DE2358673B2 - Schaltungsanordnung fuer die digitale frequenzanzeige in einem rundfunkgeraet - Google Patents
Schaltungsanordnung fuer die digitale frequenzanzeige in einem rundfunkgeraetInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für ; digitale Frequenzanzeige in einem Rundfunkgerät
■ den AM- und FM-Bereich, bei der die Schwingungen s AM- und FM-Oszillators verstärkt, in rechteckförge
Schwingungen umgewandelt und mittels elektronischer Zähler gezählt werden.
In Rundfunkgeräten erfoigt bekanntlich die Senderanzeige durch einen Zeiger, der über einen Seilzug oder
ähnliche mechanische Einrichtungen von dem Abstimmorgan — in den meisten Fällen einem Drehkondensator
— angetrieben wird. Die Genauigkeit dieser Anzeige ist jedoch, abgesehen vom kommerziellen Empfängern,
unbefriedigend Im Mittelwellenbereich beträgt der Fehler einige kHz und im Kurzwellenbereich einige
zehn kHz trotz Bereichsaufteilung, so daß eine genaue Einstellung der gewünschten Sender nach der Skala
erschwert ist.
Zur Beseitigung dieser Nachteile ist es bekannt (Funk-Technik 1971, Heft 5, Seite 157-159 und Radio
Mentor 1973, Heft 9, Seite 389-391), eine digitale Frequenzanzeige vorzusehen.
Das Prinzip der digitalen Frequenzanzeige besteht darin, daß die Anzahl der Schwingungen des AM- bzw.
FM-Oszillators mittels eines elektronischen Zählers gezählt und nach Subtraktion der Zwischenfrequenz
optisch dargestellt wird. Der Zählvorgang erfolg; periodisch während einer festgelegten Zeitdauer.
Beispielsweise werden die Schwingungen alle 20 ms während einer Zeitdauer von 10 γπε gezählt.
Die dem FM- bzw. AM-Oszillator entnommenen Signale sind zu schwach, um die Zählschaltungen
anzusteuern. Bei der bekannten digitalen Frequenzanzeige ist deshalb jedem Oszillator ein breitbandiger
Verstärker zugeordnet, der die Schwingungen des jeweiligen Oszillators verstärkt. Die verstärkten
Schwingungen werden danach in rechteckförmige Schwingungen gleicher Grund-Frequenz umgewandelt,
die zur Ansteuerung der Zählschaltungen geeignet sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannten Schaltungsanordnungen für die digitale
Frequenzanzeige zu vereinfachen.
Die Erfindung geht aus von der eingangs genannten Schaltungsanordnung und besteht darin, daß zur
Verstärkung der Schwingungen des AM-Oszillators und der Schwingungen des FM-Oszillators ein so breitbandig
bemessener, gemeinsamer Breitbandverstärker vorgesehen ist, daß sowohl die Oszillatorschwingungen
für den AM-Bereich als auch diejenigen für den FM-Bereich erfaßt werden, und daß die Ankopplungen
des Breitbandverstärkers an die Oszillatoren so lose bemessen sind, daß die Oszillatoren durch Kapazitätsänderungen des Breitbandverstärkers nicht nennenswert
verstimmt werden.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Die Erfindung wird nachfolgend an Hand dei Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in
F i g. 1 und 2 je ein Ausführungsbeispiel einei erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung,
F i g. 3 und 4 je einen erfindungsgemäßen Breitbandverstärker,
F i g. 5 ein Blockschaltbild zur Erzeugung verschiede
ner Teilungsverhältnisse.
