DE2050531C3 - Abstimmschaltung für einen Schwingkreis - Google Patents

Description

_c ^K

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

Für die Steilheit der Diodenkennlinie ergibt sich hieraus

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

Ein derartiger Schwingkreis ist bekannt aus der DT-AS 11 71 029. 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 C1 in Reihe geschalteten Kapazitätsdiode C3' 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 Serien- «chaltung einer Nachstimm-Kapa-dtätsdiode 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 Kapazitälswerte sind jedoch bei Kapazitätsdioden schwierig zu verwirklichen.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, einen ab- und nachstimmbaren Schwingkreis anzugeben, dessen Abstimmsteilheit im Absliinmbereich annähernd konstant ist, und dessen Ab- und Nachstimmschaltung einfacher als die bekannte Schallung ist und deren Nachteile vermeidet.

du

= -a K-U

Für die Bauelementenkonstante K gilt
K = C₀-UZ,

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 U₀ = 4 Volt gegeben.

Die mit diesen Daten berechnete Steilheit ~

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 u>

und die Steilheit ■-,-- ist

f~L·C '

1 · L

de

dr.,

de

= --WL

Für die Abstimmsteilheit V''- eines Schwingkreises mit einer Kapazitätsdiode gilt weiter

do,

dl/

dr„

de

de

du

Aus der Gleichung (2) läßt sich ableiten, daß sich bei einer Frequenzvariation von 1 : 1,85 die Steilheit ,"' im Verhältnis 1 : 6,3 ändert,
dt·

In diesem Verhältnis verringert sich auch die Abstimmsteilheit -,'" auf -"= = 20,6. Dies bedeutet, d u 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 Vielkana'.-Geräte. nicht ausreicht und die Verwendung derartiger elektronischer Abstimmelemenfe weitere Frequenzfehler verursacht, ist stets eine zusätzliche Nachstimmung der Oszillatorfrequenz nach einem Frequenznormal notwendig. Dber einen Frequenz- oder Phasenvergleich wird eine Nachstimmspannung gewonnen, die der Oszillator-Steuerspannung zugesetzt wird.

Für diesen Nachstimmkreis ist die unterschiedliche

Abstimmsteilheit ^ ' 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 : I.ij5 ergibt, nicht einzuhalten, wenn zur Nachstimmung nur eine Kapazitätsdiode verwendet wird. Erfolgt die Ab- und Nachstimmung dagegen nach der in Fig. 1 gezeigten erfindungsgemäßen 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 Cv parallelgeschaltet, die im wesentlichen durch die Sperrschichtkapazität einer Abstimm-Kapazitätsdiode 1 bestimmt wird. Die Elemente 6 und 9 sind Koppelkondensatoren, die die Abstimm-Kapazitätsdiode 1 mit der Schwingkreis-Induktivität L verbinden. Die weiteren, der Schwingkreis-Induktivität L parallelgeschalteten Kapazitäten sind im Ersatzschaltbild mit Cp zusammengefaßt. 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 Trimmkondcnsalor 3 zusammen mit der Schwingkreisinduktivität 4 dient zur Festlegung des Abstimmbereichs.

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 + Un zugeführt. Die so betriebene zweite Kapazitätsdiode 2 bewirkt eine entgegengesetzte Abhängigkeit der Abstimmsteilheil von der Betriebsfrequenz des Oszillators und kann daher zum Ausgleich der Frequenzabhängigkeil der Abstimmsteilheit der Abstimmkapazitätsdiode 1 verwendet werden. Bei konstanter Vorspannung + Uv bleibt nach Gleichung (1) die

Steilheit ^ der zweiten Kapazitätsdiode 2 konstant. Die Abslimmsteilheit _d"'· nimmt jedoch mit

<·,' 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 dfe Wahl der Kopplungselcmente und die Aufteilung der Nachstimmspannung ± Un auf die beiden Kapazitätsdioden I 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 I 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 Abstimmhereich von 26 bis 48 MHz. Dann ist bei der kleinen Steuerspannung von 2 V die größte Abstimmsteilheit , /. tieücbcn. Diese Abstimmsteilheit nimmt mit

die ·- *-

wachsender Sleuerspannung Ue ab und hat bei Ue = 60 V nur noch einen Bruchteil ihres Wertes bei L'c- = 2 V.

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

Abstimmsteilheiten, die sich auf die Steilheit ,y\ _

der Kurve A, F i g. 2, an der unteren Bandgrenze (26MHz) bezichen. Die relative Abstimmsteilheit

soll allgemein mit ' , gekennzeichnet werden. Die

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

d F Kurve B zeigt die relative Abstimmsteilheit ^

der Kapazitätsdiode 2, die mit konstanter Vorspannung und damit auch gleichbleibender Steilheit _d[; arbeitet fs. Gleichung (1)]. Der Einfluß der Steilheit

auf die Steilheit

nimmt jedoch nach

Gleichung (2) und (3) bei wachsender Oszillatorfrequenz/ mit <r,³ (bzw./³) zu. Die Kurve B zeigt demzufolge dieselbe Frequenzabhängigkeit. 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 Enden des Abslimmbercichs gleiche Steilheit vorliegt. Die resultierende Steilheil fällt dadurch nicht mehr auf etwa 5% ab. sondern erreicht mindestens 60"/.. des Maximalwertes.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Schwingkreis, bestehend aus einer Induktivität und einem der Induktivität parallelgeschalteten 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 (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) liegt.

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.

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 Sperrschichtkapazitiit der Kapazitätsdiode.

Für die Kapazität C einer Kapazitätsdiode gilt dabei angenähert