DE1516747C - Schaltung zur Frequenz- oder Phasenregelung eines Oszillators - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Schaltung zur Frequenz- von der Frequenz eines empfangenen Signals zu oder Phasenregelung eines Oszillators veränderlicher regeln, tritt durch den verwendeten Motor eine Frequenz mit einem Mischer, an dessen einem Ein- große Trägheit auf, so daß es ausgeschlossen ist, gang ein empfangenes Signal und an dessen anderem relativ schnelle und große Frequenzschwankungen Eingang ein von dem Oszillator kommendes Signal 5 mit einem derartigen System zu regeln. Weiterhin ist liegt und dessen Ausgang ein Mischsignal an einen eine Vorrichtung zur automatischen Frequenzkorrek-Eingang eines Phasendiskriminators abgibt, dessen tür bekannt (schweizerische Patentschrift 272 435), anderer Eingang ein Bezugssignal empfängt und bei der eine der Differenz zwischen der empfangenen dessen Ausgang ein zur Regelung der Frequenz oder Steuerfrequenz und der Oszillatorfrequenz entPhase des Oszillators dienendes Fehlersignal abgibt, io sprechende Wechselspannung als Fehlersignal verdessen Vorzeichen von der Richtung der Phasen- wendet wird. Bei dieser Vorrichtung wird durch eine abweichung des Mischsignals gegenüber der Phase Arbeitspunktverschiebung bei einem Frequenzkorrekdes Bezugssignals abhängt, und mit einer zwischen turglied ein Abtasten dessen Regelbereichs bewirkt. Oszillator und Phasendiskriminator liegenden Regel- Diese die Grobsteuerung darstellende Abtastung schleife mit einem Korrekturstromkreis, der an den 15 wird durch die durch die Frequenzdifferenz auf-Regeleingang des Oszillators ein vom Fehlersignal tretende Wechselspannung gesteuert. Da die Ababhängiges Korrektursignal anlegt. tastung ziellos und nicht in Richtung auf Verringe-

Bei gleichzeitiger Phasen- und Frequenzregelung rung der Frequenzdifferenz stattfindet, benötigt diese spricht man normalerweise von einer Winkelregelung. Vorrichtung ebenfalls eine relativ große Zeit, um Systeme, bei denen der Winkel fest eingeregelt wird, ao die Grobsteuerung durchzuführen. Durch diese Art werden heute weitgehend zum Empfang von Fern- der Grobsteuerung ist diese Vorrichtung insbesondere melde- und Informationssignalen von künstlichen bei einem geringen Rauschabstand besonders stör-Satelliten und Raumfahrzeugen verwendet. Bei der- anfällig. Weiterhin weist sie den Nachteil auf, zusätzartigen Systemen können die empfangenen Signale liehe komplizierte Schaltungsmittel für die Arbeitssehr schwach sein und schweren Störungen unter- a$ punktverschiebung des Frequenzkorrekturgliedes zu liegen. Immer, wenn sich einem solchen System die benötigen.

Kombination von Nachrichtenmodulation und Rau- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine

sehen einem Phasenwinkel von ±90° nähert, kann Schaltung der eingangs genannten Art zu schaffen,

eine Blockierung unter Ausschluß des Nutzsignals die eine schnelle und korrekte Arbeitsweise für einen

und Verlust der Information eintreten. 30 geringen Rauschabstand bei Vermeidung einer uner-

Es sind zwar Schaltungen bekannt, bei denen eine wünschten Blockierung ermöglicht.
Frequenzregelung unter Verwendung einer Regel- Diese Aufgabe ist dadurch gelöst, daß erfindungsschleife durchgeführt wird, der eine zweite, der Grob- gemäß parallel zur Regelschleife eine schrittweise regelung dienende Regelschleife parallel geschaltet arbeitende Schaltungsanordnung gelegt ist, an deren ist. So wird beispielsweise in einer bekannten Fre- 35 Eingang das Fehlersignal liegt und deren Ausgang quenzregelschaltung (deutsche Patentschrift 886 025) jedesmal dann ein stufenförmig veränderliches Signal in einer Abzweigung der Regelleitung, über welche abgibt, wenn der Absolutwert des Fehlersignals die sich schnell ändernde Regelspannung geführt ist, größer als ein vorbestimmter Schwellwert ist, wobei ein Widerstands-Kondensator-Glied verwendet, bei die Änderungsrichtung des stufenförmigen Signals dem die am Kondensator dieses Gliedes liegende, 40 vom Vorzeichen des Fehlersignals abhängt, und daß sich langsam ändernde Regelspannung an eine Trenn- das stufenförmige Signal in an sich bekannter Weise röhre gelegt wird, deren Ausgangsspannung in Reihe mittels eines in die Regelschleife eingefügten Sumzu der sich schnell ändernden Regelspannung ge- miergliedes dem Korrektursignal überlagert ist, wobei schaltet ist. Dabei kann ein Relais vorgesehen sein, das Summierglied an den Phasen- oder Frequenzweiches oberhalb einer bestimmten Frequenzabwei- 45 regeleingang des zu regelnden Oszillators ein Signal chung anspricht und einen Multivibrator einschaltet, abgibt, das in jedem Augenblick die Regelabweichung der seinerseits den Kondensator des Widerstands- zu Null macht.

Kondensator-Gliedes periodisch auf so große posi- Bei der erfindungsgemäßen Schaltung besteht ein tive und negative Spannung auflädt, daß große bedeutender Vorteil darin, daß die Stufenspannungs-Frequenzabweichungen ausgeglichen werden. Bei die- 50 generatoren die Spannung, die zu irgendeinem Zeitser Frequenzregelschaltung besitzt die für große punkt erreicht wird, unverändert über beliebige Zeit-Frequenzabweichungen verwendete Regelschleife eine perioden halten. Das steht im Gegensatz zu der relativ große Trägheit, so daß eine schnelle Regelung ungenügenden Speichereinrichtung, die durch einen der Frequenz auf den einzustellenden Wert bei Auf- Analogspeicher oder ein Integrierglied gebildet wird, treten einer Frequenzabweichung nicht möglich ist 55 bei dem das Ausgangssignal im allgemeinen in der und demgemäß diese Schaltung nicht zur Verwendung Form einer Kondensatorladung mit einer langsamen, beim Empfang in Nachrichtenkanälen, insbesondere aber doch merklichen Geschwindigkeit abfließt. Ein beim Empfang von Satellitenfunk od. dgl. geeignet weiterer bedeutsamer Vorteil der erfindungsgemäßen ist. Weiterhin ist es bekannt (Funk-Technik, Nr. 6/ Schaltung ist die Tatsache, daß durch die Art der 1958, S. 164), in einer Frequenzregelschaltung mit 60 digitalen Speicherung keine Phasennacheilung in das einem Diskriminator bei Überschreitung des Regel- Rückkopplungssignal eingebracht wird, wie das bei bereichs des Diskriminators einen Motor einzuschal- einem Analogintegrator der Fall wäre. Damit wird ten, der einen Abstimmkondensator derart verstellt, die Stabilität der Steuerung nicht beeinträchtigt,
daß eine richtige Einstellung ungefähr erreicht wird. Eine vorteilhafte Ausführungsform der erfindungs- Wenn diese Einstellung erreicht ist, schaltet der 65 gemäßen Schaltung besteht darin, daß in der zweiten Motor ab, und eine Reaktanzröhre übernimmt die Regelschleife zwei Spannungsdiskriminatoren vorweitere Feinregelung. Auch bei diesen Maßnahmen, gesehen sind, die das Fehlersignal parallel empfangen die Frequenz eines Ortsoszillators in Abhängigkeit und für jeweils ein positives und negatives Fehler-

signal, das im Absolutwert größer als der vorbe- Dieses erhöht sich beispielsweise irnmer dann, wenn

stimmte Schwellwert ist, Signale jeweils an einen das Ausgangssignal des Winkeldisknmiriätors positiv

Steuereingang des Stufenspannungsgenerators geben, ist und die vorgeschriebene Schwelle überschreitet,

der eine ansteigende Spannung, wenn durch den Es nimmt ab, wenn das Fehlersigrial negativ ist und einen Spannungsdiskriminator ein Signal an den 5 in seinem Absolutwert die Schwelle überschreitet,

einen seiner Steuereingänge gegeben wird, und eine Wenn dieses sich stufenweise ändernde Signal an

fallende Spannung abgibt, wenn durch den anderen den Frequenzregeleingang des Oszillators und gleich-

