DE2050531B2

DE2050531B2 - Abstimmschaltung fuer einen schwingkreis

Info

Publication number: DE2050531B2
Application number: DE19702050531
Authority: DE
Inventors: Paul 7530 Pforzheim; Baumann Jürgen 7534 Birkenfeld Bamberg
Original assignee: Standard Elektrik Lorenz AG
Current assignee: Alcatel Lucent Deutschland AG
Priority date: 1970-10-14
Filing date: 1970-10-14
Publication date: 1976-03-04
Also published as: DE2050531A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Schwingkreis, bestehend aus einer Induktivität und einem kapazitiven Teil zur Ab- und Nachstimmung und einer ebenfalls %₀ parallelgeschalteten Kapazitätsdiode, der die Nachstimmspannung zugeführt wird.

Ein derartiger Schwingkreis ist bekannt aus der DT-AS 1171 029. Bei dem dort in F i g. 1 gezeigten Schwingkreis erfolgt die Abstimmung des Schwingkreises im kapazitiven Teil mittels eines Drehkondensators Cl. Die Nachstimmung erfolgt mittels einer mit dem Drehkondensator Cl in Reihe geschalteten Kapazitätsdiode Ci' und mittels einer zum Drehkondensator parallelgeschalteten Kapazitätsdiode C3. Diese Schaltung dient dazu, im Abstimmbereich eine möglichst konstante Abstimmsteilheit zu gewährleisten, die besonders bei Oszillatornachstimmschaltungen wichtig ist.

Der Einfluß der parallelliegenden Kapazitätsdiode bewirkt, daß die Abstimmsteilheit im Abstimmbereich mit der Frequenz ansteigt. Dieser Anstieg wird kompensiert durch die in Reihe liegende Kapazitätsdiode, die im Abstimmbereich eine mit der Frequenz abnehmende Abstimmsteilheit verursacht. Diese Serienschaltung einer Nachstimm-Kapazitätsdiode zur Abstimmkapazität hat jedoch folgende Nachteile.

Jede zur Abstimmkapazität zusätzliche Kapazität verringert den Abstimmbereich des Schwingkreises. Außerdem werden dadurch die Schwierigkeiten beim Gleichlauf mehrerer abgestimmter Kreise erhöht. Damit eine Kompensation erfolgt, muß die in Reihe liegende Kapazitätsdiode einen hohen Kapazitätswert besitzen, wogegen für die parallelliegende Kapazitätsdiode kleine Kapazitätswerte ausreichen. Die hohen to Kapazitätswerie sind jedoch bei Kapazitätsdioden schwierig zu verwirklichen.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, einen ab- und nachstimmbaren Schwingkreis anzugeben, dessen Abstimmsteilheit im Abstimmbereich annähernd konstant ist. und dessen Ab- und Nachstimmschaltuni: einfacher ah die bekannte Schaltung ist und deren Nachteile vermeidet.

Die Aufgabe wird mit den in den Patentansprüchen angegebenen Mitteln gelöst.

Die Erfindung wird nun an Hand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 die Abstimmschaltung eines Schwingkreises mit einem Ersatzschaltbild,

F i g. 2 die Frequenzvariation in Abhängigkeit von der Steuerspannung einer Kapazitätsdiode,

F i g. 3 Kurven zur Erläuterung des Ausgleichs der Abstimmsteilheit über den Abstimmbereich.

Zum besseren Verständnis der Erfindung sei zunächst das grundsätzliche Problem der Nachstimmung eines Schwingkreises mittels einer Kapazitätsdiode betrachtet.

Durch die angelegte Sperrspannung erfolgt eine leistungslose Steuerung der Sperrschichtkapazität der Kapazitätsdiode.

Für die Kapazität C einer Kapazitätsdiode gilt dabei angenähert

C = -K-

U" '

wobei K und α Konstanten des Bauelementes und U die angelegte Sperrspannung bedeutet.

Für die Steilheit der Diodenkenniinie ergibt sich hieraus

de
dV

= -ic K- U

Für die Bauelementenkonstante K gilt K = C₀ · U",.

wobei C₀ die Kapazität bei der angelegten Bezugsgleichspannung U₀ bedeutet.

Die Bauelemente einer Kapazitätsdiode sind z. B. mit a = 0,43 und C₀ = 47 pF bei (V₀ = 4 Volt gegeben.

Die mit diesen Daten berechnete Steilheit _T-

der Dioden-Kennlinie sinkt bei einer Steuerspannungserhöhung von 2 V auf 60 V auf den 130sten Teil ihres Wertes bei 2 V ab.

Nach der Schwingkreisgleichung ergibt sich für die Kreisfrequenz «>

und die Steilheit

d „, de

ist

L C

\ ■ L

¹L.

de.

Für die Abstimmslcilheit , '-- eines Schwingkreises mit einer Kapazitätsdiode gilt weiter

du

d,„
de

de· du '

(3)

Aus der Gleichung (2) läßt sich ableiten, daß sich bei einer Frequenzvariation von 1 : 1.X5 die Steilheit , im Verhältnis 1 : 6.3 ändert.

de

In diesem Verhältnis verringert sich auch die Abstimmsteilheit

auf

130

= 20,6. Dies bedeutet.

du 6,3

daß die Abhängigkeit der Frequenz <» von der Steuerspannung U bei einer Steuerspannung von 2 V ungefähr 20mal so steil verläuft, wie bei einer Steuerspannung von 60 V.

Da die Frequenzstabilität eines frei schwingenden Oszillators häufig, z. B. für Vielkanal-Geräte, nicht ausreicht und die Verwendung derartiger elektronischer Abstimmeiemente weitere Frequenzfehler verursacht, ist stets eine zusätzliche Nachstimmung der Oszillatorfrequenz nach einem Frequenznormal notwendig, über einen Frequenz- oder Phasenvergleich wird eine Nachstimmspannung gewonnen, die der Oszillator-Steuerspannung zugesetzt wird.

Für diesen Nachstimmkreis ist die unterschiedliche

Abstimmsteilheit -j-— über den Abstimmbereich von Nachteil. Um einen ausreichenden Fangbereich und eine ausreichende Frequenzgenauigkeit zu erhalten, ist eine gewisse, minimale Verstärkung in diesem Nachstimmkreis erforderlich.

Mit Rücksicht auf die Stabilität des Nachstimmkreises darf jedoch eine maximale Verstärkung nicht überschritten werden. Beide Forderungen sind bei einer Steilheitsänderung im Verhältnis 1 :20,6, wie sie sich bei einer Frequenzvariation von 1 : 1,85 ergibt, nicht einzuhalten, wenn zur Nachstimmung nur eine Kapazitätsdiode verwendet wird. Erfolgt die A-.<- und Nachstimmung dagegen nach der in F i g. 1 gezeigten erfindungsgemüßen Art. so lassen sich sowohl die gestellten Forderungen einhalten, als auch die Nachteile der bekannten Schaltung vermeiden.

Wie F i g. 1 zeigt, wird die Schwingkreisinduktivitat L durch das Element 4 gebildet. Dieser ist eine Abstimmkapazität CY' parallelgeschaltet, die im wesentlichen durch die Sperrschichtkapazität einer Abstimm-Kapazitätsdiode 1 bestimmt wird. Die Elemente 6 und 9 sind Koppclkondensatoren, die die Abstimm-Kapaziüitsdiode 1 mit der Schwingkreis-Induktivität L verbinden. Die weiteren, der Schwingkreis-Induktivität L parallclgcschalteten Kapazitäten sind im Ersatzschaltbild mit Cp zusammengefai.U. Diese Kapazität Cp enthält auch die Sperrschichtkapazität einer Nachstimm-Kapazitätsdiode 2. Mit der Größe der Koppelkondensatoren 5 und 7 kann der Einfluß der Kapazitätsdiode 2 auf die Oszillatorfrequenz bemessen werden. Der Trimmkondensator 3 zusammen mit der Schwingkreisinduktivitäl 4 dient so zur Festlegung des Abslimmbereichs.

Der Abstimm-Kapazitätsdiode 1 wird am oberen Anschluß eine Abstimmspannung Ue zugeführt, während dem unteren Anschluß entsprechend dem Teilerverhältnis von Spannungsteiler-Widerständen 9 und 10 ein Teil einer Nachstimmspannung ± Un zugeführt wird. Der Nachstimm-Kapazitätsdiode 2 wird am oberen Anschluß eine konstante Vorspannung + Uv und am unteren Anschluß die Nachstimmspannung 4- Un zugeführt. Die so betriebene zweite Kapazität*- diode 2 bewirkt eine entgegengesetzte Abhängigkeit der Abstimmsteilheit von der Betriebsfrequenz des Oszillators und kann daher zum Ausgleich der Frequen/abhängigkeil der Abstimmsteilheit der Abstimmkapazitätsdiode 1 verwendet werden. Bei konstanter Vorspannung + Uν bleibt nach G'ieichung(l) die

Steilheit -p~ der zweiten Kapazitätsdiode 2 konstant. Die Abstimmsteilheit -p- nimmt jedoch mit

<.i³ entsprechend Gleichung (2) zu. Durch die Aufteilung der Nachstimmspannung auf die beiden Kapazitätsdioden 1 und 2, von denen die erste auch durch die Abstimmspannung + Ue beaufschlagt wird, ergeben sich zwei mit der Oszillatorfrequenz entgegengesetzt verlaufende Anteile der insgesamt gegebenen Abstimmsteilheit, die bei geeigneter Dimensionierung zu einem Ausgleich der Frequenzabhängigkeit der Verstärkung im Nachstimmkreis führen.

Durch die Wahl der Kopplungselemente und die Aufteilung der Nachstimmspannung ± Un auf die beiden Kapazitätsdioden 1 und 2 kann ein optimaler Ausgleich der Abstimmsteilheit über den gesamten Abstimmbereich erreicht werden, der durch den Bereich der Abstimmspannung + Ue gegeben ist.

Die Kurve nach F i g. 2 zeigt den Einfluß der Kapazitätsdiode 1 auf die Oszillatorfrequenz. Bei einer Änderung der Steuerspannung Ue von 2 auf 60 V hat ein mit einer Kapazitätsdiode aufgebauter und gesteuerter Schwingkreis z. B. einen Abstimmbereich von 26 bis 48 MHz. Dann ist bei der kleinen Steuerspannung von 2 V die größte Abstimmsteilheit

^ι'·' »esieben. Diese Abstimmsteilheit nimmt mit

UVc " ""

wachsender Steuerspannung Ue ab und hat bei Ue = 60 V nur noch einen Bruchteil ihres Wertes bei Ue = 1 V.

Die Kurven A. B und C der F i g. 3 zeigen, in Abhängigkeit von der Frequenz, verschiedene Abslimmsteilheitcn. Es handelt sich dabei um relative

Abstimmsleilheiten. die sich auf die Steilheit ^y_c

der Kurve/4, F i g. 2. an der unteren Bandgrenze (26MHz) beziehen. Die relative Abstimmsteilheit

soll alicemein mit ^c.,. uckennzeiehnet werden. Die

Kurve A zeigt die relative Abstimmsteilheit des normalen Schwingkreises mit der Abstimm-Kapazitätsdiode 1. Die Abstimmsteilheit fällt bei hohen Frequenzen auf etwa '.₂₍₎ des maximalen Wertes ab. Die

Kurve ß zeigt die relative Abstimmslcüheit ^l
der Kapazitätsdiode 2. die mit konstanter Vorspannung und damit auch gleichbleibender Steilheit _JL arbeitel [ s. Gleichung (1)"]. Der Einfluß der Steilheit \"' auf die Steilheil ^ι.,, nimmt iedoch nach

Gleichung (2) und (3) bei wachsender Oszillatorfrequenz./ mit c/ (bzw. /³) zu. Dl·: Kurve ß zeigt demzufolge dieselbe Frequenzabhängigkeil. Die Kapazitätsdioden 1 und 2 ergeben zusammen eine Abstimmsteilheit, wie sie durch die Kurve C gegeben ist. Die Konstanten sind dabei so gewählt, daß an den linden des Abstimmbereichs gleiche Steilheit vorliegt. Die resultierende Steilheit fällt dadurch nicht mehr auf etwa 5% ab. sondern erreicht mindestens 60% des Maximalwertes.

Hierzu 3 Blati Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schwingkreis, bestehend aus einer Induktivität und einem der Induktivität parallelgeschaltoten kapazitiven Teil zur Ab- und Nachstimmung und einer ebenfalls parallelgeschalteten Kapazitätsdiode, der die Nachstimmspannung zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der kapazitive Teil eine einzige Kapazitätsdiode ι ο (1) ist, der die Abstimmspannung (+ Ue) und ein Teil der Nachstimmspannung (± Un) zugeführt wird und daß die parallelgeschaltete Kapazitätsdiode (2) an einer festen Vorspannung (+ Uv) Hegt.

2. Schwingkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Teil der Nachstimmspannung, der der zur Ab- und Nachstimmung dienenden Kapazitätsdiode (1) zugeführt wird, derart eingestellt ist, daß an den Bandgrenzen des Abstimmbereichs die Abstimmsteilheit gleich und innerhalb des Abstimmbereichs ein Minimum ist.