DE2146534C2 - Manually adjustable tuning oscillator groove locking device - Google Patents
Manually adjustable tuning oscillator groove locking deviceInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen manuell abstimmbaren und mittels eines Phasenregelkreises auf die Frequenz (fH) einer Vergleichsspannung (uK) rastbaren Os.ä'!ator mit einem über einen Handeinstelltrieb einstellbaren frequenzbestimmenden Element und mit einem Phasendiskriminator zur Umwandlung der Phase (</) zwischen der Oszillatorspannung (u,) und der Vergleichsspannung (uH) in eine Stellspannung zur Feinverstellung eines elektronisch steuerbaren frequenzbestimmenden Elementes.The invention relates to a tunable manually and by means of a phase locked loop to the frequency (f H) of a comparison voltage (U K) latchable Os.ä '! Ator with an adjustable over a Handeinstelltrieb frequency-determining element and a phase discriminator for converting the phase (</) between the oscillator voltage (u,) and the comparison voltage (u H ) into a control voltage for fine adjustment of an electronically controllable frequency-determining element.
Solche Oszillatoren finden sowohl in der Funktechnik als auch in der elektrischen Meßtechnik zur Steuerung von (Meß-)Sendern bzw. -Empfängern und ganz allgemein überall dort Anwendung, wo eineSuch oscillators are used both in radio technology and in electrical measurement technology Control of (measuring) transmitters or receivers and, in general, wherever a
ίο Oszillatorschwingung phasenstarr auf die Frequenzίο Oscillator oscillation phase-locked to the frequency
einer festen gegebenen Vergleichsspannung oder aufa fixed given equivalent stress or on
einzelne Frequenzen eines vorliegenden Frequenzrastc.s einzuregeln ist.individual frequencies of an existing frequency grid is to be regulated.
Bei bekannten Oszillatoren dieser Art (z. B. der Grobabstimmoszillator im Gerät »Rast- und wobbdbarer Oszillator RWO-5« der Firma Wandel u. GoI-termann. gemäß Datenblatt Pegelmeßplatz PSM-5, 5/2.68 — Blatt 1089) muß eine Drift der elektrischen Werte ihrer frequenzbestimmenden ElementeWith known oscillators of this type (e.g. the coarse tuning oscillator in the device »Rast- und wobbdbaren Oscillator RWO-5 «from the company Wandel & GoI-termann. according to data sheet level measuring station PSM-5, 5 / 2.68 - sheet 1089) there must be a drift of the electrical Values of their frequency-determining elements
so (beispielsweise durch Klima-, Betriebsspannungsoder Langzeit-EinlHisse bedingt) vom Phasenregelkreis mit ausgeregelt werden und resultiert daher in einer bleibenden (driftabhängigen) Phasendifferenz und Stellspannung. Dies engt den möglichst großso (for example by air conditioning, operating voltage or Long-term influences due) are also regulated by the phase-locked loop and therefore results in a permanent (drift-dependent) phase difference and control voltage. This narrows it down as much as possible
a5 erwünschten Fangbereich der Phasenregelung, also die Größe der vom Phasenregelkreis sicher ausregelbaren Abweichung der Oszillatorfrequenz von der Vergleichsfrequenz, spürbar ein. Daher besitzen die bekannten Oszillatoren dieser Art auf mannigfache Weise ausgeführte Rastanzeigen, die eine genaue ? Ii ndeinstellung erleichtern.a 5 desired capture range of the phase control, that is to say the size of the deviation of the oscillator frequency from the comparison frequency that can be safely regulated by the phase-locked loop. Therefore, the known oscillators of this type have in many ways executed latching displays, which an exact? Make adjustments easier.
Die Erfindung hat die Aufgabe, den Oszillator nach dem Fangen so abzustimmen, daß keine Phasendifferenz verbleibt und die Stellspannung im Phasenregelkreis verschwindet, so da3 sich ein Arbeitspunkt in der Mitte des Fangbereiches «.rgibt. The invention has the task of tuning the oscillator after trapping so that there is no phase difference remains and the control voltage in the phase-locked loop disappears, so that an operating point is in the middle of the capture range.