Spannungsdiskriminator ein Signal an seinen anderen zeitig an eine übliche Regelschleife, wie etwa ein

Steuereingang gegeben wird. integrierendes J?C-Glied, angelegt wird, die parallel

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der io zu dem Digitalgenerator liegt, ergibt sich ein Fehlererfindungsgemäßen Schaltung besteht darin, daß signal, das ständig geringer als die gewählte Schwelle jeder Spannungsdiskriminator aus einer Eingangs- ist. Damit wird der Arbeitspunkt des Systems im verstärkerstufe, die jeweils nur negative oder positive wesentlichen um den Fehler Null herum zentriert. Spannungen verstärkt, und einem dieser nachge- Durch die erfindungsgemäße Schaltung wird weiterschalteten Schmitt-Trigger besteht. 15 hin der Suchvorgang in der sogenannten Suchphase

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der erleichtert. Wenn beispielsweise zur Verfolgung eines erfindungsgemäßen Schaltung besteht darin, daß der Satelliten oder eines anderen einen Sender tragenden Stufenspannungsgenerator zwei verschiedene Gene- Ziels die erfindungsgemäße Schaltung eingeschaltet ratoren aufweist, die jeweils zwischen einen Span- wird, wird eine sich stetig verändernde Kippspannüng nungsdiskriminator und einen der beiden Eingänge ao — üblicherweise eine Sägezahnspannung — auf den eines Differenzverstärkers geschaltet sind, der die Steuereingang des Oszillators gegeben, bis die Oszillaalgebraische Summe der von beiden Generatoren torfrequenz einen Wert innerhalb des Frequenzgelieferten Signale bildet. bandes des von dem Ziel übertragenen Signals ange-

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der nommen hat. Zu diesem Zeitpunkt erscheint eine

erfindungsgemäßen Schaltung besteht darin, daß die 35 Fehlerspannung am Diskriminatorausgang, und der

Stufenspannungsgeneratoren in einem einzigen um- normale Winkelsperrvorgang kann beginnen. Beim

kehrbaren Stufenspannungsgenerator zusammenge- Suchen wird der Digitalgenerator gesteuert, um ein

faßt sind, dessen Betriebsweise durch Anlegen der Ausgangssignal zu erzeugen, das sich stufenweise in

Ausgangsspannung des Spannungsdiskriminators einer einzigen Richtung ändert, d. h. zunimmt oder

durch logische Schaltglieder umgekehrt wird. 3° abnimmt. Nach diesem Suchvorgang geht die erfin-

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der dungsgemäße Schaltung automatisch auf die normale

erfindungsgemäßen Schaltung besteht darin, daß jeder Arbeitsweise über.

Stufenspannungsgenerator einen Impulsgenerator, Weitere Merkmale und durch sie erzielte Vorteile

einen Mehrstufen-Zweiringzähler, der einen von dem gehen aus der Beschreibung der Zeichnung hervor,

Impulsgenerator erzeugten Impulszug empfängt und 35 in der beispielsweise gewählte Ausführungsformen

an den jeweiligen Ausgängen der Zählerstufen Recht- der erfindungsgemäßen Schaltung veranschaulicht

eckwellen erzeugt, die eine mit dem Faktor 2 anstei- sind. Es zeigt

gende Wiederholungsperiode besitzen, und die Aus- F i g. 1 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen

gangssignale der Zählerstufen in einer geometrischen Schaltung,

Reihe mit dem Faktor 1/2 wägende Impedanzen 40 F i g. 2 ein einen Teil des Blockschaltbildes nach

zur Erzeugung einer stufenförmigen Ausgangsspan- F i g. 1 darstellendes ausführlicheres Blockschaltbild,

nung besitzt. F i g. 3 a bis 3f verschiedene erfindungsgemäß ver-

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der wendete Spannungsformen,

erfindungsgemäßen Schaltung besteht darin, daß die F i g. 3 g Ausgangsspannungen der in F i g. 1 und 2 Ausgänge der Zählerstufen über UND-Tore an den 45 dargestellten Digitalgeneratoren sowie die Ausgangs-Eingängen der folgenden Zählerstufen liegen und spannung des Differenzverstärkers,
die Regeleingänge derart geschaltet sind, daß die Fig. 3h eine typische Spannungsform, die sich UND-Tore selektiv den Zählsinn des Zählers um- an einem Digitalgenerator in einer anderen Ausfühkehren. rungsform der erfindungsgemäßen Schaltung ergibt,

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der 5° F i g. 4 eine weitere Ausführungsform der erfin-

erfindungsgemäßen Schaltung besteht darin, daß in dungsgemäßen Schaltung im Blockschaltbild,

einer Richtung ansteigende Ausgangsspannungen wäh- F i g. 5 die in der Schaltung nach F i g. 4 verwen-

rend einer Suchphase hervorrufende Regelglieder dete Schaltung zum Übergang von Such- auf Ver-

zur Regelung der logischen Schaltglieder vorgesehen folgungsbetrieb,

sind. 55 F i g. 6 die Schaltung des in den Schaltungen

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der nach F i g. 1, 2, 4 und 5 verwendeten Spannungs-

erfindungsgemäßen Schaltung besteht darin, daß in diskriminators,

dem Eingangskanal ein die Verstärkung selbsttätig F i g. 7 die Schaltung der in den Schaltungen

regelnder Selektivverstärker vorgesehen ist und die nach F i g. 4 und 5 verwendeten Fehlerstufen und

Regelglieder eine an dem Ausgang des Selektivver- 60 F i g. 8 die graphische Darstellung des Verlaufs

stärkers liegende Schaltdiode aufweisen, die einem der Fehlerspannung gegenüber dem Phasenwinkel.

Steuereingang der Stufenspannungsgeneratoren ein Die in F i g. 1 dargestellte erfindungsgemäße Schal-

von dem Selektivverstärker abgegebenes Signal bei tung besitzt die Antenne 1 zum Empfangen von

Vorhandensein von starkem Rauschen abgibt. phasen- oder frequenzmodulierten Signalen. An Stelle

In der erfindungsgemäßen Schaltung ist also in 65 der Antenne kann auch ein anderer Signuleingang

der Rückkopplungsschleife vom Phasendiskriminator verwendet werden. Die auf der Trägerfrequenz /

zum Oszillator ein Digitalgenerator vorgesehen, der liegenden Eingangssignale besitzen die veränderliche

ein sich stufenweise änderndes Ausgangssignal abgibt. Phase ψ. Sie sind hier mit f\v_ bezeichnet.

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Die Eingangssignale werden einem Eingang eines phasenmodulierten Signalen vorliegende Nachrichten Überlagerungsmischers 2 zugeführt, der an seinem empfangen werden sollen, kann diese Information anderen Eingang das Ausgangssignal eines Orts- in Form der Fehlerspannung E mit einer Ausgangsoszillators 8 empfängt, der Signale fjψο abgibt. Der leitung 18 abgeleitet werden, die mit dem Ausgang Mischer 2 liefert ein Signal mit einer resultierenden S des Diskriminator 4 verbunden ist. Wenn anderer-Frequenz. Dieses resultierende Signal kann dar- seits eine zufällige Phasenverschiebung des einfallengestellt werden mit dt if — /_B)/(y — To) , wobei Plus- den Signals ausgeschaltet werden soll, kann das und Minuszeichen zwei entgegengesetzt liegende Ausgangssignal am Ausgang des Ortsoszillators 8 Phasen anzeigen. Das Mischsignal wird über einen durch die Ausgangsleitung 19 abgeleitet werden. Selektivverstärker 3 geleitet, in welchem die Signal- io Damit die im vorhergehenden beschriebene Schalbestandteile mit den Frequenzen /, /₀ und (J + /₀) tung einwandfrei arbeitet, darf das Fehlersignal, entfernt werden und der Grundbestandteil der Fre- das vom Phasendiskriminator 4 geliefert wird, einen quenz (/ — /„) verstärkt wird. gewissen Wert nicht überschreiten. Insbesondere

Das Ausgangssignal des Selektiwerstärkers 3 wird sollte die Phasenverschiebung zwischen dem vereinem Eingang eines üblichen Phasendiskriminators 4 15 stärkten, gefilterten Signal (/— /_ο)/ψ—ψο und dem zugeführt, der an seinem anderen Eingang ein Bezugs- Bezugssignal /«/?£ sich nicht einem Winkelwert von signal/λ/v^ empfängt, das von einem stabilen ±90° nähern, da anderenfalls die Phasensperrung Oszillator 5, wie etwa einem Kristalloszillator, ab- aussetzen kann und Rauschkomponenten zu einer gegeben wird. Der Phasendiskriminator 4 liefert eine unbeabsichtigten Phasensperrung während einer nicht veränderliche Gleichspannung, deren Polarität der »° vernachlässigbaren Zeit führen können, während der Richtung der augenblicklichen Phasenverschiebung Informationen verlorengehen können. Eine derartige (f ~~ To) — 9 R d^fir Signale, die den Eingängen des Fehlsperrung tritt häufig ein und ist besonders unan-Diskriminators zugeführt werden, und deren genehm bei Fernverbindungen, bei denen sehr Größe der Größe dieser Phasendifferenz entspricht. schwache Signale empfangen werden, die von Satel-Diese veränderliche Gleichspannung stellt ein Fehler- «5 Uten oder Raumfahrzeugen geliefert werden, die sich signal dar, das dem Frequenzsteuerungseingang des in großen Entfernungen vom Empfänger befinden. Ortsoszillators 8 über eine erfindungsgemäß gebildete Durch die beträchtliche Größe der Dopplerver-Rückkopplungsschleife zugeführt wird. Diese Rück- Schiebung, die die Signalfrequenz beeinflussen kann, kopplungsschleife dient dazu, die Ausgangsfrequenz wenn der Satellit oder das Raumfahrzeug eine hohe des Oszillators 8 in einer solchen Weise zu steuern, 3° reale Geschwindigkeitskomponente hat, kann das daß das vom Phasendiskriminator abgegebene Fehler- Phasenfehlersignal einen derart hohen Wert annehsignal E kontinuierlich auf Null verringert wird und men, daß der erwähnte Fehler eintreten kann. Im dadurch das von dem Selektiwerstärker 3 abgegebene Hinblick auf die hohen Fluggeschwindigkeiten von Signal (/ — /₀) /y— <p₀ kontinuierlich in Frequenz Raumfahrzeugen können die Dopplerverschiebungen und Phase mit dem Bezugssignal /r /9[* überein- 35 absolute Werte bis zu ± 3000 Hertz oder mehr stimmt, so daß gilt: erreichen. Ebenso können die Senderfrequenzen

r _ j- _ τ _un(j _ z= a_R infolge Alterung oder anderer Gründe beträchtliche

Abweichungen aufweisen. Durch diese Vielzahl an

Die Rückkopplungsschleife umfaßt einen ersten Gründen ergibt sich eine hohe Wahrscheinlichkeit, Zweig, der durch ein übliches Integrierglied 6 gebildet 40 daß ein Ausschließungszustand auftritt und die ist. Dessen Ausgang ist mit dem Frequenzsteuer- Empfangsschwelle des Systems weiter gesenkt wird, eingang des Ortsoszillators 8 über ein Summierglied 7 Durch die erfindungsgemäß ausgebildete Rückverbunden. Die Übertragungsfunktion des Integrier- kopplungsschleife wird durch Verringerung des von gliedes ist derart vorbestimmt, daß die Stabilität dem Phasendiskriminator gelieferten Fehlersignals über einen bestimmten Bereich der Betriebsfrequenzen 45 unter einen Schwellwert ein solcher Zustand verhindurch gleichgehalten wird. hindert. Der Arbeitspunkt wird damit ständig optimal

Die Arbeitsweise der bisher beschriebenen Schal- zentriert.

tung ist die eines üblichen Phascnregelsystems. Im Wie in F i g. 1 gezeigt, wird das Fehlersignal E

stationären Zustand hat das vom Selektiwerstärker 3 vom Phasendiskriminator 4 zur gleichen Zeit, zu der abgegebene Signal eine Frequenz und Phase, die 5° es dem Integrierglied 6 zugeführt wird, auch den gleich der Frequenz und Phase des stabilen Oszilla- parallelen Eingängen von zwei Spannungsdiskrimitors5sind. Das vom Phasendiskriminator 4 abgegebene natoren 9 und 10 zugeleitet. Diese Spannungsdis-Signal ist Null. Der Ortsoszillator 8 liefert dann ein kriminatoren erzeugen keine Ausgangsspannung, wenn Alisgangssignal, dessen Frequenz und Phase gleich die Eingangsspannung geringer als ein bestimmter der Differenz zwischen Frequenz bzw. Phase des 55 Schwellwert ist. Wenn das Eingangssignal positiv ist Eingangssignals und des Bezugssignals sind. Sollte in und eine vorgeschriebene Schwelle überschreitet, der Frequenz und/oder Phase des empfangenen erzeugt der Spannungsdiskriminator 9 ein Ausgangs-Signals eine Abweichung auftreten, erzeugt der signal. Wenn das Eingangssignal negativ ist und die Phasendiskriminator 4 eine entsprechende Fehler- vorgeschriebene Schwelle im Absolutwert Überschreispannung. Diese wird dem veränderlichen Oszillator 8 60 tet, erzeugt der Spannungsdiskriminator 10 ein Ausüber die Rückkopplungsschleife zugeleitet. Dadurch gangssignal.

wird die Ausgangsfrequenz des Oszillators 8 ent- Die Spannungsdiskriminatoren 9 und 10 sind mit

sprechend geändert, um einen neuen stationären ihren Ausgängen mit den Eingängen entsprechender Zustand einzustellen, bei dem das Fehlersignal Stufenspannungsgeneratoren 11 und 12 verbunden, wieder Null ist. 65 Solange der Phasendiskriminator 4 eine positive oder

Das Ausgangssignal kann entsprechend den Erfor- negative Fehlerspannung erzeugt, die kleiner im dernisscn von verschiedenen Schaltungspunkten abge- absoluten Wert ist als ein vorgeschriebenes Schwellennommcn werden. Wenn in Form von frequenz- oder nivcau, erzeugt keiner der Spannungsdiskriminato-

ren 9 und 10 ein Ausgangssignal, so daß die Aus- zeitig wird die Ausgangsspannung des Spannungsgangssignale beider Generatoren 10 und 11 ihre diskriminators 9 über die Leitung 35 dem Setzeinvorherigen Werte beibehalten. Sollte eine positive gang des UND-Tores33 zugeleitet, so daß die Im-Fehlerspannung auftreten, die größer ist als die pulse serienmäßig dem Eingang der ersten Stufe vorgeschriebene Schwelle, erhöht sich das Ausgangs- 5 des Stufenspannungsgenerators 11 zugeleitet werden, signal des Generators 11 um eine Stufe. Tritt eine Die Impulse bewirken, daß die erste Stufe 36-1 negative Fehlerspannung, die im absoluten Wert zwischen ihren beiden Zuständen mit einer entgrößer als die Schwelle ist, auf, erhöht sich das Aus- sprechenden Geschwindigkeit schaltet, so daß jeder gangssignal des Generators 12 um eine Stufe. ihrerAusgängeeineRechteckspannungmiteinerPeriode

Die abgestuften Ausgangsspannungen, die von den io erzeugt, die zweimal so groß wie die Periode des Generatoren 11 und 12 erzeugt werden, werden den von dem Impulsgenerator abgegebenen Impulses ist. entsprechenden Eingängen eines üblichen Differenz- Die Rechteckwelle, die an einem Eingang der Flipverstärkers 13 zugeleitet, so daß dieser an seinem Flop-Stufe 32-1 erscheint, wird durch den Ausgangs-Ausgang eine sich stufenartig verändernde Spannung widerstand 36-1 dem Differenzverstärker 13 zugeerzeugt, die zu allen Zeiten gleich dem Unterschied 15 leitet. Die Spannungswelle am Ausgangswiderstand der Absolutwerte (d. h. der algebraischen Summe) der ersten Stufe 36-1 ist in Linie b der F i g. 3 geder Ausgangssignale beider Generatoren ist. Diese zeigt. Die Amplitude der gezeigten Rechteckimpulse Differenzspannung wird dem zweiten Eingang des wird durch den Wert des Widerstandes 36-1 bestimmt. Summiergliedes 7 zugeführt und darin mit der ana- Die Spannung, die am anderen Ausgang des Fliplogen Fehlerspannung kombiniert, die vom Inte- »0 Flops 32-1 der ersten Stufe erscheint, wird dem Eingierglied 6 zugeleitet wird. Die algebraische Summe gang der zweiten Flip-Flop-Stufe 32-2 zugeleitet, so der analogen und digitalen Fehlerspannungen, die daß diese zwischen ihren beiden Zuständen mit einer am Ausgang des Summiergliedes 7 erscheinen, wird Geschwindigkeit geschaltet wird, die zweimal so dem Frequenzsteuereingang des Ortsoszillators 8 zu- niedrig ist wie die der ersten Flip-Flop-Stufe. Die geleitet, um dessen Ausgangsfrequenz zu steuern. «5 Ausgangsspannung, die an einem Ausgang der

F i g. 2 veranschaulicht die Stufenspannungsgene- zweiten Flip-Flop-Stufe 32-2 erscheint, wird dem

ratoren 11 und 12 und die Art, in der sie von den Differenzverstärker 13 über den Widerstand 36-2 zu-

Spannungsdiskriminatoren 9 und 10 gesteuert werden. geführt, und da dieser Widerstand den halben Wert Jeder Stufenspannungsgenerator umfaßt einen Binär- des ersten Widerstandes 36-1 aufweist, besitzt die

zähler, der eine Anzahl bistabiler Kippstufen (Flip- 30 in Linie c der F i g. 5 gezeigte Rechteckspannung,

Flop) umfaßt. Während nur drei Stufen je Zähler die dem Differenzverstärker von der zweiten Stufe

hier gezeigt sind, werden normalerweise beispielsweise zugeführt wird, eine Amplitude, die zweimal so groß

sieben verwendet. Jede Kippstufe 32-1, 32-2, 32-3 wie die der in der Linie b gezeigten Rechteckspan-

hat einen Eingang und zwei Ausgänge. Ein Ausgang nung ist.

jeder Stufe wird mit dem Eingang der nächsten Stufe 35 In ähnlicher Weise gelangt über den Ausgangsverbunden. Der erste Eingang jedes Zählers ist mit widerstand 36-3 der dritten Stufe an den gleichen dem Ausgang eines UND-Torcs 33 bzw. 34 ver- Eingang des Differenzverstärkers 13 eine Rechteckbunden. Die UND-Tore haben jeweils einen Vor- spannung, wie sie in Linie d der F i g. 3 gezeigt bereitungseingang, der mit den Ausgängen der Span- ist, die eine Wiederholgeschwindigkeit, die zweimal nungsdiskriminatoren 9 bzw. 10 über Leitungen 35 40 so niedrig ist, und eine Amplitude aufweist, die und 37 verbunden ist, und jeweils einen Setzeingang, zweimal so groß ist wie die Rechteckspannung, die die gemeinsam mit dem Ausgang eines Impulsgene- durch den Widerstand der zweiten Stufe zur Einwirrators 28 verbunden sind. Der Impulsgenerator 28 kung gebracht wird. Auf diese Art und Weise werden hat einen Inbetriebsetzungseingang, der über ein die Ausgangsspannungen von allen Stufen des Stufen-ODER-Tor26 mit den Ausgängen 106, 108 der 45 Spannungsgenerators 11 dem gleichen Eingang des beiden Spannungsdiskriminatoren verbunden ist. Differenzverstärkers bewertet zugeführt.

Ein Ausgang jeder Stufe des Zählers wird mit Die sich ergebende Spannung, die von allen Stufen einem Ausgangswiderstand 36-1, 36-2, 36-3 ver- des Stufenspannungsgenerators 11 dem dazugehörigen bunden. In jedem Zähler haben die Widerstände, Differenzverstärkereingang zugeleitet wird, besitzt die die zu den entsprechenden Stufen gehören, verschie- 50 »Treppen«-Form, die in Linie e der F i g. 3 gezeigt dene Widerstandswerte, die sich im wesentlichen in ist. Die sich ergebende Wellenform hat eine Gesamteiner geometrischen Progression des Verhältnisses 1:2 periode, die gleich der der Ausgangsspannung in befinden. Der Widerstand 36-2 ist halb so groß wie F i g. 3, Linie d, der niedrigsten Zählerstufe (hier32-3) der Widerstand 36-1, der Widerstand 36-3 halb so ist. Die maximale Amplitude ist ungefähr zweimal groß wie der Widerstand 36-2 usw. Alle Ausgangs- 55 so groß wie die der Ausgangsspannung der niedrigsten widerstände jedes Zählers sind gemeinsam mit einem Stufe. Wenn « die Zahl der verwendeten Stufen ist, der beiden Eingänge des Differenzverstärkers 13 ver- hat die so gebildete Treppenspannung 2" Stufen, bunden. ■ Wenn nun angenommen wird, daß die Fehler-

Es wird nun angenommen, daß der positive Span- spannung des Phasendiskriminators negativ statt nungsdiskriminator 9 an seinem Ausgang 106 eine 60 positiv und wieder im Absolutwert größer als die Spannung abgibt, weil der Phasendiskriminator 4 vorgeschriebene Schwelle ist, erzeugt der Spannungseine positive Fehlerspannung erzeugt, die größer diskriminator 10 ein Ausgangssignal, das über das als der Schwellwert ist. Diese Spannung wird durch ODER-Tor 26 zum Impulsgenerator 28 und auch das ODER-Tor 26 dem Inbetriebsetzungseingang des über die Leitung 37 zum UND-Tor 34 gelangt. In Inipulsgenerators 28 zugeleitet, der daraufhin einen 65 diesem Falle wird der Stufenspannungsgenerator 12 Zug von Impulsen kurzer Dauer mit einer bestimmten in der gleichen Art und Weise wie der Stufenspan-Wiederholungsperiode erzeugt (z.B. ungefähr 5000 nungsgencrator 11 betrieben. Die Spannung, die dem Hertz), wie auf Linie α der Fig. 3 gezeigt. Gleich- unteren (oder negativen) Eingang des Differenzver-

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stärkers 12 zugeführt wird, besitzt die gleiche Treppen- gezeigt sind. Die erste Stufe 32-1 ist mit ihrem Einform wie die in Linie e der F i g. 3 gezeigte. Da gang mit dem Ausgang des Impulsgenerators 28 verjedoch die beiden Eingangssignale des Differenzver- bunden, und ihre beiden Ausgänge sind mit den stärkers 13 umgekehrte Polarität haben, besitzt die ersten Eingängen entsprechender UND-Tore 33-2 Ausgangsspannung des Stufengenerators 12 die in S und 34-2 verbunden, deren zweite Eingänge durch Linie / der F i g. 3 dargestellte Form. Steuerleitungen 35 und 37 mit den Ausgängen der

Die Ausgangsspannungen e und / werden erzielt, Triggerschaltungen 23 bzw. 24 verbunden sind. Die wenn ein Signal kontinuierlich am Ausgang des Ausgänge der UND-Tore 33-2 und 34-2 werden über einen oder anderen der Spannungsdiskriminatoren 9 ein ODER-Tor mit dem einen Eingang der zweiten oder 10 vorhanden ist, d. h. wenn eine Phasen- io Stufe der Flip-Flops 32-2 verbunden. Eine ähnliche fehlerspannung mit konstantem Vorzeichen am Aus- Anordnung gehört zum Eingang jeder Stufe des gang des Phasendiskriminators 4 vorhanden ist und Zählers 30, die auf die erste Stufe folgt,
eine Größe besitzt, die ständig über der vorgeschrie- Der untere oder Rückstell-Ausgang jeder Stufe ist

benen Schwelle liegt. Während des Nachführvor- mit einem Ausgangswiderstand 36-1 bis 36-3 verganges erzeugen die Generatoren 11 und 12 ab- »5 bunden, wobei die Widerstände mit ihren anderen wechselnd aufwärts gerichtete und abwärts gerichtete Enden parallel an der Anschlußleitung 38 liegen, die Spannungsstufen, zwischen denen Leerlaufzeiten lie- zum ersten Eingang des Differenzverstärkers 13 führt, gen, bei denen kein Ausgangssignal erzeugt wird, Die Verbindung 38 ist mit Erde über einen Widerwenn der Phasenfehler geringer als die Schwelle ist. stand verbunden, der das Summierglied 7 darstellt. Die Kurven t/l und t/2 der Fig. 3g stellen Aus- »° Der Ausgang des Integriergliedes6 ist mit dem gangssignale der beiden Generatoren 11 und 12 für zweiten Eingang des < Differenzverstärkers 13 vereine typische Arbeitsperiode der erfindungsgemäßen bunden. Der Ausgang des Differenzverstärkers 13 Schaltung dar. Die Kurve U, die die Differenz zwi- ist mit dem Eingang des Ortsoszillators 8 verbunden, sehen den Kurven l/l und 1/2 darstellt, ist das Aus- Die Widerstände 36-1 bis 36-3 haben Werte, die

gangssignal des Differenzverstärkers 13. as im wesentlichen in einer geometrischen Progression

Dieses Ausgangssignal wird mit der von dem Inte- des Verhältnisses 1:2 liegen.

grierglied 6 abgegebenen analogen Fehlerspannung Es sei angenommen, daß der Phasendiskriminator 4

kombiniert und zum Frequenzsteuereingang des Orts- eine positive Fehlerspannung erzeugt, die größer als Oszillators 8 geleitet, um dessen Frequenz auf einem die durch die Schmitt-Trigger 23 und 24 vorbestimmte Wert zu halten, der sehr nahe dem vorgeschriebenen 30 Schwelle ist. Die positive Fehlerspannung wird in Wert liegt, so daß die Phasenausschläge um diesen dem Verstärker 21 verstärkt und betätigt den Schmitt-Wert zu keiner Zeit über ein bestimmtes Minimum Trigger 23, an dessen Ausgang daraufhin Spannung hinausgehen. liegt. Der Triggerausgang liegt über die Leitung 35

In der in· F i g. 4 dargestellten Ausführungsform an allen oberen Eingängen aller oberen UND-Tore der erfindungsgemäßen Schaltung besteht das Inte- 35 und setzt diese so unter Spannung. Das Ausgangsgrierglied 6 aus einem Serienwiderstand 15, dem eine signal des Triggers 23 wird ebenso durch das ODER-mit Masse verbundene Reihenschaltung eines Wider- Tor 26 zum Inbetriebsetzungseingang des Impulsstandes 16 und eines Kondensators 17 folgt. generators 28 geleitet, der dann beginnt, Impulse

In dieser Ausführungsform besitzt jeder Spannungs- mit einer bestimmten Wiederholungsperiode zu erzeudiskriminator 9 und 10 Verstärker 21 und 22, denen 40 gen. Der Zähler 30 wirkt dann in der für den Stufenje ein Schmitt-Trigger 23 und 24 folgen. Die Schmitt- spannungsgenerator 11 nach F i g. 2 beschriebenen Trigger sind identisch, während die Verstärker 21 Art, um an der gemeinsamen Verbindung 38 eine und 22 insofern voneinander abweichen, als der eine, Spannung zu erzeugen, deren »Treppen«-Form in 21, nur auf positive Spannungen und der andere, 22, Linie e der F i g. 3 gezeigt ist.

nur auf negative Spannungen anspricht. Auf den auf 45 Wenn nun angenommen wird, daß die vom Phasennegative Spannungen ansprechenden Verstärker 22 diskriminator 4 abgegebene Fehlerspannung negativ folgt ein Umkehr- oder Komplementierungsstrom- · und im Absolutwert größer als die Betriebsschwelle kreis 25, der dazu dient, die negativ verstärkte Span- der Schmitt-Trigger ist, erzeugt der Trigger 24 ein nung in eine positive umzuwandeln, bevor sie an Ausgangssignal, das über die Leitung 37 zu den dem entsprechenden Schmitt-Trigger anliegt. Die 5° Inbetriebsetzungseingängen der unteren UND-Tore Ausgangssignale der beiden Schmitt-Trigger werden und gleichzeitig über das ODER-Tor 26 zum Impulsüber die Leitungen 106 und 108 und das ODER- generator 28 geführt wird. Das Ausgangssignal, das Tor 26 dem Inbetriebsetzungseingang des Impuls- der Verbindung 38 zugeführt wird, ist nun eine generators 28 zugeleitet. Das Ausgangssignal des Treppen-Wellenform umgekehrter Richtung, wie in Generators 28 wird der ersten Stufe eines einzigen 55 Linie / der F i g. 3 gezeigt.

umkehrbaren Vorwärts-Rückwärts-Zählers 30 züge- Während des Nachführvorganges wird der Zähler 30

leitet, der die beiden getrennten Stufenspannungs- von den Ausgängen der entsprechenden Trigger 23 generatoren oder Zähler ersetzt, die in F i g. 1 und 2 und 24 so gesteuert, daß er zwischen begrenzten gezeigt sind. Perioden des Vorwärtszählers und Rückwärtszählers

Der Zähler 30 ist ein Binärzähler, dessen Stufen 60 abwechselt, zwischen denen Leerlaufperioden liegen, durch Torschaltungen miteinander gekoppelt sind, bei denen das Ausgangssignal den vorhergehenden so daß der Zähler positiv oder »vorwärts« zählt, Stufenwert beibehält. Die sich ergebende Spannung, wenn ein Ausgangssignal von der positiven Trigger- die durch den Zähler 30 der Verbindung 38 zugeschaltung 23 abgegeben wird, und negativ oder führt wird, hat dann die in Fig. 3h gezeigte Form, »rückwärts« zählt, wenn ein Ausgangssignal von der 65 Wie bereits ausgeführt, ist während eimer anfängnegativen Triggcrschaltung 24 erzeugt wird. Die liehen Suchphase die Erzeugung einer Stufenspannung Zählerstufen, die mit 32-1 bis 32-3 bezeichnet sind, erforderlich, die kontinuierlich in einer gegebenen sind im wesentlichen ähnlich denen, die in F i g. 2 Richtung zunimmt, bis ein wirkliches Fehlersignal

π 12

vorhanden ist, wonach die umkehrbare Art des Dieses Fehlersignal betätigt über die Spannungs-Betriebes einsetzt. F i g. 5 stellt· eine Schaltung nach diskriminatoren 9 und 10 den. Impulsgenerator 28 der Erfindung dar, in der eine solche Stufenspannung und setzt eine der Leitungen 35,37 unter Spannung, erzeugt werden kann·. , wodurch der Digitalzähler 30 in der beschriebenen

Im Vergleich zur Schaltung nach Fig. 1 besitzt 5 Art arbeitet. Dies ist die Nachführphase des Systems,

die Schaltung nach Fi g. 5 zwischen der Empfangs- die im Zeitpunkt A beginnt.

antenne 1 und dem Mischer 2 übliche Einheiten eines In F i g. 6 ist eine praktische Ausführungsform

Radioempfangssystems, nämlich einen Verstärker 40, der Spannungsdiskriminatoren der erfindungsgemäßen

dem ein Mischer 42 zum Überlagern des verstärkten Schaltung dargestellt. Eine Entkopplungsstufe 20 be-

Eingangssignals mit dem Ausgangssignal eines ort- io steht aus einem npn-Transistor, dem das Fehlersignal

liehen Zwischenfrequenzoszillators 44 und ein Zwi- vom Phasendiskriminator 4 zu seiner Steuerelektrode

schenfrequenzverstärker 46 zum Verstärken des Zwi- zugeführt wird, während sein Kollektor mit einer

schenfrequenzsignals vor der Zuleitung zum Mischer 2 positiven Spannung (z. B. +24 Volt) und sein Emitter

folgen. Der Zwischenfrequenzverstärker 46' ist mit mit einer negativen Spannung (z. B. —24 Volt) über

einer üblichen Verstärkungsregelung 48 versehen, 15 einen Widerstand 60 verbunden ist. Dabei bildet

durch die das Ausgangssignal des Verstärkers auf dieser Emitter den Ausgang der Stufe. Dieser wird

dessen Verstärkungsregeleingang zurückgeleitet wird. parallel den Steuerelektroden von zwei Transistoren 62

In der Schaltung nach F i g. 5 werden die beiden und 64 zugeführt, die die Eingangsstufen der positiv Ausgangssignale der beiden Spannungsdiskriminato- und negativ ansprechenden Verstärker 21 und 22 ren 9 und 10 zwei Eingängen eines ODER-Tores 50 « (F i g. 4) darstellen. Jeder Verstärker hat weiterhin mit drei Eingängen zugeführt, dessen Ausgang dem einen zweiten Transistor 66 und 68, deren Emitter Inbetriebsetzungseingang des Impulsgenerators 28 zu- mit dem Emitter des Transistors der ersten Stufe geführt wird. Der dritte Eingang des ODER-Tores 50 verbunden ist, während der Kollektor den Stufenwird durch eine in geeigneter Weise gepolte Gleich- ausgang darstellt. Bei dem Verstärker 21 sind die richterdiode 52 dem Ausgang des Zwischenfrequenz- as beiden Transistoren 62 und 66 npn-Transistoren, Verstärkers 46 im Eingangskanal zugeleitet. Während während die Transistoren 64 und 68, die den Verdie Leitung 37, die die unteren UND-Tore der stärker 22 darstellen, pnp-Transistoren sind. Der Zwischenstufen steuert, mit dem Ausgang 108 des Kollektor des Transistors 62 und die Basis des Tran-Spannungsdiskriminators 10 direkt verbunden ist, sistors 66 sind miteinander und über einen Widerliegt die Leitung 35, die die oberen UND-Tore 3° stand 70 mit positiver Spannung verbunden, während der Zwischenstufen steuert, über das ODER-Tor 54 der Kollektor des Transistors 64 und die Basis des an dem Ausgang 106 des Spannungsdiskriminators 9. Transistors 68 miteinander und über einen Wider-Der andere Eingang des ODER-Tores 54 ist mit stand 72 mit negativer Spannung verbunden sind, der Diode 52 und parallel dazu mit dem dritten Die Emitter der Transistoren 62 und 66 sind durch Eingang des ODER-Tores 50 verbunden. Diese Schal- 35 den Widerstand 74 und die Emitter der Transistoren tung arbeitet folgendermaßen: 64 und 68 sind durch den Widerstand 76 geerdet.

Bei Inbetriebsetzung und wenn zunächst kein Signal Die Kollektoren der Transistoren 66 und 68 liegen

empfangen wird, arbeitet die Schwundausgleichs- über Widerstände 76 und 78 an positiver bzw. nega-

schaltung 48 nicht. Damit ergibt sich ein relativ tiver Spannung.

starkes Rauschen am Ausgang des Zwischenfrequenz- 40 Da die Transistoren 62 und 66 des Verstärkers 21 Verstärkers 46. Infolge dieses hohen Rauschpegels npn-Typen sind, während die Transistoren 64 und 68 wird die Diode 52 leitend und legt eine Spannung pnp-Typen sind, wird bei geeigneter Wahl der veran beide ODER-Tore 50 und 54. Durch diese Span- schiedenen Widerstände eine positive Spannung, die nung wird über das ODER-Tor 50 der Impulsgene- vom Phasendiskriminator 4 durch die Trennstufe 20 rator28 betätigt, der beginnt, einen Impulszug, wie 45 beiden Verstärkern zugeleitet wird, in verstärkter auf Linie α der F i g. 3 dargestellt, zu erzeugen. Über Form nur durch die Transistoren 62 und 66 des das ODER-Tor 54 gelangt die Spannung an die Verstärkers 21 geleitet, während eine negative Spanobere Steuerleitung 35 und setzt alle oberen UND- nung, die durch die Trennstufe 20 den beiden VerTore der Zwischenstufen in Betrieb. Der Zähler 30 stärkern zugeleitet wird, in verstärkter Form nur arbeitet dann, um eine auf Linie e der F i g. 3 gezeigte 5° durch den Verstärker 22 geleitet wird. Das Ausgangsveränderliche Stufenspannung zu erzeugen. Diese signal des Verstärkers 21 wird dem Schmitt-Trigger 23 anfängliche Suchphase erstreckt sich über einen direkt zugeleitet, während das Ausgangssignal des Zeitraum, der sich in F i g. 3 g und 3 h von Null bis A Verstärkers 22 zuerst über eine Umkehrstufe 25 geerstreckt. Während dieser Suchzeit ist die Rückkopp- leitet wird. Die Umkehrstufe 25 weist einen npnlungsschleife offen, und die Ausgangsfrequenz des 55 Transistor 80 auf, dessen Steuerelektrode durch einen Ortsoszillators 8 nimmt ständig zu (oder ständig ab). Widerstand 82 mit dem Kollektor des Transistors 68 Der Phasendiskriminator 4 gibt kein Fehlersignal ab, verbunden ist. Der Transistor 80 ist mit seinem Wenn nun angenommen wird, daß ein Signal, das Emitter mit der negativen Spannung durch einen beispielsweise von einem Satelliten übertragen wurde, Widerstand 84 verbunden. Sein Kollektor, der das bei der Antenne 1 empfangen wird, arbeitet die 60 Ausgangssignal liefert, ist mit der positiven Spannung Schwundausgleichsschaltung 48, um eine Verringe- über einen Widerstand 86 verbunden,
rung des am Ausgang des Verstärkers 46 vorhan- Im Betrieb macht eine negative Spannung, die der denen Rauschens hervorzurufen. Die Diode 52 ist Steuerelektrode des pnp-Transistors 64 zugeführt wird, nun nicht mehr leitend und führt keine Spannung den Transistor leitender. Seine Kollektorspannung über die Tore 50 und 54 zum Impulsgenerator 28 65 wird dadurch weniger negativ,
und zur Leitung 35. Das nunmehr vorhandene Signal Die Steuerelektrode des pnp-Transistors 68 wird bewirkt jedoch das Auftreten eines Phasenfehler- dadurch weniger negativ, und der Transistor wird signals am Ausgang des Phasendiskriminators 4. weniger leitend, so daß seine Kollektorspannung

13 14

negativer wird. So erzeugt die negative Eingangs- die die beiden Transistoren 116, 118 umfaßt, deren

spannung, die dem Verstärker 22 zugeführt wird, Emitter miteinander, mit der Impulsausgangsleitung

eine verstärkte negative Ausgangsspannung am Ein- 114 und mit Masse über einen Widerstand 120 niedri-

gang der Umkehrstufe 25. Die negative Spannung gen Wertes verbunden sind. Die Kollektoren sind

macht den npn-Transistor 80 weniger leitend und 5 mit dem positiven Batterieanschluß (z. B. +24 Volt)

wird dadurch in eine entsprechende positive Span- über Widerstände 122, 124 verbunden. Die Steuer-

nung am Kollektor des Transistors 80 umgewandelt. elektroden liegen über Widerstände 126, 128 an

Die Ausgangssignale des Verstärkers 21 und der Masse. Der Kollektor jedes Transistors ist mit der Umkehrstufe 25 werden den Schmitt-Triggern 23 und Steuerelektrode des anderen Transistors über par-24 über die Eingangswiderstände 88 bzw. 90 züge- »o allele ÄC-Schaltungen 130 und 132 kreuzweise verleitet. Jeder Schmitt-Trigger hat einen ersten npn- bunden. Die Arbeitsweise einer solchen bistabilen Transistor 92, dessen Steuerelektrode mit dem Ein- Schaltung ist allgemein bekannt. Bei jedem Impuls, gangswiderstand 88 oder 90 und mit Masse über der dem Stromkreiseingang yon der Impulsleitung 114 einen Widerstand 94 verbunden ist. Der Emitter des zugeleitet wird, schaltet der Stromkreis von einem Transistors liegt an Masse, und sein Kollektor ist 15 seiner beiden stabilen Zustände zum anderen. Dabei mit der positiven Spannung über einen Widerstand 96 befindet sich jeweils der Kollektor eines Transistors und mit Masse über die in Serie geschalteten Wider- 116, 118 auf einer hohen positiven Spannung und stände 98 und 100 verbunden. Die Spannung, die der Kollektor des anderen Transistors auf einer an den beiden Widerständen 98 und 100 gemeinsamen niedrigen positiven Spannung.
Schaltungsknoten erscheint, wird der Steuerelektrode ao In der ersten Stufe 32-0 wird nur ein Ausgangseines zweiten npn-Transistors 102 zugeleitet, dessen signal vom Kollektor des Transistors 116 an die Emitter an Masse liegt und dessen Kollektor mit der Eingangsleitung 134 gelegt.

positiven Spannung über einen Widerstand 104 ver- Dieses Signal wird von der Leitung 134 über die

bunden ist. Der Kollektor stellt dabei den Ausgang Kondensatoren 136, 138 und die Dioden 140, 142

des Triggers dar. Die Arbeitsweise eines solchen as parallel zu den Kollektoren der Transistoren 144, 146

Schmitt-Triggers ist allgemein bekannt. Jeder Trigger der zweiten bistabilen Schaltung des Zählers geleitet,

23 und 24 spricht auf eine Eingangsspannung nicht die die erste tatsächliche Zählstufe 32-1 darstellt,

an, wenn sie geringer ist als eine bestimmte Schwelle, Jede Diode 140, 142 wird in Sperrichtung von der

die durch Wahl der Spannungsteilerwiderstände im positiven Spannung über die Widerstände 148 und

Zusammenhang mit den Arbeitsparametern der Tran- 30 150 vorgespannt. Der Widerstand 148 ist dabei etwas

sistoren 92 und 96 bestimmt ist. Wenn die positive größer als der Widerstand 150. Die Emitter der

Eingangsspannung den Schwcllwert überschreitet, Transistoren 144, 146 sind miteinander und über

erzeugt der Trigger an seinem Ausgang eine positive einen Widerstand 152 niedrigen Wertes mit Masse

Spannung fester Größe, die hauptsächlich durch verbunden. Ihre Steuerelektroden liegen über Wider-

den Widerstand 104 bestimmt wird. 35 stände 154 und 156 an Masse. Der Kollektor jedes

Die in F i g. 6 gezeigte Schaltung erzeugt auf eine Transistors 144, 146 ist mit der Steuerelektrode des Fehlerspannung, die ihrem Eingang zugeführt wird anderen Transistors über jeweils ein paralleles und die im absoluten Wert die vorgeschriebene /?C-Glied 158, 160 verbunden.
Schwelle überschreitet, eine positive Ausgangsspan- In der Arbeitsweise dieser binären Schaltung kann nung festgelegter Größe an einer der Ausgangs- 40 angenommen werden, daß zu einer gegebenen Zeit leitungen 106 oder 108, je nachdem, ob die Fehler- der Transistor 144 nichtleitend und der Transistor 146 spannung positiv oder negativ war. Wenn die Fehler- bei Abwesenheit einer Spannung auf der Eingangsspannung im Absolutwert geringer war als die vor- leitung 134 leitend ist. Da der Transistor 144 nicht geschriebene Schwelle, wird an keiner der beiden leitet, befindet sich sein Kollektor durch den Wider-Ausgangsleitungen ein Ausgangssignal abgegeben. 45 stand 150 auf einer hohen positiven Spannung, wäh-

F i g. 7 stellt den Impulsgenerator 28 sowie einen rend der Kollektor des Transistors 146 sich auf einer

Teil des Zählers 80 dar. Der Generator 28 umfaßt niedrigen Spannung befindet. Die Diode 140 ist daher

einen Unijunctiontransistor 110, dessen eine Elektrode in Sperrichtung vorgespannt und nichtleitend, wäh-

mit der positiven Spannung über einen Widerstand 112 rend die Diode 142 in Durchlaßrichtung vorgespannt

verbunden ist, während seine andere Elektrode die 50 und daher leitend ist. Durch eine von der Leitung 134

Impulsausgangsleitung 114 darstellt. Signale vom durch die Kondensatoren 136 und 138 angelegte

Ausgang des ODER-Tors26 (Fig. 4) oder das Aus- positive Spannung wird ein positiver Impuls erzeugt,

gangssignal des ODER-Tors 50 (F i g. 5) werden der der nur durch die leitende Diode 142, aber nicht

über einen Kondensator 117 an Masse liegenden durch die gesperrte Diode 140 hindurchgelassen wird.

Steuerelektrode des Unijunctionlransistors über einen 55 Der positive Impuls, der durch die Diode 142 durch-

Widcrstand 115 zugeleitet. Die Arbeitsweise dieses gelassen wild, wird durch das /?C-Glied 160 zum

lmpulsgenerators ist üblicher Art. Bei Anlegen einer Transistor 144 geführt und macht diesen leitend. Die

pcsiti\en Spannung an die Steuerelektrcde des Uni- sich ergebende negative Spannung am Kollektor des

junctiontransistors über das ÄC-Glied 115 bis 117 Transistors 144 wird durch das jRC-Glied 158 als

erzeugt der Gcr.ciator einen Zug scharfer Impulse 60 negativer Impuls zur Basis des Transistors 146 geleitet

(wie in Linie α der F i g. 3 gezeigt) mit einer Wieder- und sperrt diesen. Die binäre Schaltung 32-1 wird so

holungsperirdc, die durch die Konstanten des von einem zum anderen stabilen Zustand geschaltet.

/?C-Glicdcs restimmt ist. In die Ausgangsleitungen, die mit den Kollektoren

Der lrr.r-ulszug, der am Generatorausgang 114 der Transistoren 144 und 146 verbunden sind, sind

erscheint, wird der ersten Stufe des Zählers 30 züge- 65 Dioden 162 und 164 eingeschaltet, die durch die

leitet. Dci dieser Ausfülmmgsform ist die erste Stufe Kondensatoren 166 und 168 mit der gemeinsamen

des Generators eine Vcrrcrcitungsstufe. Diese Stufe Leitung 170 verbunden sind, die zum Eingang der

32-0 ist eine übliche bistabile' Flip-Flop-Schaltung. nächsten Zählerstufe 32-2 führt. Die Dioden 162 und

164 sind so gepolt, daß sie normalerweise keine positiven Spannungen von den Kollektoren der Transistoren 144. 146 zur Eingangsleitung 170 leiten können. Sie sind über entsprechende Widerstände 172. 174 mit den Steuerleitungen 35 und 37 verbunden, so dal.i eine positive Spannung, die auf einer Steuerleitung liegt, die dazugehörige Diode 162 oder 164 leitend macht. Die Dioden 162 und 164, die zu den Widersländen 172 und 174 gehören, bilden die entsprechenden UND-Tore, die als 33 und 34 in F i g. 4 dargestellt sind. Wenn eine der Steuerleitungen 35 oder 37 vom Ausgang des dazugehörigen Spannungs- · diskriminator 9 oder 10 (F i g. 4) oder vom ODER-Tor 54 (Fig. 5) positive Spannung erhält, läßt die dazugehörige Diode 162 oder 164 die hohe positive Spannung von dem Kollektor des entsprechenden Transistors durch den dazugehörigen Kondensator 166 oder 168 in Form eines positiven Spannungsimpulses zur Eingangsleitung 170 der zweiten Stufe hindurch.

Die zweite Stufe 32-2, die teilweise in F i g. 7 gezeigt ist. sowie auch alle zusätzlichen Stufen des Zählers 30 sind ähnlich der gerade beschriebenen Stufe 32-1 gebaut. Die Ausgangswiderstände 36-1. 36-2 sind mit dem Kollektor des unteren Transistors, wie etwa 146, in jeder Zählstufe verbunden. Wie früher angegeben, haben diese Ausgangswiderstände von der ersten bis zur letzten Zählerstufe im wesentlichen in Übereinstimmung mit einer geometrischen Progression vom Verhältnis 1:2 abnehmende Widerstandswerte. Der Zähler, der so gebaut ist, wie hier beschrieben, erzeugt, wenn die Leitung 35 oder 37 kontinuierlich unter Spannung gesetzt wird, eine Treppcnwellenform. wie in Linie e oder / der F i g. 3 gezeigt. Wenn die Steucrleitungen 35 und 37 entsprechend einer Umkehrung der Phasenfehlerspannung abwechselnd an Spannung liegen, erzeugt der Zähler ein sich schrittweise änderndes Ausgängssignal, wie in Fig. 3h gezeigt. Damit wird die Rückkopplungsschleife wieder neu zentriert und der Phasentehler ständig auf einem Wert nahe Null gehalten.

