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Schaltungsanordnung zur Synchronisierung eines freischwingenden Oszillators
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Synchronisierung eines freischwingenden
Oszillators, bei der die Oszillatorfrequenz direkt oder nach Umsetzung in einem
Phasendiskriminator mit einer Normalfrequenz verglichen wird, bei der weiterhin
die Ausgangsregelspannung des Phasendiskriminators über ein Tiefpaßeigenschaften
aufweisendes Regelfilter geführt und zur Einstellung des Oszillators auf die gewünschte
Frequenz benutzt wird und bei der schließlich zur Erweiterung des Fangbereichs der
Schaltung der dem Oszillator zugeführten Regelspannung eine mit Hilfe eines RC-Gliedes
sowie periodisch wirksamen, eine Ladung des Kondensators bewirkende Schaltmitteln
erzeugte Wobbelspannung überlagert wird, die nach Erreichen des synchronen Zustandes
abgeschaltet wird.
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Die Synchronisation von Oszillatoren mittels Phasendiskriminatoren
wird häufig angewendet, z. B. in Steuerstufen von Sendern usw. Die Anwendung des
Phasenvergleichs beinhaltet gegenüber dem Frequenzvergleich den großen Vorteil,
daß die Regelung ohne Frequenzfehler arbeitet. Diesem Vorteil der Phasenvergleichsschaltungen
steht als großer Nachteil das kleine Verhältnis »Fangbereich zu Haltebereich« gegenüber.
Ursache hierfür sind bekanntlich die im Regelkreis vorhandenen Filter mit ihren
Verzögerungen, welche für eine ausreichende Störbefreiung der Regelspannung erforderlich
sind. Um diesen Nachteil des kleinen Fangbereiches zu beseitigen, sind verschiedene
Möglichkeiten bekanntgeworden. Eine dieser Möglichkeiten besteht in der Entdämpfung
der Regelspannung, solange der Oszillator noch nicht synchronisiert ist. Gemäß einer
anderen Möglichkeit wird im asynchronen Zustand die Verstärkung des Regelkreises
automatisch vergrößert. Entsprechend einer anderen Lösungsmöglichkeit wird eine
zusätzliche Regelspannung durch eine Frequenzvergleichsschaltung im asynchronen
Zustand des Kreises erzeugt. Die oben angegebenen Möglichkeiten für die Fangbereichserweiterung
versagen, wenn die vom zu regelnden Oszillator abgeleitete Vergleichsspannung sehr
klein wird. Ein »Einfangen« kommt dann nicht zustande.
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Es ist eine weitere Methode zur Erweiterung des Fangbereiches bekanntgeworden,
die immer ein sicheres Einfangen ermöglicht. Gemäß dieser Lösungsmöglichkeit wird
ein sogenannter Suchoszillator vorgesehen, dessen Ausgangsspannung zwischen Phasendiskriminator
und elektronisch abstimmbarem Abstimmittel eingekoppelt wird. Im asynchronen Zustand
wird also hier der Regelspannung eine Wobbelspannung überlagert, durch welche das
Einfangen des Systems eingeleitet wird. Es ist hierzu ein sehr niederfrequenter
Oszillator vorgesehen, dessen Ausgangsspannung im asynchronen Zustand der vom Phasendiskriminator
kommenden Regelspannung überlagert wird, der sich jedoch nach erfolgtem Einfangen
automatisch abschaltet. Bei der bekannten Anordnung wird diese Abschaltung dadurch
erreicht, daß der Widerstand der Regelleitung, welcher gleichzeitig Belastungswiderstand
für den Suchoszillator ist, im synchronen Fall niederohmig wird.
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Diese bekannte Lösungsmöglichkeit weist jedoch die folgenden Nachteile
auf: Durch das Einfügen des Rückkopplungsweges des Suchoszillators im Regelkreis
tritt eine zusätzliche Phasendrehung und Belastung des Regelkreises auf. Dadurch
wird die Stabilität herabgesetzt.
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Aus der deutschen Patentschrift 855 420 ist auch schon eine Schaltungsanordnung
zur Synchronisierung eines freischwingenden Oszillators bekannt, bei der im asynchronen
Fall der Regelspannung ebenfalls die Spannung eines Suchoszillators überlagert wird.
Diese Suchoszillatorspannung wird mit Hilfe eines RC-Gliedes erzeugt. Zur Einstellung
des Oszillators auf die gewünschte Frequenz wird dort jedoch eine Reaktanzröhre
benötigt, die dem Schwingkreis des Oszillators zugeschaltet ist und von dem Phasendiskriminator
und im nicht synchronisierten Zustand auch von einem Suchoszillator angesteuert
wird Der Suchoszillator besteht im wesentlichen aus einem Kondensator, der über
eine Glimmlichtröhre dann aufgeladen wird und damit den Blindwiderstand der Reaktanzröhre
verändert, wenn die Reaktanzröhre einen extremen Anodenstrom aufweist. Nach Erreichen
des
synchronen Zustands kommt eine Zündung der Glimmlichtröhre nicht mehr zustande.
Nachteilig an dieser bekannten Schaltung ist die Notwendigkeit der Verwendung einer
Reaktanzröhre, deren Anodenstrom als Kriterium ausgenutzt wird. In der heutigen
Technik ist jedoch der Einsatz von Reaktanzröhren meist unerwünscht.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, die oben
beschriebenen Nachteile zu vermeiden.
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Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß das RC-Glied in die Regelleitung
eingeschaltet ist und somit ein Teil des Regelfilters bildet, daß die periodisch
wirksamen Schaltmittel derart ausgebildet sind, daß sie dieses RC-Glied auf- und
nach Abfall der Kondensatorspannung auf etwa die Ausgangsspannung des Phasendiskriminators
ent- bzw. bei einer Ausgangsspannung des Phasendiskriminators nahe 0 umladen, wonach
die Kondensatorspannung sich wieder der Ausgangsspannung des Phasendiskriminators
nähert, und daß ein auf die Normalfrequenz abgestimmtes Filter vorgesehen ist, dem
die Eingangsspannung des Phasendiskriminators zugeführt ist und dessen bei erreichter
Synchronisation großes Ausgangssignal in an sich bekannter Weise zur Stillsetzung
der Wobbelung benutzt wird.
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Bei der erfindungsgemäßen Anordnung ist also kein getrennter Suchgenerator
vorgesehen, vielmehr wird die Wobbelung durch die Auf- und Entladung des in der
Regelleitung liegenden Kondensators erreicht. Das zur Erzeugung der Wobbelspannung
benutzte RC-Glied ist praktisch ein Teil des Regelfilters.
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Es sei noch erwähnt, daß es bei Schaltungen zur Synchronisierung eines
Oszillators, bei denen zur Fangbereichserweiterung der dem Oszillator zugeführten
Regelspannung im asynchronen Fall eine Wobbelspannung überlagert wird, bekannt ist
(deutsche Auslegeschrift 1 075 170), die Wobbelung dann abzuschalten, wenn der synchrone
Zustand erreicht ist. Bei dieser bekannten Schaltung wird die Zuführungsleitung
für eine sinusförmige Wobbelspannung bei Erreichen des synchronen Zustandes unterbrochen.
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Die Erfindung soll an Hand der Zeichnung erläutert werden. In F i
g. 1 ist in schematischer Form der Schaltungsaufbau der erfindungsgemäßen Synchronisationsschaltung
dargestellt. Der freischwingende Oszillator, dessen Frequenz auf einem bestimmten
Wert gehalten werden soll bzw. der nach Neueinschaltung des Gerätes auf diese Frequenz
gebracht werden soll. ist mit 1 bezeichnet. Die Frequenz des Oszillators
kann in der Mischstufe 2. der die Frequenz des Oszillators 3 zugeführt wird. in
eine Frequenz,/; umgesetzt werden. Diese Umsetzung hat jedoch mit der Erfindung
nichts zu tun; sie kann auch weggelassen werden. Das untere Seitenband der Frequenz
/; gelangt an den Phasendiskriminator 4, dem von Glied 5 her die sehr genaue
Normalfrequenz.f" zugeführt wird. Auf Grund des Vergleichs dieser beiden Frequenzen
entsteht am Ausgang 6 des Phasendiskriminators eine Regelspannung U, die dem Tiefpaßeigenschaften
aufweisenden Regelfilter 7 zwecks Störbefreiung zugeführt wird. An den Ausgang dieses
Regelfilters schließt sich ein RC-Glied 8 an. In der Praxis ist dieses RC-Glied
Teil des Regelfilters. Der Kondensator dieses RC-Gliedes wird, gesteuert durch das
Schaltgerät 9. periodisch auf einen bestimmten Spannungswert aufgeladen und nach
Abfall der Kondensatorspannung auf etwa den Wert der Ausgangsspannung des Regelfilters
7 periodisch ent- bzw. umgeladen. Danach erfolgt wiederum ein automatisches Sichannähern
der Kondensatorspannung an die Ausgangsspannung des Regelfilters 7. Ob der Kondensator
ent- oder umgeladen werden muß, hängt von der Ausgangsspannung des Phasendiskriminators
4 ab. Verwendet man beispielsweise einen Phasendiskriminator, dessen Ausgangsspannung
je nach Frequenzdifferenz um den Spannungswert 0 schwankt, so ist es notwendig,
den Kondensator des RC-Gliedes umzuladen. Dagegen wird bei Verwendung eines Phasendiskriminators,
dessen Ausgangsspannung gemäß der Frequenzabweichung um einen positiven Spannungswert
schwankt, nach der Aufladung und der hierauf folgenden relativ langsamen Entladung
auf die Ausgangsspannung des Regelfilters 7 eine nahezu völlige Entladung des Kondensators
vorgenommen. Durch diese Auf- und Ent- bzw. Umladung wird der Ausgangsspannung des
Regelfilters 7 eine Wobbelspannung überlagert, deren Amplitude derart gewählt wird,
daß der Oszillator 1 auf Grund der Wobbelspannung seinen gesamten Durchstimmbereich
durchläuft. Die Ausgangsspannung des RC-Gliedes 8 wirkt hierbei auf die elektronisch
abstimmbaren Bauelemente des Oszillators 1 ein. Schwingt der Oszillator während
des Suchvorganges kurzzeitig mit der Sollfrequenz, so wird die beschriebene Fangschaltung
abgeschaltet. Hierzu ist ein Filter 10 vorgesehen, welches auf die Normalfrequenz
des Normalfrequenzgenerators 5 abgestimmt ist. Erreicht der Oszillator 1 seine Sollfrequenz,
so wird durch das dann entstehende Ausgangssignal des Filters 10 das Schaltg
eri iit 9 stillgesetzt und damit die Öberlagerung der Wobbelspannung beendigt.
Jetzt übernimmt der Phasendiskriminator allein in an sich bekannter Weise die Aufgabe
der Nachregelung.
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Die F i g. ? zeigt den Verlauf der Ausgangsspannung des RC-Gliedes
8 während des Wobbelvorganges. Hierbei ist angenommen. daß ein Phasendiskriminator
verwendet wird. dessen Ausgangsspannung gemäß der Abweichungen der beiden zugeführten
Frequenzen um einen positiven Spannungswert schwankt. Ein derartiger Phasendiskriminator
ist beispielsweise ein Flip-Flop mit nachgeschaltetem Integrator. Es sei angenommen.
daß der Wert der Ausgangsspannung des Regelfilters 7. wie in der F i g. ? angegeben.
um den Spannungsnvert -
schwankt. Durch das Schaltgerät wird in der Zeit T, eine Aufladung des Kondensators
des RC-Gliedes 8 auf etwa den Wert C'1 vorgenommen. Nach erfolgter Aufladung entlädt
sich das RC-Glied in der Zeit T, wieder etwa auf den Wert @
, Danach wird eine Entladung des Kondensators auf den Nullwert. ebenfalls durch
das Steuergerät 9 bewirkt. vorgenommen. Nach dieser Entladung lädt sich der Kondensator
des RC-Gliedes wiederum in der Zeit T, langsam auf. Die am Ausgang des RC-Gliedes
8 erhaltene Spannung besteht also. wie F i g. ? zeigt. aus einer Sägezahnspannung.
wobei jedoch jeder zweite Sägezahn umgeklappt ist.
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Die F i g. 3 zeigt ein etwas näher ausgeführtes Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Fangschaltung. und zwar ist in F i g. 3 lediglich ein Teil
der
gesamten Schaltungsanordnung herausgezeichnet. Dargestellt ist der Phasendiskriminator
4, das anschließende Regelfilter 7, das Filter 10 sowie das RC-Glied 8 und das hier
detailliert dargestellte Schaltgerät 9. An diesem Ausführungsbeispiel soll erläutert
werden, wie die periodische Auf- und Entladung des RC-Gliedes vorgenommen werden
kann. Das Schaltgerät enthält einen astabilen Multivibrator 11,
dessen Impulse
einem Flip-Flop 12 zugeführt werden. Hieran sind Und-Schaltungen 13 und
14 angeschaltet. Die Und-Schaltung 14 weist immer dann ein Ausgangssignal
auf, wenn das Flip-Flop 12 an seinem rechten Ausgang ein Signal abgibt, außerdem
vom astabilen Multivibrator 11 ein Signal eintrifft und schließlich vom Schaltgerät
15 ein Signal kommt. Durch das Ausgangssignal der Und-Schaltung 14
wird der
Transistor 16 für die Länge des Impulses des astabilen Multivibrators geöffnet und
damit der Kondensator des RC-Gliedes etwa auf die Spannung Ü, aufgeladen.
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Auf Grund des gewählten Tastverhältnisses T, T, des astabilen Multivibrators,
welches, wie F i g. zeigt, sehr groß ist, sowie der gewählten Zeitkonstante des
RC-Gliedes entlädt sich der Kondensator des RC-Gliedes in der Zeit T,, also zwischen
dem die Aufladung verursachenden Impuls und dem nachfolgenden Impuls des astabilen
Multivibrators nahezu vollkommen auf den Wert
Durch den nächsten Impuls des astabilen Multivibrators wird dann die Entladung des
Kondensators des RC-Gliedes 8 bewirkt, da nunmehr die Und-Schaltung 13 ein Signal
abgibt (durch die Rückflanke des Vorimpulses wurde das Flip-Flop 12 umgekippt) und
damit der Kondensator des RC-Gliedes 8 an Masse gelegt wird. Nach erfolgter Entladung
nähert sich die Kondensatorspannung langsam wieder dem Wert der Ausgangsspannung
des Regelfilters 7. Auf Grund der sich am Kondensator ausbildenden Spannung U,.
deren Entstehung gerade geschildert wurde und wie sie in F i g. 3 dargestellt ist.
wird die Frequenz des Osziliators 1. dessen Abstimmelementen diese Spannung
zugeführt wird. innerhalb des Durchstimmbereiches durchgewobbelt. Dabei schwingt
der Oszillator auch kurzzeitig auf der Sollfrequenz. Die Sollfrequenz bzw. die umgesetzte
Sollfrequenz /: wird aber vom Filter 10 durchgelassen. Durch das Ausgangssignal
des Filters 10 wird die Abschaltung des Schaltgliedes 15 bewirkt. welches
nun kein Signal mehr abgibt und damit die Wobbelung unterbricht. Damit bleibt der
Oszillator 1 auf der Sollfrequenz stehen und wird durch die Spannung des
Phasendiskriminators konstant gehalten. Erst wenn durch eine Störung des Regelkreises
die Oszillatorfrequenz vom Sollwert wieder abweicht. verschwindet das Ausgangssignal
des Filters oder auch selektiven Verstärkers 10 wieder. wodurch die Wobbelung wieder
in Gang gesetzt wird.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann man den zur Herstellung
der Wobbelspannung notwendigen Aufwand noch reduzieren. Ein entsprechendes Ausführungsbeispiel
ist in F i g. 4 dargestellt. Wie in F i g. 3 umfaßt auch das Ausführungsbeispiel
der F i g. 4 lediglich den , Phasendiskriminator 4. das hieran angeschaltete Regelfilter
7. das RC-Glied B. das Filter 10 sowie das hier aus den Geräteteilen
11, 15 und 18 bestehende Steuergerät 9.
Für den ungeregelten
Zustand ist ebenso wie beim Ausführungsbeispiel der F i g. 3 die Ausgangsspannung
des Regelfilters 7 etwa gleich .
. Auf Grund der Ausgangsimpulse des astabilen Multivibrators 11
wird jedoch
die Ausgangsspannung des Flip-Flops 18
zwischen dem Wert 0 V und einem positiven
Spannungswert (UFF) umgeschaltet. Das Tastverhältnis sowie die Ladezeitkonstante
sind entsprechend den Angaben im Zusammenhang mit F i g. 3 gewählt. Auf Grund der
Änderung der Ausgangsspannung des Flip-Flops wird auf die Regelleitung ein Spannungssprung
von der Größe ± UFF übertragen. Die Ausgangsspannung Uz des RC-Gliedes ändert sich
somit zwischen den Werten
bzw.
Damit ergibt sich ein ähnlicher Verlauf der Spannung am RC-Glied, wie er in F i
g. 2 dargestellt ist. Auch hier wird bei Erreichen der Sollfrequenz auf Grund der
Wobbelung eine Abschaltung der Wobbelung bewirkt. Bei dem Ausführungsbeispiel der
F i g. 4 wird das dadurch erreicht, daß der astabile Multivibrator 11 auf
Grund des dann auftretenden Ausgangssignals des Filters 10 stillgesetzt wird.
Hierzu ist es notwendig, das Nullpotential des astabilen Multivibrators
11 auf die positive Betriebsspannung durch Glied 15 anzuheben. Damit
ist die Schwingbedingung nicht mehr gegeben. Weicht dagegen auf Grund einer Störung
auf der Regelleitung die Zwischenfrequenz ./; wieder vom Sollwert ab, so wird durch
Verschwinden des Ausgangssignals des Filters 10 durch das Schaltgerät
15 bewirkt, daß der astabile Multivibrator wieder auf Nullpotential gelegt
wird, wodurch dieser wieder anschwingt. Auch mit der gerade beschriebenen Ausführungsform
wird somit die gewünschte Wobbelung im asynchronen Zustand erzielt. Auch hier wird
nach Erreichen des synchronen Zustandes die Wobbelung unterbrochen. Damit ist auch
durch diese Lösung ein größerer Fangbereich der Schaltung gewährleistet.
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Bei den Ausführungsbeispielen der F i g. 3 und 4 wurde unterstellt,
daß der Phasendiskriminator eine Regelspannung abgibt, die in Abhängigkeit von der
auftretenden Frequenzdifferenz um einen positiven Spannungswert pendelt. Die erfindungsgemäße
Herstellung der Wobbelspannung kann jedoch auch dort angewendet werden, wo die Ausgangsspannung
des Phasendiskriminators um den Spannungswert 0 pendelt. An Stelle einer Auf- und
Entladung wie bei den Ausführungsbeispielen der F i g. 3 und 4 wird dort eine Umladung
des Kondensators des RC-Gliedes notwendig.