Die Erfindung lost diese Aufgabe auf besonders einfache und vorteilhafte Art dadurch, daß die Stellspannung außerdem über einen Tiefpaß und einen Verstärker einem elektromechanischen Stellantrieb zugeführt wird, welcher über den Handeinslelltrieb auf das manuell einstellbare frequenzbestimmende Element wirkt und dieses im Sinne des Verschwindens der Stellspannung einstellt.The invention solves this problem in particular simple and advantageous type in that the control voltage also has a low-pass filter and a Amplifier is fed to an electromechanical actuator, which via the manual adjustment drive acts on the manually adjustable frequency-determining element and this in the sense of disappearing the control voltage.
Es ist nun zwar aus den USA.-Patentschriften 2 891 157 und 3 441 870 jeweils ein fern- bzw. dekadisch einstellbarer Oszillator bekannt, dessen Abstimmung von einer gemeinsamen Stellspannung sowohl elektronisch mittels einer Reaktanzstufe als auch mechanisch mittels eines Servo- bzw. Schrittschaltmotors betätigbar ist. Bei keinem der beiden bekannten Oszillatoren ist jedoch ein Handeinstelltrieb vorgesehen oder nahegelegt, so daß sie dem Fachmann keine Anregung zur Erfindung vermitteln.It is now a distant and decadal from US Patents 2,891,157 and 3,441,870 adjustable oscillator known whose tuning from a common control voltage both electronically by means of a reactance stage and mechanically by means of a servo or stepper motor is actuatable. However, neither of the two known oscillators has a manual adjustment drive provided or suggested so that they do not suggest the invention to the person skilled in the art.
Die Erfindung bietet den Vorteil, daß sie die gesonderte Rastanzeige überflüssig macht, da der Bedienende auf Grund des vom elektromechanischen Stellglied auf das manuell einstellbare frequenzbestimmende Element ausgeübten Einflusses fühlt, wenn die Frequenz gerastet ist: Beim Loslassen nach Verstellen des manuellen Einstellmittels innerhalb des Fangbereiches wird das manuell einstellbare frequenzbestimmende Element, also auch dessen Einstellmittel, vom elektromechanischen Stellglied automatisch vollends so eingestellt, daß die Phasenregelung des Oszillators in der Mitte ihres Fangbereiches arbeiten kann. Hier ist dann auch die Sicherheit gegen ungewolltes Ausrasten am größten, und einThe invention has the advantage that it makes the separate latching display superfluous, since the operator due to the manually adjustable frequency-determining element from the electromechanical actuator Element of exerted influence feels when the frequency is locked: When you let go of it Adjusting the manual setting means within the capture range becomes the manually adjustable one frequency-determining element, including its setting means, automatically from the electromechanical actuator completely adjusted so that the phase control of the oscillator is in the middle of its capture range can work. This is where the security against unintentional disengagement is greatest, and one
Dnftemfluß wird weiterhin laufend von der elektromechanischen, integral wirkenden Regelung allein vollkommen ausgeglichen, so daß eine Gefahr des Ausrastcns wegen Drift nicht gegeben ist. Schaltet man den Phasenregelkreis ab, so kann die Oszillator-Irequenz manuell oder über den elektromechanischen Stellantrieb stetig verstellt werden. Dies ist wichtig tür Suchvurgänge sowie für Wobbclbetrieb. Außerdem kann der elektromechanisehe Stellantrieb cveniuell die Wirkung eines Schwungrades bei der manu-(.Ilen Einstellung übernehmen.The electromechanical, integrally acting regulation alone completely balanced, so that there is a risk of Disengagement due to drift is not given. If you switch off the phase-locked loop, the oscillator frequency can can be continuously adjusted manually or via the electromechanical actuator. This is important for search processes as well as for wobbcling. Besides that can the electromechanical actuator cveniuell the effect of a flywheel in the manu - (. Ilen Apply setting.
