DE1168508B - Schaltungsanordnung zur Frequenzteilung und -vervielfachung - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. Kl.: H 03 b

Deutsche Kl.: 21 a4 - 6/02

Nummer: 1168 508

Aktenzeichen: S 69966 IX d / 21 a4

Anmeldetag: 17. August 1960

Auslegetag: 23. April 1964

Schaltungen zur Frequenzteilung bestehen im allgemeinen aus einem rückgekoppelten System, indem sich eine Schwingung mit der geteilten Frequenz erregen kann, wenn dem Eingang die Spannung mit der zu teilenden Frequenz zugeführt ist.

Es sind Doppeloszillatoren bekannt, die auch als Mitnahmeteiler verwendet werden können. Bei derartigen Schaltungen wird von der Tatsache ausgegangen, daß mit einer Elektronenröhre Schwingungen erzeugt werden können, wenn der Gitter- und Anodenwiderstand induktiv und ein von der Anode auf das Gitter rückkoppelnder Widerstand kapazitiv ist oder umgekehrt. Durch Kombination dieser beiden Varianten erhält man dann einen Doppeloszillator. Die dadurch in Gitter- und Anodenkreis entstandenen scheinbaren Schwingkreise stellen in Wirklichkeit kapazitive und induktive Widerstände dar. Es erregen sich in dieser Schaltungsanordnung nicht Schwingungen entsprechend den Resonanzfrequenzen der Schwingkreise, sondern zwei Schwingungen mit denjenigen Frequenzen, für die die Schwingbedingung auf Grund der beiden genannten Fälle erfüllt ist. Für beide Frequenzen dieses Doppeloszillators ist nur ein Rückkopplungsweg vorgesehen. Eine derartige Schaltungsanordnung hat den Nachteil, daß bei Änderung nur eines Bauteiles die Frequenz beider Schwingungen geändert wird. Durch die besondere Art der Schwingungserzeugung ist außerdem stets nur annähernd zu erreichen, daß die Frequenz der einen der beiden Schwingungen ein vielfaches der Frequenz der anderen Schwingung ist. Eine harmonische Frequenzteilung ist daher mit einem derartigen Doppeloszillator nicht möglich.

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Teilung und Vervielfachung einer Frequenz nf in einem vorgegebenen rationalen Verhältnis für Teilungsverhältnisse η gleich oder größer als 3, unter Verwendung eines mitgezogenen Oszillators mit Mehrfachrückkopplung mittels in Reihe geschalteter Schwingkreise im Ausgangskreis des Oszillators und einer Reihenschaltung der den einzelnen Schwingkreisen zugehörigen Kopplungswicklungen im Rückkopplungskreis des Oszillators.

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 rückgeführten Frequenz, Verstärkung und Vervielfachung der geteilten Frequenz. Maßgebend für die Eigenschaften eines solchen Frequenzteilers ist die Schaltungsanordnung zur Frequenzteilung und
-Vervielfachung

Anmelder:

Siemens & Halske Aktiengesellschaft,

Berlin und München,

München 2, Wittelsbacherplatz 2

Als Erfinder benannt:

Dipl.-Ing. Erhard Steiner, München

sogenannte Schleifenverstärkung für die Grundschwingung mit der geteilten Frequenz / bei Ab-

ao Wesenheit 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 einem Transistor. Es ist nur ein Rückkopplungsweg vorhanden, der auf die geteilte Frequenz 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 Sollfrequenz 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.

