DE1264530B

DE1264530B - Wobbelsender mit elektronisch abstimmbarem Schwingungskreis

Info

Publication number: DE1264530B
Application number: DES76056A
Authority: DE
Inventors: Martin Ebisch
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1961-09-29
Filing date: 1961-09-29
Publication date: 1968-03-28
Also published as: US3227967A; GB988800A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

H03c

Deutsche Kl.: 21 a4-14/01

Nummer: 1264 530

Aktenzeichen: S 76056IX d/21 a4

Anmeldetag: 29. September 1961

Auslegetag: 28. März 1968

Die Erfindung bezieht sich auf einen Wobbelsender mit elektronisch abstimmbarem Schwingungskreis, der eine Serienschaltung zweier spannungsabhängiger Kapazitäten parallel zur Schwingkreisinduktivität enthält und dem eine Vorspannung für die Kapazitäten und eine die Abstimmfrequenz bestimmende periodische Steuerspannung zwischen einem Mittelabgriff der Schwingkreisinduktivität und dem Verbindungspunkt der Kapazitäten zugeführt wird.

Es sind Anordnungen dieser Art bekannt, bei denen die spannungsabhängigen Kapazitäten aus ferroelektrischen Kondensatoren bestehen, die mit einem Dielektrikum aus Bariumstrontiumtitanat versehen sind. Diese Anordnungen weisen zwar eine gute Proportionalität zwischen der Abstimmfrequenz und der Steuerspannung auf, doch tritt hierbei eine beträchtliche Temperaturabhängigkeit der Abstimmfrequenz auf. Weiterhin ist hierbei eine relativ niedrige Grenztemperatur zu berücksichtigen, oberhalb der eine Funktionsfähigkeit der Anordnung nicht mehr gegeben ist.

Zur elektronischen Abstimmung eines Schwingkreises ist es weiter bekannt, der Schwingkreisinduktiyität einen ferromagnetischen Kern zuzuordnen und diesen einer veränderbaren magnetischen Induktion auszusetzen. Diesem Steuerungsprinzip haften jedoch die Nachteile einer relativ großen Anfälligkeit gegen magnetische Einstreuungen, einer relativ großen Temperaturabhängigkeit der Abstimmfrequenz und eines durch Hystereseerscheinungen bedingten Deckungsfehlers bei gegenläufigen Änderungen der Abstimmfrequenz an. Mit den bekannten Reaktanzröhren zur Steuerung der Abstimmfrequenz von Schwingkreisen lassen sich im allgemeinen keine großen Frequenzhübe erzielen, wobei diese Anordnungen im übrigen keine genügend große Frequenzkonstanz bei Meinen und kleinsten Frequenzhüben aufweisen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wobbeisender mit elektronisch abstimmbarem Schwingungskreis zu schaffen, bei dem einerseits eine übersichtliche Einstellbarkeit und insbesondere gute skalenmäßige Ablesbarkeit der Wobbeihübe gegeben ist und andererseits eine weitgehende Konstanz der eingestellten Frequenzwerte bzw. Frequenzbereiche unabhängig von Schwankungen der Umgebungstemperatur und von Änderungen der Schaltungskennwerte erzielbar ist. Dies wird ausgehend von einem Wobbeisender der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Kapazitäten aus gegeneinandergepolten Kapazitätsdioden oder

Wobbeisender mit elektronisch abstimmbarem
Schwingungskreis

Anmelder:

Siemens Aktiengesellschaft, Berlin und München, 8000 München 2, Wittelsbacherplatz 2

Als Erfinder benannt:

Martin Ebisch, 8021 Hohenschäftlarn

-diodengruppen gebildet sind, daß eine die Kapazitätsdioden sperrende Vorspannung gegen Masse an

