DE1283270B - Verfahren zum elektronischen Einregeln der Istfrequenz eines Ton- bzw. Hochfrequenzgenerators auf eine Sollfrequenz - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

H03b

Deutsche Kl.: 21 al - 35/12

Nummer: 1283 270

Aktenzeichen: P 12 83 270.1-31 (St 25486)

Anmeldetag: 3. Juni 1966

Auslegetag: 21. November 1968

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum elektronischen Einregeln der Istfrequenz eines Tonbzw. Hochfrequenzgenerators auf eine Sollfrequenz.

Die deutsche Patentschrift 736 388 beschreibt zum Stande der Technik ein in F i g. 1 dargestelltes Nachstellverfahren, bei dem einmal direkt die Differenzfrequenz R zwischen einer Istfrequenz f_x und einer Sollfrequenz f_n in einem Modler 1 und einmal die Differenzfrequenz 5 mit der um 90° mittels einem Phasenglied 6 in der Phase verschobenen Sollfrequenz f_n in einem Modler 7 gebildet wird, um ein zweiphasiges Drehfeld mit der Frequenz f_x — f_n herzustellen. Der Umlauf sinn des Drehfeldes hängt davon ab, welche der beiden Frequenzen (Istfrequenz f_x oder Sollfrequenz f_n) die größere ist. F i g. 2 zeigt dieses Verhalten. Durch den Umlauf sinn ist also die Richtung, in welcher der Generator der Istfrequenz f_x verstimmt werden muß, um auf die Sollfrequenz f_n eingestellt zu sein, gegeben. Zur Steuerung der Istfrequenz kann dieses Drehfeld in der Weise ausgenutzt werden, daß dadurch ein Ferrarismotor M angetrieben wird, welcher eines der Abstimmorgane des Istfrequenzgenerators betätigt. Eine solche Nachstelleinrichtung arbeitet aber nur innerhalb eines verhältnismäßig sehr engen Bereiches der Differenzfrequenz Af zufriedenstellend. Da einerseits nach Ausfall des Istfrequenz- und/oder des Sollfrequenzgenerators mit verhältnismäßig großen Differenzfrequenzen gerechnet werden muß, andererseits eine Einregelung der Istfrequenz f_x auf die Sollfrequenz f_n mit hoher Genauigkeit, die einen geringen Bruchteil einer Schwingung pro Sekunde betragen kann, erfolgen soll, ist eine solche Regeleinrichtung ungeeignet. Solche Stellmotoren erfordern aber auch eine gewisse Wartung, so daß man bestrebt ist, motorische Stelleinrichtungen zu vermeiden und hierfür rein elektronische Mittel einzusetzen.

Die deutschen Auslegeschriften 1208 402 und 1 208 403 beschreiben ein Verfahren zur Bestimmung kleiner Abweichungen der Istfrequenz einer Tonbzw. Hochfrequenzspannung von einer Sollfrequenz. Durch Vervielfachung der Istfrequenz und der Sollfrequenz um einen sich um 1 unterscheidenden Faktor und Differenzbildung in einem Modler entsteht an dessen Ausgang eine mit der Istfrequenz f_x in der Frequenzlage gleiche Ausgangsfrequenz, bei der jedoch der Absolutbetrag der Frequenzabweichung um den Verfielfachungsfaktor vergrößert wurde. Durch mehrstufige Wiederholung dieses Vorgangs lassen sich auch sehr geringe Frequenzabweichungen zwischen Istfrequenz f_x und Sollfrequenz f_n auf einen durch anzeigende Frequenzmesser gut meßbaren Betrag vervielfachen.

Verfahren zum elektronischen Einregeln der
Istfrequenz eines Ton- bzw.
Hochfrequenzgenerators auf eine Sollfrequenz

Anmelder:

Standard Elektrik Lorenz AG,

7000 Stutigart-Zuffenhausen

Als Erfinder benannt:

Dipl.-Ing. Klaus Kocher, 7251 Höfingen

Man könnte nun daran denken, die vorher beschriebene Nachstelleinrichtung aus der deutschen Patentschrift 736 288 in eine der Anordnungen nach den

ao deutschen Auslegeschriften 1 208 402 bzw. 1 208 403 einzufügen. Es ließe sich z. B. durch Umschalten der Anzahl der Vervielfacherstufen entsprechend der F i g. 2 der deutschen Auslegeschrift 1 208 403 als wirksame Differenzfrequenz eine für den Ferrarismotor geeignete

»5 Ausgangsfrequenz herstellen. Einmal wäre eine solche Umschaltung, die für eine automatische Frequenznachregelung auch automatisch erfolgen müßte, mit beträchtlichem Aufwand verbunden, andererseits würde wieder ein motorischer Antrieb zur Nachstellung verwendet werden.

