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BESCHREIBUNG zu der Patentanmeldung betreffend Schaltung zum Nachregeln
der Frequenz eines Generators auf eine Synchronisierfrequenz Die Erfindung bezieht
sich auf eine Schaltung zum Nachregeln der Frequenz eines Generators auf eine Synchronisierfrequenz
mit einem Diskriminator, der eine von der Phasenverschiebung zwischen den beiden
zu synchronisierenden Wechseispannungen abhängige Nachstimmspannung liefert.
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Schaltungen dieser Art, bei denen zusätzlich schon im nicht synchronisierten
Zustand eine von der Richtung der Frequenz abweichung abhängige Gleichspannung vom
Diskriminator geliefert wird, können zur Synchronisation von unsymmetrischen Generatorwechselspannungen
wie Sägezahnspannungen, unsymmetrische Impulssparinungen oder dgl. relativ einfach
aufgebaut werden, da wegen der Kennzeichnung des zeitlichen Ablaufes der Generatorwechselspannung
davon unmittelbar ein Kriterium für die richtige Polarität der Nachstimmspannung
abgeleitet werden kann. Auf diesem Prinzip beruht beispielsweise die bekannte Schronisierschaltung
für Fernsehgeräte (SEL Technische Mitteilungen T 0922/2, Seiten 1-11). Hierbei wird
nach dem an sich bekannten Regelprinzip (Gassmann, Phasen- und Frequenzvergleichsschaltung
AEU, Band 15, 1961, Heft 8, Seiten 359-576) die am Ausgang eines Diskriminators
auf tretende Schwebungsfrequenz der beiden zu synchronisierenden Wechselspannungen
über einen periodischen Schalter, der nur zwischen den beiden Extremwerten eine
Periode der Schwebungsspannung geschlossen ist, einem Speicherkondensator zugeführt
und
in diesem wird damit Jeweils die letzte Extremwertspannung gespeichert, bis der
Schalter erneut geschlossen wird. Die am Speicherkondensator anstehende Spannung
ist für positive und negative Schwebungsfrequenzen umgekehrt gepolt und es entsteht
damit Jeweils ein positiver oder negativer Gleichspannungsmittelwert, der die verstimmungsabhängige
Nachstimmspannung bildet. Der periodische Schalter ist bei dieser bekannten Anordnung
unmittelbar durch die Schwellwerteinstellung der Dioden des Phasendiskriminators
realisiert, der einerseits mit den Rechteck-Synchronisierimpulsen des Fernsehgerätes
und andererseits mit differenzierten Vergleichs impulsen angesteuert wird. Dieses
bekannte Prinzip ist allerdings nur fUr die Synchronisation von solchen Wechselspannungen
geeignet, die als aufeinanderfolgende Spannungs pakete mit dazwischen liegenden
Lücken auftreten,also im wesentlichen nur zur Synchronisation von impulsweise auftretenden
Spannungen.
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Eine Synchronisation von zusammenhängenden Spannungsverläufen symmetrischer
Form wie Dreleclzpannungen oder sogar Sinusspannungen ist nach diesem Prinzip nicht
möglich.
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Es ist Aurgabe der Erfindung, eine im Aufbau einfache Schaltun6 zum
Nachregeln der Frequenz eines Generators auf eine vorgegebene Synchronisierfrequenz
zu schaffen, die auch zur Synchronisaion von symmetrischen Spannungsverläufen wie
Dreieckspannungen, Trapezspannungen oder sogar Sinusspannungen geeignet ist.
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Diese Aurgabe wird erfindungsgemäß ausgehend von einer Schaltung der
eingangs erwähnten Art durch die Merkmale nach dem Hauptanspruch geld8t.
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Bei der erfindungsgemä.ßen Schaltung wird vor dem Diskriminator, in
welchem die Schwebungsfrequenz zwischen den beiden zu synchronisierenden Wechselspannungen
gebildet wird, durch zeitabhängige Sbuerung der einen Wechselspannung in Abhängigkeit
von der anderen der Frequenzvergleich im Diskriminator Jeweils nur auf einer Flanke
der einen Wechselspannung durchgefUhrt, beispielsweise Jeweils nur auf der ansteigenden
Flanke einer Sinus- oder Dreieckspannung, so daß am Ausgang des Diskriminators Jeweils
eine verstimmungsabhängige Nachstimmspannung entsteht, über wel-Generator che die
Wechselspannung in der Frequenz unmotteltar in Richtung der Soll frequenz nachgeregelt
werden kann.
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Durch die Einführung einer gegenüber der einen Wechseispannung phasenverschobenen
dritten Wechselspannung wird bei der erfindungsgemäßen Schaltung also ein Kriterium
für die Kennzeichnung des zeitlichen Ablaufes auch von symmetrischen Spannungen,
beispielsweise auch von Sinusspannungen, gewonnen, von denen bekanntlich auch nicht
durch Differentiation oder Integration eine den zeitlichen Verlauf kennzeichnende
unsymmetrische Spannung ableitbar ist. Selbstverständlich kann auch in umgekehrter
Weise von der Synchronisierfrequenz eine entsprechend phasenverschobene Wechselspannung
abgeleitet werden, so daß über diese und die unverschobene Oeneratorfrequenz die
Verknüpfungsschaltung angesteuert wird. Als Diskriminator wird vorzugsweise ein
sogenannter Abtastdiskriminator verwendet, bei dem nach dem bekannten Samplingverfahren
der Frequenzvergleich durch Abtasten in aufeinanderfolgenden Perioden der zu synchronisierenden
Wechselspannung durchgeführt wird.
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Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung hat sich ein 90°-Phasenschieber
als besonders einfach realisierbar erwiesen,
der gekennzeichnet
ist durch einen Differenzverstärker hohen Verstärkungsgrades, der am einen Eingang
mit der in der Phase zu verschiebenden Eingangswechselspannung und am andere Eingang
mit einer durch ein vorgeschaltetes Phasendrehglied demgegenÜber geringfflgig phasenverschobenen
Wechselspannung beaufschlagt ist. Ein solcher erfindungsgemäßer Phasenschieber hat
sich als besonders geeignet erwiesen zur Ableitung der gegenüber der Generatorspannung
phasenverschobenen Wechselspannung bei einer Nachregelschaltung nach dem Hauptanspruch,
da hierbei am Ausgang eine phasenverschobene Rechteckimpulsspannung entsteht, mit
der unmittelbar die Verknüpfungßschaltung des Abtastdiskriminators angesteuert werden
kann. Ein solcher 900-Phasenschieber ist im Aufbau sehr einfach und billig und er
gewShrlelstet trotzdem in einem brelten Frequenz band eine genUgend exakte und stabile
90°-Phasenverschiebung.
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Die Erfindung sowie vorteilhafte Weiterbildungen davon werden im rolgenden
an Hand schematischer Zeichnungen an Ausfilhrungsbeispielen näher erläutert.
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Fig. 1 zeigt das Prinzipschaltbild einer erfindungsgemäßen Nachregeischaltung
Fig. 2 bis 5 zeigen die zugehUrlgen Spannungsverläufe für verschiedene Frequenzverh<nisse
Fig. 6 zeigt das Prinzipschaltbild eines erfindungsgemäaen 90°-Phasenschiebers angewendet
bei einer Schaltung nach Fig. 1
Fig. 1 zeigt einen in der Frequenz
durch eine Nachstimmspannung AFC regelbaren Wechselspannungsgenerator G, dessen
Ausgangs frequenz fg einem sog. Abtastdiskriminator 2 zugeführt wird, der seinerseits
über eine Synchronisierfrequenz fs angesteuert wird. In dem dargestellten Beispiel
sei angenommen, daß der Generator G eine Dreieckspannung fg abgibt und die Synchronisierfrequenz
fs in Form einer von außen zugeführten Impulsspannung vorliegt. Der Regelkreis besteht
in üblicher Weise aus einem dem Diskriminator D nachgeschalteten Filter P und einem
darauffolgenden Netzwerk N zur Erzeugung der eigentlichen Nachstimmspannung AFC
für den Generator G.
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Von der Generatorspannung fg wird über einen Phasenschieber P eine
gegenüber der Synchronisierfrequenz fs phasenverschobene Wechseispannung ry erzeugt,
die durch einen Impulsformer -I in eine Rechteckspannung umgeformt wird. Vorzugsweise
wird ein 90°-Phasenschieber P verwendet, Mit der phasenverschobenen Ausgangsrechteckspannung
des Impuisformers 1 und den Synchronisierimpulsen fs wird eine Und-Schaltung U angesteuert,
die ihrerseits den Abtastdiskriminator D steuert. Der Abtastdiskriminator D besteht
in dem gezeigten Ausführungsbeispiel aus einem Feldeffekttransistor T mit nachgeordnetem
Ladekondensator C.
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In Fig. 1 sind mit Ziffern Jeweils die Spannungsverläufe bezeichnet,
durch welche an Hand der Figuren 2 bis 5 die Funktion der erfindungsgemäßen Fangschaltung
erläutert wird.
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Fig. 2 zeigt die Verhältnisse für den Fall, daß die Frequenz f8 der
Generatorwechselspannung grdßer ist als die
Frequenz der Synchronisierimpulse
f. . Ohne erfindungsgemäßer Ansteuerung des Diskriminators D über die Verknüpfungsschaltung
U würde die Schwebungsfrequenz am Ausgang des Diskriminators D den Verlauf 5' einnehmen.
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Daraus könnte kein Kriterium für das Vorzeichen der Frequenzablage
abgeleitet werden. Bei der errindungsgemäßen Schaltung wird durch die am Ausgang
der Und-Schaltung U entstehenden Impulse 4, die ihrerseits abgeleitet werden durch
das zeitliche Zusammentreffen der um 900 gegenüber der Generatorfrequenz verschobenen
Rechteckimpulse 3 und den Synchronisterimpulsen 2, der Abtastdiskriminator D so
gesteuert, daß in dem gezeigten Fall nur die positiven oder ansteigenden Flanken
der Dreieckspannung 1 der Generatorwechselspannung abgetastet werden. Im Bereich
der negativen oder abfallenden Flanken dieser Generatorwechselspannung 1 wird der
letzte Abtastwert der positiven Flanke im Kondensator C des Diskrimlnators bis zum
Erscheinen der nächsten positiven Flanke gespeichert, wie dies in Fig. 2 durch den
schraffierten Bereich der stark ausgezogenen Kurve 5 dargestellt ist.
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Fig. 3 zeigt die entsprechenden Spannungsverläufe nir den Fall, daS
die Generatorfrequenz fg kleiner ist als die Synchronisierfrequenz r. Hierbei wird
während der negativen ober abfallenden Flanken der Generatorwechselspannung 1 der
negative Spitzenwert gespeichert, wie dies in Fig. 3 durch den stark ausgezogenen
Kurvenzug 5 dargeatellt ist. Aus diesen beiden Kurvenverläufen 5 nach Fig. 2 bzw.
3 läßt sich durch Flächenintegration ein Kritorlu nir die Richtung der Frequenzablage
zwischen den
beiden zu synchronisierenden Wechselspannungen ableiten.
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Dies kann beispielsweise durch den Kondensator im Filter F erfolgen,
wie dies schematisch in Fig. 5 erläutert ist.
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In Fig. 4 ist schließlich der Fall der Synchronisation dargestellt,
d.h. der Fall für fg = f. Hier stellt sich eine vorbestimmte mittlere Oleichspannung-5
am Ausgang des Diskriminators ein.
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Am Punkt 6 des Filtera F entsteht nach Integration für die in Fig.
2 und 3 dargestellten Fälle Jeweils eine Gleichspannung, die bezogen auf die sich
nach Fig. 4 im synchronisierten Zustand einstellende mittlere Gleichspannung ein
Kriterium rür die Richtung der Frequenzablage ist.
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In Fig. 5 ist als Beispiel angenommen, daß die Dreieckwechselspannung
1 des Generators zwischen den Extremwerten +5 Volt und +15 Volt schwankt. Unter
diesen Voraussetzungen stellt sich nach Fig. 4 im synchronisierten Zustand am Ausgang
des Filters F eine mittlere AFC-Nachstilnmspannung von 10 Volt ein, bei fg großer
als f5 eine Spannung zwischen 10 und 15 Volt und für den Fall fg kleiner als £8
eine Naohstimmspannung zwischen 10 und 5 Volt.
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In analoger Weise kann selbstverständlich das Gleiche auch dadurch
erreicht werden, daß die Jeweilige Abtastung des Diskriminators nur auf den abfallenden
Flanken der Generatorfrequenz durchgeführt wird. Dabei ergeben sich die gleichen
Spannungsverläufe wie in den Figuren 2 bis 4 nur für umgekehrte Frequenzlagen.
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Bei der erfindungsgemäßen Schaltung ist der Frequenzfangbereich gleich
dem Ziehbereich der Synchronisierschaltung. Die Regelsteilheit und der Ziehbereich
werden am Netzwerk N eingestellt. Die Schaltung ist so bemessen, daß bei Ausfall
der Abtastimpulse 4 am Eingang des Transistors T die vorhandene Ledung am Kondensator
C und am Ausgang des Filters F bestehen bleibt und damit auch der Jeweils eingestellte
Frequenzwert des Generators G. Die Schaltung eignet sich daher auch zum intermittierenden
Synchronisierbetrieb.
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Fig. 6 zeigt die Schaltung eines erfindungsgemäßen 90°-Phasenschiebers,
der aus einem Differenzverstärker v hohen Verstärkungsgrades von etwa v = 105 besteht.
Dem einen Eingang A dieses Differenzverstärkers V wird die in der Phase zu verschiebende
Eingangswechselspannung zugeführt, in dem gezeigten Ausflllirungsbeispiel die Dreieckwechselspannung
1 der Schaltung nach Fig. 1. gleichgrosse und . Dem anderen Eingang B wira eine
# im Kurvenverlauf gleichartige Wechselspannung zugeführt, die jedoch gegenüber
der am Eingang A anliegenden Wechselspannung geringfügig in der Phase verschoben
ist, beispielsweise nur um einige Grad. Dies wird durch ein dem Eingang B vorgeschaltetes
Phasendrehglied E erreicht. Am Ausgang C des Difrerenzverstä.rkers V entsteht damit
eine Rechteckspannung, de-Nulldurchgänge renXgegenUbëh der ursprtlnglichen Wechselspannung
1 um 90 phasenverschoben ist.
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Patentansprüche