ao den hochfrequenzmäßig auf Masse gelegten Mittelabgrifi geführt ist, daß ein Teil der Steuerspannung gegen Masse über ein einpolig auf Masse gelegtes Kopplungselement dem Verbindungspunkt zugeführt ist und daß das Kopplungselement aus dem zweiten Teilerwiderstand eines aus zwei ohmschen Widerständen gebildeten, von der Steuerspannung gespeisten niederolimigen Spannungsteilers mit amplitudenabhängigem Teilungsverhältnis besteht, dessen erster Teilerwiderstand bei nach negativen Werten ansteigender und dessen zweiter Teilerwiderstand bei nach positiven Werten ansteigender Steuerspannungsamplitude durch über abgestufte Schwellwertdioden erfolgende. Parallelschaltung einzelner oder mehrerer Widerstände verringerbar ist, wobei die letzteren derart dimensioniert sind, daß ein linearer oder ein gewollt nichtlinearer, z. B. logarithmischer Zusammenhang zwischen Steuerspannung und Abstimmfrequenz entsteht.
Der Wobbeisender nach der Erfindung bietet den wesentlichen Vorteil einer weitgehend temperaturunabhängigen Einstellbarkeit der Mittenfrequenzen der Wobbeihübe, die auch durch Schwankungen der Schaltungskennwerte infolge von Alterungserscheinungen nicht nachteilig beeinflußt wird. Diese Eigenschäften ermöglichen unter anderem eine genaue Einstellung sehr niedriger Wobbeihübe. Der mit einfachen schaltungstechnischen Mitteln herstellbare lineare oder gewollt nichtlineare, z. B. logarithmische Zusammenhang zwischen der Steuerspannung und der Abstimmfrequenz ermöglicht eine leichte und skalenmäßig gut kontrollierbare Einstellung der Wobbeihübe.

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Bei Frequenzmodulationsempfangsgeräten ist es einem Steuerspannungsgenerator 3 geliefert wird und bekannt, zur automatischen Abstimmung von Oszil- nach dem Durchlaufen einer Regelstufe 4 und eines latoren steuerbare Kapazitätsdioden im frequenz- amplitudenabhängigen Spannungsteilers 5 dem vom bestimmenden Schwingungskreis zu verwenden. Bezugspol der Vorspannungsquelle zum Verbin-Hierbei ergibt sich jedoch der Nachteil einer starken 5 dungspunkt 2 der Dioden hinführenden Spannungs-Nichtlinearität in der Abhängigkeit der Abstimm- pfad derart eingeprägt wird, daß sie sich der Vorfrequenz von einer Steuerspannung, die allerdings bei spannung Uv überlagert. Die Steuerspannung ist daeiner solchen Regelschaltung, bei der es nicht um die bei in ihrer Amplitude und Polarität periodisch verskalenmäßige Einstellung von Frequenzen geht, in änderbar.

Kauf genommen werden kann. io Die Größe der sperrenden Diodenvorspannung Uv Bei einem Vierpol ist es weiterhin bekannt wird zweckmäßigerweise so gewählt, daß bei der (deutsche Patentschrift 887 061), das Amplituden- Steuerspannung O gerade jene Abstimmfrequenz F3 oder Phasenverhältnis zwischen Eingangs- und Aus- des Schwingkreises eingestellt ist, welche in der Mitte gangsspannung in Abhängigkeit von einer Steuer- des durchzustimmenden Frequenzbereichs Fl-F 2 spannung zu variieren. Zu diesem Zweck ist ein 15 liegt. Dies wird in dem Diagramm nach F i g. 2 ver-Schwingungskreis, bestehend aus einer Induktivität L anschaulicht, welches die Abhängigkeit der Abstimmund der Serienschaltung zweier spannungsabhängiger frequenz / von der Steuerspannung U darstellt. Wie KondensatorenK₁, K₁, vorgesehen, dessen Abstim- aus Fig. 2 weiter ersichtlich ist, besteht zwischen / mung zwar nicht verändert wird, der aber bezüglich und der von 3 gelieferten Steuerspannung U ohne des elektrischen Mittelpunkts der beiden Konden- 20 Berücksichtigung der amplitudenabhängigen Spansatoren K₁ und K₂, bezogen auf den Mittelabgriff der nungsteilung in 5 die durch die Kurve α veranschau-InduktivitätZ,, so variiert werden kann, daß in Ab- lichte Abhängigkeit, welche etwa einer Proportionalihängigkeit hiervon eine Ausgangsspannung variabler tat zwischen / und der vierten Wurzel aus U entGröße abgreifbar ist. Die Variation des elektrischen spricht. Der durch die Kurve & in Fig. 2 darge-Mittelpunkts erfolgt durch die Steuerspannung, die 25 stellte lineare Zusammenhang ist dann erreichbar, zusammen mit einer Vorspannung B zwischen dem wenn die Steuerspannung U in dem amplituden-Verbindungspunkt der Kondensatoren und dem hoch- abhängigen Spannungsteiler 5 in der Weise beeinflußt frequenzmäßig auf Bezugspotential gelegten Mittel- wird, daß sie bei positiven Steuerspannungswerten abgriff der Induktivität L angeschaltet ist. Hierbei mit steigender Amplitude progressiv in der Amplisind die spannungsabhängigen Kondensatoren zuein- 30 tude verringert und bei negativen Steuerspannungsander in gleichsinniger Polung in Serie geschaltet, so werten mit steigender Amplitude progressiv verdaß sich durch Änderung der Steuerspannungsampli- größert wird.

