DE1466720B2 - Schaltung zu aussieben der grundwelle eines periodischen signals - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung zum Aussieben der Grundwelle eines periodischen Signals.

In den Fällen, in denen es notwendig ist, eine elektronische Schaltung mit empfangenen Datensignalen zu synchronisieren, muß entweder die Grundfrequenz des periodischen Signals bekannt sein oder es müssen komplizierte Einrichtungen zu ihrer Bestimmung vorgesehen werden. In der Oszillographentechnik wird das Problem der unbekannten oder nur ungefähr bekannten Grundfrequenzen beispielsweise dadurch gelöst, daß die Frequenz des Zeit-Ablenkgenerators einstellbar ist, um sie mit den zugeführten Signalen zu synchronisieren. Diese Lösung ist jedoch dann unbefriedigend, wenn sich die Grundfrequenz der zugeführten Signale ändert, da dann kein stehendes Bild erhalten werden kann. Ähnliche Probleme bestehen bei Geräten zur Datenübermittlung.

Eines der einfacheren Verfahren zur automatischen Gewinnung der Grundwelle eines zusammengesetzten Signals für Synchronisationszwecke besteht darin, mehrere Tiefpaßfilter mit zwischengeschalteten Verstärkern zur Erzielung der erforderlichen Stufenverstärkung in Reihe zu schalten. Anordnungen zur Durchführung dieses Verfahrens sind in den USA.-Patentschriften 1 516518 und 1 638437 beschrieben. Das genannte Verfahren arbeitet zufriedenstellend, wenn die Frequenz der Grundwelle bekannt ist, da die Ver-Stärkung der Kopplungsverstärker dann so eingestellt werden kann, daß die Filterdämpfung gerade ausgeglichen wird und so verhindert wird, daß die Grundwelle die Verstärker bis ins Sättigungsgebiet ansteuert oder im Rauschpegel des Systems untergeht. Wenn die Grundfrequenz jedoch nicht bekannt ist, ist dieses Verfahren offensichtlich unzulänglich und erfüllt nicht die gewünschte Funktion. Eine Schaltung zum Aussieben der Grundwelle eines periodischen Signals, deren Frequenz innerhalb eines vorgegebenen Frequenzbereiches liegt und die am Ausgang mit vorgegebenem Pegel für Synchronisationszwecke benötigt wird, welche Schaltung aus der Reihenschaltung eines regelbaren Dämpfungsgliedes eines Verstärkers und eines Tiefpaßfilters besteht, an dessen Ausgang ein Rückkopplungsnetzwerk angeschlossen ist, das die Dämpfung des Dämpfungsgliedes regelt, ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß das regelbare elektronische Dämpfungsglied zwei Dioden enthält, deren Anoden miteinander und mit dem Ausgang des Rückkopplungsnetzwerkes verbunden sind derart, daß der Widerstand zwischen der den Eingang des Dämpfungsgliedes bildenden Kathode der einen Diode und der den Ausgang des Dämpfungsgliedes bildenden Kathode der anderen Diode durch Verändem des Potentials an der Verbindung der Anoden verändert wird.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispieles in Verbindung mit den Zeichnungen, von denen zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Schaltung nach der Erfindung,

Fig. 2 ein Diagramm des Signalpegels als Funktion der Frequenz für das in Fig. 1 dargestellte FiI-ter,

F i g. 3 ein Blockschaltbild mehrerer kaskadenartig verbundener Schaltungen nach der Erfindung,

Fig. 4 eine Darstellung des Signalpegels der verschiedenen Frequenzkomponenten des Signals an aufeinanderfolgenden Klemmen der Schaltung nach Fig. 3,

Fig. 5 ein Schaltbild, aus dem Einzelheiten des Ausführungsbeispieles der Erfindung nach Fig. 1 hervorgehen,

Fig. 6 eine andere Schaltungsausführung gemäß der Erfindung,

F i g. 7 eine Darstellung des Signalpegels als Funktion der Frequenz für das Ausführungsbeispiel nach Fig. 6.

