DE1905943A1

DE1905943A1 - Schaltungsanordnung zur selbsttaetigen Regelung der Frequenz eines Oszillators bezueglich einer Bezugsfrequenz

Info

Publication number: DE1905943A1
Application number: DE19691905943
Authority: DE
Inventors: Hansruedi Urech
Original assignee: Siemens Albis AG
Current assignee: Siemens Schweiz AG
Priority date: 1968-05-07
Filing date: 1969-02-06
Publication date: 1970-02-05
Also published as: NL6902474A; CH474910A; FR2007962A1; SE343733B; ES366790A1; GB1223061A; AT290626B; NO126287B

Description

DJpl.-lng. Heinz Bardehle

i München,den 6.Februar 1969

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Alblswerk Zürich A.-G., Zürich

Schaltungsanordnung zur selbsttätigen Regelung der Frequenz eines Oszillators bezüglich einer Bezugsfrequenz

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur selbsttätigen Regelung der Frequenz eines Oszillators bezüglich einer Bezugsfrequenz, bei der ein Suchgenerator die Frequenz des Oszillators mittels eines Sägezahnsignals über einen vorbestimmten Frequenzbereich steuert, bis beim Erreichen des Fangbereiches einer mit der Differenz der beiden Frequenzen gespeisten Frequenzdiskriminatorschaltung der Suchgenerator abgeschaltet und die Steuerung des Oszillators durch die Frequenzdiskriminatorschaltung übernommen wird, welche aus zwei gegenüber der Diskriminator-Mittefrequenz symmetrisch verstimmten selektiven Verstärkern und einem nachgeschalteten Differenznetzwerk besteht.

In der Radartechnik besteht vielfach die Aufgabe, die Frequenz eines Oszillators bezüglich einer Bezugsfrequenz zu

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steuern. Dieses Problem ergibt sich beispielsweise auch, wenn es gilt, in einem Radargerät die Frequenz des Empfänger-Lokaloszillators selbsttätig einer veränderbaren Sen- '^J" derfrequenz nachzufUhren. Da die Frequenzabstimmcharakteristiken des Senders und des Empfängers meist nicht übereinstimmen, können die Frequenzen dieser beiden Geräte nicht ohne weiteres durch einen gemeinsamen Antrieb verstellt werden. Es ist deshalb vorteilhaft, die Frequenz des Lokaloszillators der Senderfrequenz mittels einer Nachlaufschaltung selbsttätig nachzuführen. Da solche Nachlaufschaltungen nur einen begrenzten Fangbereich aufweisen, werden sogenannte Suchschaltungen verwendet, bei denen durch einen Suchgenerator die Frequenz des Lokaloszillators kontinuierlich über einen vorbestimmten Frequenzbereich gesteuert wird, bis ein aus der Empfangs- und der Lokaloszillatorfrequenz erzeugtes Differenzsignal im Zwischenfrequenzbereich des Empfängers erscheint. Jn diesem Zeitpunkt wird der Suchgenerator durch eine im Zwischenfrequenzkanal liegende Diskriminatorschaltung abgeschaltet, worauf diese Schaltung die Steuerung des Lokaloszillators übernimmt. Es besteht dabei die Schwierigkeit, dass die Diskriminatorschaltung anspricht, gleichgültig, ob die erzeugte Zwischenfrequenz von einer Oszillatorfrequenz abgeleitet ist, die höher oder tiefer als die Sende- bzw. Empfangsfrequenz liegt. Für die Nachlaufschaltung ergibt allerdings nur die gewünschte Oszillatorfrequenz einen stabilen Regelzustand, aber es 1st dennoch möglich, dass der Suchvorgang beim Erreichen der unerwünschten Oszillatorfrequenz gestört wird.

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Um dies zu verhindern, wurde bei bisher bekannten Schaltungen der Suchbereich auf einen Bereich begrenzt, in dem nur
die gewünschte Oszillatorfrequenz liegt. Diese Schaltung ist jedoch wegen der Streuung der Abstimmcharakteristiken der
Oszillatoren nur für kleine Frequenzbereiche geeignet.