tude kerne Abstimmungsänderung des Schwingkreises Während die bei 1 zugeführte Diodenvorspannung erzielen läßt. . Uv zweckmäßigerweise den zur Einstellung auf die Weiterhin sind aus ohmschen Widerständen und 35· Mitte.F3 des Durchstimmbereichs erforderlichen in Flußrichtung gepolten Gleichrichterdioden be- Wert aufweist und damit die wirksame Diodenkapastehende Spannungsteiler mit amplitudenabhängigem zität entsprechend dieser Mittenfrequenz F 3 festlegt, Teilungsverhältnis bekannt, die zum Zweck einer kann die Mittenfrequenz an sich durch Veränderung Linearisierung der Modulationskennlinie in frequenz- der Induktivität L eingestellt werden, welche zu diemodulierbaren Oszillatoren vorgesehen sind. Hierbei 40 sem Zweck vorzugsweise als Variometerspule ausgewerden die Gleichrichterdioden in Abhängigkeit von bildet ist. Dabei ist es zweckmäßig, die Amplitude einer Steuerspannung (Modulationsspannung) in der Steuerspannung in der Regelstufe 4 in Abhängig-Flußrichtung ausgesteuert und stellen somit Steuer- keit von der Einstellung der Variometerspule über bare ohmsche Widerstände dar. Die Anordnung der ein Stellglied 7 derart zu regeln, daß der anderen-Gleichrichterdioden ist in diesen bekannten Span- 45 falls zur jeweiligen Mittenfrequenz relativ gleich nungsteilern jedoch so getroffen, daß lediglich eine große Steuerhub weitgehend konstant gehalten wird. Steuerspannung bestimmter Polarität zuführbar ist, Hierdurch wird eine konstante Breite des durchso daß eine Anwendung auf die Steuerspannung eines stimmbaren Frequenzbereichs unabhängig von der Wobbeloszillators, die sich einer die Mittenfrequenz jeweiligen Mittenfrequenz gewährleistet, festlegenden Vorspannung überlagert, nicht mög- 5° Wie auch aus der Darstellung nach F i g. 1 hervorlich ist. . geht, sind die Dioden D in bezug auf die den In F i g. 1 ist eine Schaltung gezeigt, bei der die Schwingkreis erregende Hochfrequenzspannung entAnordnung nach der Erfindung auf den frequenz- gegengesetzt gepolt. Bei Amplitudenschwankungen bestimmenden Schwingkreis eines Röhrengenerators der Hochfrequenzspannung wird daher die effektive in Dreipunktschaltung angewendet ist. Dieser besteht 55 Kapazität der einen Diode größer, die der anderen dabei aus der Induktivität L und zwei parallel zu ihr kleiner. Hierdurch ergibt sich eine Komensation der liegenden, mit entgegengesetzter Polung hinterein- resultierenden Kapazitätsschwankungen, so daß derandergeschalteten Halbleiterdioden D mit spannungs- artige Amplitudenschwankungen nur einen geringen abhängiger Sperrschichtkapazität. Dabei können Einfluß auf die Mittenfrequenz haben. Weiterhin wird beide Halbleiterdioden D auch durch entsprechend 60 die sperrende Vorspannung Uv lediglich über die gepolte Gruppen von parallel oder in Serie zuein- Induktivität L und den relativ niederohmigen Spanander geschalteten Dioden ersetzt sein. Über die nungspfad von dem auf Bezugspotential liegenden Klemme 1 wird dem elektrischen Mittelpunkt von L Pol der Vorspannungsquelle zum Verbindungseine die Dioden D in den Sperrzustand aussteuernde punkt 2 zugeführt, so daß zeitlich bedingte oder inVorspannung Uv zugeführt, wobei der andere Pol 65 folge von Temperaturschwankungen auftretende Ander Vorspannungsquelle auf Bezugspotential liegt. derungen der Übertragungseigenschaften der die Die Abstimmung des Schwingkreises erfolgt in Ab^ Steuerspannung U führenden Schaltungsteile keinen hängigkeit von einer Steuerspannung U, welche von Einfluß auf die Vorspannung und somit auf die

Mittenfrequenz F 3 ausüben können. Durch die Einwirkung der Steuerspannung am Verbindungspunkt 2, der — von kleinen Unsymmetrien abgesehen — hochfrequenzmäßig auf Bezugspotential liegt, kann der Entkopplungswiderstand 6 so klein gewählt werden, daß die Zeitkonstante des aus ihm und der Kapazität der für die Steuersp'annung parallel geschalteten Dioden D bestehenden jRC-Gliedes die Kurvenform der Steuerspannung nicht verzerrt.