Der Eingangsklemme 10 der Schaltung nach F i g. 1 wird ein periodisches Signal zugeführt, dessen Grundfrequenz zu bestimmen ist. Mit der Klemme 10 ist ein elektronisches, veränderbares Dämpfungsglied 12 verbunden, das in der Lage ist, den Pegel eines Eingangssignals an den Spannungspegel anzupassen, der auf der Leitung 13 erscheint. Das Ausgangssignal des Dämpfungsgliedes 12 wird über einen Breitbandverstärker 14 dem Filter 16 zugeleitet. Das Filter 16 ist ein Tiefpaßfilter. Seine Kennlinie, die den Signalpegel als Funktion der Frequenz darstellt, ist in F i g. 2 gezeigt. In seiner einfachsten Form enthält das Filter 16 eine i?C-Kombination, die eine Dämpfung von 6 db pro Oktave aufweist. Die einzige Bedingung, die das Filter 16 erfüllen muß, ist die, daß die Grundfrequenz des Eingangssignals in den Teil der Kennlinie fallen muß, der eine negative Steigung aufweist. Mit der Ausgangsleitung 18 des Filters 16 ist ein Rückkopplungsnetzwerk verbunden, das einen Amplitudendetektor 20 enthält. Das auf der Leitung 18 erscheinende Signal wird in dem Amplituden-

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detektor 20 gleichgerichtet und geglättet und als Steuer- komponenten die in dem Diagramm 50 der Fig. 4 spannung über die Leitung 13 dem Dämpfungsglied dargestellten Amplituden aufweisen, der Eingangs-12 zugeführt. Das Rückkopplungsnetzwerk ist so be- klemme des in F i g. 3 dargestellten Systems zugeführt messen, daß es die Verstärkung des Systems auf einen wird, werden alle Frequenzkomponenten in dem voreingestellten oder vorherbestimmten Pegel hält, 5 Dämpfungsglied 12 gedämpft, in dem Verstärker 14 indem es die Dämpfung des Dämpfungsgliedes ent- verstärkt und dann dem Filter 16 zugeführt. Es sei in weder vermindert, wenn der Signalpegel unter einen diesem Beispiel angenommen, daß das Filter 16 eine Grenzwert absinkt oder indem es die Dämpfung er- Dämpfung von 6 db pro Oktave für alle Frequenzhöht, wenn der Signalpegel einen Grenzwert über- komponenten aufweist. Bekanntlich entspricht eine schreitet. io Dämpfung von 6 db pro Oktave etwa einer Lei-Im Betrieb wird der Klemme 10 ein periodisches stungsdämpfung von ¹Is pro Oktave. Wenn daher anSignal zugeführt, das im Dämpfungsglied 12 ge- genommen wird, daß die Grundwelle nicht gedämpft dämpft, im Verstärker 14 verstärkt und dann dem wird (die Berechtigung dieser Annahme wird später Filter 16 zugeführt wird. Im Filter 16 werden die ver- offenkundig), wird die Amplitude der zweiten Harschiedenen Frequenzkomponenten des periodischen 15 monischen / 2, deren Frequenz sich um eine ganze Signals unterschiedlich gedämpft, indem die höheren Oktave von der Grundfrequenz unterscheidet, unge-Frequenzen eine stärkere Dämpfung erfahren. Da die fähr auf die Hälfte ihres Wertes gedämpft. Die Am-Grundfrequenz unveränderlich die tiefste in dem pe- plitude der dritten Harmonischen / 3, deren Frequenz riodischen Signal vorkommende Frequenz ist, liegt es sich um V2 Oktaven von der Grundfrequenz unterauf der Hand, daß die Grundfrequenz stets weniger 20 scheidet, wird auf ein Drittel ihres Wertes gedämpft, gedämpft wird als alle anderen Frequenzen. Das auf und die Amplitude der vierten Harmonischen, deren der Leitung 18 erscheinende Ausgangssignal enthält Frequenz sich um 2 Oktaven von der Grundfrequenz daher die verhältnismäßig stark angehobene Grund- unterscheidet, wird etwa auf ein Viertel ihres Wertes frequenz. Dieses Signal wird dann über den Amplitu- gedämpft. Am Ausgang des Filters 16 erscheinen dadendetektor 20 auf das Dämpfungsglied 12 rückge- 25 her die Frequenzkomponenten mit den durch das koppelt, um dessen Dämpfung zu steuern, so daß das Diagramm 52 der F i g. 4 angegebenen relativen Am-Ausgangssignal auf dem gewünschten voreingestell- plituden.

ten Pegel bleibt. Wie vorher erwähnt, kann angenommen werden, Wenn die Grundfrequenz des periodischen Signals daß die Grundfrequenz wegen des den Amplitudenin allen Fällen bekannt wäre, könnte die Verstärkung 3° detektor 20 enthaltenden Rückkopplungsweges nicht des Verstärkers 14 so voreingestellt werden, daß sie gedämpft wird. Mittels dieses Weges erreicht die Vergenau die Dämpfung aufhebt, die das Signal im Filter Stärkung des Systems jeden gewünschten Pegel. Für 16 erfährt. Auf Grund der Tatsache, daß die Grund- diesen Fall wird angenommen, daß die Verstärkung 1 frequenz jedoch nur innerhalb weiterer Grenzen (Teil beträgt. Aus diesem Grunde bleibt die Amplitude der der Filterkennlinie mit negativer Steigung) bekannt 35 Grundfrequenz /1 in den Diagrammen der F i g. 4 ist, ist es unmöglich, den Verstärker 14 so einzustel- konstant.

len, daß seine Verstärkung genau die durch das Filter Wenn das Signal der Schaltung 24 zugeführt wird,

16 hervorgerufene Dämpfung aufhebt. Um diesem wird die Amplitude der zweiten Harmonischen erneut

Problem zu begegnen, wurde die oben beschriebene auf die Hälfte ihres Wertes gedämpft, die Amplitude

Verstärkungssteuerung vorgesehen, durch die ein 40 der dritten Harmonischen auf ein Drittel ihres Wertes

nicht betriebsfähiges System in ein vollständig be- usw., wie das aus dem Diagramm 54 der Fig. 4 zu er-

triebsfähiges verwandelt wurde. sehen ist. Das Ausgangssignal der Schaltung 26 ent-

Auf Grund der Tatsache, daß eine einstufige An- hält, wie das Diagramm 56 der F i g. 4 zeigt, nur noch

hebung der Grundwelle, wie sie durch die Schaltung die Grundfrequenz und die zweite Harmonische mit nach F i g. 1 gegeben ist, im allgemeinen nicht aus- 45 einer sehr kleinen Amplitude. Wenn es erwünscht ist,

reicht, um die Grundwelle auf den gewünschten Pegel kann das Signal einer weiteren Schaltung zugeführt

anzuheben, werden mehrere der Schaltungen nach werden. Jedoch kann jetzt aus der Grundwelle leicht

Fig. 1 hintereinandergeschaltet, wie das in Fig. 3 ein Synchronisiersignal abgeleitet werden,

dargestellt ist. Die in dieser Figur mit den Bezugszif- F i g. 5 zeigt das Schaltbild der Schaltung, deren fern 22, 24 und 26 bezeichneten Schaltungen sind mit 50 Blockschaltbild in Fig. 1 wiedergegeben ist. Das

der in F i g. 1 dargestellten identisch und in Kaskade Dämpfungsglied 12 besteht aus 2 Dioden 60 und 62,

geschaltet, um die gewünschte Dämpfungskennlinie deren Anoden miteinander verbunden sind und de-

zu erhalten. Die Wirkungsweise der Schaltung nach nen das Ausgangssignal des Amplitudendetektors 20

F i g. 3 wird in Verbindung mit der F i g. 4 beschrie- zugeführt wird. Durch Erhöhen oder Erniedrigen des ben. 55 Potentials an der Verbindung der Anoden der Dio-

Es sei angenommen, daß ein periodisches Ein- den 60 und 62 kann der Widerstand zwischen der

gangssignal die Frequenzkomponenten /1 (die Eingangsklemme 10 und dem Basiskreis des Transi-

Grundfrequenz) und deren Harmonische /2, /3, /4, stors 64 stark verändert werden. Die Transistoren 64,