Besonders zweckmäßige Ausbildungen der Erfindung werden in den Ansprüchen 2 und 3 offenbart, die sich in günstiger Weis, nach Anspruch 4 kombinieren lassen. Eine andere günstige Ausbildung der 1 dindung vermeidet die Verwendung eines Drehkondensators mit den Mitteln der Ansprüche 5 bzw. h.Particularly useful embodiments of the invention are disclosed in claims 2 and 3, which combine in a favorable manner according to claim 4 leave. Another favorable design of the compound avoids the use of a variable capacitor with the means of claims 5 and h.
Die Erfindung ist in der Zeichnung an Hand zweier Ausführungsbeispiele schematisch dargestellt. Hierbei zeigtThe invention is shown schematically in the drawing using two exemplary embodiments. Here shows
Fig. 1 ein Blockschaltbild eines manuell einstellbaren Abstimm-Oszillators mit Phasen-Rasteinrichtung und Stellmotor nach dem ersten Ausführungslicispiel, Fig. 1 is a block diagram of a manually adjustable Tuning oscillator with phase locking device and servomotor according to the first exemplary embodiment,
Fig. 2 ein entsprechendes Blockschaltbild zum /weiten Ausführungsbeispiel undFig. 2 is a corresponding block diagram for / wide embodiment and
Fig. 3 eine vereinfachte Draufsicht eines /um Ab-■ timm-Oszillator in Fig. 1 oder 2 gehörigen manuell einstellbaren frequenzbestimmenden Hlemei.tes mit Handeinstellrad und Stellmotor.3 shows a simplified plan view of a / to Ab- ■ Timm oscillator in Fig. 1 or 2 belonging manually adjustable frequency-determining devices with manual adjustment wheel and servomotor.
Im ersten Ausführungsbeispiel (Fig. 1 und 3) hat ein abstimmbarer Oszillator 1 einen Drehkondensator 2 als mittels eines Handeinstellrades 11 über eine Untersetzung 12, 13 manuell einstellbares frequenzhestimmendes Element. Ferner hat der Oszillator 1 eine Kapazitätsdiode la als elektronisch steuerbares freqii.nzbeslimmendcs Element, das von einer Stellspannung u gesteuert wird, welche ein Phasendiskriminator 5 liefert. Letzterer wird ai. einem ersten Eingang vom Ausgang des Oszillators 1 mit dessen Oszillatorspannung«, beaufschlagt und erhält an einem zweiten Eingang eine Vergleichsspannung uR. %vclchc von einem Normalfrequenzgenerator 3 der Frequenz/v über einen Nadel-Pulsformer 4 erzeugt wird. Der Ausgang des Phasendiskriminators 5 ist außer mit dem Oszillator 1 auch mit einem Tiefpaß 6 verbunden, welcher mit seinem langsam veränderlichen Ausgangs-Sleuersignal über einen Verstärker 7 einen Stellmotor 8 steuert, wobei dessen Drehzahl vom Betrag des Steuersignals und damit der Stellspannung u und die Antriebsrichtung vom Vorreichen der letzteren bestimmt wird. Der Stellmotor 8 treibt über ein Ritzel 9 (Fig. 3) ein Zahnrad 10 an, das auf der Achse des Hamieinstellrades 11 sitzt. Diese Achse treibt ihrerseits über die Untersetzung 12, 13 die Achse des Drehkondensators 2. Bei Verschwinden der Stellspannung u steht der Stellmotor 8 still.In the first exemplary embodiment (FIGS. 1 and 3), a tunable oscillator 1 has a variable capacitor 2 as a frequency-determining element which can be set manually by means of a manual adjustment wheel 11 via a reduction gear 12, 13. Further, the oscillator 1 has a capacitance diode la as an electronically controllable freqii.nzbeslimmendcs element which is controlled by a control voltage and which provides a phase discriminator. 5 The latter becomes ai. a first input from the output of the oscillator 1 with its oscillator voltage «, and receives a comparison voltage u R at a second input. % vclchc is generated by a normal frequency generator 3 of the frequency / v via a needle pulse shaper 4. The output of the phase discriminator 5 is connected not only to the oscillator 1 but also to a low-pass filter 6, which controls a servomotor 8 with its slowly changing output sleuersignal via an amplifier 7, the speed of which depends on the amount of the control signal and thus the control voltage u and the drive direction is determined by the submission of the latter. The servomotor 8 drives a gearwheel 10 via a pinion 9 (FIG. 3), which is seated on the axis of the Hamieinstellrades 11. This axis in turn drives the axis of the variable capacitor 2 via the reduction gear 12, 13. When the actuating voltage u disappears, the servomotor 8 is at a standstill.