Eine zweckmäßige Ausführungsform des amplitudenabhängigen Spannungsteilers 5 ist in F i g. 3 dargestellt. Ein Grundspannungsteiler, bestehend aus den WiderständenRl und R2, ist für sehr kleine Amplituden der Steuerspannung U wirksam, wobei sein Spannungsteilerverhältnis vorzugsweise derart gewählt ist, daß die Steilheit der Kurve & bei der Frequenz F 3 so eingestellt wird, daß sie der kleinsten Steilheit der Kurve« etwa entspricht (vgl. F i g. 2.) Steigt die Steuerspannung U nach negativen Spannungswerten, so öffnet die Schaltdiode D1, während die Schaltdioden D 2, D 3 und D 4 gesperrt bleiben. Beim Erreichen der Durchbruchspannung an der ZenerdiodeZl wird RpI zu Rl parallel geschaltet. Hierdurch verkleinert sich das Spannungsteilerverhältnis von Rl: R2. Bei größer werdender Amplitude der Steuerspannung wird über die Zenerdiode Z 2 zunächst ein weiterer Widerstand Rp 2 parallel geschaltet und über die ZenerdiodeZ3 der Widerstand R1 schließlich kurzgeschlossen. Steigt die Amplitude der Steuerspannung U nach positiven Spannungswerten, so wird bei gesperrter Diode Dl die an Ä2 liegende Spannung oberhalb eines bestimmten Schwellwerts die von Uo über die Widerstände 8, 9,10 und 11 gelieferte sperrende Vorspannung an der Schaltdiode D 2 aufheben und D 2 durchschalten. Dabei wird R2 durch RsI geshunted, so daß das Spannungsteilerverhältnis R1: R 2 vergrößert wird. Bei weiter ansteigender Steuerspannung schalten D 3 und schließlich D 4 durch und legen Rs2 bzw. ,Rs3 parallel zu R2.

Durch sinngemäße Vergrößerung der Anzahl der Zenerdioden Z, der Widerstände Rp, der Dioden D und der Widerstände Rs kann man die Kennlinie der Verzerrungseinrichtung 5 verfeinern und etwaige Unstetigkeitsstellen glätten. Dies wird jedoch bei einer anderen Ausführungsform des amplitudenabhängigen Spannungsteilers 5 nach F i g. 4 mit einem geringeren schaltungstechnischen Aufwand erreicht. Hier wird bei negativer Steuerspannung U über die Schaltdiode DS ein spannungsabhängiger WiderstandRp (z.B. unter dem Handelsnamen »Varistor« bekannt) parallel zu Rl geschaltet, dessen Widerstandswert mit wachsender Amplitude stark abnimmt. Bei positiver Steuerspannung schaltet D 6 den Widerstand Rs, der in gleicher Weise spannungsabhängig ist, parallel zu R2. Durch in Reihe zu Rp und Rs geschaltete, justierbare Zusatzwiderstände können dabei zweckmäßigerweise Exemplarstreuungen ausgeglichen werden.

Eine weitere Ausführungsform des amplitudenabhängigen Spannungsteilers 5 ist in der Weise aus der Anordnung nach F i g. 3 ableitbar, daß an Stelle der Widerstände RpI, Rp 2 usw., RsI, Rs 2 usw. spannungsabhängige Widerstände Rp und Rs gemäß F i g. 4 eingesetzt werden.

Bei den dargestellten Ausführungsformen des amplitudenabhängigen Spannungsteilers 5 gemäß den F i g. 3 und 4 verläuft der den auf Bezugspotential liegenden Pol der Vorspannungsquelle Uv mit dem Verbindungspunkt 2 verbindende Spannungspfad jeweils über den Teilerwiderstand R 2 und den nachgeschalteten Entkopplungswiderstand 6, wobei an R2 auch gleichzeitig ein bestimmter Teil der Steuerspannung U als eingeprägte Spannung auftritt.