/ 5 enthält, die die in F i g. 4 angegebenen Amplitu- 66 und 68, die in F i g. 1 als der Verstärker 14 dargeden besitzen. Dabei ist zu beachten, daß der ange- 60 stellt sind, liefern die erforderliche Verstärkung. Der

nommene Fall ungünstiger ist als einer, der normaler- Widerstand 70 und der Kondensator 72 übernehmen

weise zu erwarten ist, da die Amplitude der Grund- die Funktion des in Fig. 1 dargestellten Filters

welle/1 kleiner ist als die Amplituden der zweiten Eine Rückkopplungsverbindung führt von der Aus-

und dritten Harmonischen/2 und /3. Normalerweise gangsklemme 18 über den Trennkondensator 73 auf besitzt die Grundwelle auch die größte Amplitude 65 die Basis des Transistors 74, der so vorgespannt ist,

von den in dem Eingangssignal enthaltenen Kompo- daß er als Gleichrichter wirkt. Das gleichgerichtete

neten. Potential am Kollektor des Transistors 74 wird einem

Wenn ein periodisches Signal, dessen Frequenz- i?C-Glied 76 zugeführt und dann dem gemeinsamen

Verbindungspunkt der Anoden der Dioden 60 und 62 als Steuerpotential zugeleitet.

In F i g. 6 ist ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, bei dem die Verstärkungsregelung in anderer Weise bewirkt wird. In dieser Schaltung bewirken die Dioden 80 und 82 nicht nur die erforderliche Dämpfung, sondern bilden für den Kondensator 84 einen veränderbaren Widerstand, wobei die Kombination als Tiefpaßfilter wirkt. Die übrige Schaltung ist der in F i g. 1 dargestellten ähnlich mit der Ausnahme, daß die Verstärkungsregelung nicht nur von der Dämpfung, die durch die Dioden 80 und 82 hervorgerufen wird, abhängt, sondern auch von der Dämpfung, die durch die Kombination der Dioden 80 und 82 mit dem Kondensator 84 bewirkt wird. Im besonderen erzeugt der Amplitudendetektor 20, wenn der Ausgangspegel hoch ist, ein hohes Gleichstromsignal, das den Widerstand des Diodendämpfungsgliedes erhöht. Wenn der Widerstand zwischen den Kathoden der Dioden 80 und 82 sich erhöht, verschiebt sich die Kennlinie 90 (F i g. 7) nach links (d. h., es ist die Kennlinie 92 wirksam). Das erfolgt auf Grund der Tatsache, daß die Zeitkonstante RC des Filters sich erhöht hat, wodurch sich die Grenzfrequenz erniedrigt. Auf Grund dieser Verschiebung der Kennlinie werden alle Frequenzkomponenten stärker gedämpft, was zur Folge hat, daß das Ausgangssignal die gewünschte Dämpfung aufweist.

ίο Wenn andererseits der Pegel des Ausgangssignals zu gering ist, verringert sich der Widerstand zwischen den Kathoden der Dioden 80 und 82, und die Zeitkontante RC des Filters verringert sich, was eine Erhöhung der Grenzfrequenz zur Folge hat. Dieses Phänomen wird durch die Kennlinie 94 in F i g. 7 wiedergegeben. Es ist ersichtlich, daß alle Frequenzkomponenten entsprechend weniger gedämpft werden und dadurch eine erhöhte Ausgangsspannung zur Verfügung steht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Schaltung zum Aussieben der Grundwelle eines periodischen Signals, deren Frequenz innerhalb eines vorgegebenen Frequenzbereiches liegt und die am Ausgang mit vorgegebenem Pegel für Synchronisationszwecke benötigt wird, welche Schaltung aus der Reihenschaltung eines regelbaren Dämpfungsgliedes eines Verstärkers und eines Tiefpaßfilters besteht, an dessen Ausgang ein Rückkopplungsnetzwerk angeschlossen ist, das die Dämpfung des Dämpfungsgliedes regelt, dadurchgekennzeichnet, daß das regelbare elektronische Dämpfungsglied zwei Dioden (60, 62) enthält, deren Anoden miteinander und mit dem Ausgang des Rückkopplungsnetzwerkes verbunden sind derart, daß der Widerstand zwischen der den Eingang des Dämpfungsgliedes bildenden Kathode der einen Diode (60) und der den Ausgang des Dämpfungsgliedes bildenden Kathode der anderen Diode durch Verändern des Potentials an der Verbindung der Anoden verändert wird.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Dioden (60, 62) des regelbaren Dämpfungsgliedes den regelbaren Widerstand des als i?C-Glied ausgebildeten Tiefpaßfilters bilden.

3. Schaltungsanordnung zur Bestimmung der Grundfrequenz eines periodischen Signals, gekennzeichnet durch die Reihenschaltung mehrerer Anordnungen nach den Ansprüchen 1 und 2.