Die ältere deutsche Patentanmeldung S100958 IXd/21a⁴ (deutsche Auslegeschrift 1 257 891) schlägt zur Ableitung einer Regelgleichspannung aus der Frequenzdifferenz zweier elektrischer Signalschwingungen vor, in der bereits beschriebenen Weise ein zweiphasiges Drehfeld mit der Differenzfrequenz der beiden Schwingungen zu bilden. Die beiden Phasen werden einem zusätzlichen Phasendiskriminator zugeführt, dessen Ausgang ein Signal liefert, dessen Polaritat die Abweichungsrichtung kennzeichnet. Dieses dient zusammen mit einer aus der Differenzfrequenz selbst abgeleiteten frequenzproportionalen Gleichspannung zum Nachregeln des Istwertes auf den Sollwert mittels eines Reaktanzgliedes.

Eine hiermit weitgehend übereinstimmende Anordnung ist bereits aus der deutschen Auslegeschrift 1183 537 bekannt. Hier liefert der zusätzliche Phasendiskriminator an seinem Ausgang dadurch gleich eine in der Polarität der Abweichungsrichtung und in der Amplitude der Abweichung proportionale Regelgleichspannung, daß in den einen Phasenzweig ein Differenzierglied eingeschaltet wird. Allerdings be-

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dingt eine solche Anordnung absolut gleiche Phasen- der Abweichung der Istfrequenz f_x von der Sollfregänge der beiden Phasenzweige. quenz/_B als Differenzfrequenz f_x —f_n und die Infor-Die Erfindung setzt sich nun zur Aufgabe, ein Nach- mation darüber, welche der beiden Frequenzen/a; oder regelverfahren anzugeben, das die geschilderten Nach- f_n die höhere ist, also die Information über die Richtung teile und Schwierigkeiten vermeidet. Zur Lösung der 5 der Abweichung als Umlaufsinn des zweiphasigen gestellten Aufgabe wird ein Verfahren zum elektro- Drehfeldes RjS zur Verfügung. Die vorliegende Ernischen Einregeln einer Istfrequenz eines Ton- bzw. findung stellt sich nun die Aufgabe, ein Verfahren zur Hochfrequenzgenerators auf eine Sollfrequenz, bei dem elektronischen Wandlung dieser Informationen in eine bei Bedarf der Betrag der Frequenzabweichung zur in der Amplitude von dem numerischen Wert der Regelspannungserzeugung durch ein- oder mehrstufige io Frequenzabweichung und im Verlauf von der AbVervielfachung und Differenzbildung durch Mischung weichungsrichtung funktional abhängige Gleichspander beiden Frequenzen vervielfacht wird, und darauf nung anzugeben, mit deren Hilfe die Frequenz des die eine erste bzw. zweite Differenzfrequenz mit der Soll- Istfrequenz f_x erzeugenden Generators mit hoher frequenz und eine zweite bzw. erste Differenzfrequenz Folgegenauigkeit mittels eines an sich bekannten mit einer zur Sollfrequenz um 90° phasenverschobenen 15 Reaktanzgliedes auf die Frequenz/^ eingeregelt werden Frequenz gebildet wird, so daß sich ein zweiphasiges kann. Es sollen also Lehren für die Realisierung des in Drehfeld ergibt, durch dessen Umlaufsinn die Richtung F i g. 3 dargestellten Wandlers W gegeben werden, der Frequenzabweichung der Istfrequenz von der Soll- Hierbei soll dieser Wandler W auch noch eine Regelfrequenz bestimmt ist, bei dem dann die beiden gleichspannung abgeben, wenn die Differenzfrequenz Differenzfrequenzen einer Schaltungsanordnung züge- ao f_x —f_n sehr klein ist. Die Periode dieser Differenzführt werden, an deren Ausgang eine vom Betrag der frequenz soll Sekunden, Minuten, ja auch Stunden Abweichung in der Amplitude und von der Richtung betragen können.