Es ist auch bekannt, bei Frequenzteilern Mittel vorzusehen, die bei völligem Ausfall der Eingangsspannung den Frequenzteiler stillsetzen. Das wird dadurch erreicht, daß bei Ausfall des die Eingangsspannung erzeugenden Oszillators mittels einer Röhrendiode und einer weiteren Röhre ein Sperrpotential an die Eingangsröhre des Teilers gelegt

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wird. Nachteilig ist dabei, daß erst bei völligem Aus- des Betriebs dauernd am Oszillatoreingang liegende fall der Spannung mit der zu teilenden Frequenz der Vorspannung den Teilungsvorgang unterbricht, wenn

Sperrmechanismus in Tätigkeit tritt. die absolute Größe der Eingangsspannung mit der zu Außerdem gibt es bereits Oszillatoren mit Mehr- teilenden Frequenz nf kleiner ist als die absolute fachrückkopplung, die zur Frequenzvervielfachung 5 Größe der Vorspannung.

verwendet werden. Darüber hinaus sind Oszillator- Mit besonderem Vorteil werden die Spannungen schaltungen mit Mehrfachrückkopplung bekannt, bei mit der geteilten Frequenz / und/oder eines Vieldenen niedrigere Frequenzen als die durch die ein- fachen m dieser Frequenz an zusätzlichen Schwingzelnen Schwingkreise bestimmten Frequenzen erzeugt kreisen abgenommen, die von den anderen Schwingwerden. Das wird durch Demodulation des bei io kreisen entkoppelt sind und keine Rückkopplung beder Mehrfachrückkopplung erhaltenen Frequenz- wirken. Auf diese Weise ist also Teilung und Vergemisches erreicht. Eine harmonische Frequenz- vielfachung einer Frequenz nf in einem vorgegebenen

teilung wird hierbei jedoch nicht durchgeführt. .. , ., ..... . m . , , , ^₁ . ,

τ, y .. , , ^J ,. -κι, λ λ ^ λ r>·· ι rationalen Verhältnis entsprechend der Gleichung

Beim ruckgekoppelten Modulator oder Ruck- « ^{v 6}

mischteiler werden in der Regel Mischung und Fre- 15

quenzvervielfachung getrennt vorgenommen, so daß («/) ----== mf

sich die für die Teilung besonders wichtige Frequenz "

(n—l)/ aussieben und bevorzugt zum Modulator möglich (m und η ganze Zahlen). Das Teilungsver-

zurückführen läßt. Beim idealen Rückmischteiler ist hältnis η — 2 stellt einen Grenzfall dar, da hierbei

die eingangs definierte Schleifenverstärkung gleich 20 die Frequenzen (n—1)/ und / zusammenfallen, d.h.

Null, da nur die Frequenz (n—I)/ rückgefühlt wird. die beiden auf (n—I)/ und / abgestimmten Rück-

Bei Ausfall der steuernden Eingangsspannung wird kopplungswege können zu einem einzigen zusammen-

daher der Teilungsvorgang sofort unterbrochen, so gefaßt werden.

daß keine falsche Frequenz entsteht. Es sind jedoch Der Frequenzteiler und -vervielfacher mit Mehrbesondere Schaltungsmaßnahmen erforderlich, damit 25 fachrückkopplung gemäß der Erfindung zeichnet sich sich beim Starten die Frequenzen / und (« — 1) / erst gegenüber einem selbststartenden und unterbrecheneirunal erregen können. Der Aufwand für derartige den Frequenzteiler mit Einfachrückkopplung vor Frequenzteiler ist daher beträchtlich. allem durch einen wesentlich größeren Mitnahme-

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen bereich aus.

vorzugsweise mit einem Transistor arbeitenden Fre- 3° Die Erfindung wird im folgenden an Hand der

quenzteiler und -vervielfacher für Teilungsverhält- Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen

nisse gleich oder größer als 3 zu schaffen, der bei zeigen in

einem vorgegebenen Wert der Eingangsspannung F i g. 1 das Prinzipschaltbild eines Frequenzteilers

sicher anschwingt, beim Absinken der Eingangsspan- und -vervielfachers gemäß der Erfindung,

nung unter einen kritischen Wert den Teilungsvor- 35 F i g. 2 eine schematische Darstellung eines Fre-

gang sofort unterbricht und einen möglichst großen quenzteilers 3 :1,

Mitnahmebereich hat. F i g. 3 die zeitlichen Vorgänge bei der Frequenz-

Die Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung teilung 3:1,

benutzt das Prinzip des mitgezogenen Oszillators. Sie F i g. 4 ein Zeigerdiagramm der auftretenden Spangeht von der Erkenntnis aus, daß der Mitnahme- 4° nungen,

bereich im wesentlichen durch die größtmögliche F i g. 5 eine idealisierte Modulatorkennlinie,