Der Oszillator 1 soll mit seiner Frequenz / auf eine Harmonische (Spannung uR') der Frequenz fv des Normalfrequenzgenerators 3 gerastet werden. Der Nadel-Pulsform.7 4 liefert ein hierzu geeignetes Frequenzspektrum, welches (über das Handeinstellrad 11 auswählbarc) Sollwerte für eine Phasenregelung liefert, die von eintir. Phasenregelkreis ausgeführt wird, der mit Hilfe des Phasendiskriminators 5 und der Kapazitätsdiode ?,a aufgebaut ist. Wenn gerastet ist, d. h. die Oszillatorfrequenz 7 mit einer gewünschten Harmonischen von fv genau übereinstimmt, liegt / in der Mitte des Fangbereiches, und der Phasendiskriminator 5 möge die Phase 0 messen. Eine Drift I/ der Oszillatorfrequenz / wird zunächst durch die Phasenregelung kompensiert und ruft dabei eine gewisse Phasendifferenz .It/ zwischen den Spannungen 1/, und uK hervor, resultiert also in einer Stellspannung u. The oscillator 1 is to be locked with its frequency / to a harmonic (voltage u R ') of the frequency f v of the normal frequency generator 3. The needle pulse shape.7 4 supplies a frequency spectrum suitable for this purpose, which (selectable via the hand setting wheel 11) supplies setpoint values for a phase control that can be varied from one to the other. Phase locked loop is executed, which is constructed with the aid of the phase discriminator 5 and the capacitance diode ?, A. When it is locked, ie the oscillator frequency 7 exactly matches a desired harmonic of f v , / is in the middle of the capture range, and the phase discriminator 5 should measure phase 0. A drift I / the oscillator frequency / is initially compensated by the phase control and causes a certain phase difference .It / between the voltages 1 /, and u K , thus resulting in a control voltage u.
Die Stellspannung u wirkt über den langsamen, nebengeordneten Regelkreis 6, 7, 8, der wegen des Stellmotors 8 integral arbeitet, im Sinne des Verschwindens der Phasendilferenz l</ und der Stellspannung μ, so daß der Phasendiskriminator 5 tatsächlich die Phase 0 mißt und keine Stellspannung mehr abgibt, also die Phasenregelung in der Mitte des Fangbereiches arbeitet.The control voltage u acts via the slow, secondary control circuit 6, 7, 8, which works integrally because of the servomotor 8, in the sense of the disappearance of the phase difference l </ and the control voltage μ, so that the phase discriminator 5 actually measures phase 0 and none Outputs more control voltage, so the phase control works in the middle of the capture range.
Bei einer manuellen Verstellung der Oszillatorf requenz / übt der Stellmotor 8 immer dann ein Moment auf das Handeins· !lrad 11 aus, wenn / in den Fangbereich einer der Harmonischen von /,. kommt; dieses Drehmoment stimmt den Oszillator 1 in derselben Richtung ab wie die elektronische Phasenregelung. Der Bedienende fühlt dieses Drehmoment und weiß damit, daß die Oszillatorfrequenz auf die (laut Einstellskala) nächstliegende Harmonische von /,. einrastet. Solange keine neue Handverstellung erfolgt, ist damit sichergestellt, daß der Stellmotor alle Drifteinflüsse ausgleicht, ohne den Regelbereich der Phasenregelung zu belasten.When the oscillator frequency is adjusted manually, the servomotor 8 always exerts a torque on the hand wheel 11 if / in the Capture range of one of the harmonics of / ,. comes; this torque tunes the oscillator 1 in the same direction as the electronic phase control. The operator feels this torque and knows that the oscillator frequency is on the (according to the setting scale) nearest harmonics from / ,. clicks into place. As long as there is no new manual adjustment takes place, this ensures that the servomotor compensates for all drift influences without the control range to load the phase control.
Der Oszillator 1 kann auch ohne jeweiliges Einrasten auf die einzelnen Harmonischen von /,. stetig durchlaufend abgestimmt werden, wenn der Phasenregelkreis abgeschaltet, d. h. am Ausgang des Phasendiskriminators 5 aufgetrennt wird. Dann ist der Oszillator 1 entweder elektronisch mit einer von außen gelieferten, stetig veränderlichen Stellspannung u steuerbar, oder die Oszillatorfrequenz / kann mit Hilfe äußerer Steuersignale über den Stellmotor 8 kontinuierlich verändert werden.The oscillator 1 can also be switched to the individual harmonics of / ,. be tuned continuously continuously when the phase-locked loop is switched off, ie is disconnected at the output of the phase discriminator 5. Then the oscillator 1 can either be electronically controlled with an externally supplied, continuously variable control voltage u , or the oscillator frequency / can be continuously changed with the aid of external control signals via the control motor 8.
Bei Handabstimmung des Oszillators 1 (mit oder ohne Frequenzrastung) übernimmt der Stellmotor 8 die Rolle eines Schwungrades. Ein solches kann daher weggelassen werden.When the oscillator 1 is tuned manually (with or without frequency locking), the servomotor 8 takes over the role of a flywheel. This can therefore be omitted.
Beim zweiten Ausführungsbeispiel (Fig. 2 und 3) sind in Fig. 2 die dem ersten Ausführungsbeispiel entsprechenden Elemente mit den Bezifferungen der F i g. 1 als Endziffern bezeichnet.In the second embodiment (FIGS. 2 and 3), FIG. 2 shows those of the first embodiment corresponding elements with the numbers in FIG. 1 designated as final digits.
Das zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich vom ersten darin, daß der Drehkondensator 2 als manuell einsteilbares frequenzbestimmendes Element durch ein an einer Gleichspannungsquelle liegendes und sowohl manuell als auch durch den Stellmotor 28 einstellbares Potentiometer 22 ersetzt ist, dessen Spannungsteilerabgriff mit dem einen Eingang eines Differenzverstärkers 20 hoher Verstärkung verbunden ist, der die Stellgröße eines Nachführ-Regelkreises liefert zur Naehregelung der Oszillatorfrequenz / proportional zur Größe der am Potentiometer 22 eingestellten Spannung. Der andere Eingang des Differenzverstärkers 20 liegt zu diesem Zweck am Ausgang eines Frequenzdiskriminators 29, der eingangsseitig von der Frequenz / des abstimmbaren Oszillators 21 beaufschlagt ist. Der Ausgang des Differenzverstärkers 20 ist mit einem Eingang eines Summierers 30 verbunden, an dessen anderem Eingang der Ausgang des Phasendiskriminators 25 liegt (der jetzt nicht mehr wie im ersten Ausführungsbeispiel direkt mit Kapazitätsdiode la Verbindung hat); nun sind beide frequenzbestimmenden Elemente inThe second embodiment differs from the first in that the variable capacitor 2, as a manually adjustable frequency-determining element, is replaced by a potentiometer 22 connected to a DC voltage source and adjustable both manually and by the servomotor 28, the voltage divider tap of which with one input of a differential amplifier 20 high gain is connected, which supplies the manipulated variable of a tracking control loop for close control of the oscillator frequency / proportional to the size of the voltage set on the potentiometer 22. For this purpose, the other input of the differential amplifier 20 is at the output of a frequency discriminator 29 to which the frequency / of the tunable oscillator 21 acts on the input side. The output of the differential amplifier 20 is connected to an input of an adder 30, at the other input of which the output of the phase discriminator 25 is located (which now no longer has a direct connection with the capacitance diode la as in the first embodiment); now both frequency-determining elements are in
einer Kapazitätsdiode 22α vereinigt, die vom Ausgang des Summierers 30 angesteuert wird.a capacitance diode 22α, which is controlled by the output of the summer 30.
