bei
einer Aufteilung der Frequenzvervielfachung in mehrere Kreise eine wilde Phasenmodulation
bei der Schwingung mit der geteilten Frequenz auftritt, wodurch eine derartige Schaltungsanordnung
unbrauchbar wird.
-
Diese Phasenmodulation tritt bereits bei einer Unterteilung in mehr
als drei Kreisen auf. Ursache für diese Phasenmodulation ist die Vergrößerung des
Phasenhubes durch die Frequenzvervielfachung im Rückkopplungsweg.
-
Dieser Nachteil läßt sich beheben, wenn man von der Erkenntnis ausgeht,
daß die Phasenmodulation durch Einfügen von Frequenzteilern in denselben Rückkopplungsweg
wieder rückgängig gemacht werden kann. Dabei wird Selbsterregung der Phasenmodulation
vermieden, wenn der Faktor der Frequenzteilung im Rückkopplungsweg größer ist als
der Faktor der Frequenzvervielfachung im selben Rückkopplungsweg.
-
Es ist eine Frequenzteilerschaltungsanordnung bekannt, bei der im
Rückkopplungsweg eines nach dem Prinzip des rückgekoppelten Modulators arbeitenden
Rückmischteilers weitere Frequenzteiler und Frequenzvervielfacher eingeschaltet
sind. Eine derartige Schaltungsanordnung zeigt das Prinzipschaltbild nach Fig. 2.
Die Frequenzteilerschaltungsanordnung besteht aus dem Modulator M, mehreren im Rückkopplungsweg
der Frequenzteilerschaltungsanordnung liegenden Frequenzteilern T1, T2 und
Frequenzvervielfachern V sowie einem ebenfalls im Rückkopplungsweg liegenden Oberwellengenerator
O mit einer Grundfrequenz von 16 kHz und einem nachgeschalteten 48-kHz-Bandpaß F.
Dem Modulator dieser Teheranordnung wird die zu teilende Frequenz n - f =120
kHz zugeführt. Beim Einschalten schwingt der Oberwellengenerator an und führt über
den 48-kHz-Bandpaß dem Modulator die weitere Frequenz (n-k)-f =48 kHz zu.
Durch Mischung beider Frequenzen wird eine Zwischenfrequenz kf =72 kHz erzeugt.
Diese Zwischenfrequenz wird in zwei weiteren Frequenzteilern mit dem jeweiligen
Teilungsverhältnis 3 : 1 auf die erforderliche Frequenz f =8 kHz geteilt. Diese
geteilte Frequenz f ist dem Eingang eines nachfolgenden Frequenzvervielfachers 1
: 2 zugeleitet. Vom Ausgang des Frequenzvervielfachers wird die 2. Harmonische der
geteilten Frequenz f dem Eingang des Oberwellengenerators zugeführt, der wiederum
die für die Mischung im Modulator notwendige Frequenz von 48 kHz erzeugt. Der durch
diese Maßnahme erreichte höhere Mitnahmebereich wird bei dieser Schaltungsanordnung
jedoch durch einen erhöhten Aufwand von Baugruppen erkauft. Ein weiterer Nachteil
ist, daß aus Gründen des Selbststartens der Teilerschaltungsanordnung ein eigener
Oberwellengenerator in den Rückkopplungsweg dieser Frequenzteilerschaltungsanordnung
eingeschaltet werden muß.
-
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine einfache Frequenzteilerschaltung
mit großem Mitnahmebereich für hohe Teilungsfaktoren zu schaffen.
-
Gemäß der Erfindung wird die Frequenzteilerschaltung so ausgebildet,
daß zwischen dem Kollektor eines pnp-Transistors, dessen Basis über einen übertrager
die zu teilende Frequenz n - f zugeführt ist, und dem negativen Pol der Versorgungsspannungsquelle
zwei auf die Frequenzen k- f bzw. (n-k)-f abgestimmte Schwingkreise in Reihe geschaltet
sind und der auf die Frequenz (n-k)-f abgestimmte Schwingkreis induktiv mit Hilfe
einer Reihenschaltung, bestehend aus einer Induktivität und einem ohmschen Widerstand,
die zwischen Emitter und positivem Pol der Versorgungsspannungsquelle liegt, an
den Emitterkreis des Transistors angekoppelt ist, daß die Frequenz k - f
der Basis eines zweiten Transistors zugeführt ist und zwischen dem Kollektor dieses
Transistors und dem negativen Pol der Versorgungsquelle zwei auf die Frequenzen
bzw.
