DE2247974A1 - Oszillator mit phasen- und frequenzregelschleife - Google Patents

Description

ITS AKTllEQSSJSI^SüHAi'T Hünohen 2, den 29- StR 197 2 Berlin und Küucuen Wiotersbacherplatz 2'

Oszillator mit Phasen- und Frequenzregelschleife

Die Erfindung "bezieht sieh auf einen Oszillator, der über eine einen Phasendiskriminstor enthaltende Regelschleife auf die Frequenz einer Referenzschwingung stabilisiert ist und der ferner für das Fangen des Oszillators eine nach Art eines Frequenzdiskriniinators- wirksame Einrichtung aufweist.

Zur Synchronisierung eines frei schwingenden Oszillators auf eine beispielsweise mittels Quarz stabilisierte Referenzschwingung sind Frequenz- und Phasenre.geleinrichtungen bekannt« Bevorzugt wird meist die Phasensynchronisierung, da sie eine exakte Nachführung des frei schwingenden Oszillators gestattet. Da ein Phasendiskriminatar jedoch nur maximal einen Phasenunterschied von "560° erfassen kann$ besteht die Aufgabe, eine Fangeinrichtung vorzusehen, die den Oszillator zunächst in den Regelbereich der Phasenregelung bringt. Zu diesem Zweck wird bei bekannten Einrichtungen, z.B. durch Wobbelung in einem größeren Bereich die Frequenz des frei schwingenden. Oszillators verändert, so daß sie zu irgendeiner Zeit genau mit der Frequenz der Vergleichsschwingung übereinstimmt, wodurch der eingerastete Zustand für die Phasenregelung erreicht wird. Dabei muß jedoch eine Einrichtung dafür sorgen, daß beim Erreichen dieses Zustandes die Wobbelspannung abrupt abgeschaltet wird. Es sind ferner hierzu Einrichtungen bekannt, die parallel zum Phasendiskriminator noch einen Frequenzdiskriminator enthalten, wodurch

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mittels des Prequenzdiskriininators im Arbeitsbereich zunächst ein Ziehen der Frequenz auf den angenähert exakten Wert erreicht wird, in dem der PhasendiskrimÄ-nator in Tätigkeit tritt.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die letztge_T nannte Einrichtung derart zu verbessern, daß ein getrennter Frequenzdiskriminator entfallen kann.

Diese Aufgabe wird bei einem Oszillator, der über eine einen Phasendiskriminator enthaltende Regelschleife auf die Frequenz einer Referenzschwingung stabilisiert ist und der ferner für das Fangen des Oszillators eine nach Art eines Frequenzdiskriminators wirksame Einrichtung aufweist, gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß bei Verwendung einer Phasenregelung nach dem Abtastverfahren ein Impulsformer vorgesehen ist, der der vom Oszillator gelieferten Schwingung eine derartige Kurvenform verleiht, daß außer der für die Phasenregelung erforderlichen Änderung der Spannung innerhalb einer Periode auch noch eine Änderung des arithmetischen Mittelwerts der Spannung in Abhängigkeit von der Periodendauer der nicht konstanten Schwingung erfolgt. .

Es ist vorteilhaft, wenn die Kurvenform aus ei^em in seiner Neigung frequenzunabhängigen Anteil besteht und zwei dem oberen und unteren Grenzwert der Schwingung entsprechenden spannungskonstanten Abschnitten (B, C), von denen wenigstens einer in seiner Dauer durch die Frequenz des Oszillators bestimmt wird.

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Nachstehend wird die Erfindung anhand von Figuren näher erläutert.

Zum Phasenvergleich zweier Schwingungen nach dem Abtastverfahren sind an sich bereits Anordnungen bekannt, bei denen die eine der zu vergleichenden Schwingungen .in eine zeitlineare Sägezahnspannung umgeformt wird, während die andere Schwingung einen Schalter steuert, der im Takte dieser Schwingung während kurzer Tastzeiten den Augenblickswert dieser Sägezahnspannung durchschaltet und der nach Integrierung als Stellgröße für das Frequenznachstellglied des frei schwingenden Oszillators dient. Wenn die beiden Schwingungen exakt übereinstimmen, ist diese Frequenznachstellspannung konstant, da bei der Tastung jeweils der gleiche Augenblickswert der Sägezahnspannung erscheint. Bei Phasenabweiehung der beiden Schwingungen entsteht eine Regelspannung, die in bekannter Weise in der Regelschleife der Änderung entgegenwirkt. Die Sägezahnform wird deshalb bevorzugt, da sie für diesen Zweck den größten Eindeutigkeitsbereich des Phasendiskriminators ergibt, denn dabei geht in einer Periode lediglich der im Vergleich zum Hinlauf sehr kurze Rücklauf für die Ausnutzung verloren, so daß ein erfaßbarer Bereich von fast 360° entsteht.

Sind die Grundfrequenzen der miteinander zu vergleichenden Schwingungen jedoch verschieden, so erscheint als Stellgröße eine Treppenspannung, da der Austastimpuls jeweils an anderen Stellen des Sägezahns erscheinen wird. Damit entsteht eine Treppenspannung, deren Grundfrequenz gleich der Frequenzdifferenz der miteinander verglichenen Schwingungen ist. Ist diese Differenz nicht groß, so kann

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durch die so entstandene Wobbeispannung auf der Nachstelleitung der frei schwingende, spannungsgesteuerte Oszillator einen derartigen Frequenzhub erhalten, daß er in den Einrastzustand für die Phasenregelung gelangt. Da jedoch aus verschiedenen Gründen die Nachregelspannung für den spannungsgesteuerten Oszillator im allgemeinen relativ große Siebglieder, also Glieder mit hoher Zeitkonstante enthält, wird, wie oben geschildert, die entstandene Wobbelspannung besonders bei großer Frequenzdifferenz derart herabgesetzt, daß der Oszillator den Rastwert nicht mehr erMcht. Die Oszillatorfrequenz schwankt dann um einen Mittelwert, der dem Mittelwert der Phasenbrückenausgangsspannung entspricht, jedoch mit zu kleinem Frequenzhub. Durch die Erfindung wird diesem Nachteil dadurch begegnet, daß der Mittelwert dieser Phasenbrückenausgangsspannung in Abhängigkeit von der Oszillatorfrequenz im richtigen Sinne verschoben und dadurch das Einrasten erleichtert, wird.

Zu diesem Zweck wird die vom Oszillator gelieferte Schwingung derart umgeformt, daß außer der für die Phasenregelung erforderlichen Änderung der Spannung innerhalb einer Periode auch noch eine Änderung des arithmetischen Mittelwertes der Spannung in Abhängigkeit von der Periodendauer der nichtkonstanten Schwingung erfolgt. Eine besonders günstige Schwingungsform ist hierfür ein Sägezahn mit abgeschnittenen Spitzen. Die Steilheit des Sägezahns, die die Phasensteilheit der Regelschleife mitbestimmt, soll bei allen Frequenzen gleich bleiben.

Am einfachsten läßt sich eine solche Schwingungsform durch die in Fig. 1 dargestellte Schaltung erreichen.

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Dieser Schaltung werden am Eingang- die zweckmäßig in eine Rechteckfarm gebrachten Schwingungen des frei schwingenden Oszillators üos zugeführt. Diese Schwin·»·. . gungsform ist in der Heile a der Pig. 2 dargestellt. Diese Reehteckimpulse werden auf ein Differenzierglied, "bestehend aus dem Kondensator Cl und dem Widerstand BI gegeben und damit wird der Transistor Tl beaufschlagt* An der Basis des Transistors T1 steht also dasm eine Spannung etwa gemäß dem Kurvenverlauf b in Pig. 2. Da der Transistor Tl über den Widerstand, R1 so vorgespannt ist, daß er ständig Strom zieht, kann ihn nur ein negativ gerichteter Impuls in den anderen Schaltzustand bringen. Daher erscheint am Kollektor von Tl der Spannungsverlauf nach Zeile c in Fig. 2. Der Transistor T2 dient lediglich zur Trennung (Emitterfolger) und demzufolge ist an seinem Emitter der gleiche Spannungsverlauf vorhanden, Über die Kapazität 02 wird diese Spannung einem dritten Transistor T3 an seiner Basis zugeführt,

Bei Erscheinen des positiven Impulses nach Zeile C an seiner Basis fließt ein starker Basisstrom, der C2 auflädt. Ab der hinteren Fläche des Impulses ist der Transistor T3 gesperrt, bis entsprechend der Zeitkonstante R4 · C2 der Transistor T3 wieder leitend wird. An seiner Basis tritt dann also eine Spannung gemäß Zeile d auf. Während T3 gesperrt, ist, wirkt T4 in .Verbindung mit 03, R5 und R'6.. als Miller-Integrator und erzeugt an seinem Kollektor einen zeitlinearen Spannungsabfall. Während T3 leitet, , ist die Basis von T4 mit dem Nullpotsntial verbunden, daher liegt der Kollektor auf hohem Potential, bis beim nächsten Sperren von T3 der Miller-Integrator wieder freigegeben wird. Es erscheint also dann am Kollektor

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von T4 ein Spannungsverlauf (Spannung E1) nach Zeile f in Fig. 2, der in Fig. 3 nochmals vergrößert wiedei?gegeben ist und die Form hat wie iie geuiß de? Erfindung gewünscht wird. Diese Spannung wird iaa Scbaltbeispiel
einer Diodenbrücke (G1, G2, G3, 64) snigeftJ&rt, die den eingangs erwähnten Schalter bildet, an den ferner- die
von der yergleichsschwingung abgeleiteten G.ejgeiitakt-'-Tastimpulse angelegt sind. Am Ausgang A erscheint dann die durch C4 geglättete Regelspannun^.

Bei der Kurvenform nach der Fig. 3 ist der Abschnitt A der zeitlineare Spannungsabfall beim Millerintegrator und seine Neigung wird durch die von R5_t &6 TOd 03 bestimmte Zeitkonstante festgelegt. Im Abgctoniiit D ist
der Transistor T4 gesättigt. Die Gesamtheit von Abschnitt A und B zwischen ti und t2 ist gleich der Sperre-Zeit von T3 und wird vorwiegend durch die Zeitkonstante R4 · C2 bestimmt. Die Gesamtperiode der Abschnitte A und B und C ist gegeben durch die Periodendauer der Oszillatoreingangsspannung, daher wird der Abschnitt C in Abhängigkeit von dieser verändert und damit der Gleichspannungsmittelwert des gesamten Spannungsverlaufs zwischen ti
und t3.

Der erfindungsgemäße Spannungsverlauf kann auch auf
andere Art gewonnen werden, z.B. so, daß die Dauer der Abschnitte B und C in Abhängigkeit von der Frequenz des frei schwingenden Oszillators entgegengesetzt verändert wird.

2 Patentansprüche

3 Figuren

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Claims (2)

Patentansprüche

1. /Oszillator, der über eine einen Pliasendiskriminator enthaltende Regeischleife auf die Frequenz einer Referenzschwingung stabilisiert ist und der ferner für das Fangen des Oszillators eine nach Art eines Frequenzdiskriminators wirksame Einrichtung aufweist, dadurch ge kenn zeichnet, daß bei Verwendung einer Phasenregelung nach dem Abtastverfahren ein Impulsformer vorgesehen ist, der der vom Oszillator gelMerten Schwingung eine derartige Kurvenform verleiht, daß außer der für die Phasenregelung erforderlichen Änderung der Spannung innerhalb einer Periode auch noch eine Änderung des arithmetischen Mittelwertes der Spannung in Abhängigkeit von der Periodendauer der nicht konstanten Schwingung erfolgt.

2. Oszillator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Kurvenform aus einem in seiner Neigung frequenzunabhängigen Anteil besteht und zwei dem oberen und unteren Grenzwert der Schwingung entsprechenden spannungskonstanten Abschnitten (B, C), von denen "wenigstens einer in seiner Dauer durch die Frequenz des Oszillators bestimmt wird.

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