Der Nachführ-Regelkreis 20, 21, 22, 30 steuert die Oszillatorfrequcnz / in dem Sinne, daß die Differenz der Spannungen am Eingang des DifrerenzverstUrkers 20 zu Null wird. Damit entspricht die Oszillatorfrequenz/ einem am Potentiometer 22 manuell eingestellten bzw. dort durch den Stellmotor 28 wie im ersten Ausführungsbeispiel eingeregelten Wert.The tracking control circuit 20, 21, 22, 30 controls the oscillator frequency / in the sense that the difference the voltages at the input of the differential amplifier 20 becomes zero. The oscillator frequency / corresponds to a manually set on the potentiometer 22 or the value regulated there by the servomotor 28 as in the first exemplary embodiment.
Auf diese Weise wird bei sonst gleicher Funktion wie im ersten Ausführungsbeispiel ein mechanisch präziserund eventuell raumaufwendiger Drehkondensator eingespart und durch Bauelemente mit rein elektrischen Anforderungen ersetzt. Außerdem kann eine bei Verwendung eines Drehkondensators notwendigerweise nichtlineare Frequenzskala (am Handeinstellrad 11 nicht gezeichnet) zur Einstellung der Oszillatorfrequenz / am Potentiometer 22 ohne weiteres linear gemacht werden. Schließlich braucht auch das Potentiometer 22 räumlich nicht wie ein Drehkondensator im Oszillator 21 angeordnet zu sein, so daß die Lage des Oszillators 21 in einem Gerät unabhängig von der Anbringung der Einstellmechanik der Fig. 3 ist.In this way, with otherwise the same function as in the first exemplary embodiment, a mechanical Precise and possibly space-consuming variable capacitor saved and purely through components replaced electrical requirements. In addition, when using a variable capacitor, one can necessarily non-linear frequency scale (not shown on the hand setting wheel 11) for setting the Oscillator frequency / can easily be made linear on potentiometer 22. Finally also needs the potentiometer 22 not to be spatially arranged like a variable capacitor in the oscillator 21, so that the position of the oscillator 21 in a device regardless of the attachment of the adjustment mechanism Fig. 3 is.
Der Nachführ-Regelkreis beim zweiten Ausführungsbeispiel kann auch entfallen und der Drehkondensator 2 des ersten Ausführungsbeispiels in direkter Entsprechung durch das an einer Gleichspannungsquelle liegende Potentiometer 22 ersetzt werden, wenn der lineare Zusammenhang zwischen der Einstellung des Potentiometers 22 und der dadurch erzeugten Oszillatorfrequenz / durch Einfügung eines die Nichtlinearität der Frequenz-Steuerspannungsabhängigkeit des Oszillators 21 entzerrenden Gliedes zwischen den Spannungsteilerabgriff des Potentiometers 22 und den einen Eingang des Summierers 30 hergestellt wird. Differenzverstärker 20 und Frequenzdiskriminator 29 fallen dann weg.The tracking control loop in the second exemplary embodiment can also be omitted and the variable capacitor 2 of the first embodiment in direct correspondence with that of a DC voltage source lying potentiometer 22 can be replaced if the linear relationship between the setting of the potentiometer 22 and the oscillator frequency generated thereby / by inserting a the non-linearity of the frequency control voltage dependence of the oscillator 21 equalizing element between the voltage divider tap of the potentiometer 22 and the one input of the adder 30 will be produced. Differential amplifier 20 and frequency discriminator 29 will then be dropped.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
Claims (7)
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