der Abweichung in der Polarität funktionell abhängige Daß die Forderung nach einer zufriedenstellenden Regelgleichspannung geliefert wird, durch die die Ist- Regelung bei so geringen Differenzfrequenzen noch frequenz des Ton- bzw. Hochfrequenzgenerators 25 einem technischen Bedürfnis entspricht, zeigt folgendes mittels eines Reaktanzelementes auf die Sollfrequenz Zahlenbeispiel. Es sei gefordert eine Frequenz/« von eingeregelt wird, eingesetzt und die gestellte Aufgabe 60 kHz mit einer Sollfrequenz/» mit einer Genauigkeit dadurch gelöst, daß zur Ableitung dieser Regelgleich- mindestens 10-⁶ im Gleichlauf zu halten. Es ergibt sich spannungen aus den Nulldurchgängen eine mit der dabei bereits eine Mindestperiodendauer der Differenzersten Differenzfrequenz in der Folge gleiche Puls- 30 schwingung von 15 s. Anzustreben wäre, daß der frequenz abgeleitet wird, daß diese Pulsfrequenz und Generator, der die Istfrequenz f_a liefert, seine eingedie zweite Differenzfrequenz den Eingängen einer regelte Frequenz im Rahmen seiner thermischen Schalteinrichtung zugeführt wird, an deren Ausgang Stabilität auch beibehält, wenn die Sollfrequenz/» für bzw. zwei Ausgängen eine der Phasenlage der zweiten eine gewisse, unter Umständen auch längere Zeit aus-Differenzfrequenz in bezug auf die erste Differenz- 35 fällt. Ein direktes Synchronisieren des die Istfrequenz/a; frequenz in ihrer Polarität bzw. in ihrer Zuordnung zu liefernden Generators mit der Sollfrequenz f_n ist dann einem der beiden Ausgänge entsprechende, in der nicht mehr möglich. Ebenfalls wünschenswert wäre ein Folgefrequenz mit den Differenzfrequenzen frequenz- echtes Integralverhalten einer solchen Einregelung, gleiche Pulsfolge auftritt, daß diese Pulsfolge dem Ein- also hohe Regelgeschwindigkeit bei großen Frequenzgang bzw. Eingängen eines Wandlers zugeführt wird, 40 abweichungen, geringe bei kleinen, um zwar eine der an seinem Ausgang eine in der Amplitude von der schnelle Einregelung bei Einschalten der Einrichtung Folgefrequenz der Pulsfolge und damit der Differenz- zu erzielen, bei laufendem Betrieb jedoch nur noch frequenz und im Verlauf von der durch die Polarität wertmäßig sehr geringe Regeländerungen zu erhalten, der zweiten Differenzfrequenz im Zeitpunkt der Pulse also eine unnötige Regelunruhe des Systems zu verbestimmten Abweichungsrichtungfunktional abhängige 45 meiden. Auch ein sich bei einer Motorregelung immer Regelgleichspannung liefert. ergebender Regeltotbereich soll nach Möglichkeit auf

Die Erfindung soll nun an Hand der Figuren ein- völlig vernachlässigbare Grenzen verkleinert werden,

gehend beschrieben werden. Es zeigen hierbei die In F i g. 4 wird in an sich bekannter Weise in einem

bereits behandelten ersten Modler 1 aus der Istfrequenz f% und der SoIl-

F i g. 1 und 2 die Anordnung nach dem Stande der 50 frequenz /» eine erste Differenzfrequenz α ~fx —fn Technik der deutschen Patentschrift 736 288 und das gebildet. Einem zweiten Modler 7 wird die Istsich ergebende zweiphasige Drehfeld, frequenz f_x und nach 90° Phasendrehung die SoIl-

Die F i g. 3 bis 9 erläutern den Erfindungsgegen- frequenz/» + 90° zugeführt und eine zweite Differenzstand. Es zeigt dabei frequenz b =/5 — (fn + 90°) gebildet. Beide Differenz-

F i g. 3 die Aufgabenstellung des erfindungsgemäßen 55 frequenzen α und b sind gegeneinander um 90° in der

Verfahrens; Phase verschoben und bilden so ein zweiphasiges

F i g. 4 und 5 zeigen zwei Alternativlösungen dieser Drehfeld, dessen Umlaufsinn angibt, welche der beiden

Aufgabe gemäß der Erfindung; Frequenzen/a; oder/» die höhere ist. Die Abweichungs-

F i g. 6 zeigt ein Diagramm zur Erläuterung der richtung der Istfrequenz /* von der Sollfrequenz f_n Funktion; 60 läßt sich feststellen, wenn z. B. im Zeitpunkt des NuIl-

F i g. 7 und 8 zeigen Prinzipschaltbilder von An- durchganges, z. B. in zu positiven Amplituden anstei-

ordnungen zur Durchführung des Verfahrens für jede gender Richtung der Amplituden der ersten Differenz-

der Alternativlösungen; frequenz a, festgestellt werden kann, ob die um +90°

F i g, 9 zeigt eine vorteilhafte Anordnung für die phasenverschobene Differenzfrequenz b bereits posi-Regelspannungserzeugung. 65 tive Amplituden aufweist, also voreilt, oder ob sie noch

Bei dem bereits geschilderten bekannten Verfahren negative Amplituden aufweist, also nacheilt. In diesem

stand am Ausgang der in F i g. 1 dargestellten An- Falle bedeutet positive Amplitude der zweiten Diffe-

ordnung die Information über den numerischen Wert renzfrequenz b im Zeitpunkt des Nulldurchganges zu