Aus F i g. 8 ergeben sich die durch die Erfindung herbeigeführten Vorteile besonders deutlich. Die dort dargestellte Kurve gibt die Phasenfehlerspannung E als Funktion des Phasenfehlerwinkels Ay in einem üblichen Phasensperrsystem wieder. Der Phasenfehlerwinkel. I7 stellt den Unterschied Λη -- (7 — ^₀) — q _R zwischen den Phasen der Signale an den Eingängen des Phasendiskriminators 4 dar. Für Phasenfehlerwinkel .I7 -- 4- .!7,/, wobei der Wert Jr/j etwas kleiner ist als 90', erreicht die Fehlerspannung £ einen Wert ± Ed. so daß das System nicht mehr langer in der Lage ist, die Phase des Signals stabil zu steuern, so daß eine Rastung außerhalb des Nutzkanals auftreten kann. Das bedeutet, daß, wenn das System mit einem Phasenfelilerwinkel von i . I7 _m arbeitet, die Maximalgrößc des Rauschens und der Störspannung, die für eine richtige Arbeitsweise des Systems tragbar ist. nicht über ± Eb hinausgehen darf. Bei der erfindungsgemäßcn Schaltung mit der Digitalrückkopplungsschleifc kann der Phasenfehlerwinkel zu allen Zeiten auf einem Winkel gehalten werden, der geringer ist als d: <ty ■ was einer Phascnfehlerspaniiung ·.!/-' entspricht, die durch die Schwelle der Spannungsdiskriminatoren 9 und 10 bestimmt ist. Der Arbeitspunkt der erfindungsgemäßen Schaltung bleibt also ständig auf dem kleinen Kurvenabschnitt, der in F i g. S durch eine Doppellinic dargestellt ist. Die erfindungsgemäße Schaltung kann also bei stark erhöhten Rausch- und StöTspannungen arbeiten, bevorein fehlerhafter Betrieb auftreten kann. Bei einer Ausführungsform mit der Schaltung nach F i g. 5 wurde der maximale Fehler.\E so gewählt, daß er einer Frequenzabweichung von tt- 80 Hertz entspricht. Bei einer Zufallsfrequenzschwankung, die mit etwa .-I- 5000 Hertz über den Signalen liegt, die von einem Satelliten empfangen werden, war es erwünscht, den Phasenfehler auf einem, sehr niedrigen Wert zu halten. Dies führte dazu, daß der Phasenfehler fy au! einem Wert kleiner ^a'^s "Vsooo im Bogenmaß oder etwas geringer als 1° gehalten werden mußte. Das Ergebnis wurde erzielt unter Verwendung eines Vorwärts-Rückwärts-Zählers 30 mit sieben Binärstufen. Mit einem Zähler, der η Binärstufen hat. würde der Phasenfehler geringer sein als die früher berechnete Zahl. In der Tat beträgt

der Phasenfehler Jy =-■■ und könnte auf irgendeinen beliebigen erforderlichen Wert verringert werden.

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Schaltung zur Frequenz- oder Phasenregelung eines Oszillators veränderlicher Frequenz mit einem Mischer, an dessen einem Eingang ein empfangenes Signal und an dessen anderem Eingang ein von dem Oszillator kommendes Signal liegt und dessen Ausgang ein Mischsignal an einen Eingang eines Phasendiskriminators abgibt, dessen anderer Eingang ein Bezugssignal ampfängt und dessen Ausgang ein zur Regelung der Frequenz oder Phase des Oszillators dienendes Fehlersignal abgibt, dessen Vorzeichen von der Richtung der Phasenabweichung des Mischsignals gegenüber der Phase des Bezugssignals abhängt, und mit einer zwischen Oszillator und Phasendiskriminator liegenden Regelschlcife mit einem Korrekturstromkreis, der an den Regeleingang des Oszillators ein vom Fehlersignal abhängiges Korrektursignal anlegt, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur Regelschleife eine schrittweise arbeitende Schaltung (9, 10. 11. 12) gelegt ist, an deren Eingang das Fehlersignal (E) liegt und deren Ausgang jedesmal dann ein stufenförmig veränderliches Signal (U) abgibt, wenn der Absolutwert des Fehlersignals (£) größer als ein vorbestimmter Schwellwert ist, wobei die Änderungsrichtung des stufenförmigen Signals (U) vom Vorzeichen des Fehlersignals (£) abhängt, und daß das stufenförmige Signal (U) in, an sich bekannter Weise mittels eines in die Regelschleife eingefügten Summiergliedes (7) dem Korrektursignal (e) überlagert ist. wobei das Summierglied an den Phasen- oder Frequenzrcgeleingang des zu regelnden Oszillators (8) ein Signal abgibt, das in jedem Augenblick die Regelabweichung zu Null macht.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der zweiten Regelschleife zwei Spannungsdiskriminatoren (9, 10) vorgesehen sind, die das Fehlersignal parallel empfangen und für jeweils ein positives und negatives Fehlersignal, das im Absolutwert größer als der vorbestimmte Schwellwert ist, Signale jeweils an einen Steuercingang des Stufenspannungsgenerators geben, der eine ansteigende Spannung, wenn durch den einen Spannungsdiskriminator (9) ein Signal an den einen seiner Steucreingänge gegeben wird, und eine fallende Spannung abgibt, wenn durch

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»den anderen Spannungsdiskriminator (10) ein Signal an seinen anderen Sleuereingang gegeben wird. .

3. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Spannungsdiskriminator (9, 10) aus einer Eingangsverstärkerstufe, die jeweils nur negative oder positive Spannungen verstärkt, und einem dieser nachgeschalteten Schmitt-Trigger (23,24) besteht.

4. Schaltung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Stufenspannungsgenerator zwei, verschiedene Generatoren (11, 12) aufweist, die jeweils zwischen einen Spannungsdiskriminator (9, 10) und einen der beiden Eingänge eines DifTerenzverstärkers (13) geschaltet sind, der die algebraische Summe der von beiden Generatoren (11, 12) gelieferten Signale bildet.

5. Schaltung nach einem der Ansprüche I bis 3. dadurch gekennzeichnet, daß die Stufenspannungsgencratoren in einem einzigen umkehrbaren Stufenspannungsgenerator zusammengefaßt sind, dessen Betriebsweise durch Anlegen der Ausgangsspannung des Spannungsdiskriminators durch logische Schaltglieder (30) umgekehrt wird (F i g. 4, 5).

6. Schaltung nach einem der vorhergehenden as Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Stufenspannungsgenerator einen Impulsgenerator (28), einen mehrstufigen Binärzähler (32), der einen von dem Impulsgenerator (28) erzeugten Impulszug empfängt und an den jeweiligen Ausgangen der Zählerstufen (32-1, 32-2, ...) Rechteckwellen erzeugt, die eine mit dem Faktor 2 ansteigende Wiederhohingsperibde besitzen, und die Aiisgangssignale der Zählcrstufen (32-1, 32-2, ..'.) in einer geometrischen Reihe mit dem Faktor 1/2 wägende Impedanzen zur Erzeugung einer stufenförmigen Ausiiangsspannung besitzt (F ig. 3g, 3h. 4, 7).

7. Schaltung nach Anspruch 6, zuriickbe/ugen auf Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, -daß die Ausgänge der Zählcrstufen über UND-Tore (33, 34) an den Eingängen der folgenden Zählerstufen liegen und die Regeleingänge derart geschaltet sind, daß die UND-Tore selektiv den

• Zählsinn des Zählers umkehren (F ig. 4).

8. Schaltung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Richtung ansteigende Ausgangsspannungen während einer Suchphasc hervorrufende Regelglieder (46, 54) zur Regelung der logischen Schaltglieder (30) vorgesehen sind (F i g. 5).

9. Schaltung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Eingangskanal ein die Verstärkung selbsttätig regelnder Selektivverstärker (48) vorgesehen ist und die Regelglieder eine an dem Ausgang des Selektivverstärkers liegende Schaltdiode (52) aufweisen, die einem Steuereingang (54) der Stufenspannungsgeneratoren ein von dem Selektivverstärker abgegebenes Signal bei Vorhandensein von starkem Rauschen abgibt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen