DE2247974C3 - Oszillator mit Phasen- und Frequenzregelschleife - Google Patents
Oszillator mit Phasen- und FrequenzregelschleifeInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Oszillator, der über eine einen Phasendiskriminator enthaltende, nach
dem Abtastverfahren arbeitende Regelschleife auf die Frequenzen einer Referenzschwingung stabilisiert ist
und der ferner für das Fangen des Oszillators eine nach Art eines Frequenzdiskriminators wirksame Einrichtung aufweist, bei dem ein Impulsformer vorgesehen ist,
der der vom Oszillator gelieferten Schwingung eine derartige Kurvenform verleiht, daß eine Sägezahnspannung mit der Frequenz des zu regelnden Oszillators
entsteht, die einen Anteil mit stetig abfallender Spannung hat, der eine weitgehend von der Frequenz
des zu regelnden Oszillators unabhängige Neigung aufweist.
Zur Synchronisierung eines frei schwingenden Oszillators auf eine beispielsweise mittels eines Quarzes
stabilisierte Referenzschwingung sind Frequenz- und Phasenregeleinrichtungen bekannt. Bevorzugt wird
meist die Phasensynchronisierung, da sie eine exakte Nachführung des frei schwingenden Oszillators gestattet. Da ein Phasendiskriminator jedoch nur maximal
einen Phasenunterschied von 360° erfassen kann, ist es erforderlich, eine Fangeinrichtung vorzusehen, die den
Oszillator zunächst in den Regelbereich der Phasenregelung bringt. Es sind Einrichtungen bekannt (»Phase
lock Techniques«) von Floyd M. Gardner, John Wiley & Sons, Inc, New York, London, Sydney, 1966,
Seite 54, F i g. 4 bis 13), die parallel zum Phasendiskriminator noch einen Frequenzdiskriminator enthalten,
■ wodurch mittels des Frequenzdiskriminators im Arbeitsbereich zunächst ein Ziehen der Frequenz auf den
angenähert exakten Wert erreicht wird, in dem der Phasendiskriminator in Tätigkeit tritt.
Zum Phasenvergleich zweier Schwingungen nach
κ· dem Abtastverfahren sind an sich bereits Anordnungen
(genanntes Buch. Kapitel 5-2, Seiten 58 bis 66) bekannt, bei denen die eine der zu vergleichenden Schwingungen
in eine zeitlineare Sägezahnspannung (im folgenden Text kurz Sägezahnspannung oder Sägezahn genannt)
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 Phasenabweichung der beiden
Schwingungen entsteht eine Regelspannung, die in bekannter Weise in der Regelschleife der Änderung
entgegenwirkt. Die Sägezahnform wird deshalb bevorzugt, da Ue 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.
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
Diffcienz nicht groß, so kann 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 die Wobbeispannung
besonders bei großer Frequenzdifferenz so gering, daß der Oszillator den Rastwert nicht mehr erreicht. Die
Oszillatorfrequenz schwankt dann um einen Mittelwert, der dem Mittelwert der Phasenbrückenausgangsspannung entspricht, jedoch mit zu kleinem Frequenzhub.
Durch die DT-OS 18 13 73<* ist nun eine Einrichtung
bekannt geworden, bei der aus der Schwingung des zu synchronisierenden Oszillators eine Sägezahnspannung
gewonnen wird, die im gefangenen Zustand des Oszillators einen gegenüber der Periodendauer kurzen
Abschnitt hat, in dem'die Sägezahnspannung gleichförmig bis auf einen konstanten Wert oder bis auf Null
abfällt. Gerät der Oszillator außer Tritt, so soll dieser Abschnitt der Sägezahnspannung die ganze Periodendauer ausfüllen, um zu vermeiden, daß der Tastpuls im
fl<>
nicht gefangenen Zustand in einen Zeitabschnitt der Sägezahnspannung fällt, der konstante oder Null-Spannung hat. Dazu ist eine Einrichtung erforderlich, die
erkennen kann, ob der Oszillator aus dem Haltebereich
der Phasenregelschleife geraten ist Eine solche Zusatzeinrichtung ist dort beschrieben, und sie beginnt
dann zu arbeiten, wenn sie feststellt, daß die abgetastete Spannung Null ist, d. h. die Tastung zu einem Zeitpunkt
stattfindet, zu dem die Sägezahnspannung bereits beendet ist
Bei einer ähnlichen Anordnung gemäß der DT-AS 12 77 314 wird zur Vermeidung dieser Null-Tastung eine
Koinzidenzschaltung verwendet die den Abtastimpuls nur dann passieren läßt, wenn u. U. nach mehreren
verstrichenen Perioden der Tastimpuls wieder in den Sägezahnbereich fällt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine demgegenüber vereinfachte Methode anzugeben, die
bei guten Halteeigenschaften der Phasenregelschleife ein leichtes Fangen bei Außertriitfalien des Phasenregelkrcises
ermöglicht
Diese Aufgabe wird bei einem Oszillator, der über eine einen Phasendiskriminator enthaltende, nach dem
Abtastverfahren arbeitende Regelschleife auf die Frequenzen einer Referenzschwingung stabilisiert ist
und der ferner für das Fangen des Oszillators eine nach Art eines Frequenzdiskriminators wirksame Einrichtung
aufweist bei dem ein Impulsformer vorgesehen ist, der der vom Oszillator gelieferten Schwingung eine
derartige Kurvenform verleiht, daß eine Sägezahnspannung mit der Frequenz des zu regelnden Oszillators
entsteht, die einen Anteil mit stetig abfallender Spannung hat, der eine weitgehend von der Frequenz
des zu regelnden Oszillators unabhängige Neigung aufweist, gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die
Sägezahnspannung eine derartige Form hat, daß neben dem stetig abfallenden Anteil zwei dem oberen und dem
unteren Grenzwert der Sägezahnspannung entsprechende spannungskonstante Abschnitte entstehen, von
denen wenigstens einer in seiner Dauer durch die Frequenz des Oszillators bestimmt wird, derart, daß
außer der für die Phasenregelung erforderlichen Änderung der Spannung innerhalb jeder Periode auch
noch eine Änderung des arithmetischen Mittelwertes der Spannung in Abhängigkeit von der Periodendauer
der Schwingung erfolgt.
Durch die FR-OS 20 92 903 ist dagegen ein Phasenvergleichssystem bekannt, bei dem die in
Rechteckform gebrachten Schwingungen der zu synchronisierenden und der Vergleichs-Schwingung einen
bistabilen Schaltkreis steuern, der abhängig vom Auftreten des ersten Impulses der heruntergeteilten
Oszillatorfrequenz einen Sägezahngenerator anläßt und bei Auftreten eines zeitlich unmittelbar folgenden
Impulses der hochstabilen Vergleichsfrequenz gestoppt wird. Diese Sägezahnspannung wird jedoch nicht
abgetastet, sondern, da der Phasenvergleich bereits im bistabilen Schaltkreis stattgefunden hat, nach mehreren
Umformungen dem Oszillator als Regelspannung zugeführt. Die zuletzt erhaltene gespeicherte Amplitude
der Sägezahnspannung bildet hier das Regelkriterium.
Eine vorteilhafte Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes besteht darin, daß der Anteil der stetig
abfallenden, zur Phasenregelung dienenden Sägezahnspannung durch einen Miller-Integrator erzeugt wird,
der von einer monostabilen Kippstufe gesteuert wird, deren Zeitkonstante den im wesentlichen durch die
Abschnitte A und B definierten Zeitraum bestimmt und deren Ansteuerung durch einen von der Oszillatorschwingung
abgeleiteten Triggerimpuls (F i g. 2, Zeile c) erfolgt
Eine derartige Schaltung ist in der Fig. 1 dargestellt
Die F i g. 2 zeigt Pulsdiagramme, die in der Schaltung nach F ig. 1 auftreten.
Die F i g. 3 zeigt in vergrößerter Darstellung die zur
Die F i g. 2 zeigt Pulsdiagramme, die in der Schaltung nach F ig. 1 auftreten.
Die F i g. 3 zeigt in vergrößerter Darstellung die zur
Regelung verwendete Kurvenform gemäß Zeile /"nach
Fig.Z
Bei der Schaltung nach F i g. I werden am Eingang die zweckmäßigerweise in eine Rechteckform gebrachten
Schwingungen U,n des frei schwingenden Oszillators
ίο zugeführt Diese Schwingungsform ist in der Zeile a der
F i g. 2 dargestellt Diese Rechteckimpulse werden auf ein Differenzierglied, bestehend aus dem Kondensator
C1 und dem Widerstand R1 gegeben und dann dem
Transistor Tl zugeführt An der Basis des Transistors Tl steht also dann eine Spannung etwa gemäß dem
Kurvenverlauf b in Fi g. 2. Da der Transistor Tl über
den Widerstand R 1 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 TI dient lediglich zur
Trennung (Emitterfolger), und demzufolge ist an seinem Emitter der gleiche Spannungsverlauf vorhanden. Über
die Kapazität C2 wird diese Spannung einem dritten Transistor T3 an seiner Basis zugeführt.
Bei Erscheinen des positiven Impulses nach Zeile can
der Basia von Transistor T3 fließt ein starker Basisstrom, der C2 auflädt. Ab der hinteren Flanke des
Impulses ist der Transistor T3 gesperrt, bis er entsprechend der Zeitkonstante R 4 ■ C2 wieder leitend
wird. An seiner Basis tritt dann also eine Spannung gemäß Zeile t/auf. Während T3 gesperrt ist, wirkt T4 in
Verbindung mit Ci, R5 und RS als Miller-Integrator
und erzeugt an seinem Kollektor einen zeitlinearen
M Spannungsabfall. Während T3 leitet, ist die Basis von
T4 mit dem Nullpotential 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 von T4
ein Spannungsverlauf (Spannung Ei) nach Zeile fin
F i g. 2, der in F i g. 3 nochmals vergrößert wiedergegeben ist und der die gewünschte Form hat. Diese
Spannung wird im Schaltbeispiel einer Diodenbrücke (Gl, G 2, G 3, G 4) zugeführt, die den eingangs
erwähnten Schalter bildet, an den ferner die von der Vergleichsschwingung abgeleiteten Gegentakt-Tastimpulse
angelegt sind. Am Ausgang A erscheint dann die durch C4 geglättete Regelspannung.
Bei der Kurvenform nach der F i g. 3 ist der Abschnitt A der zeitlineare Spannungsabfall beim Miller-Integrator
und seine Neigung wird durch die von R 5 und C3 bestimmte Zeitkonstante festgelegt. Im Abschnitt B ist
der Transistor T4 gesättigt. Die Gesamtzeit von Abschnitt A und B zwischen 11 und f 2 ist gleich der
Sperrzeit von T3 und wird vorwiegend durch die Zeitkonstante R 4 - 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
(10 verändert und damit der Gleichspannungsmittelwert des gesamten Spannungsverlaufs zwischen 11 und 13.
Der erfindungsgemäße Spannungsverlauf kann auch auf andere Art gewonnen werden, z. B. so, daß die
Dauer der Abschnitte Sund Cin Abhängigkeit von der
<><; Frequenz des frei schwingenden Oszillators entgegengesetzt
verändert wird.
Hierzu ζ Blatt Zeichnungen
Claims (2)
1. Oszillator, der über eine einen Phasendiskriminator enthaltende, nach dem Abtastverfahren
arbeitende Regelschleife auf die Frequenzen einer Referenzschwingung stabilisiert ist und der ferner
für das Fangen des Oszillators eine nach Art eines Frequenzdiskriminators wirksame Einrichtung aufweist, bei dem ein Impulsformer vorgesehen ist, der
der vom Oszillator gelieferten Schwingung eine derartige Kurvenform verleiht, daß eine Sägezahnspannung mit der Frequenz des zu regelnden
Oszillators entsteht, die einen Anteil mit stetig abfallender Spannung hat, der eine weitgehend von
der Frequenz des zu regelnden Oszillators unabhängige Neigung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Sägezahnspannung eine
derartige Form hat, daß neben dem stetig abfallenden Anteil (A) zwei dem oberen und dem unteren
Grenzwert der Sägezahnspannung entsprechende spannungskonstante Abschnitte (B, C) entstehen,
von denen wenigstens einer in seiner Dauer durch die Frequenz des Oszillators bestimmt wird, derart,
daß außer der für die Phasenregelung erforderlichen Änderung der Spannung innerhalb jeder Periode
auch noch eine Änderung des arithmetischen Mittelwertes der Spannung in Abhängigkeit von der
Periodendauer der Schwingung erfolgt.
2. Oszillator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil (A) der stetig abfallenden,
/ur Phasenregelung dienenden Sägezahnspannung durch einen Miller-Integrator (TA, C3, RS, Rb)
erzeugt wird, der von einer monostabilen Kippstufe (Γ2, C2, R 4) gesteuert wird, deren Zeitkonstante
(C2, R A) den im wesentlichen durch die Abschnitte
A und B definierten Zeitraum bestimmt und deren Ansteuerung durch einen von der Oszillatorschwingung abgeleiteten Triggerimpuls (Fig.2, Zeile c )
erfolgt.
Priority Applications (10)
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BE136189A BE805482A (fr) | 1972-09-29 | 1973-09-28 | Oscillateur comportant une boucle de regulation de la phase et de la frequence |
US00402370A US3843936A (en) | 1972-09-29 | 1973-10-01 | Stabilized oscillator |
Applications Claiming Priority (1)
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DE19722247974 DE2247974C3 (de) | 1972-09-29 | Oszillator mit Phasen- und Frequenzregelschleife |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
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DE2247974A1 DE2247974A1 (de) | 1974-04-11 |
DE2247974B2 DE2247974B2 (de) | 1977-05-26 |
DE2247974C3 true DE2247974C3 (de) | 1978-01-05 |
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