DE2218463B2

DE2218463B2 - Schaltung zum Nachregeln der Frequenz eines Generators auf eine Synchronisierfrequenz

Info

Publication number: DE2218463B2
Application number: DE19722218463
Authority: DE
Inventors: Hans 8000 Muenchen Pichl
Original assignee: Rohde and Schwarz GmbH and Co KG
Current assignee: Rohde and Schwarz GmbH and Co KG
Priority date: 1972-04-17
Filing date: 1972-04-17
Publication date: 1978-07-27
Also published as: DE2218463A1; DE2218463C3

Description

15

20

25

30

Die Erfindung betrifft eine Schaltung laut Oberbegriff des Hauptanspruches. ^o

Es sind Schaltungen zum Nachregeln der Frequenz eines Generators auf eine Synchronisierfrequenz bekannt, bei denen mittels eines Diskriminators eine von der Phasenverschiebung zwischen den beiden zu synchronisierenden Wechselspannungen abhängige Nachstimmspannung gewonnen wird. Wenn die Generatorwechselspannung unsymmetrisch ist, beispielsweise eine Sägezahnspannung, eine unsymmetrische Impulsspannung od. dgl., so können solche bekannten Schaltungen relativ einfach so erweitert werden, daß der Diskriminator schon im nicht synchronisierten Zustand eine von der Richtung der Frequenzabweichung abhängige Gleichspannung liefert, denn wegen der Kennzeichnung des zeitlichen Ablaufes der Generatorwechselspannung kann davon unmittelbar ein Kriterium für die richtige Polarität der Nachstimmspannung abgeleitet werden kann. Auf diesem Prinzip beruht beispielsweise die bekannte Synchronisierschaltung für Fernsehgeräte (SEI Technische Mitteilungen T 0922/2, S. 1-11). Hierbei wird nach dem an sich bekannten Regelprinzip (Cassmann, Phasen- und Frequenzvergleichsschaltung AEU, Band 15, 1961, Heft 8, S. 359—376), die am Ausgang eines Diskriminators auftretende Schwebungsfrequenz der beiden zu synchronisierenden Wechselspannungen über einen periodischen Schalter, der nur zwischen den beiden Extremwerten einer 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 Vergleichsimpulsen angesteuert wird. Dieses bekannte Prinzip ist allerdings nur für die Synchronisation von solchen Wechselspannungen geeignet, die als aufeinanderfolgende Spannungspakete mit dazwischenliegenden Lücken auftreten, also im wesentlichen nur zur Synchronisation von impulsweise auftretenden Spannungen. Eine Synchronisation von zusammenhängenden Spannungsverläufen symmetrischer Form wie Dreiecksspannungen oder sogar Sinusspannungen ist nach diesem Prinzip nicht möglich.

Zur Zeitregeneration von binären, z. B. pulsmodulierten Signalen ist es an sich bekannt, einen Taktgenerator vorzusehen, der auf die Grundfrequenz der zu regenerierenden Impulsfolge nach der Phase durch einen einen Phasendiskriminator und einen vorgeschalteten Integrator umfassenden Regelkreis synchronisiert wird (DAS 12 99 700). Um hierbei den Schaltungsaufwand für den Regelkreis zu vereinfachen, werden von der Sinusausgangsspannung des Taktgenerators zwei gegenphasige Steuerwechselspannungen abgeleitet, mit welchen zusammen mit der zu regenerierenden Impulsfolge zwei gegenphasige Strom- oder Spannungsquellen so gesteuert sind, daß beim Vorhandensein eines zu regenerierenden Impulses jeweils während der positiven Halbwellen der Taktgenerator-Sinusspannung nur die eine Strom- oder Spannungsquelle und anschließend während der negativen Halbwelle der Taktgenerator-Sinusspannung nur die andere Stromoder Spannungsquelle wirksam und an den Integrator angeschaltet ist, der schließlich die Nachregelspannung für den Taktgenerator liefert. Bei dieser zu einem anderen Zweck vorgesehenen Regelschaltung, die an sich zur Synchronisierung von symmetrischen Spannungen wie Sinusspannungen mit Impulsfolgen geeignet ist, liefert der Diskriminator im nichtsynchronisierten Zustand keine von der Richtung der Frequenzabweichung abhängige Gleichspannung, und auch diese bekannte Regelschaltung ermöglicht deshalb kein schnelles Nachregeln des noch unsynchronisierten Generators in Richtung der Sollfrequenz.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine im Aufbau einfache Schaltung zum Nachregeln der Frequenz eines Generators auf eine vorgegebene Synchronisierfrequenz zu schaffen, deren Diskriminator auch im nichtsynchronisierten Zustand eine von der Richtung der Frequenzabweichung abhängige Gleichspannung liefert, und zwar auch bei Generatoren mit symmetrischen Ausgangsspannungsverläufen wie Dreieckspannungen, Trapezspannungen oder sogar Sinusspannungen.

Diese Aufgabe wird, ausgehend von einer Schaltung laut Oberbegriff des Hauptanspruches, erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruches gelöst.

Bei der erfindungsgemäßen Schaltung wird vor dem Diskriminator, in welchem die Schwebungsfrequenz

swischen den beiden zu synchronisierenden Wechselspannungen gebildet wird, durch zeitabhängige Steuerung der einen Wechselspannung in Abhängigkeit von der anderen der Frequenzvergleich im Diskriminator jeweils nur auf einer Flanke der einen Wechselspannung durchgeführt, beispielsweise jeweils nur auf der ansteigenden Flanke einer Sinus- oder Dreieckspannung, so daß am Ausgang des Diskriminators jeweils eine verstimmungsabhängige Nachstimmspaiinung entsteht, über welche die Generator-Wechselspannung in der Frequenz unmittelbar in Ricntung der Sollfrequenz nachgeregelt werden kann. Durch die Einführung einer gegenüber der einen Wechselspannung 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 Generatorfrequenz 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.

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 anderen Eingang mit einer durch ein vorgeschaltetes Phasendrehglied demgegenüber geringfügig 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 Verknüpfungsschaltung des Abtastdiskriminators angesteuert werden kann. Ein solcher 90°-Phasenschieber ist im Aufbau sehr einfach und billig, und er gewährleistet trotzdem in einem breiten Frequenzband eine genügend exakte und stabile 90° -Phasenverschiebung.

Die Erfindung sowie vorteilhafte Weiterbildungen davon werden im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert.

F i g. 1 zeigt das Prinzipschaltbild einer erfindungsgemäßen Nachregelschaltung;

F i g. 2 bis 5 zeigen die zugehörigen Spannungsverläufe für verschiedene Frequenzverhältnisse;

F i g. 6 zeigt das Prinzipschaltbild eines erfindunsgemäßen 90°-Phasenschiebers, angewendet bei einer Schaltung nach F i g. 1.

F i g. 1 zeigt einen in der Frequenz durch eine Nachstimm pannung AFC regelbaren Wechselspannungsgenerator G, dessen Ausgangsfrequenz f_g einem sog. Abtastdiskriminator 2 zugeführt wird, der seinerseits über eine Synchronisierfrequenz f_s angesteuert wird. In dem dargestellten Beispiel sei angenommen, daß der Generator G eine Dreieckspannung f_g abgibt und die Synchronisierfrequenz f_s in Form einer von außen zugeführten Impulsspannung vorliegt. Der Regelkreis besteht in üblicher Weise aus einem dem Diskriminator D nachgeschalleten Filter Fund einem darauffolgenden Netzwerk N zur Erzeugung der eigentlichen Nachstimmspannung AFC für den Generator C.

Von der Generatorspannung f_g wild über einen κ, Phasenschieber feine gegenüber der Synchronisierfrequenz /"s phasenverschobene Wechselspannung /„ erzeugt, die durch einen Impulsformer / in eine Rechteckspannung umgeformt wird. Vorzugsweise wird ein 90°-Phasenschieber P verwendet. Mit der phasenverschobenen Ausgangsrechteckspannung des Impulsformers / und den Synchronisierimpulsen f_s 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.

In F i g. 1 sind mit Ziffern jeweils die Spannungsverläufe bezeichnet, durch welche an Hand der F i g. 2 bis 5 die Funktion der erfindungsgemäßen Fangschaltung erläutert wird.

Fig.2 zeigt die Verhältnisse für den Fall, daß die Frequenz f_g der Generatorwechselspannung größer ist als die Frequenz der Synchronisierimpulse f_s. Ohne erfindungsgemäße Ansteuerung des Diskriminators D 3D über die Verknüpfungsschaltung U würJe die Schwebungsfrequenz am Ausgang des Diskriminators D den Verlaufs' einnehmen. Daraus könnte kein Kriterium für das Vorzeichen der Frequenzablage abgeleitet werden. Bei der erfindungsgemäßen Schaltung wird durch die j5 am Ausgang der Und-Schaltung U entstehenden Impulse 4, die ihrerseits abgeleitet werden durch das zeitliche Zusammentreffen der um 90° gegenüber der Generatorfrequenz verschobenen Rechteckimpulse 3 und den Synchronisierimpulsen 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 Diskriminators bis zum Erscheinen der nächsten positiven Flanke gespeichert, wie dies in Fig.2 durch den schraffierten Bereich der stark ausgezogenen Kurve 5 dargestellt ist.

so F i g. 3 zeigt die entsprechenden Spannungsverläufe für den Fall, daß die Generatorfrequenz f_g kleiner ist als die Synchronisierfrequenz /j. Hierbei wird während der negativen oder abfallenden Flanken der Generatorwechselspannung 1 der negative Spitzenwert gespeichert, wie dies in F i g. 3 durch den stark ausgezogenen Kurvenzug 5 dargestellt ist. Aus diesen beiden Kurvenverläufen 5 nach F i g. 2 bzw. 3 läßt sich durch Flächenintegration ein Kriterium für die Richtung der Frequenzablage zwischen den beiden zu synchronisierenden Wechselspannungen ableiten. Dies kann beispielsweise durch den Kondensator im Filter Ferfolgen, wie dies schematisch in F i g. 5 erläutert ist

In F i g. 4 ist schließlich der Fall der Synchronisation dargestellt, d. h. der Fall für f_g = /j. Hier stellt sich eine vorbestimmte mittlere Gleichspannung 5 am Ausgang des Diskriminators ein.

Am Punkt 6 des Filters Fentsteht nach Integration für die in Fig.2 und 3 dargestellten Fälle jeweils eine

Gleichspannung, die bezogen auf die sich nach F i g. 4 im synchronisierten Zustand einstellende mittlere Gleichspannung ein Kriterium für die Richtung der Frequenzablage ist. In F i g. 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 F i g. 4 im synchronisierten Zustand am Ausgang des Filters Feine mittlere ,4FC-Nachstimmspannung von 10 Volt ein, bei ig größer als f_s eine Spannung zwischen 10 und 15 Volt und für den Fall f_g kleiner als f_h eine Nachstimmspannung zwischen 10 und 5 Volt.

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 F i g. 2 bis 4 nur für umgekehrte Frequenzlagen.

Bei der erfindungsgemäßen Schaltung ist der Frequenzfangbereich gleich dem Ziehbereich der Synchronisierschaltung. Die Regelsteilheil 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 Ladung am Kondensator C und am Ausgang des Fillers F bestehen bleibt und damit auch der jeweils eingestellte Frequenzwert des Generators G. Die Schaltung eignet sich daher auch zum

^ri intermittierenden Synchronisierbetrieb.

Fig. 6 zeigt die Schaltung eines erfindungsgemäßen 90°-Phasenschiebers, der aus einem Differenzverstärker V hohen Verstärkungsgrades von etwa ν = 10⁵ besteht. Dem einen Eingang A dieses Differenzverstärkers V wird die in der Phase zu verschiebende Eingangswechselspannung zugeführt, in dem gezeigten Ausführungsbeispiel die Dreieckwechselspannung 1 der Schaltung nach Fig. 1. Dem anderen Eingang B wird eine gleichgroße und im Kurvcnverlauf 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 Phasendrchglied E erreicht. Am Aus-

2Ii gang C des Differenzverstärkers V entsteht damit eine Rechteckspannung, deren Nulldurchgänge gegenüber der ursprünglichen Wechselspannung 1 um 90° phasenverschoben ist.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltung zum Nachregeln der Frequenz eines Generators auf eine Synchronisierfrequenz mit einem Diskriminator, der eine von der Phasenverschiebung zwischen den beiden zu synchronisierenden Wechselspannungen abhängige Nachstimmspannung liefert und der über eine Verknüpfungsschaltung, die von der Synchronisierfrequenz und einer von der Generatorwechselspannung abgeleiteten phasenverschobenen Spannung angesteuert ist, gesteuert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Verknüpfungsschaltung (4) so gesteuert ist, daß der Diskriminator (D) entweder nur während der ansteigenden oder nur während der absteigenden Flanken der Generatorwechselspannung (1) zur Wirkung kommt.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von der Generatorwechselspannung (fg) eine etwa um 90° phasenverschobene Rechteckspannung (3) abgeleitet wird, die zusammen mit von der Synchronisierfrequenz abgeleiteten Impulsen (2) einer Und-Schaltung (4) zugeführt wird, durch welche der Diskriminator ^gesteuert ist.

3. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gegenüber der Generatorwechselspannung (fg) um 90° phasenverschobene Rechteckspannung (3) durch einen Differenzverstärker (V) hohen Verstärkungsgrades gebildet wird der am einen Eingang (A) mit der Generatorwechselspannung und am anderen Eingang mit einer durch ein vorgeschaltetes Phasendrehglied (E) demgegenüber geringfügig in der Phase verschobenen Wechselspannung beaufschlagt ist.

10