abgestimmte Schwingkreise in Reihe geschaltet sind und jeder der beiden Schwingkreise
induktiv, mittels einer zwischen Emitter des zweiten Transistors und positivem Pol
der Versorgungsspannungsquelle liegenden Reihenschaltung zweier Induktivitäten und
eines ohmschen Widerstandes, an den Emitterkreis des zweiten Transistors angekoppelt
ist, daß über eine Kopplungsspule die Frequenz
der Basis eines dritten Transistors einer nachfolgenden Teilerstufe zugeleitet ist,
deren Aufbau im wesentlichen mit dem der vorhergehenden Teilerstufe übernimmt. die
im Kollektorkreis dieses Transistors liegenden Schwingkreise jedoch auf die Frequenzen
bzw.- =f, wobei f der geteilten Frequenz entspricht, abgestimmt sind, außerdem diesen
Schwingkreisen weitere Spulen zur Auskopplung ganzzahliger Vielfacher der geteilten
Frequenz f in Reihe geschaltet sind und das am weitesten vom Kollektor abliegende
Ende der letzten in Reihe geschalteten Spule an dem Verbindungspunkt der beiden
Schwingkreise im Kollektorkreis des ersten Transistors geführt ist, daß ferner alle
drei Transistoren durch eine zwischen dem Emitter des jeweiligen Transistors und
dem negativen Pol der Versorgungsspannungsquelle liegende Widerstandskombination
vorgespannt sind und jeder der auf die Frequenzen (n-k)-f,
und f abgestimmten Schwingkreise für sich durch je zwei vorgespannte, antiparallel
geschaltete, induktiv an die Schwingkreise angekoppelte Dioden begrenzt ist.
-
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann insbesondere die zu teilende
Frequenz n - f =228 kHz und die Zwischenfrequenz k - f
= 192 kHz betragen. Weiterhin kann der auf die Frequenz kf abgestimmte Schwingkreis
als Bandfilter ausgebildet sein und die Frequenz kf über einen übertrager der Basis
des zweiten Transistors zugeführt werden.
-
Durch diese Maßnahmen wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe
vorteilhaft gelöst. Der Rückmischteiler nach der Erfindung hat den besonderen
Vorteil,
daß sein Modulator gleichzeitig als Startoszillator ausgebildet ist. Der Startoszillator
ist dabei auf die Frequenz (ii-k)-f abgestimmt, so daß der Modulator beim Start
seine zur Mischung notwendige Rückkopplungsfrequenz selbst erzeugt. Dadurch ist
ein sicherer Selbststart dieses Rückmischteilers ohne des sonst zusätzlichen benötigten
Oberwellengenerators im Rückkopplungsweg des Rückmischteilers gewährleistet. Der
auf die Rückkopplungsfrequenz (n - k)-f abgestimmte Schwingkreis kann dabei
um so breitbandiger sein, je größer die Differenz zwischen der Zwischenfrequenz
kf und der Rückkopplungsfrequenz (n-k)-f ist. Da man bei der Auslegung eines solchen
Frequenzteilers in der Wahl beider Frequenzen weitgehend frei ist, läßt sich der
Vorteil der Breitbandigkeit des auf (n-k)-f abgestimmten Schwingkreises stets ausnutzen.
Ferner kommt noch hinzu, daß der Oberwellengenerator um so aufwendiger wird, je
höhere Oberwellen er liefern soll, während bei der Schaltungsanordnung nach der
Erfindung stets ein einfacher Schwingkreis genügt, um den Selbststart zu ermöglichen.
Mittels der Widerstandskombination zwischen Emitter des jeweiligen Transistors und
dem negativen Pol der Versorgungsquelle läßt sich genau einstellen, bei welcher
Größe der Eingangsspannung mit der zu teilenden Frequenz f der Frequenzteiler anschwingen
soll. Weiterhin ist die letzte Teilerstufe zugleich als Verzerrerstufe ausgebildet,
so daß am Ausgang der Teilerschaltungsanordnung ein impulsförmiger Strom entnommen
werden kann. Dadurch wird ein eigener Frequenzvervielfacher im Rückkopplungsweg
des Rückmischteilers eingespart. Der impulsförmige Ausgangsstrom wird zur Synchronisation
des Startoszillators dem auf (n-k)-f abgestimmten Schwingkreis zugeführt. Dabei
dient die Synchronisationsleitung auch als Gleichspannungszuführung für den Kollektor
der letzten Transistorstufe. Außerdem ist es möglich, aus dem impulsförmigen Ausgangsstrom
durch die in Reihe geschalteten Auskopplungsglieder am Ausgang der Teilerschaltung
mittels an diese Auskopplungsgliedcr angeschalteter Bandfilter Oberwellen, die gleichzeitig
als Pilot- und Trägerfrequenzen verwendbar sind, zu entnehmen.
-
Die Erfindung wird an Hand eines in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispieles
näher erläutert.
-
Die Frequenzteilerschaltungsanordnung besteht im wesentlichen aus
drei Stufen. Die zu teilende Frequenz n f -19f = 228 kHz wird über den Übertrager
Ü1 der Basis des pnp-Transistors T1 zugeführt. Zwischen Kollektor und negativem
Pol der Versorgungsspannungsquelle sind das auf die Frequenz kf =16f =192 kHz abgestimmte
Bandfilter sowie der auf die Frequenz (n-k)-f=3f=36kHz abgestimmte Schwingkreis
geschaltet. Der auf 36 kHz abgestimmte Schwingkreis ist induktiv über die Reihenschaltung,
bestehend aus der Sekundärwicklung S2, dem Übertrager Ü 2 und dem ohmschen Widerstand
R 1, an den Emitterkreis des Transistors angekoppelt. Der positive Pol der Versorgungsquelle
ist über diese Reihenschaltung mit dem Emitter des Transistors T 1
verbunden.
Eine Begrenzerschaltung mit den zwei antiparallel geschalteten Dioden
D I, D2, wobei die Anode der einen Diode D 1 an den negativen Pol der Versorgungsspannungsquelle
und die Kathode der anderen Diode D 2 an den positiven Pol der Versorgungsspannungsquelle
geführt ist, liegt über der Kapazität C 1 parallel zur Tertiärwicklung t 2 des Übertragers
Ü2. Die Zwischenfrequenz 192 kHz wird über das aus zwei durch einen Kondensator
gekoppelten Schwingkreisen bestehende Bandfilter induktiv dem Eingang des folgenden
zweiten Transistors T2 zugeführt. Die induktive Zuführung erfolgt dabei so, daß
die Induktivität des Ausgangskreises des Bandfilters zugleich die Primärwicklung
des Übertragers Ü3 ist und die Sekundärwicklung dieses Übertragers zwischen Basis
des Transistors T2 und positivem Pol der Versorgungsspannungsquelle geschaltet ist.
Zwischen dem Kollektor des Transistors T2 und dem negativen Pol der Versorgungsspannungsquelle
liegen der ohmsche Widerstand und zwei auf die Frequenzen 8 f =96 kHz und 4 f =48
kHz abgestimmte Schwingkreise, deren Induktivitäten jeweils die Primärwicklungen
der beiden Übertrager Ü 4 und Ü 5 sind, in Reihe. Diese Schwingkreise sind über
die beiden Sekundärwicklungen S4, S5 der übertrager Ü4 und Ü5 an den Emitterkreis
des Transistors T2 angekoppelt. Dem Emitter wird seine Gleichspannung vom positiven
Pol der Versorgungsspannungsquelle über die Reihenschaltung aus den Sekundärwicklungen
S 4, S 5 der Übertrager Ü 4 und Ü5 und dem Widerstand R 2 zugeführt. Zwischen
positivem Pol der Gleichspannungsquelle und Basis des Transistors T 3 ist
die Quartärwicklung Q 5 des Übertragers Ü 5 geschaltet, wodurch die Frequenz
von 48 kHz an die Basis des Transistors T3 gelangt. Die dritte Teilerstufe ist im
wesentlichen ähnlich wie die zweite Stufe ausgebildet. Jedoch sind die beiden in
dem Kollektorkreis der dritten Teilerstufe liegenden Schwingkreise auf die Frequenzen
2 f =24 kHz und f= 12 kHz abgestimmt. Außerdem liegt in Reihe zu ihnen die Primärwicklung
p 8 des Auskoppelübertragers Ü B. Das schaltungsmäßig am weitesten vom Kollektor
des Transistors T3 entfernt liegende Ende dieser Primärwicklung p 8 des Auskoppelübertragers
Ü8 ist über eine Leitung mit dem Verbindungspunkt des im Kollektorkreis des ersten
Transistors T1 geschalteten Bandfilters und Schwingkreises verbunden. Alle in der
Schaltungsanordnung vorkommenden Schwingkreise sind jeweils mit einem ohmschen Widerstand
parallel zum jeweiligen Schwingkreis bedämpft. Außerdem sind alle drei Transistoren
T1, T2 und T 3 jeweils durch eine Widerstandskombination W 1.,
W
2 bzw. W3, die zwischen dem Emitter des jeweiligen Transistors und dem negativen
Pol der Versorgungsspannungsquelle liegt, vorgespannt. Die Widerstandskombination
besteht aus einer Reihenschaltung eines ohmschen Widerstandes und eines Thernewiden
und eines dieser Reihenschaltung parallel geschalteten ohmschen Widerstandes. Der
auf die Frequenz f abgestimmte Schwingkreis der letzten Teilerstufe ist außerdem
mit einer Auskopplungswicklung q 7 versehen, der die geteilte Frequenz f =12 kHz
entnommen werden kann. Die Spannungsbegrenzung der auf 8f, 41, 2 f und
f abgestimmten Schwingkreise erfolgt analog des im Kollektorkreis des ersten
Transistors T 1 liegenden, auf 3 f abgestimmten Schwingkreises. Bei den Schwingkreisen
mit der Resonanzfrequenz von 4 f und f ist ferner jeder Diode je ein ohmscher Widerstand
R 3, R 4, R 5 bzw. R 6 in Reihe geschaltet.
-
Im folgenden soll nun die Wirkungsweise dieser Teileranordnung näher
erläutert werden. Hat die zugeführte, zu teilende Frequenz nf eine durch die Widerstandskombination
W 1 bestimmte Größe erreicht, so wird die Schleifenverstärkung für die Frequenz
36f
der ersten Stufe größer als Eins. Der durch die erste Stufe mit Hilfe des auf die
Frequenz 3 f = 36 kHz abgestimmten Schwingkreises gebildete Startoszillator schwingt
an und erzeugt die zur Mischung notwendige Rückkopplungsfrequenz. Durch Mischung
der zu teilenden Frequenz von 228 kHz mit der Frequenz des Startoszillators wird
eine Frequenz von 192 kHz gebildet. Diese gelangt über den Übertrager Ü3 an die
Basis des Transistors T2 und bringt den auf 96 kHz abgestimmten, im Kollektorkreis
des zweiten Transistors liegenden Schwingkreis zum Anschwingen. Durch Mischung der
Frequenz von 96 kHz mit der Frequenz von 192 kHz entsteht wiederum die Frequenz
96 kHz, so daß die Schwingung am 96-kHz-Schwingkreis aufrechterhalten wird. Die
in der Zwischenzeit ebenfalls mittels des auf 48 kHz abgestimmten Schwingkreises
erzeugte Frequenz von 48 kHz bildet nun ihrerseits durch Mischung mit der Frequenz
von 96 kHz eine weitere Komponente von 48 kHz. Die Frequenz von 48 kHz wird über
die Auskopplungswicklung q5 der Basis des dritten Transistors T3 zugeführt.
Dort erfolgt die Mischung analog wie in der vorhergehenden Teilerstufe, wodurch
die Frequenz 24 kHz sowie die geteilte Frequenz 12 kHz gebildet werden. Da die Transistoren
T1 bis T3 im G-Betrieb arbeiten, wird am Ausgang der letzten Teilerstufe ein Impulsstrom
mit der Frequenz f als Grundwelle abgegeben. Dieser impulsförmige Strom wird auf
den in der ersten Teilerstufe enthaltenen, auf 36 kHz abgestimmten Schwingkreis
zurückgekoppelt, so daß die dritte Harmonische dieses Impulsstromes eine Synchronisation
dieses Schwingkreises bewirkt. über den Auskoppelübertrager Ü8 können auch Harmonische
dieses Impulsstromes entnommen werden. Der Arbeitspunkt der Transistoren kann mittels
der zwischen dem Emitter des jeweiligen Transistors und dem negativen Pol der Versorgungsspannungsquelle
liegenden Widerstandskombination W 1 bis W 3 verändert werden.
-
Der Erfindung wurden pnp-Transistoren zugrunde , gelegt. Es lassen
sich jedoch bei entsprechender Umgestaltung auch npn-Transistoren anwenden.