Bei ebenfalls bekannten Schaltungen wird der Suchvorgang von einem vorbestimmten Bereichsende in vorbestimmter Richtung
gestartet. Die Frequenz des Oszillators überstreicht von einem Bereichsende aus den Frequenzbereich, wobei beim erstmaligen Ansprechen der Diskriminatorschaltung der Suchvorgang
gestoppt wird. Zur Steuerung des elektrisch verstimmbaren
Oszillators wird ein vom Suchgenerator abgegebenes Sägezahnsignal verwendet.

Diese Schaltung hat den Nachteil, dass der Suchvorgang immer an einer bestimmten Stelle des Sägezahnsignals eingeschaltet werden muss, was erheblichen Aufwand bedingt.

Der Zweck der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine
Schaltungsanordnung zu schaffen, die obige Nachteile ausschliesst.

Die erfindungsgemässe Schaltungsanordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass am Ausgang jedes selektiven Verstärkers
eine monostabile Kippschaltung mit vorbestimmtem Schwellwert angeschlossen ist und dass eine mit den monostabilen Kippschaltungen, dem Differenznetzwerk, dem Suchgenerator sowie
dem Oszillator in Verbindung stehende Steuerschaltung vorge-

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sehen ist, die beim Eintreffen in vorbestimmter Reihenfolge von Ausgangssignalen.der Schaltstufen die Umschaltung der Steuerung des Oszillators auf das, Differenznetzwerk-Ausgangssignal bewirkt. _:- ο

Die neue Schaltungsanordnung hat den Vorteil, dass' sie nur^ bei einer vorbestimmten Oszillatorfrequenz anspricht^die oberhalb bzw. unterhalb der Bezugsfrequenz liegt. Das Sägezahnsuchsignal US kann dabei in beliebigem Zeitpunkt eingeh P schaltet werden.

An Hand der Zeichnung wird im folgenden ein Ausführungsbeispiel· einer erfindungsgemässen Schaltungsanordnung erläutert.

Fig. 1 zeigt eine Schaltungsanordnung zur selbsttätigen Regelung der Frequenz eines Oszillators bezüglich einer Bezugsfrequenz. Fig. 2 zeigt die Ausgangssignale der selektiven Verstärker und das Ausgangssignal des Differehznetzwerkes in Funktion der Os-zillatorfrequenz und bezüglich der Bezugsfrequenz.

Xn Fig. 1 ist eine Schaltungsanordnung zur selbsttätigen gelung der Frequenz fO eines Oszillators 1 bezüglich der Frequenz fB einer Bezugssignalquelle 2 dargestellt. Die Bezugssignalquelle 2 kann z. B. den Eingang eines Empfängers dar-.stellen, dessen Lokaloszillatorfrequenz dor Empfangsfrequenz nachgeführt werden soll. Die Erfindung ist jedoch nicht auf dieses Ausführungsbeispiel beschränkt.

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Die Schaltungsanordnung ist folgendermassen aufgebaut: Die Auegänge dee Oszillators 1 und der Bezugssignalquelle 2 sind auf eine Mischstufο 3 geführt. Am Ausgang der Mischstufe 3 ist eine Frequenzdiskriminatorschaltung angeschlossen. Diese besteht aus zwei selektiven Verstärkern k, 5t deren Frequenzdurchlassbereiche gegenüber der Diskriminatormittefrequenz fD um + f bzw. - f symmetrisch verschoben sind, sowie aus einem Differenznetzwerk 6 zur Bildung eines Differenz-Fehlersignale UF. Diese Anordnung als Frequenzdiskriminator ist bekannt, weshalb nicht näher darauf eingegangen wird. Am Ausgang jedes selektiven Verstärkers k, 5 ist eine monostabile Kippschaltung 7» 8 mit vorbestimmtem Schaltschwellwert angeschlossen. Sobald die Eingangsspannung UVk bzw. UV5 einer monostabilen Kippschaltung 7 bzw. 8 den Schaltschwellwert übersteigt, gibt diese an ihrem Ausgang eine in Grosse und Polarität definierte Spannung ab. Die Ausgangsspannungen der beiden monostabilen Kippschaltungen 7» 8 werden einer Steuerschaltung 10 zugeführt, die beim Eintreffen in vorbestimmten Reihenfolge dieser Spannungen die Umschaltung der Steuerung deat nnsslllators 1 auf das Differenraiatsswerk-Auagangasignal OF bewiarlft.

,Pie Steuerschaltung 10 enthält eine erste bzw. eine «weite bistabile Kippschaltung 11 bzw. 12, deren Steuereingang S über ein UND-Tor lh bzw. 15 am Ausgang der einen bzw, anderen monoatabilen Kippschaltung 7 bzw. 8 angeschlossen ist. Es ist eine dritte bistabile Kippschaltung 13 vorgesehen, deren Steuereingang S direkt mit dem Au β gang der einen mono·* stabilen Kippschaltung 7 verbunden ist. Der Ausgang A der

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zweiten bistabilen Kippschaltung 12 ist auf einen Eingang des UND-Torθa 14 im Eingangskreis der ersten bistabilen Kippschaltung 11 geführt. Der Ausgang A der dritten bistabilen Kippschaltung 13 ist auf einen Eingang des UND-Torββ 15 im Eingangskreis der zweiten bistabilen Kippschaltung 12 geführt. Es ist ferner eine Umschaltvorrichtung i6 vorhanden, die mit dem Ausgang A der ersten bistabilen Kippschaltung 11, dem Suchgenerator 171 dem Differenznetzwerk 6 und dem Oszillator 1 in Verbindung steht und die beim Eintreffen eines Signals am Ausgang der ersten bistabilen Kippschaltung 11 das Suchsignal US sperrt und das Auegangssignal UP des Differennetzwerkes 6 auf den Oszillator 1 durchschaltet. Diese Unischalteinrichtung 16 kann beispielsweise aus einem elektromechanischen Relais mit einem Umschaltkontakt bestehen.

Der Suchgenerator 17 erzeugt ein als Suchsignal geeignetes Sägezahnsignal US₁ das während des Suchvorgange· auf den elektrisch verstimmbaren Oszillator 1 durchgeschaltet ist. Die Frequenz des Oszillators 1 wird während des kontinuierlichen Anstiegs des Sägezahnsignals US vom unteren sum oberen Frequenzbereiohaende kontinuierlich verstellt. Die Rückflanke des Sägezahnsuchsignals US ist so steil, dass die beim Rücklauf erzeugten Impulse die selektiven Verstärker 4, 5 nicht passieren können»

Die Schaltungsanordnung funktioniert nun folgendermaaeen» Aus den von den beiden Signalquellen 1 und 2 abgegebenen Signalen mit den Frequenzen fο und fB wird in der Mischstufe

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in bekannter Weise eine Signalkomponente erzeugt, die die Differenz der Frequenzen der beiden zugeführten Signale aufweist und entsprechend mit fD bezeichnet ist. Je nach der Grosse dieses Signals ist es notwendig, dieses in einem nachfolgenden Verstärker zu verstärken, wozu vorteilhafterweise ein auf die Differenzfrequenz fD abgestimmter selektiver Verstärker verwendet wird. Das Differenzsignal fD wird aus der aus den selektiven Verstärkern k, 5 und dem Differenznotz-„werk 6 bestehenden Diskriminatorschaltung zugeführt.

Beim Eintreffen eines Signals innerhalb des Durchlässbereiches des selektiven Verstärkers k bzw. 5 gibt dieser eine Ausgangsspannung Wk bzw. UV5 ab, die beim Ueberschreiten des Schaltschwellwertes die monostabile Kippschaltung 7 bzw. 8 in die Arbeitslage kippt, welche ihrerseits eine Spannung an die Steuerschaltung 10 leitet.

Die Steuerschaltung 10 dient dazu, beim Eintreffen dieser Spannungen in vorbestimmter Reihenfolge den Suchvorgang zu stoppen und die Umschaltung der Oszillatorsteuerung auf das Differenzfehlersignal UF umzuschalten.

Im folgenden wird ein allgemeiner Betriebsfall betrachtet, bei dem der Suchvorgang in einem Zeitpunkt eingeschaltet wird, bei dem der Oszillator 1 mit einer Frequenz entsprechend Punkt A (Fig. 2) schwingt. Das Bezugssignal weise die Frequenz fB auf. Es ist nun die Aufgabe der Schaltungsanordnung, die Oszillatorfrequenz fo auf die Sollfrequenz fo2 nachzu-

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stellen. Im Bereich der Oszillator*requene fO1, bei der die Diskriminatorechaltung ebenfalls anspricht_f,darf der Suchvorgang nicht unterbrochen werden.

Im betrachteten Moment, d. h. bei der OezillatOTfrequenz fo entsprechend dem Punkt A, befindet sich diese ausserhalb der Durchlassbereiche der beiden selektiven Verstärker 4 und5, so dass die Ausgangssignale UV4, UVJ unterhalb der Schwellwerte der monostabilen Kippschaltungen 7, 8 liegen. Die inorioetabilenKippschaltungen erzeugen deshalb keine Ausgangssignale. Die Negationsglieder 18, 19 in der Steuerschaltung 10 geben somit Spannungen an die Eingänge des UND-Tores 20 ab, das seinerseits eine Spannung an die Rücketellanachlüsse R der bistabilen Kippschaltungen 11, 12, 13 anlegt. Diese Kippschaltungen 11 ,12, 13 werden damit in der Ruhelage gehalten, solange weder im einen noch anderen selektiven Verstärker 4 bzw. 5 ein Signal vorhanden ist. Da auf der Ausgangsleitung der bistabilen Kippschaltung 11 keine Spannung vorhanden ist, ist das Sägezahn-Suchsignal US auf den Oszillator 1 durchgG-schaltet. Die Oszillatorfrequenz fο wird gegen höhere Frequenzen verstellt und erreicht sodann einen ¥ert ent epr echend. Punkt B. In diesem.Punkt B wird der Schält*cjwellwert der monostabilen Kippschaltung 7 überschritten, so dass diese in die unstabile Lage kippt. An ihrem Ausgang erscheint eine Spannung, die zur Folge hat, dass suhäohst das Negationsglied 18 die Abgabe der Aus gangs spannung unterbricht und das UND-Tor20 sperrt. Die Rücke te Hans chlUsse R der bistabilen Kippschaltungen 11, 12, 13 werden spannungenοβ.Als weitere Folge kippt ,die bistabile Kippschaltung 13 I₁P dta Arbeitelage. Da-

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durch, verschwindet die Spannung an ihrem Ausgang A und am Eingang des UND-Tores 15. Beim Erreichen der Oszillatorfrequenz fo entsprechend dem Punkt C kippt auch die monostabile Kippschaltung 8 in die Arbeitslage, womit ein Signal an deren Ausgang erscheint. Dieses ist jedoch ohne Wirkung, da das UND-Tor 15 sperrt. Bei weiterem Ansteigen der Oszillatorfrequenz fo kippt im Funkt D die monostabile Kippschaltung 7 und beim Punkt E die monostabile Kippschaltung 8 in die Ruhe lage zurück. Dann gibt das UND-Tor 20 den Rückstellbefehl an die bistabilen Kippschaltungen 11, 12, 13» die damit in die Ruhelage gebracht werden.

Beim Erreichen der Oszillatorfrequenz fo entsprechend dem Punkt F kippt die monostabile Kippschaltung 8 in die Arbeitslage. Die Spannungen an den Rückstellanschlüssen R der bistabilen Kippschaltungen 11, 12, 13 werden durch das UND-Tor 20 getrennt. Die bistabile Kippschaltung 13 verharrt in der Ruhelage und gibt am Ausgang A eine Spannung ab, die zusammen mit der Ausgangsspannung der monostabilen Kippschaltung 8 das UND-Tor 15 öffnet. Es gelangt eine Spannung an den Steueranschluss S der bistabilen Kippschaltung 12, wodurch diese in die Arbeltslage kippt. Das Ausgangssignal desselben bereitet das UND-Tor |4 für die Durchschaltung vor. Diese erfolgt-mit dem Erreichen der Oszillatorfrequenz fo im Punkt G. In diesem Zeitpunkt kippt die monostabile Kippschaltung 7 in die Arbeitslage und öffnet das UND-Tor lh» Als Folge davon kippt die bistabile Kippschaltung 11 in die Arbeitelage und gibt an die Umsehalteinrichtung 16 eine Spannung ab. Hit diesem Umschaltbefehl wird die Suchspannung US

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durch die Ums ehalt einrichtung 1.6 gesperrt und das Differenzfehlersignal UP auf den Oszillator 1 durchgesehaltet. Das Differenzfehlersignal UF steuert anschliessend den Oszillator 1 auf die Sollfrequenz fo2.

Fig. 2 zeigt die Ausgangssignale UV4, UV5 und das Differenzfehlersignal UF in Funktion der Oszillatorfrequenz fo und bezüglich der Bezugsfrequenz fB. Die gestrichtelte Parallele zur Nullinie stellt den Schaltschwellwert der monostabilen ™ Kippschaltungen 7> 8 dar.

6.5.1968
Sck/Luh

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Claims

Patentansprüche

Π .) Schal tungs Einordnung zur selbsttätigen Regelung der Frequenz eines Oszillators bezüglich einer Bezugsfrequenz, bei der ein Suchgenerator die Frequenz des Oscillators mittels eines Sägezahnsignals Über einen vorbestimmten Frequenzbereich steuert, bis beim¹ Erreichen des Fangbereiches einer mit der Differenz der beiden Frequenzen gespeisten Frequenzdiskriminatorschaltung der Suchgenerator abgeschaltet und die Steuerung des Oszillators durch die Frequenzdiskriminatorschaltung übernommen wird, welche aus zwei gegenüber der Diskriminator-Mittefrequenz symmetrisch verstimmten selektiven Verstärkern und einem nachgeschalteten Differenznetzwerk besteht, dadurch gekennzeichnet, dass am Ausgang jedes selektiven Verstärkers {k, 5) eine monostabile Kippschaltung (7 bzw. 8) mit vorbestimmtem Schwellwert abgeschlossen ist und dass eine mit den monostabilen Kippschaltungen (7» 8), dem Differenznetzwerk (6), dem Suchgenerator (i?) sowie dem Oszillator (t) in Verbindung stehende Steuerschaltung (to) vorgesehen ist, die beim Eintreffen in vorbe stiemt er Reihenfolge von AusgangsSignalen der Schaltstufen (7i 8) die Umschaltung der Steuerung des Oszillators (i) auf das Differenznetzwerk-Ausgangssignal (UF) bewirkt.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekannseichnet, dass die Steuerschaltung (lO) eine erste bzw. flwelte bistabile Kippschaltung (-11 beif. 12) enthält, deren

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Steuereingang (s) über ein UND-Tor (lh bzw. 15) am Aue-' gang der einen bzw. anderen mono stabil en Kippschaltung (7 bsäw. 8) angeschlossen ist, dass eine dritte bistabile Kippschaltung (i3) vorgesehen ist, deren Steuereingang (s) direkt mit dem Ausgang der einen monostabilen Kippschaltung (7) verbunden ist, dass ferner der Ausgang (a) der zweiten bistabilen Kippschaltung (12) auf einen Eingang des UND-Tor es (i4) im Eingangskreis der ersten bistabilen Kippschaltung (i1) und der .Ausgang der

ψ dritten bistabilen Kippschaltung (.13) auf einen Eingang des UND-Iores (15) im Eingangskreis der zweiten bistabilen Kippschaltung (12) geführt sind und dass eine Umschalt einrichtung (i6) vorhanden ist, die mit dem Aus- _ gang (A) der ersten bistabilen Kippschaltung (ii), dem Suchgenerator (17), dem Differenznetzwerk (6) und dem Oszillator (i) in Verbindung steht und die beim Eintreffen eines Signals am Ausgang der ersten bistabilen Kippschaltung (ii) das Suchsignal (US) sperrt und das Ausgangs signal (UF) des Differenznetzwerkes (6) auf den Os-

zillator (i) durchschaltet. .
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgang jeder monostabilen Kippschaltung (7, 8) über ein Negationsglied (18 bzw. 19) auf einen Eingang eines UND-Tores (20) geschaltet ist, dessen Ausgang mit den Rückstellanschlüssen (R) der bistabilen Kippschaltungen (11, 12,13) verbunden ist.

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