Phasenrückdrehung bestimmt wird, die die rück- F i g. 6 eine idealisierte Darstellung der Vorgänge

gekoppelte Spannung mit der geteilten Frequenz / nach F i g. 3,

durch Intermodulation mit der Spannung mit der zu F i g. 7 eine schematische Darstellung eines Fre-

teilenden Frequenz nf im nichtlinearen Teil des 45 quenzteilers 4:1,

Rückkopplungsweges erfahren kann. Es wird gezeigt, F i g. 8 die zeitlichen Vorgänge beim Anschwingen

daß mit Hilfe zusätzlicher Rückkopplungswege die eines Frequenzteilers 4 :1,

Kurvenform der rückgekoppelten Spannung derart F i g. 9 den Stromlauf eines Ausführungsbeispieles,

beeinflußt werden kann, daß sich eine möglichst In dem in F i g. 1 dargestellten Prinzipschaltbild

große Phasenrückdrehung und damit ein günstiger 50 eines Frequenzteilers und -vervielfachers gemäß der

Mitnahmebereich ergibt. Erfindung sind der Modulator M und der Ver-

Gemäß der Erfindung wird die Schaltungsanord- stärker V getrennt angeordnet. Dem Modulator M

nung zur Teilung und Vervielfachung derartig aus- wird eine sinusförmige Schwingung J₁ mit der zu

gebildet, daß bei Teilungsverhältnissen, die sich in teilenden Frequenz nf zugeführt. Es sind im Beispiel

q Faktoren p_v p_t ... p_Q zerlegen lassen, q Rückkopp- 55 drei getrennte Rückkopplungsnetzwerke vorgesehen,

lungswege bestehen, die auf die Frequenzen die jeweils einen Schwingkreis und einen Amplituden-

r χ begrenzer enthalten. Aus der verstärkten Ausgangs-

_"/ ^ __ ^__... f schwingung s_s des Verstärkers werden die Grund-

Pi P1P2 schwingung mit der geteilten Frequenz / und zwei

abgestimmt und so bemessen sind, daß sich die 6° höhere Harmonische geeigneter Ordnungszahl af und

Schwingungen in der Reihenfolge von hohen zu bf ausgesiebt und an den Eingang des Modulators M

tiefen Frequenzen erregen, daß bei anderen Teilungs- zurückgeführt (Schwingung s₂). Der Schaltungssinn

Verhältnissen zwei Rückkopplungswege bestehen, die der Rückkopplung ist so gewählt, daß eine Mitkopp-

auf die Frequenzen («—1)/ und / abgestimmt und so lung entsteht.

bemessen sind, daß sich die Schwingung mit der 65 Dem Modulator M wird außerdem eine geeignete tieferen Frequenz zuerst erregt, daß jeder in einem Größe s_i — z. B. eine Gleichvorspannung — zuge-Rückkopplungsweg liegende Schwingkreis einen führt, die ihn so lange sperrt, bis die Größe der EinAmplitudenbegrenzer enthält und daß eine während gangsspannung J₁ einen bestimmten, für die Mit-

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nähme ausreichenden Schwellenwert erreicht hat. lung, bei der Start und Unterbrechung des Teilungs-Auf diese Weise wird erreicht, daß beim Starten und Vorganges durch die Eingangsspannungen mit der zu Unterbrechen keine falsche Frequenz entsteht. teilenden Frequenz nf gesteuert werden.