In Fig. 1 ist die Anordnung nach der Erfindung als frequenzbestimmender Schaltungsteil eines als Wobbeisender verwendbaren Röhrengenerators 12 in Dreipunktschaltung verwendet. Dabei ist die Schwingkreisinduktivität L über Koppelkondensatoren 13 und 14 an die Anode und an das Gitter der Röhre geschaltet, deren Kathode auf Bezugspotential liegt. Der elektrische Mittelpunkt 1 von L ist über den Kondensator 15 wechselstrommäßig an das Bezugspotential geführt. Hierbei ist darauf hinzuweisen, daß durch die getrennte Zuführung der sperrenden Diodenvorspannung Uv und der als Wobbelspannung aufzufassenden Steuerspannung U der wesentliche Vorteil erreicht wird, daß die Wobbeispannung in dem amplitudenabhängigen Spannungsteiler 5 so beeinflußt werden kann, daß der Wobbeihub linearisiert wird, während die Frequenzkonstanz des Wobbeioszillators durch eine Änderung der Kennwerte des Spannungsteilers 5 praktisch nicht beeinträchtigt wird.

Bei geeigneter Dimensionierung des amplitudenabhängigen Spannungsteilers 5 kann auch außer der beschriebenen linearen Abhängigkeit der Abstimmfrequenz / von der Steuerspannung U ein anderer, z. B. logarithmischer Zusammenhang gebildet werden.

Claims

Patentansprüche:

1. Wobbeisender mit elektronisch abstimmbarem Schwingungskreis, der eine Serienschaltung zweier spannungsabhängiger Kapazitäten parallel zur Schwingkreisinduktivität enthält und dem eine Vorspannung für die Kapazitäten und eine die Abstimmfrequenz bestimmende periodische Steuerspannung zwischen einem Mittelabgriff der Schwingkreisinduktivität und dem Verbindungspunkt der Kapazitäten zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazitäten aus gegeneinandergepolten Kapazitätsdioden (D) oder -diodengruppen gebildet sind, daß eine die Kapazitätsdioden sperrende Vorspannung (Uv) gegen Masse an den hochfrequenzmäßig auf Masse gelegten Mittelabgriff geführt ist, daß ein Teil der Steuerspannung (U) gegen Masse über ein einpolig auf Masse gelegtes Kopplungselement dem Verbindungspunkt (2) zugeführt ist und daß das Kopplungselement aus dem zweiten Teilerwiderstand (R2) eines aus zwei ohmschen Widerständen^!, R2) gebildeten, von der Steuerspannung (U) gespeisten niederohmigen Spannungsteilers mit amplitudenabhängigem Teilungsverhältnis besteht, dessen erster Teilerwiderstand (Rl) bei nach negativen Werten ansteigender und dessen zweiter Teilerwiderstand (R 2) bei nach positiven Werten ansteigender Steuerspannungsamplitude durch über abgestufte Schwellwertdioden (Dl, Zl, Z 2, Z 3, D 2, D 3, D 4, D 5, D 6) erfolgende Parallelschaltung einzelner oder mehrerer Widerstände (Rp 1, Rp2, RsI, Rs2, Rs 3, Rp, Rs) verringerbar ist, wobei die letzteren derart dimensioniert sind, daß ein linearer oder ein gewollt nichtlinearer, z. B. logarithmischer

Zusammenhang zwischen Steuerspannung (U) und Abstimmfrequenz (f) entsteht.

2. Sender nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den Spannungsteilerwiderständen (Rl, R2) parallel schaltbaren Widerstände (RpI, Rp 2, RsI, Rs 2, Rs 3, Rp, Rs) spannungsabhängig ausgebildet sind, derart, daß ihr Widerstandswert mit wachsender Spannungsamplitude abnimmt.

3. Sender nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der sperrenden Vorspannung (Uv) so gewählt ist, daß die hieraus resultierende Schwingkreiskapazität eine in der Mitte des durchstimmbaren Frequenzbereichs (Fl bis F 2) liegende Abstimmfrequenz (F 3) ergibt.

4. Sender nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingkreisinduktivität (L) veränderbar ist, wobei die Steuerspannung (U) von ihr derart abhängig gemacht ist, daß der durchstimmbare Frequenzbereich (Fl bis F 2) in seiner absoluten Größe konstant ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 887 061;
deutsche Auslegeschrift Nr. 1068 312;
Martin, »Ferroelektrik«, Leipzig, 1964;
»FT-Sammlung (Beilage zur Funk-Technik)«,
Bd. 16, (1961), Nr. 16, S. 96;
»FTZ«, 1955, S. 273 bis 276;
»Electronic Industries«, Mai 1958, S. 69, 70.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen