DE1912856C3 - Schaltungsanordnung zur digitalen Anzeige der einstellbaren Frequenz des Nutzsignals eines elektrischen Schwingungserzeugers - Google Patents

Description

Die F.rfindung bezieht sich auf eint Schaltungsanordnung zur digitalen Anzeige der einstellbaren Frequenz eines von einem selbsterregten, einen elektrischen Oszillator enthaltenden Schwingungserzeuger abgegebenen Nutzsignals, mit einer während einer vorgegebenen Zeitspanne mittels einer periodischen Schaltspannung geöffneten Torschaltung, über die ein zum Nutzsignal in einem vorgegebenen Frequenzverhältnis stehendes Hilfssignal der nachgeschalteten Zähleinrichtung zugeführt wird, die ausgangsseitig mit einer digitalen Anzeigevorrichtung beschaltet ist, wobJ das

ίο Hilfssignal von dem Schwingungserzeuger direkt und das Nutzsignal über frequenzteilende Mittel oder das Hilfssignal über frequenzvervielfachende Mittel und das Nutzsignal direkt abgeleitet werden.

Eine Schaltungsanordnung dieser Art ist aus der

is DG-PS 12 81 558 bekannt, wobei dort eine Einrichtung zum Messen der Frequenz des Ausgangssignals eines Protonen-Präzessions-Magnetometers beschrieben ist. Für die Steuerung des bei der bekannten Einrichtung verwendeten Zählers ist eine eigene Programmierschaltung vorgesehen, wobei durch diese sichergestellt wird, daß die Zähleinrichtung zu Beginn des Meßintervalls zu zählen beginnt und nicht während der Einwirkung des polarisierten Feldes auf die Probe. Ein Auslöseimpuls von Programmierer veranlaßt zum Beginn jedes Intervalls den Zähler mit einer neuen Zählung zu beginnen. Eine Änderung, insbesondere eine Verkürzung der Zeitbasis oder die Flimmerfreiheit betreffende Maßnahmen sind bei der bekannten Einrichtung nicht vorgesehen.

Aus der DE-PS 11 96 874 ist eine Schaltung zur Frequenzmessung bekannt, bei der eine Frequenzvervielfacherschaltung vorgesehen ist. Der Ausgang dieser Schaltung ist über eine Torschaltung an eine Wählvorrichtung zur Anzeige der durchgelassenen Impulse angeschlossen. Die Torschaltung selbst wird mit einem Öffnungsimpuls vorbestimmter Dauer von einem fest eingestellten Zeitgeber gesteuert. Nähere Einzelheiten über den Betrieb der zur Zählung und Anzeige benutzten Zählschaltungen sind nicht angegeben.

Aus der DE-AS 1191441 ist ein Verfahren zur Abstimmanzeige von Funkpeilempfängern bekannt, bei dem die Oszillatorfrequenz geteilt und nach Berücksichtigung des Wertes der Zwischenfrequenz mittels einer Zähleinrichtung zur Anzeige verwendet wird. Zur digitalen Anzeige über einen schmalbandigen Niederfrequenzkanal wird die Zählzeit derart bemessen, daß in ihr die Zähleinrichtung auf einen um den Zahlenwert der vor dem Teiler stehenden Oszillatorfrequenz höheren Zahlenwert aufläuft, vvobei zur Anzeige der Empfangsfrequenz dem Zähler ein dem Wert der Zwischenfrequenz entsprechender Zahlenwert voreingegeben wird. Vor Beginn eines jeden Zähltaktes wird somit ein bestehendes Zählergebnis nicht auf Null, sondern auf die vorgewählte Zahl zurückgestellt und somit jeder neue Zählvorgang von dieser vorgewählten Zahl ab eingeleitet.

Aus der Druckschrift ATM, V 3613-5, 1961, August, Seiten 169/170 ist es bekannt, daß bei der Frequenzmessung bei tiefen Frequenzen eine lange Meßdauer notwendig ist. Die Meßdauer kann dabei dadurch verkleinert werden, daß entweder die zu messende Frequenz vervielfacht oder aber die Periodendauer direkt gemessen wird.

Aus der DFi-AS 12Hl 579 ist ein Verfahren zur

h'i genauen Bestimmung der Frequenz einer intermittierend vorhandenen Schwingung bekannt, bei dem ein Hilfsoszillator vorgesehen ist, der jeweils während eines Meß/eitintorvalls mit den Meßfrequenzphasen genau

synchronisiert wird. Der Hilfsoszillator schwingt dabei auf einer wesentlich höheren Frequenz als die Meßfrequenz. Die niedrigere der beiden von dem nachstimmbaren Oszillator abgegebenen Frequenzen dient der Umsetzung des Empfangssignals und es wird die höhere Frequenz zur Verbesserung der Genauigkeit der digitalen Frequenzmessung zugrunde gelegt.

Durch die periodischen Sclialtspannungen treten bei einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art bei der Anzeige Schwierigkeiten insoweit auf, als dadurch periodische Folgen von Zählvorgängen ausgelöst werden, welche flimmerfrei nicht ohne weiteres wiederzugeben sind. Eine flimmerfreie Anzeige wäre trotz der periodischen Schaltspannung allenfalls dadurch erreichbar, daß besondere Speichereinrichtungen vorgesehen werden.

Der vorliegenden Erfindung, welche sich auf eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art bezieht, liegt die Aufgabe zugrunde, eine flimmerfreie Anzeige der Zählergebnisse auch ohne Einsatz von zusätzlichen Speichereinrichtungen zu gewährleisten. Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß zur Beseitigung des Flimmerns der Anzeige, welches durch die infolge der periodischen Schaltspannung ausgelösten periodischen Folgen von Zählvorgängen verursacht ist, eine periodische Steuerspannung gleicher Folgefrequenz wie die Schaltspannung vorgesehen ist, die zur Außerbetriebsetzung von durch Potentialsteuerung intermittierend einschaltbaren, digitalen Anzeigemitteln der Zähleinrichtung während der perioaischen Zählvorgänge dient, so daß die Anzeigewerte nur nach abgeschlossener Zählung bis zum Beginn der nächsten Zählung sichtbar gemacht werden, und daß die Periodendauer der Schaltspannung so klein gewählt ist, daß eine nimmerfreie Anzeige der sich aus den Zählergebnissen der Zähleinrichtung ergebenden Anzeigewerte ohne Speicherung der letzteren erfolgt.

Infolge der Verknüpfung zwischen der periodischen Schaltspannung einerseits und der mit gleicher Folgefrequenz arbeitenden periodischen Steuerspannung ist bei der Anzeigeeinrichtung eine flimmerfreie Anzeige trotz fehlender Speichereinrichtungen möglich. Weiterhin ist eine wesentliche Bedienungsvereinfachung insofern erreichbar, als infolge der kurzen Periodendauer der Schaltspannung die Anzeige praktisch trägheits- ·>5 los allen Freqrenzverstellungen folgt.

Der frequenzvariable Schwingungserzeuger nach der Erfindung kann gemäß einer Weiterbildung auch als Schwebungssender aufgebaut sein, bei dem die Schwingungen des ersten Oszii'?»tors zusammen mit den Schwingungen eines zweiten Oszillators konstanter oder gegebenenfalls variable Frequenz an die Eingänge eines Mischers geführt sind, aus; dessen Mischprodukten die Differenzfrequenz ausgesiebt und als Nutzfrequenz abgegeben wild und bei dem eine der beiden Schwingungen eine konstante Frequenz aufweist, deren Wert vom Zählergebnis jeweils subtrahiert wird. Zweckmäßigerweise ist die Schaltspannung von dem zweiten Oszillator über eine Frequenzteiierschaltung ableitbar. Nach eine*· besonders vorteilhaften Weiterbil- m> dung wird die konstante Frequenz einer der beiden Schwingungen hierbei so gewählt. daß sie --incm beliebigen Zählwert eine oder mehrerer wertmäßig über der höchsten anzeigenden Zählerstufe einzuordnender, die Zählkapazität erweiternder, jedoch von *'> einer Anzeige ausgeschlossener oder gänzlich wegfallender /ählerstufen entsp^ht. Damit ergibt sich die Möglichkeit einer direkten Anzeige der Schwebungsfrequenz unter gleichzeitiger Berücksichtigung des durch die konstante Frequenz des ersten oder zweiten Oszillators bewirkten Frequenzversatzes zwischen der Schwebungsfrequenz und der jeweils variablen Frequenzkomponente an den Eingängen des Mischers.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von bevorzugten und teilweise in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Es zeigt F i g. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel,

F i g. 2 die von F i g. 1 abweichenden Schaltungsteile eines zweiten Ausführungsbeispiels und

F i g. 3 das Prinzip eines weiteren Ausführungsbeispiels.

Der in F i g. 1 dargestellte Schwingungserzeuger enthält einen insb. frequenzvariablen ersten Oszillator 1, der auf eine Frequenz η ■ f„ eingestellt ist. Von dieser wird die bei 2 abgreifbare Ausgangsfrequenz f_a über eine Frequenzteilerschaltung 3 abgeleitet, welche die Oszillatorfrequenz auf den n'ten Teil verringert. Gleichzeitig Jtellt die von 1 erzeugte Spannung der Frequenz π ■ f_a eine Hilfsschwingui^ dar, die dem ersten Eingang eines UND-Gatters 4 zugeführt wird, das mittels einer rechteckigen Schaltspannung 5 während einer vorgegebenen Zeitspanne (Zeitbasis) 6 geöffnet wird, so daß in diese Zeitbasis fallende Schwingungen des Oszillators 1 an den Ausgang 7 des Gatters übertragen und in weiterer Folge einer Zähleinrichtung 8 zugeführt und dort gezählt werden. Die Zähleinrichtung besteht beispielsweise aus einer Kettenschaltung von einzelnen Zähldekaden Dl, D2 bis D5, die jeweils jeden zehnten Impuls an die nächstfolgende Zähldekade weitergeben und zwischen 0 und 9 liegende Zählergebnisse in zugeordnete Spannungszustände von vier Ausgabeleitungen a, b. c und d abbilden. Bei einer Dezimalauswertung des Zählergebnisses ist eine Umwandlung des auf den Ausgabeleitungen a bis d verwendeten Codes in einer nachfolgenden Decodiermatrix Mi bis Λ/5 in einen Dezimalcode erforderlich, bei dem entsprechend der eingestellten Zahl eine von zehn Ausgabeleitungen Xa bis 10a potentialmäßig markiert wird. Diese Ausgabeleitungen sind mit Leuchtzifferanzeigevorrichtungen Z\ bis Z 5, z. B. Anzeigeröhren, beschaltet, die die jeweils anzuzeigenden Ziffern in AbhängigKeit von dem Markierungszustand aufleuchten lassen und somit eine Ablesung von f, ermöglichen.

Die zur öffnung des UND-Gatters 4 dienende Schaltspannung 5 wird zweckmäßigerweise von einem Sinusoszillator 9 erforderlicher Genauigkeit, der z. B. quarzkontrolliert ist, über eine Frequenzteilerschaltung 10 abgeleitet, deren teilerverhältnis m: 1 ist. Da die Schaltspannung 5 eine periodische Zeitabhängigkeit besitzt, öffnet das UND-Gatter 4 in jeder Periode einnal, so daß eine laufende Überwachung der Ausgangsfrequenz f_s möglich ist.

Durch die Anhebung der zu zählenden F;equenz η ■ f₃ gegenüber der Ausgangsfrequenz f„ wird erreicht, daß auch bei einer Verkürzung der Zeitbasis 6 auf den n'ten Teil eine gleichbleibende Anzeigegenauigkeit besteht oder daß ohne Verkürzung der Zeitbasis die Anzeigegenauigkeit auf den n-faehen Betrag erhöht werden kann. Mit besonderem Vorteil kann eine Verkürzung der Zeitbasis 6 auf den n'ten Teil und die Teilung der Frequenz des ersten (auf π ■ f_a abgestimmten) Oszillators I um din Faktor η in der Weise bewirkt werden, daß eine oder mehrere Teilerstufen mit dem Teilungsfaktor η der Frequenzteilerschaltung 10 entnommen und als Schaltungsteil 3 in F i g. I eingesetzt

werden. Wird eine hinreichend kurze Zeitbasis 6 gewählt. z.B. IO ms, so erfolgen die ein/einen Zählvorgänge bei einer entsprechend kurzen Perdio dendauer von 5 derart schnell nacheinander, daß die Zähleinrichtung 8 ohne Speicherung der jeweiligen Zählergebnisse auskommt. Zusätzlich kann in vorteilhafter Weise von det .Schaltspannung 5 eine rechteckförmige Steuerspannung 11 gleicher Folgefrequenz abgeleitet werden, die die Anzeigemittel Zl bis Z5 v.ahrcnd der jeweiligen Zählvorgänge dunkeltastet, so daß -.Ii:- ,Anzeigewerte nur nach abgeschlossener Zäh'ung l)is /um Beginn der nächsten Zählung sichibar gemacht werden. Bei einer schnellen I olgc \on Zählvorgängen is! dann auch ohne Speiehereinrichum gen im Zähler eine flimmerfreic Anzeige des Zahlergebnisses gewährleistet.

Ciemäß einem anderen Ausführiingsbeispiel der Frfindung wird der in Fig. 1 zwischen der Ausgangsklemme i und dem i iNL> ι Litter 4 befindliche Schaltiingsteii entsprechend F i g. 2 abgewandelt, wobei die uhrigen .Schallungsteile der F ι g. 1 unverändert bleiben. Dabei ist der erste Oszillator 1 unmittelbar auf die Ausgangsfrequen/ f., eingestellt und liefert diese direkt ,in die Ausgangsklemme 2 des S'hwr'gungserzeugers. während die dem UND-Gatter 4 ziigeführicn und mittels der Zähleinrichtung 8 ausgewerteten Hilfsschwingungen zunächst in einer Frequen/ver'. lelfaeherschaltung auf die Frequenz η f, umgesetzt w erden.

Fine Weiterbildung der F.rfindung wird anhand de* Ausführungsbeispiels nach F ι g. 3 näher erläutert. Hierbei ist der Schwingungserzeuger als Schwebungssender aufgebaut, bei dem die Klemme 2 eine* entsprechend dem Prinzip win F i g. I ausgebildeten Schaltungsieils mit dem ersten Hingang eines Mischers 14 verbunden ist. dessen zweitem F.ingang 15 die Schwingungen eines zweiten Oszillators 16 zugeführt werden. \on dem zweckmäßigerweise gleichzeitig die Schal'spannung 5 zur öffnung des UND-Gatters 4 über eine Frequenzteilerschaltung abgeleitet werden kann. Dabei sei zunächst angenommen, daß der zweite

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■λ eise quarzkontrolliert ist. Die Frequenzteiierschaltungor-3

10 bestehen hierbei z. B. aus mehreren binären

Te: erstufen 3 , 3' bzw. 10', 10" und 10'". die jeweils im Verhältnis '0 . ! teilen, sowie einer im Verhältnis von 2 : 1 reuenden Stufe 10^lv. Unter der Annahme, daß der erste Oszillator 1 im Frequenzbereich \on 10 bis i 5 MHz kontinuierlich verstimmbar ist und der zweite Oszillator 16 eine Festfrequerz von 100 kHz abgibt, wird dem Mischt, 14 entsprechend den in F: g. 3 eingezeichneten Frequenzteilerschaltungen 3' und 3" die Frequenz 100 bis 15OkHz über die Klemme 2 zugeführt. Von den Mischprodukten wird über ein ausgarigsseitiges Bandfilter 17 die Differenzfrequenz. d. h. 0 bis 50 kHz. ausgesiebt, gegebenenfalls in einem Verstärker 18 '.erstark: und sodann dem Ausgang 2' des ScKvebungssenders zugeführt. Die Schahspannung 5 mi! e ner Folgefrequenz vor, 50 Hz wird vom zweiten Oszillator 16 über die Frequenzteilerstufen 10' bis 10^|v abgeleitet, wobei die positiven Impulse von 5 eine Zeitbasis 6 von 10 ms Dauer definieren. Die von der Schahspannung abgeleitete S'euerspannung 11 besitzt eben!;-Ils eine Folgefrequenz von 50 Hz.

Bei der Anzeige der vom Ausgang 2 abgegebenen Scr·.·-, ib'jngsfrequenz durch ce Zähleinrichtung 3 ist dsi^- Sorge zu tragen, daß von den tatsächlich gezä~;:cr- Schwingungen jeweils derjenige Betrag abgezogen wird, der ein Maß für die Frequenz des zweiten Oszillators 16 darstellt. Dies kann beispielswei se durch eine entsprechende VoreinsttlluiiK der Zähleinrichtung 8 erreich! werden.

In Abwandlung der in F ι g. j dargestellten Schaltung kann auch der er sie Oszillator 1 eine feste Frequenz, abgeben und der zweile Oszillator 16 über einem vorgegebenen Frequenzbereich variabel sein. In diesem Fall wird die Länge der Zeitbasis 6 in Abhängigkeit von der an 2' abgegebenen Schwebiingsfrequenz verändert, wobei die von 1 erzeugten Hilfsschwingunpen zur digitalen Auswertung der Länge der Zeitbasis dienen. Auch in diesem Fall muß nn bestimmter Zählbetrag, der der festen Frequenz des ersten Oszillators 1 entspricht. vom Zählcrgcbnis abgezogen werden, um eine exakte Aussage über die am Ausgang 2' abgegebene Frequenz zu erhalten. Die bereits beschriebenen Vorteile der Cri'ii.iiiigkeitsstcigcrung der Frequenzanzeige durch die l· ret|uen/antipilling tiet ucin ι / N O-Gciüci' t /üp^-i ϋιΊΓί On Hilfsschwingungen gegenüber den dem Mis_L hereingang 2 zugefiihrten gelten auch für das Ausführungsbeispiel nach Fig 3 sowie für die vorstehend beschriebene .Schalllingsvariante.

Mit besonderem Vorteil kann die Festfrequenz des zweiten Oszillators 16 in I ι g. i (bzw. die Festfrequenz des ersten Oszilla'ors 1) so gewählt werden. ολΆ sie einen: beliebigen Zählwert einer oder mehrerer wertmal.'.j. iber der höchsten anzeigenden Zählerstufe einzuordnender, die Zählkapazität erweiternder, icdoch '.on einer Anzeige ausgeschlossener oder i'änzhch wegfallender Z.ähler-.tufen entsprich!. Bei den-, angegebenen Zahlenbcispiel. be: dem eine Ausgangsfrequen/ W)H 0 bis 50 kHz an 2 abgegeben wird, geben die einzelnen Zählerstufen /1 bis Z5 zweckmäßigerweise die Zählergebnisse der 1 Hz-. 10 Hz-Dekade usw. bis einschließlich der 10 kHz-Dekade an. Dabei entspricht die Frequenz des zweiten Oszillators 16 mit 100 kHz dem ersten, nächsthöheren, über der Anzeigekapaz.ität liegenden Zählwert, der einer nicht mehr realisierten Zählerstufe D6. M6. Z6 entsprechen würde. Auf diese Weise wird der im Zähler zugrunde zu legende Frpniienzversatz von !0OkHz automatisch durch Nicritanzeige berücksichtigt, so daß in diesem Fall keine Zählervoreinstellung erforderlich ist.

Die schaltungstechnische Durchbildung kann auch von der bisher be hriebenen und in den F i g. 1 bis 3 dargestellter. For;;; abweichen, ohne daß das Erfindungsprinzip deshalb verlassen wird. So kann beispielsweise die Schaltspannung 5 von einem durch geeignete Mittel stabilisierten bzw. synchronisierten Impulsgenerator erzeug* werden, wobei für die der Torschaltung 4 zugeführten Hilfsschwingungen entsprechendes gilt. Die Frequenzteilerschaitungen 3 und 10 können beispielsweise in einer binären Schaltungstechnik oder juch als synchronisierte Teilfrequenzoszillatoren bzw. in einer anderer., an sich bekannten Weise als ein- oder mehrstufige Schaltungen realisiert sein. Wird einer binär ausgebildeten Frequenzteilerstufe eine Sinusschwingung zugeführt, so kann es zweckmäßig sein, diese zuvor in an sich bekannter Weise in eine Rechteckspannung umzuformen. Weiterhin ist sowohl eine statische als auch eine dynamische Ansteuerung der binären Frequenzteilerstufen in üblicher Weise möglich. In dem Ausführungsbeispiei nach Fig. 3 kann es zweckmäßig sein, die an der Klemme 2 anliegende Frequenzkomponente dem Mischer 14 in Form einer Rechteckspannung zuzuführen, um kurze SchaUzeiten zu erreichen.

Hierzu 1 Blatt Zsichnuneen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur digitalen Anzeige der einstellbaren Frequenz eines von einem selbsterregten, einen elektrischen Oszillator enthaltenden Schwingungserzeuger abgegebenen Nutzsignals, mit einer während einer vorgegebenen Zeitspanne mittels einer periodischen Schaltspannung geöffneten Torschaltung, über die ein zum Nutzsignal in einem vorgegebenen Frequenzverhältnis stehendes Hilfssignal der nachgeschalteten Zähleinrichtung zugeführt wird, die ausgangsseitig mit einer digitalen Anzeigevorrichtung beschaltet ist, wobei das Hilfssignal von dem Schwingungserzeuger direkt und das Nutzsignal über frequenzteilende Mittel oder das Hilfssignal über frequenzvervielfachende Mittel und das Nutzsignal direkt abgeleitet werden, dadurch gekennzeichnet, daß zur Beseitigung des Flimmerns der Anzeige, welches durch die infolge der periodischen Schaltspannung (5) ausgelösten periodischen Folgen von Zählvorgängen verursacht ist, eine periodische Steuerspannung (11) gleicher Folgefrequenz wie die Schaltspannung (5) vorgesehen ist, die zur Außerbetriebsetzung von durch Potentialsteuerung intermittierend einschaltbaren, digitalen Anzeigemitteln (ZX ... Z 5) der Zähleinrichtung (8) während der periodischen Zählvorgänge dient, derart, daß die Anzeigewerte nur nach abgeschlossener Zählung bis zum Beginn der nächsten Zählung sichtbar gemacht werden, und daß die Periodendauer der Schaltspannung (5) so klein gewählt ist, dab eine flimmerfreie Anzeige der sich aus den Zählergebnisser: der Wähleinrichtung (8) ergebenden Anzeigewerte ohne Speicherung der letzteren erfolgt.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingungserzeuger als Schwebungssender aufgebaut ist, bei dem das Ausgangssignal des Oszillators (1) mit dem eine konstante Frequenz aufweisenden Signal eines weiteren Oszillators (t6) an die Eingänge (2, 15) eines Mischers (14) geschaltet ist, aus dessen Mischprodukten dasjenige mit der Differenzfrequenz ausgesiebt und als Nutzsignal abgegeben wird, und daß die konstante Frequenz des Signals des weiteren Oszillators (16) von den in der Zähleinrichtung (8) ermittelten Zählergebnissen jeweils subtrahiert wird.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltspannung (5) von dem weiteren Oszillator (16) über eine Frequenzteilerschaltung (10', 10", 10'") abgeleitet ist.

4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die konstante Frequenz des Signals des weiteren Oszillators (16) so gewählt ist, daß sie einem beliebigen Zählwert einer oder mehrerer wertmäßig über der höchsten anzeigenden Stufe (D 5, M5. Z5) der 2!ähleinrichtung (8) einzuordnender, die Zählkapazität erweiternder, jedoch von einer Anzeige ausgeschlossener oder gänzlich wegfallender Stufen der Zähleinrichtung (8) entspricht.