5 6

positiven Amplituden der ersten Differenzfrequenz α spricht. Diese Pulsfrequenz d wild einem Wandler 10 dann/n >f_x und negative Amplitude f_x >/». F i g. 6 zugeführt, der aus ihr eine in der Amplitude von der erläutert diese Verhältnisse. Bereits aus diesen Aus- Folgefrequenz, also der Differenzfrequenz α bzw. b führungen ist ersichtlich, daß an Stelle des Nulldurch- und im Verlauf von der durch die Polarität der zweiten ganges zu positiven Amplituden der ersten Differenz- 5 Differenzfrequenz b im Zeitpunkt t_Uc der Pulse c frequenz α auch der Nulldurchgang zu negativen bestimmten Abweichungsrichtung funktional abhän-Amplituden gewählt werden kann. Entsprechend gige Regelgleichspannung ableitet. Dieser Wandler 10 bedeuten positive Amplituden der zweiten Differenz- könnte im einfachsten Falle dadurch realisiert werden, frequenz in diesem Zeitpunkt f_x >f_n und negative daß die Pulsfolge nach beidseitiger Amplitudenbe- fn >fx- Eine Umkehr dieser Zuordnungen ergibt sich, io grenzung einem ÄC-Integrationsglied zugeführt wird, wenn/n nicht voreilend, also um + 90°, sondern nach- das dann eine der Folgefrequenz in der Amplitude und eilend um —90° phasenverschoben wird. Für eine in der Polarität eine der Polarität der zweiten Diffe-Phasenverschiebung der Istfrequenz f_x um + 90° bzw. renzfrequenz b im Abtastzeitpunkt t_Uc proportionale —90° bei nicht verzögerter Sollfrequenz/» gelten obige Gleichspannung ± Uafc liefert. Die Realisation eines Überlegungen sinngemäß, so daß sich eine ausführliche 15 Integrationsgliedes mit auch für sehr geringe Frequenz-Darstellung erübrigt. Wenn also bei den folgenden Bei- abweichungen, also sehr große Folgeperiode der Imspielen jeweils eine Phasenverschiebung um + 90° der pulse, hinreichender Zeitkonstante dürfte bereits auf Sollfrequenz/n und als Bezugspunkt der Nulldurch- Schwierigkeiten stoßen. Auch dürfte ein Ausfall der gang zu positiven Amplituden der ersten Differenz- Normalfrequenz nur während einer derart kurzen Zeit frequenz α angenommen wird, so gelten alle hierfür 20 erfolgen, innerhalb der nur ein praktisch vernachangestellten Betrachtungen und angegebenen Schal- lässigbares Absinken der Ladespannung des Intetungsanordnungen sinngemäß entsprechend obigen grationsgliedes erfolgt. Ebenso muß für den Fall, daß Ausführungen abgeändert auch für eine Phasenver- es sich bei der folgenden Regelung nicht um eine Schiebung der Sollfrequenz/„ um —90° sowie der leistungslose Steuerung handelt, der Regelleistungs-Istfrequenz f_x um +90° oder —90° bei Wahl von 35 bedarf durch die Impulse gedeckt werden. Hierdurch Nulldurchgängen in Richtung positiver bzw. negativer wird schon an sich ein völliger Gleichlauf zwischen Amplitude der ersten bzw. zweiten Differenzfrequenz α Ist- und Sollfrequenz ausgeschlossen. Bei den heute üb- bzw. b als Bezugspunkt. liehen Schaltungsanordnungen in Transistortechnik

Die erste und zweite Differenzfrequenz α und b wird muß immer mit einer gewissen Regelleistung gerechnet dem Modler 1 bzw. 7 über einen Tiefpaß 2 bzw. 8 30 werden. Hinzu kommt, daß es bei der heute als Reakentnommen. Diese Tiefpässe sperren Summenfre- tanzelement üblichen Varactordiode (Reaktanzdiode) quenzen, Ist- und Sollfrequenzreste sowie uner- nicht einmal wünschenswert ist, als Regelspannung wünschte Modulationsprodukte aus. Die Differenz- eine bipolare Spannung zur Verfügung zu haben, da frequenz α wird darauf in eine folgefrequenzgleiche diese Dioden im Sperrbereich arbeiten. Eine um eine Pulsfrequenz in einer Impulsformerstufe 3 umgewan- 35 gewisse Grundspannung nach beiden Richtungen delt. Eine solche Umwandlung kann in an sich veränderliche Regelspannung ohne Polaritätswechsel bekannter Weise durch starke Begrenzung der Sinus- wäre günstiger. Auf diese Fragen wird aber später spannung bzw. zweckmäßiger durch Steuerung eines noch eingegangen und hierfür vorteilhafte Lösungen monostabilen Schaltkreises, vorzugsweise in Form angegeben werden. Es sei aber festgestellt, daß die der unter dem Namen Schmitt-Trigger bekannten 40 bisher an Hand der F i g. 4 beschriebene Anordnung Ausführungsform, erfolgen. Durch Differentiation bereits mindestens mit anderen bekannten Anordin einem Differenzierglied 4 wird eine den Nulldurch- nungen gleichwertige Ergebnisse liefert,
gangen der Differenzfrequenz α in der Folgefrequenz Die in F i g. 5 dargestellte Anordnung unterscheidet entsprechende bipolare Nadelimpulsfolge gewonnen, sich von der nach F i g. 4 nur dadurch, daß jetzt eine bei der die Lage der Nadelimpulse weitgehend der 45 Schaltstufe 9' von der zweiten Differenzfrequenz b Lage der Nulldurchgänge und ihre Polarität der Durch- gesteuert wird und der Eingang der Schaltstufe je nach gangsrichtung entspricht. Mit den dem Nulldurchgang Polarität der Halbwellen der steuernden Differenzin Richtung positiver Amplituden der Differenz- frequenz mit einem der beiden Ausgänge verbunden frequenz α entsprechenden Nadelimpulsen wird ein wird. Die von dem monostabilen Multivibrator 5 abgemonostabiler Schaltkreis 5 gesteuert, der an seinem 50 gebenen Impulse werden also entsprechend der Polari-Ausgang eine mit der Differenzfrequenz α in der tat der zweiten Differenzfrequenz b im Zeitpunkt t_Uc Folgefrequenz gleiche Rechteckpulsfolge 6 liefert, an den einen oder den anderen Ausgang angelegt. Die deren Impulsbreite t_Uc klein gegenüber der Periode an einem der beiden Ausgänge je nach Abweichungsder höchsten zu verarbeitenden Differenzfrequenz α richtung auftretende Pulsfrequenz d' bzw. d" wird in ist. Durch diese Rechteckpulsfolge c wird eine Schalt- ₅₅ einem Wandler 10' zu einer in der Amplitude von der stufe 9 gesteuert, die bei anliegendem Steuerimpuls, Folgefrequenz, also der Differenzfrequenz α bzw. b, also jeweils während der Zeit t_Uc die zweite Differenz- und im Verlauf von der durch die Polarität der zweiten frequenz b, die an ihrem Eingang anliegt, auf den Aus- Differenzfrequenz b im Zeitpunkt t_ue der Pulse c gang durchschaltet. bestimmten Abweichungsrichtung funktional abhän-

Am Ausgang dieser Schaltstufe 9 wird also eine 60 gigen Regelgleichspannung umgeformt. Auch hier Pulsfrequenz d abgegeben, deren Folgefrequenz der könnte die einfachste Realisierung des Wandlers 10' ersten Differenzfrequenz α entspricht, wobei die in einem Integrationsglied bestehen, dem die Puls-Breite der Impulse t_Uc beträgt und ihre Polarität folge d' bzw. d" direkt und die Pulsfolge d" bzw. d' davon abhängt, ob/* >/» bzw./» >/* ist. Die Ampli- nach Phasenumkehr zugeführt wird. Auch hier tude der Impulse entspricht dabei der Amplitude der 65 gilt dann das schon anläßlich der Beschreibung der Differenzfrequenz b, wobei der Amplitudenverlauf F i g. 4 zum Einsatz einer Integrationsstufe Gesagte, während der Pulszeit t_Uc dem Kurvenverlauf der F i g. 7 und 8 zeigen nun eine technische Realisiezweiten Differenzfrequenz b während dieser Zeit ent- rungsmöglichkeit der Anordnungen nach F i g. 4 und 5,

wobei F i g. 7 der F i g. 4 und F i g. 8 der F i g. 5 und rückwärts zählender elektronischer Speicher aus entspricht. Gleiche Funktionselemente wurden mit bistabilen Schaltstufen, ein magnetischer Ringkerngleichen Bezugszeichen versehen, dabei zwar funktions- speicher mit entsprechender Leseeinrichtung oder mäßig gleiche, aber schaltungsmäßig voneinander vorzugsweise ein Transfiuxorspeicher mit Leseeinabweichende, durch Indizes unterschieden. 3 sei, wie 5 richtung eingesetzt werden. Schrittschaltmotore mit zur F i g. 4 bereits angedeutet, ein Schmitt-Trigger. Stellpotentiometer dürften zwar die einfachste Reali-Der monostabile Multivibrator 5 weise einen diff eren- sierung darstellen, doch wird heute meistens der Einsatz zierenden Eingang auf, so daß er nur durch die anstei- von sich mechanisch bewegenden Teilen, die eine Wargende bzw. abfallende Flanke der vom Schmitt- rung erfordern, wenn er mit erträglichem Mehrauf-Trigger 3 gelieferten Rechteckwelle angestoßen wird. io wand vermeidbar ist, abgelehnt. Der Einsatz von elek-Solche monostabilen Multivibratoren mit differen- ironischen Speichern aus bistabilen Schaltstufen bringt zierendem Eingang sind bekannt, so daß sich eine nicht nur, wenn er hinreichend feinstufig sein soll, genauere Beschreibung erübrigt. einen hohen Bauelementeaufwand mit sich, sondern es

Bei Bedarf kann zu Überwachungszwecken ein läßt sich überhaupt nur eine beschränkte Stufenzahl durch die vom monostabilen Multivibrator 5 abge- 15 realisieren. Da die eingestellte Speicherstellung durch gebene Rechteckpulsfolge c gesteuerter Frequenz- Strom- oder Spannungswerte markiert wird, die aus messer 11 angeschlossen werden, auf dem der Ab- den von den einzelnen Stufen gelieferten und diesen in solutbetrag der Frequenzdifferenz abgelesen werden ihrer Wertigkeit zugeordneten Einheiten durch Sumkann. In F i g. 7 sei 9" eine Torschaltung, die in Ab- mieren gewonnen werden, beschränken die möglichen hängigkeit von dem während der Zeit t_Uc an ihren 30 Toleranzgrenzen dieser Einheiten eine beliebige Ver-Steuereingang angelegten Impuls der Pulsfolge c die größerung der Stufenzahl. Liegt einmal erst die niedan ihren Schalteingang anliegenden bipolaren Signale rigstwertige Einheit innerhalb der Toleranzgrenze auf den Ausgang durchschaltet. Derartige Tor- der höchstwertigen Einheit, so ist eine weitere Abschaltungen sind aus der Pulsmodulationstechnik, stufung sinnlos und bringt keinen technischen Gewinn, insbesondere von der Pulsamplitudenmodulation her 35 Ähnlich sieht die Lage bei den Ringkernspeichern aus. hinreichend bekannt. In F i g. 8 seien 9^X und 9^XX Da zu ihrem zerstörungsfreien Lesen wieder elektro-Torschaltungen, wie sie als UND-Schaltungen hin- nische Schaltstufen benötigt werden, verhindert die reichend bekannt sind, die ein an ihrem Schalteingang Leseeinrichtung dann eine sinnvolle, über einen geanliegendes unipolares Signal nur durchlassen, wenn wissen Wert hinausgehende weitere Stufung der Speiauch an ihrem Steuereingang ein Signal gleicher 30 cherschritte.

Polarität anliegt. Eine Phasenumkehrstufe 12 sorgt Für die vorliegende Aufgabe bietet nun der Einsatz

dafür, daß an dem Steuereingang der UND-Schal- eines Transfluxors als Speicherelement im Zusammentung 9^XX das für ein Durchschalten notwendige Signal wirken mit Varactordioden als Stellelement zur richtiger Polarität anliegt, wenn die zweite Differenz- Frequenznachregelung besondere Vorteile. In der frequenz b im Zeitpunkt t_Uc eine sonst die Torschal- 35 F i g. 9 ist eine solche Transfluxoranordnung dargetung 9^XX sperrende Polarität aufweisen würde, wodurch stellt. 14 sei ein Transfluxor mit den Einstellwicklungen die Torschaltung 9^XX jetzt leitend werden kann, El und £11, der Treiberwicklung T und der Abfragewährend die Torschaltung 9^X gesperrt bleibt. Abhängig wicklung A. Kern und Wicklungen seien nach den von der Polarität der Amplitude der zweiten Differenz- Lehren der deutschen Auslegeschrift St 25059 LXc/21a 1 frequenz b im Zeitpunkt t_Uc werden also die von dem 40 ausgelegt, es sind also Maßnahmen zum Verhindern monostabilen Multivibrator 5 abgegebenen Impulse einer Flußrichtungsumkehr in dem das kleine Loch von der UND-Schaltung 9^X oder der UND-Schal- enthaltenden Steg getroffen, die sonst eine Mehrtung 9^XX durchgelassen. deutigkeit der Speicherung bewirken würde.

Bereits anläßlich der Beschreibung der F i g. 4 und 5 G ist der den Treiberwechselstrom liefernde Genewaren Betrachtungen zur Realisation des Wandlers 10 45 rator. Die von der Treiberwicklung T in der Abfragebzw. 10' angestellt und festgestellt worden, daß seine wicklung A in Abhängigkeit von dem eingestellten Realisation als Integrationsglied zwar unter gewissen permanenten Fluß induzierte Spannung werde beiEinschränkungen möglich sei, aber mit einem so Bedarf in einem Verstärker 15 verstärkt, in einer Gleichrealisierten Wandler sich nicht alle in der Ein- richteranordnung 16 gleichgerichtet und die so geleitung aufgestellten Forderungen erfüllen lassen. So 50 wonnene Gleichspannung in einer Siebkette 17 gedarf z. B. die Sollfrequenz f_n nur sehr kurzzeitig aus- glättet. Da als Arbeitspunkt, von dem aus die Einfallen, ohne daß dadurch gleichzeitig eine unzulässig stellung in Richtung zunehmenden bzw. abnehmenden große Verstimmung der Istfrequenz f_x bewirkt wird. permanenten Flusses im allgemeinen die Mitte zwischen Wenn also die Möglichkeit eines Ausfalls der Soll- Flußnull und Sättigung des ansteigenden Astes der frequenz/« für eine gewisse Zeit berücksichtigt werden 55 Hysteresiskurve gewählt werden wird, ergibt sich nach muß, ist es notwendig, daß der zuletzt vor dem Ausfall der Siebkette 17 eine unipolare Regelgleichspanbestehende Wert der Regelspannung gespeichert nung Ό'afc, die von einem, meistens fiktiven Mittelbleibt bis zur Wiederkehr der Sollfrequenz f_n, so daß wert auch in zunehmender und abnehmender Richtung sich die Frequenz des die Istfrequenz f_x erzeugenden entsprechend der Größe der Frequenzabweichung und Generators während der Ausfallzeit nur im Rahmen 60 ihrer Richtung abweicht. Dabei ergibt sich für die der thermischen Stabilität dieses Generators verändern Regelspannung Uafc bei Sättigung des Transfluxorkann. Für eine solche Einspeicherung ständen die kernes praktisch der Wert Null und bei Flußnull der Pulsfrequenz d, bei der die Einspeicherungsrichtung Maximalwert bestimmt durch Treibererregung und durch die Polarität markiert wäre, bzw. die Puls- Übersetzungsverhältnis T: A. Eine solche Regelspanfrequenzen d' und d", die jede für sich bereits die 65 nung wäre für den Betrieb einer Varactordiode, die Information über die Einspeicherungsrichtung ent- bekanntlich bei Vorspannung in Sperrichtung betrieben halten, zur Verfügung. Als Speicher selbst könnte ein wird, geeignet. Falls eine bipolare Regelspannung Schrittschaltmotor mit Stellpotentiometer, ein vor- benötigt werden sollte, so ließe diese Regelspan-

nung Uafc sich mittels eines Differenzverstärkers durch Differenzbildung mit einer Referenzspannung in bekannter Weise in eine Regelspannung ± Uafc umformen. Im vorliegenden Falle wird nun der permanente Fluß im Transfluxor durch Impulse konstanter Breite eingestellt. Dieses ist normalerweise für die schrittweise Einstellung des permanenten Flusses eines Transfluxors ungünstig, da je nach permanenter Vorerregung die Länge des reversiblen Bereiches und damit auch die Zeit, in der dieser durchlaufen wird, verschieden ist. In Nähe von Flußnull verursacht ein solcher Impuls also größere Änderungen des permanenten Flusses als in Nähe der Sättigung. Man vergleiche hierzu die Ausführungen in der deutschen Patentschrift 1112 109. Es sind deshalb zum Erzielen von gleichmäßigen Stufenänderungen des permanenten Flusses in einem Transfluxor eine Reihe von anderen Einstellverfahren angegeben worden. Wenn aber als Stellelement für die Frequenznachstellung eine Varactordiode eingesetzt wird, deren Kapazitätsänderung auch nicht linear abhängig von der angelegten Sperrspannungsänderung ist, sondern mit zunehmender Sperrspannung abnimmt, so ist das sonst als Nachteil betrachtete Verhalten eines Transfluxors bei stufenweiser Einstellung seines permanenten Flusses durch Impulse konstanter Breite jetzt vorteilhaft, weil hierdurch eine Regelspannung entsteht, deren Verlauf in guter Näherung dem für eine lineare Kapazitätsänderung einer Varactordiode benötigten Verlauf entspricht.

Einen derartigen Verlauf kann man bei Verwendung eines Schrittschaltmotors durch Einsatz einer entsprechenden Kennlinie beim angetriebenen Potentiometer auch noch verhältnismäßig einfach erzielen. Bei aus bistabilen Schaltstufen oder einer Ringkernmatrix bestehenden Speichern zwingt die Forderung nach einem solchen Verlauf entweder zum Einsatz je eines Speicherelementes für jeden Schritt — ein Aufbau im dekadischen, binären oder sonstigen Speicherelemente einsparenden System ist also nicht möglich —, oder es muß diesen Speichern eine aufwendige Logik nachgeschaltet werden, durch die dann der gewünschte Verlauf erzeugt wird. Wenn also, wie schon einmal erwähnt, der Einsatz beweglicher mechanischer Elemente, wie Schrittschaltmotor mit Stellpotentiometer, nicht gewünscht wird, so bringt der Einsatz einer Transfluxoranordnung, von der B i 1 d 9 ein Beispiel zeigt, nicht nur den Vorteil, daß die Frequenz des Generators der Istfrequenz/z bei Ausfall der Sollfrequenz/» innerhalb der Grenzen der thermischen Stabilität des Istfrequenzgenerators während der Ausfallzeit festgehalten wird, sondern liefert auch noch bei Verwendung einer Varactordiode als Stellelement zur Frequenzeinregelung eine Regelspannung Uafc, durch die innerhalb des in Frage kommenden Arbeitsbereiches eine der Differenzfrequenz α praktisch proportionale Regelung erzielt wird. Für eine Frequenzeinregelung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ergeben sich bei Einsatz des beschriebenen Transfluxorspeichers folgende Auslegungsgesichtspunkte. Durch Wahl der Impulszeit t_Uc des monostabilen Multivibrators, der Höhe der abgegebenen Impulse und des Transfmxormaterials in bezug auf Neigung der Hysteresiskurve (Abweichen von der idealen Rechteckkurve) läßt sich erreichen, daß die Einstellimpulse beim Sättigungsknick praktisch nicht mehr in den irreversiblen Teil der Hysteresiskurve hineinlaufen. Hierdurch ergibt sich bei Flußnull die erreichbare geringstmögliche Stufengröße. Der durch die Neigung bestimmte Unterschied in den Einstellstufen nahe der Sättigung und Flußnull bestimmt die Nichtlinearität der Regelspannung. Es ist so möglich, diesen Regelspannungsverlauf durch entsprechende Wahl dieser Größen so zu beeinflussen, daß sich zusammen mit der Charakteristik der gewählten Varactordiode eine der Regelabweichungproportionale Frequenzänderung ergibt. Es läßt sich dabei auch eine solche stufenweise Regelspannungsänderung erzielen, daß die durch sie verursachte Frequenzänderung einen vorgegebenen geringen Bruchteil der Toleranz beträgt.

Bei der als Beispiel genannten Größe der zulässigen Toleranz wird als Generator für die Istfrequenz f_x üblich ein quarzgesteuerter Generator eingesetzt, wobei dann die Kapazität der Varactordiode als Trimmkapazität bzw. als Teil der Trimmkapazität eingesetzt wird. Bei solchen Anordnungen mit dem vorher beschriebenen Aufbau kann man dann erreichen, daß der Abstand der einzelnen Regelschritte voneinander in der Größenordnung von einer oder mehreren Stunden liegt. Hieraus ist auch ersichtlich, daß mit den bisher bekannten Nachstellverfahren diese Aufgabe bisher nicht lösbar war. Mit Anordnungen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich dagegen alle in der Einleitung aufgeführten Forderungen hinreichend verwirklichen.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum elektronischen Einregeln einer Istfrequenz eines Ton- bzw. Hochfrequenzgenerators auf eine Sollfrequenz, bei dem bei Bedarf der Betrag der Frequenzabweichung zur Regelspannungserzeugung durch ein- oder mehrstufige Vervielfachung und Differenzbildung durch Mischung der beiden Frequenzen vervielfacht wird und darauf eine erste bzw. zweite Differenzfrequenz mit der Sollfrequenz und eine zweite bzw. erste Differenzfrequenz mit einer zur Sollfrequenz um 90° phasen verschobenen Frequenz gebildet wird, so daß sich ein zweiphasiges Drehfeld ergibt, durch dessen Umlaufsinn die Richtung der Frequenzabweichung der Istfrequenz von der Sollfrequenz bestimmt ist, bei dem dann die beiden Differenzfrequenzen einer Schaltungsanordnung zugeführt werden, an deren Ausgang eine vom Betrag der Abweichung in der Amplitude und von der Richtung der Abweichung in der Polarität funktionell abhängige Regelgleichspannung geliefert wird, durch die die Istfrequenz des Ton- bzw. Hochfrequenzgenerators mittels eines Reaktanzelementes auf die Sollfrequenz eingeregelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ableitung dieser Regelgleichspannungen aus den Nulldurchgängen eine mit der ersten Differenzfrequenz (ä) in der Folge gleiche Pulsfrequenz (c) abgeleitet wird, daß diese Pulsfrequenz (c) und die zweite Differenzfrequenz (b) den Eingängen einer Schalteinrichtung (9 bzw. 9') zugeführt wird, an deren Ausgang bzw. zwei Ausgängen eine der Phasenlage der zweiten Differenzfrequenz (b) in bezug auf die erste Differenzfrequenz (α) in ihrer Polarität bzw. in ihrer Zuordnung zu einem der beiden Ausgänge entsprechende, in der Folgefrequenz mit den Differenzfrequenzen (a, b) frequenzgleiche Pulsfolge (d bzw. d', d") auftritt, daß diese Pulsfolge (d bzw. d', d") dem Eingang bzw. Eingängen eines Wandlers (10 bzw. 10') zugeführt wird, der an seinem Ausgang

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eine in der Amplitude von der Folgefrequenz der Pulsfolge und damit der Differenzfrequenz (a, b) und im Verlauf von der durch die Polarität der zweiten Differenzfrequenz (b) im Zeitpunkt der Pulse (c) bestimmten Abweichungsrichtung funktional abhängige Regelgleichspannung liefert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Wandler (10 bzw. 10') eine vor- und rückwärts zählende Speicheranordnung eingesetzt wird, daß diese Speicheranordnung durch die in der Folgefrequenz mit den Differenzfrequenzen (a, b) frequenzgleiche Pulsfolge (d bzw. d', d") in Abhängigkeit von der Polarität der Impulse bzw. ihrer Zuordnung zu den beiden Ausgängen der Schalteinrichtung (9 bzw. 9') eingestellt wird, daß eine von dem eingestellten Speicherwert funktional abhängige Regelgleichspannung abgeleitet wird, durch die in an sich bekannter Weise ein Reaktanzglied im Ton- bzw. Hochfrequenzgenerator beeinflußt wird. ao

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Speichereinrichtung ein Schrittmotor mit Potentiometergeber bzw. eine Speicheranordnung aus bistabilen Schaltstufen

bzw. ein Ringkernspeicher mit Leseeinrichtung bzw. ein Transfluxorspeicher mit Leseeinrichtung verwendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß für den Transfluxor eines Transfiuxorspeichers ein Material mit derartig schräger Hysteresisschleife verwendet wird, daß durch die hierdurch hervorgerufene Nichtlinearität der von der Leseeinrichtung abgegebenen Regelgleichspannung die nichtlineare Kennlinie des verwendeten Reaktanzgliedes in Richtung einer dem Betrage der Differenzfrequenz direkt proportionalen Frequenznachstellung linearisiert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Reaktanzglied eine Varactordiode eingesetzt wird, daß die Varactordiode Bestandteil einer zum Trimmen der Frequenz eines durch einen Schwingquarz stabilisierten Generators für die Istfrequenz/a; eingesetzten Kapazität ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 831413;
deutsche Auslegeschrift Nr. 1183 537.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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