Beim Starten des Teilungsvorganges liegt nur die In F i g. 2 ist eine derartige Frequenzteilerschal-Spannung S₁ mit der zu teilenden Frequenz nf am 5 tung für ein Teilungsverhältnis η = 3 schematisch Modulator. Überschreitet diese Spannung den durch dargestellt. Die beiden Rückkopplungswege sind auf die Spannung J₄ festgesetzten Schwellenwert, so steigt die Frequenzen / und 2/ abgestimmt. Durch den gedie Verstärkung des Modulators M mit steigender strichelten Pfeil ist angedeutet, daß sich die Schwin-Aussteuerung an, bis schließlich bei einem bestimm- gung mit der tieferen Frequenz / zuerst erregen soll, ten Spannungswert über einen der in Reihe geschalte- io Dies hat folgenden Grund: Besteht beim Anschwinten Rückkopplungsvierpole Selbsterregung eintritt. gen mit der Frequenz/ ein bestimmter prozentualer Die zusätzliche Aussteuerung durch die rückgekop- Frequenzfehler, so tritt nach Mischung mit der Frepelte Spannung führt zu einem weiteren Anstieg der quenz«/ die Frequenz (n—I)/ mit einem prozen-Verstärkung, so daß nun auch in den restlichen tualen Fehler auf, der um den Faktor (n—l) kleiner Rückkopplungszweigen Selbsterregung eintritt. Durch 15 ist. Diese Frequenz fällt bestimmt in den Fangbereich geeignete Wahl der Einschwingzeit und der Größe der Frequenzteilerschaltung, so daß die Schaltung der rückgekoppelten Spannung kann die Reihenfolge »einrastet«. Würde man die Reihenfolge des Andes Anschwingens festgelegt werden. schwingens umkehren, so würde sich der prozentuale

Die Amplituden der einzelnen Schwingungen wer- Frequenzfehler bei der zweiten Schwingung um den

den getrennt begrenzt, weil sonst die Möglichkeit 20 Faktor (n—l) vergrößern, so daß diese Frequenz

besteht, daß eine der Schwingungen bei Überschreiten wahrscheinlich außerhalb des Fangbereiches liegen

einer bestimmten Amplitude die andere unterdrückt. würde.

Diese bekannte Erscheinung ist die Ursache dafür, Die Vorgänge bei der Frequenzteilung 3 :1 sollen

daß sich bei Oszillatoren mit mehreren Freiheits- an Hand der F i g. 3 bis 6 näher betrachtet werden,

graden und einer einzigen Begrenzung im allgemeinen 25 I^Q F ig· 3, Zeile α, ist die Eingangsspannung A₁ mit

nur eine Schwingung mit einer einzigen Frequenz er- der zu teilenden Frequenz nf = 3 / gezeigt. Zeile b

regt. Die Amplituden müssen auf einen solchen Wert veranschaulicht die Addition der Spannungen J₂' und

begrenzt werden, daß bei Ausfall der Eingangsspan- J₂" mit den Frequenzen/ und (n—I)/ = 2/ zu der

nung S₁ die Aussteuerung des Modulators und damit rückgekoppelten Spannung J₂. Dabei ist die Grund-

die Umlaufverstärkung für die einzelnen Frequenzen 30 schwingung J₂ der rückgekoppelten Spannung gegen-

so stark abnimmt, daß die Aufrechterhaltung der über der Eingangsspannung J₁ um den Winkel φ

Schwingungen unterbunden wird. phasenverschoben. Zeile c zeigt die Kurvenform des

Wie eingangs erwähnt, wird die Mitnahme der im Ausgangsstroms J₃ des Modulators. Sein Grund-Frequenzteiler erzeugten Schwingungen und damit Schwingungsanteil J₃' (gestrichelt gezeichnet) ist um die Frequenzteilung durch Rückdrehung des für die 35 den Winkel φ_Γ gegenüber der Spannung J₂' zurück-Schwingung mit der geteilten Frequenz im Rück- gedreht; die Phasenverschiebung gegenüber der Einkopplungsweg auftretenden Phasenfehlers ermög- gangsspannung J₁_ ist also φ — <p_r, wie aus dem Zeigerlicht. Diese Phasenrückdrehung erfolgt im Modulator diagramm der F i g. 4 ersichtlich ist.
und ist eine Folge der Mischung der synchronisieren- F i g. 5 zeigt eine idealisierte Modulatorkennlinie, den mit der synchronisierten Schwingung. 40 Der Zusammenhang zwischen der Eingangsspan-

Verschiebt man die gegenseitige Phasenlage zwi- nung u und dem Ausgangsstrom i ist durch eine

sehen der rückgekoppelten Schwingung J₂ und der Knickkennlinie gegeben; die Schwellenspannung ist

Eingangsschwingung J₁ mit der zu teilenden Fre- mit U_s bezeichnet.

quenz nf um den Winkel φ, so ändert sich in Ab- F i g. 6 gibt eine idealisierte Darstellung der in hängigkeit von φ der Stromanteil mit der geteilten 45 Fig. 3 gezeigten zeitlichen Vorgänge. In Zeile α sind Frequenz / am Ausgang des Modulators M bzw. des die über die Schwellenspannung U_s hinausragenden Verstärkers V. Dieser Stromanteil mit der geteilten sinusförmigen Spitzen der Eingangsspannung J₁ verFrequenz / ist eine periodische Funktion von φ, weil einfacht als schmale Rechteckimpulse dargestellt, bei einer Phasenverschiebung von J₂ gegenüber J₁ um Damit die Anordnung von sich aus starten kann, φ = 2π, also um eine Periode der geteilten Fre- 50 muß die Schwellenspannung U_s kleiner als der quenz /, der ursprüngliche Zustand wiederhergestellt Scheitelwert der Eingangsspannung J₁ gewählt werist. Es läßt sich mathematisch ableiten, daß insbeson- den. Die rückgekoppelte Spannung J₂ hat die in dere die (n— l)-te und im weiteren auch die F i g. 3, Zeile b, gezeigte Form. Nur die über U_s — J₂ (2k—l)-te, (3«—l)-te usw. Harmonische dieser hinausragenden Spitzen der Spannung J₁ liefern einen Funktion von φ den Mitnahmebereich im Sinne einer 55 entsprechenden Ausgangsstrom J₃, der in Zeile b der Vergrößerung beeinflussen. F i g. 6 dargestellt ist; sein Grundwellenanteil J₃' hat

Die Entwicklung einer Frequenzteilerschaltung bei diesem idealisierten Fall die Phasenverschiebung

muß nach den angestellten Überlegungen darauf ab- φ — φ_Γ = 0 gegenüber der Eingangsspannung J₁; es

zielen, der Zeitfunktion J₂ eine solche Kurvenform zu ist also φ_Γ = φ.

geben, daß die (η—l)-te Harmonische der genannten 6o Für eine selbststartende Frequenzteilerschaltung

Funktion von φ im Verhältnis zur Grundschwingung mit einfacher Rückkopplung der Frequenz / ist der

mö-glichst stark entsteht. Winkel # zwangläufig größer alsf-, da ja U,<_Sl

Die Erfindung gibt die Lehre, bei Teilungsverhalt- ^ 2 .
nissen, die sich nicht in Faktoren zerlegen lassen, die sein muß und die Sinusschwingung mit der Fre-Frequenzteilerschaltung mit zwei Rückkopplungs- 65 quenz / die gestrichelte Linie U_s bei dem Winkelwegen aufzubauen die auf die Frequenzen /und ₌ » _{schneidet Die} zusätzliche Rückkopp-(n—I)/ abgestimmt sind. Man erhalt auf diese Weise 2 ^^r eine Frequenzteilerschaltung mit Doppelrückkopp- lung mit der Frequenz (n — 1) / verändert die Kur-

venform der Schwingung s₂ derart, daß der Winkel f) kleiner als y wird und somit dem optimalen Wert '& = ^π-, der die maximale Phasenrückdrehung und damit den größten Mitnahmebereich ermöglicht,

wesentlich näher kommt

(E U

für «

In Fig. 6, Zeile c, ist die Abhängigkeit der Phasenrückdrehung q _r vom Winkel φ gezeigt, und

zwar für den optimalen Wert & = -^π- und für einen Wert #> -.Im optimalen Fall kann der Maximalwert von φ_Γ höchstens gleich ^π- werden.

Die Beziehung q_r — ψ gilt nur so lange, bis ψ den Wert-— — § erreicht hat. Für größere Werte von φ sinkt die Phasenrückdrehung schnell ab und erreicht bei φ = — den Wert Null. Dies beruht darauf, daß

bei der Phasenverschiebung ψ =-—— β der dem

herausgehobenen Impuls P₁ folgende Impuls P₂ einen Stromanteil zu liefern beginnt, der der Phasenrückdrehung entgegenwirkt.

Läßt sich das Teilungsverhältnis in q Faktoren

gangsspannung tritt schließlich Selbsterregung für die Frequenz/ ein. Die an den Modulator rückgeführte Spannung s₂ addiert sich zu der Schwellenspannung U_s in der Weise, daß die schraffierten Stromimpulse entstehen. Erreicht die rückgeführte Spannung s₂ den durch die Begrenzung vorgegebenen Maximalwert, so stellt sich ein stationärer Zustand mit dem Winkel {t ein, bei dem die die Phasenrückdrehung steuernden Spannungspitzen P₁ und P₂ nicht völlig unterdrückt sind. # ist immer größer als -"■ und überschreitet daher wesentlich den optimalen

Wert ^= *
4

Die Verhältnisse bei Mehrfachrückkopplung zeigen die Zeilen b und c der F i g. 8. In Zeile b ist dargestellt, wie die sich zuerst erregende Schwingung s₂" mit der Frequenz 2/ die Spannungsspitzen P₁ und P₃ heraushebt und die bei der Phasenrückdrehung störenden Spannungspitzen P₂ und P₄ unterdrückt. Die Zeile c zeigt schließlich den eingeschwungenen Zustand nach dem Anschwingen der rückgekoppelten Spannung S₂' mit der geteilten Frequenz /. Die resultierende Rückkopplungsspannung S₂ = s₂ + S₂" hat nun eine Kurvenform, bei der sich ein Winkel

— ergibt, der dem optimalen Wert -■ nahe

kommt.
Man wird im allgemeinen so viele Rückkopplungs-

P₁, p₂· · -Pq zerlegen, so ist es besonders vorteilhaft, 30 wege wählen, wie Primfaktoren im Teilungsverhält-

q Rückkopplungswege vorzusehen, die auf die Frequenzen

nf__f nf

Pi ' PiPz

■f

ms η enthalten sind. Besonders günstige Eigenschaften erhält der Frequenzteiler, wenn der Rückkopplungweg für die zuerst startende Schwingung

auf die Frequenz ~ abgestimmt werden kann, da

abgestimmt sind und deren Schwingungen sich in der diese Schwingung synchron anschwingt. Bei höheren Reihenfolge von hohen zu tiefen Frequenzen erregen. Teilungsverhältnissen ist es auch möglich, einzelne Diese Art der Mehrfachrückkopplung bewirkt eine Primfaktoren zu größeren Faktoren zusammenzu-Unterdrückung der dem herausgehobenen Impuls P₁ fassen und auf diese Weise auf Kosten der Größe benachbarten Impulse P₂ und P₃, so daß bei gegebe- 40 des Mitnahmebereiches Rückkopplungswege zu nem Winkel φ der fallende Ast der <p_r/<p-Kennlinie sparen.

erst später einsetzt (vgl. F i g. 6, Zeile α und c). F i g. 6 zeigt die Schaltung eines Ausführungsbei-

Eine derartige Frequenzteilerschaltung für ein spiels mit Doppelrückkopplung. Als Modulator und Teilungsverhältnis η = 4 =2 · 2 ist in Fig. 7 sehe- gleichzeitig Verstärker dient ein Transistor Tr in matisch dargestellt. Die zwei Rückkopplungswege 45 in Emitterschaltung. Die Spannung mit der zu teilensind auf die Frequenzen2/ und / abgestimmt. Der den Frequenz«/ wird über den Übertrager Tl der gestrichelte Pfeil deutet an, daß sich die Schwingun- Basis des Transistors zugeführt. Die Kollektorstromgen in der Reihenfolge von hohen zu tiefen Frequen- Basisspannungs-Kennlinie des Transistors wird durch zen erregen sollen. Besitzt, wie im vorliegenden Fall, den Widerstand R1 so weit linearisiert, daß sie einerdie erste der sich erregenden Schwingungen die halbe 50 seits in dem ausgenutzten Strombereich annähernd der zu teilenden Frequenz, so erfolgt ihre Mitnahme linear verläuft, andererseits die dem Transistor-Halbleiter eigene Schwellenspannung — bei Germanium etwa 0,2 Volt — noch voll zur Wirkung kommt. Über die parallelgeschalteten Widerstände R 2 und 55 R 3 wird dem Widerstand R1 ein Gleichstrom zugeführt, der an ihm eine zusätzliche Gleichvorspannung erzeugt, die sich zum Schwellenwert der Transistorkennlinie addiert. Der Widerstand R 2 ist regelbar, der Widerstand R 3 stellt einen Heißleiter, also

den. Die Bezeichnungen sind dieselben wie in F i g. 6. 60 einen Widerstand mit negativem Temperaturkoeffi-Das Starten des Teilungsvorganges geht folgender- zienten, dar. Durch den Heißleiter wird der Temmaßen vor sich: Überschreitet die Eingangsspan- peraturgang der transistoreigenen Schwellenspannung nung S₁ mit der Frequenz 4/ mit ihren Spitzen die kompensiert. Diese Temperaturkompensation ist vor Schwellenspannung U_s des Modulators, so fließt ein allem bei Verwendung von Hochfrequenztransistoren impulsförmiger Strom mit der Impulsfolgefrequenz 65 im Frequenzgebiet oberhalb 1 MHz wichtig für die 4/. Mit steigender Aussteuerung erhöht sich dieser Konstanz und Betriebssicherheit der Frequenzteiler-Strom und damit die Umlaufverstärkung bei der schaltung. Um den Einfluß der temperaturabhängigen Frequenz /. Bei einer bestimmten Amplitude der Ein- Transistor-Schwellenspannung zu verringern, könnte

besonders leicht.

Bei einem Teilungsverhältnis η — 2 ist nämlich die geteilte Frequenz gleich der für die Mitnahme günstigen Frequenz (n — I)/ = /.

Zum besseren Verständnis der Vorgänge bei der Mehrfachrückkopplung soll zunächst anhand von Fig. 8, Zeile a, das Verhalten eines Frequenzteilers 4 :1 bei Einfachrückkopplung betrachtet wer-

man auch die Gleichvorspannung wesentlich größer als die Schwellenspannung machen; dies scheitert aber gewöhnlich daran, daß die Emitter-Basis-Sperrspannung der Hochfrequenztransistoren, die etwa 1 Volt beträgt, zu klein ist.

Im Kollektorkreis des Transistors Tr liegen die in Reihe geschalteten Primärwicklungen zweier Übertrager Γ 2 und T 3, die mit HiMe der Kondensatoren Cl und C 3 auf die geteilte Frequenz / und eine geeignet gewählte Harmonische dieser Frequenz, ζ. Β. ίο (n —I)/, abgestimmt sind. Die Sekundärwicklungen dieser Übertrager liegen im Emitterkreis und sind so gepolt, daß eine Mitkopplung entsteht. Die Amplitude der rückgekoppelten Spannung wird an jedem Schwingkreis getrennt begrenzt, damit sich die einzelnen Schwingungen im stationären Zustand nicht gegenseitig beeinflussen. Hierzu tragen die Übertrager Γ 2 und Γ 3 eine dritte Wicklung, an die über Kondensatoren C 21 bzw. C 31 die vorgespannten Gleichrichter G 21 und G 22 bzw. G 31 und G 32 in einer Begrenzerschaltung angeschlossen sind, die einer Spannungsverdopplerschaltung entspricht. Diese Art der Begrenzung bietet bei hohen Frequenzen den Vorteil, daß man bei gegebener Gleichrichtervorspannung mit der halben Wechselspannung am Übertrager auskommt, so daß sich der Einfluß der schädlichen Wicklungskapazität an dieser Stelle gegenüber einer nicht spannungsverdoppelnden Begrenzerschaltung auf den vierten Teil verringert.

Die wirksame Güte der einzelnen Schwingkreise wählt man vorteilhaft proportional zu ihrer Resonanzfrequenz. Bei Abweichung von der Resonanzfrequenz verschieben sich dann alle Schwingungen um den gleichen Phasenwinkel, bezogen auf die Grundschwingung. Bei dieser Dimensionierung bleibt die Kurvenform der aus der Summe aller Einzelspannungen gebildeten resultierenden Rückkopplungsspannung erhalten.

Zweckmäßig wird die Spannung mit der geteilten Frequenz / über einen mittels des Kondensators C 4 abgestimmten Ausgangsübertrager Γ 4 abgenommen, dessen Primärwicklung mit den Primärwicklungen der bei den anderen Übertrager Γ 2 und Γ 3 in Reihe geschaltet ist. Auf diese Weise sind die Schwingkreise gegeneinander gekoppelt. Bei Bedarf können noch mehrere Ausgangsübertrager in Reihe geschaltet werden, die auf Vielfache der geteilten Frequenz abgestimmt sind.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Teilung und Vervielfachung einer Frequenz nf in einem vorgegebenen rationalen Verhältnis für Teilungsverhältnisse η gleich oder größer als 3, unter Verwendung eines mitgezogenen Oszillators mit Mehrfachrückkopplung mittels in Reihe geschalteter Schwingkreise im Ausgangskreis des Oszil-

55 lators und einer Reihenschaltung der den einzelnen Schwingkreisen zugehörigen Kopplungswicklungen im Rückkopplungskreis des Oszillators, dadurch gekennzeichnet, daß bei Teilungsverhältnissen, die sich in q Faktoren p_v P₂ ... ρ_q zerlegen lassen, q Rückkopplungswege bestehen, die auf die Frequenzen

Pi ' P1P2

■f

abgestimmt und so bemessen sind, daß sich die Schwingungen in der Reihenfolge von hohen zu tiefen Frequenzen erregen, daß bei anderen Teilungsverhälrnissen zwei Rückkopplungswege bestehen, die auf die Frequenzen (n—1) / und / abgestimmt und so bemessen sind, daß sich die Schwingung mit der tieferen Frequenz zuerst erregt, daß jeder in einem Rückkopplungsweg liegende Schwingkreis einen Amplitudenbegrenzer enthält und daß eine während des Betriebs dauernd am Oszillatoreingang liegende Vorspannung den Teilungsvorgang unterbricht, wenn die absolute Größe der Eingangsspannung mit der zu teilenden Frequenz nf kleiner ist als die absolute Größe der Vorspannung.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung mit der zu teilenden Frequenz nf der Basis eines Transistors zugeführt wird, in dessen Kollektorkreis die die Rückkopplung auf den Emitterkreis bewirkenden Schwingkreise in Reihe geschaltet sind, daß die Schwingkreisspannungen mit Hilfe vorgespannter Gleichrichter begrenzt werden und daß im Emitterkreis ein linearisierender Widerstand liegt, dem über die Parallelschaltung eines regelbaren Widerstandes und eines Heißleiters ein Gleichstrom zur temperaturunabhängigen Festlegung der Schwellenspannung der Kollektorstrom-Basisspannungs-Kennlinie zugeführt wird.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungen mit der gestellten Frequenz / und/oder eines Vielfachen dieser Frequenz an zusätzlichen Schwingkreisen abgenommen werden, die mit den anderen Schwingkreisen im Kollektorkreis in Reihe geschaltet sind und keine Rückkopplung bewirken.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die wirksame Güte der die Rückkopplung bewirkenden Schwingkreise proportional zu ihrer Resonanzfrequenz gewählt ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 865 754;
französische Patentschrift Nr. 682181;
USA.-Patentschrift Nr. 2 735 012.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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