In F i g. 1 sind der FM-Oszillator 1 und dei
AM-Oszillator 3 eines nicht dargestellten Rundfunk empfängers zu erkennen. Je nach empfangenem
Wellenbereich ist nur der FM-Oszillator 1 oder nur dei AM-Oszillator 3 in Betrieb, indem nur dem jeweili
benötigten Oszillator eine Versorgungsspannung L zugeführt wird. Der AM-Oszillator 3 überstreicht be
der Abstimmung einen Frequenzbereich von etwa O1!
bis 25 MHz, während der Frequenzbereich des FM-Os zillators 1 von etwa 100 bis 120MHz reicht. Der fü
beide Oszillatoren 1, 3 gemeinsame Breitbandverstärker
8 muß deshalb eine Bandbreite von 0,5 bis 120 MHz
aufweisen. Um die Belastung der Oszillatoren 1,3 gering
zu halten und eine ausreichende Entkopplung zu erzielen, ist für den Breitbandverstärker 8 eine hohe
Verstärkung, beispielsweise 1 OOOf ach, vorgesehen.
Der Breitbandverstärker 8 verstärkt die jeweiligen Oszillatorschwingungen und formt sie gleichzeitig in die
für die folgenden digitalen Schaltkreise erforderlichen Rechteckschwingungen um. Das Eingangssignal für den
Vorteiler 9 muß z. B. einen Mindestpegel von 2,4 V für eine logische 1 besitzen und darf einen maximalen Pegel
von 0,4 V für eine logische 0 nicht überschreiten. Es ergibt sich als Mindestforderung eine Signalspannung,
die aus einem Gleichanteil von 1,4 V und einem überlagerten Wechselanteil von 2 Va besteht Außerdem
ist zu berücksichtigen, daß zur Erzielung steiler Schaltflanken der Wechselanteil bereits eine Begrenzerstufe
durchlaufen haben muß. Eine für die Ansteuerung der nachfolgenden Teuer (Flip-Fiop) ausreichende
Flankensteilheit der Rechteckschwingung kann bei hohen Frequenzen, z.B. 100MHz, bereits durch
Vollaussteuerung oder geringe Übersteuerung des Verstärkers erreicht werden, während bei niedrigen
Frequenzen z. B. 500 kHz für die gleiche FlankensteH-heil
ein entsprechend höherer Übersteuerungsgrad notwendig ist. Dieses entspricht einerseits der Abnahme
der Verstärkung zur oberen Grenzfrequenz hin, und es kann außerdem bei der Dimensionierung der Ankoppelschaltung
berücksichtigt werden, indem die Kopplung für den UKW-Bereich etwas loser gewählt wird.
Der Vorteiler 9 kann aus mehreren Flip-Flops in integrierter Transistor-Trar.sistor-Logik (TTL) bestehen.
Bei einer negativen Flanke eines Eingangsimpu^es ändert sich der \usgangszustand eines Flip-Flop von
logisch 0 auf 1 oder umgekehrt. Dadurch wird die Eingangstaktfolge und damit auch die Frequenz
halbiert. Bei Hintereinanderschaltung mehrerer Flip-Flop·kann '/4, Ve, V16 usw. der Eingangsfrequenz
erzeugt werden. Aus vier Flip-Flops erhält man bei geeigneter Zusammenschaltung einen Dezimalteiler.
Dem Vorteiler 9 wird eine Steuerspannung Ust zugeführt, um die Eingangsfrequenz je nach Art des
empfangenen Wellenbereichs (AM oder Ψ} 1) verschieden stark herunterteilen zu können. Dies ist bei
Anwendung der Erfindung erforderlich, weil nur ein Verstärkerausgang zur Verfügung steht, während bei
bekannten Schaltungsanordnungen mit getrennten Breitbandverstärkern z. T. verschiedene Vorteiler angewendet
und umgeschaltet werden oder die verstärkerausgänge umgeschaltet werden müssen. Während bei
bekannten Schaltungsanordnungen mit getrennten Breitbandverstärkern je ein Vorteiler erforderlich ist,
benötigt man bei Anwendung der Erfindung nur einen Vorteiler 9, da nur ein Breitbandverstärker 8 vorhanden
ist. Von dem Tor 10 werden periodisch nur während einer bestimmten Zeitdauer die am Ausgang des
Vorteilers 9 vorhandenen Impulse durchgelassen. Zu diesem Zweck wird das Tor 10 von der Zeitbasis 11
angesteuert. Die von dem Tor 10 durchgelassenen Impulse werden von dem Zähler 12 gezählt. Da jedoch
nicht die Oszillatorfrequenz, sondern die Empfangsfrequenz von Interesse ist, erf&lgt eine Korrektur um den
Betrag der jeweiligen ZF. Das Ergebnis wird in Gleichstromsignale umgesetzt und der Anzeige 13 zur
optischen Anzeige zugeführt. Die Zeitbasis 11 liefert dem Zähler 12 Signale, die ihn wieder für eine neue
Zählung vorbereiten und dafür sorgen, daß das letzte Ergebnis bis zum Vorliegen des nächsten Ergebnisses
angezeigt bleibt
Zur Ankopplung des FM-Oszillators 1 und des
AM-Oszillators 3 an den gemeinsamen Eingang des Breitbandverstärkers 8 sind die Kondensatoren 5 und 6
sowie die gemeinsame Leitung 14 vorgesehen. Diese Leitung 14 weist eine gestrichelt gezeichnete Kapazität
7 gegen Masse auf, die noch durch Hinzuschalten einer Festkapazität ergänzt werden kann, so daß die
Ankopplung über die kapazitiven Spannungsteiler 5, 7 bzw. 6, 7 erfolgt Die Ankopplung des gemeinsamen
Breitbandverstärkers 8 an die beiden Oszillatoren 1, 3 ist so lose bemessen, daß die Oszillatoren 1, 3 durch
Kapazitätsänderungen des Breitbandverstärkers 8 nicht nennenswert verstimmt werden.
Die Oszillatorspannungen der Oszillatoren 1, 3 betragen für AM und FM ca. 1 V. Der Spannungswert,
der von den Oszillatorkreisen 2,4 ausgekoppelt werden
kann, ist durch den Wert der Kondensatoren 5 bzw. 6 sowie durch die Kapazität 7 der Leitung 14 zwischen
den Oszillatoren 1, 3 und dem gemeinsamen Eingang des Breitbandverstärkers 8 begrenzt. Die Kapazitätswerte der Kondensatoren 5 und 6 müssen klein gehalten
werden, um eine Verstimmung der Oszillatorkreise 2, 4 und die damit verbundene Einengung des jeweiligen
Empfangsbereiches gering zu halten, während die Kapazität 7 der Leitung 14 nicht unter einen von der
Leitungslänge abhängigen Mindestwert gesenkt werden kann. Als Kapazitätswerte wurden für den Kondensator
5 beispielsweise 1 pF und für den Kondensator 6 ein Wert von 2 pF gewählt. Zwischen den Kondensatoren 5
und 7, sowie zwischen der Oszillatorspannung des Breitbandverstärkers 8 besteht die Beziehung, daß das
Verhältnis des Kondensators 7 zum Kondensator 5 gleich dem Verhältnis der Oszillatorspannung zur
Eingangsspannung ist (Eingangswiderstand vernachlässigt). Daraus läßt sich bei vorgegebener Eingangsspannung
von beispielsweise 30 mV die Kapazität 7 zu 30 pF errechnen. Die Realisierung dieser geringen Leitungskapazität der Leitung 14 ist durch ein kurzes
hochohmiges Kabel zwischen den Oszillatoren 1, 3 und dem Breitbandverstärker innerhalb des Rundfunkgerätes
möglich. Für die Eingangsspannung des Breitbandverstärkers 8 bei in Betrieb befindlichen AM-Oszillator
3 ergibt sich dann ein Wert von etwa 70 mV.
Während in F i g. 1 eine hochohmige Ankopplung vorgenommen wird, wobei FM-Oszillator 1 und
AM-Oszillator 3 bezüglich der Ankopplung parallel liegen, zeigt das Ausführungsbeispiel gemäß Fi g. 2 eine
niederohmige induktive Ankopplung. Dabei kann die Leitung 19 relativ lang sein (z. B. 50 cm). Dies ist von
Vorteil, wenn aus konstruktiven Gründen der Breitbandverstärker 8 nicht in unmittelbarer Nähe der
Oszillatoren 1, 3 angeordnet werden kann. Die Schwingungen der Oszillatoren 1 bzw. 3 werden
induktiv auf die in Serie geschalteten Induktivitäten 17 bzw. 18 gekoppelt und gelangen über die Leitung 19
zum gemeinsamen Breitbandverstärker 8, dem sich wie in F i g. 1 Vorteiler, Tor usw. anschließen. Weiterhin sind
gemischte Ankopplungen aus; Koppelspulen und Kondensatoren möglich.
In Fig.3 und Fig.4 sind zwei Ausführungsbeispiele
des gemeinsamen Breitbandverstärker 8 dargestellt. Die Oszillatorschwingungen des AM- oder FM-Oszillators
gelangen in F i g. 3 vom Eingang Zfüber den Widerstand
20 und den Kondensator 21 an die Basis des Transistors 24. Dessen Kollektor ist über eine Induktivität 23 und
einen Widerstand 22 mit der Betriebsspannung + Ub
verbunden, während der Emitter an Masse liegt. Die Induktivität 23 wirkt einem Abfall der Verstärkung bei
hohen Frequenzen entgegen. Vom Kollektor des Transistors 24 führt eine Verbindung zur Basis eines
weiteren Transistors 25, dessen Kollektor direkt mit der Betriebsspannung + UB und dessen Emitter über einen
Widerstand 26 mit Masse verbunden ist. Dieser Transistor 25 arbeitet als Impedanzwandler und
gewährleistet eine niederohmige Ankopplung an die folgende Verstärkerstufe, die durch den Transistor 33
gebildet wird. Zur Überbrückung der Gleichspannungsdifferenz und Ankopplung ist der Emitter des
Transistors 25 über eine oder mehrere Dioden 28 mit der Basis des Transistors 33 verbunden. An der Basis des
Transistors 33 ist nur eine geringe Gleichspannung erwünscht, wobei der Emitter desselben Transistors
ebenfalls eine geringe Spannung gegen Masse besitzt, um den folgenden Transistor 34 voll aussteuern zu
können. Die in Serie mit dem Widerstand 29 liegende Induktivität 30 in der Kollektorleitung des Transistors *>
33 soll wieder den Abfall der Verstärkung bei hohen Frequenzen verhindern.
Der Emitter des Transistors 33 liegt über einen Widerstand 32, dem ein Kondensator 31 zur wechselstrommäßigen
Überbrückung parallel geschaltet ist, an Masse. Außerdem ist der Emitter zum Zwecke einer
stromstabilisierenden Gegenkopplung über den Widerstand 27 mit der Basis des Transistors 24 verbunden.
Dem Transistor 33 ist schließlich noch ein weiterer Impedanzwandler nachgeschaltet, der durch den Transistör
34 gebildet ist. Dessen Kollektor ist direkt mit der Betriebsspannung + Ub verbunden, während sein Emitter
über den Widerstand 37 nach Masse geschaltet ist. Den am Emitter über den Kondensator 38 ausgekoppelten
verstärkten Schwingungen wird mittels des Spannungsteilers 36, 39 noch ein Gleichstromanteil
überlagert Der Kondensator 35 dient zur zusätzlichen Siebung der Betriebsspannung + Ub, die in vorteilhafter
Weise auch die Betriebsspannung für die digitalen Schaltkreise ist
Die Stufen der in Fig.3 und Fig.4 gezeigten
Breitbandverstärker sind so dimensioniert daß neben der Verstärkung der Oszillatorschwingungen diese auch
noch in die erforderlichen rechteckförmigen Schwingungen 40 am Ausgang des Breitbandverstärkers
umgewandelt werden, indem bereits ab der zweiten Stufe (Transistor 25 bzw. Transistor 46) eine Übersteuerung
stattfindet
Der vierstufige Breitbandverstärker (Transistoren 43, 46, 52, 55) gemäß Fig.4 weist im Gegensatz zum
Ausführungsbeispiel in F i g. 3 eine ÄC-Kopplung 48,50
zwischen den Transistoren 46 und 52 auf. Außerdem sind hier zwei stromstabüisierende Gegenkopplungen
(T-Glied 47,61,62 und Widerstand 51) vom Transistor 46 zum Transistor 43 und vom Transistor 55 zum
Transistor 52 vorhanden. Die Induktivität 57 kompensiert die Kapazität der Ausgangslast (nachfolgende
digitale Schaltkreise) und dient zur Abkopplung des zur Gleichstromdimensionierung erforderlichen Enutterwiderstandes56.
Den beiden in der Praxis erprobten Ausführungsbeispielen des Breitbandverstärkers lag folgende Dimensionierung zugrunde:
Fig.3:
Versorgungsspannung + ί/β = 5 V
Transistoren 24,25,33 = BF 240
Transistor 34 - BF 523
Widerstand 20 - 100 Ω
Widerstände 22,29,37,39 = 330 Ω
Widerstand 26 = 470 Ω
Widerstand 27 = 1 ΙίΩ
Widerstand 32 = 120 Ω
Widerstand 36 = 1,5 kΩ
Kondensator 21 = 2OnF
Kondensatoren 31,35 = 0,1 |iF
Kondensator 38 = 50 nF
Induktivitäten 23,30 = 1 μΗ
Diode 28 = D 144
Widerstand 20 - 100 Ω
Widerstände 22,29,37,39 = 330 Ω
Widerstand 26 = 470 Ω
Widerstand 27 = 1 ΙίΩ
Widerstand 32 = 120 Ω
Widerstand 36 = 1,5 kΩ
Kondensator 21 = 2OnF
Kondensatoren 31,35 = 0,1 |iF
Kondensator 38 = 50 nF
Induktivitäten 23,30 = 1 μΗ
Diode 28 = D 144
Fig.4:
Versorgungsspannung + Ub = 5 V
Transistoren 43,46,52 = BF 241
Transistor 55 = BF 523
Widerstände 42,51 = 4,7 kil
Widerstände 44,53 = 330 Ω
Widerstand 47 = 4,7 kΩ
Widerstand 49 = 470 Ω
Widerstand 50 = 2,2 kΩ
Widerstand 56 = 180 Ω
Widerstand 59 = 560 Ω
Widerstand 61 = 4,7 kΩ
Kondensatoren 41,48 = 5OnF
Kondensator 58 = 50 nF
Kondensator 60 = 0,1 μΡ
Kondensator 62 = 5OnF
Induktivitäten 45,54 = 0,25 μΗ
Induktivität 57 = 1 μΗ
Transistoren 43,46,52 = BF 241
Transistor 55 = BF 523
Widerstände 42,51 = 4,7 kil
Widerstände 44,53 = 330 Ω
Widerstand 47 = 4,7 kΩ
Widerstand 49 = 470 Ω
Widerstand 50 = 2,2 kΩ
Widerstand 56 = 180 Ω
Widerstand 59 = 560 Ω
Widerstand 61 = 4,7 kΩ
Kondensatoren 41,48 = 5OnF
Kondensator 58 = 50 nF
Kondensator 60 = 0,1 μΡ
Kondensator 62 = 5OnF
Induktivitäten 45,54 = 0,25 μΗ
Induktivität 57 = 1 μΗ
In F i g. 5 ist gezeigt wie sich bei AM- und FM-Betrieb verschiedene Teilungsverhältnisse bei der
Vorteilung erreichen lassen, obwohl für beide Betriebsarten nur ein Breitbandverstärker 8 verwendet wird. Für
den ersten auf den Breitbandverstärker 8 folgenden Verteiler 63 wird vorzugsweise ein einfacher Teiler mit
einem Frequenzteilungsverhältnis von 1 :2 oder 1 :4 verwendet (ein bzw. zwei Flip-Flops), da der Vorteiler
63 eine hohe Grenzfrequenz besitzen muß, z.B. 120 MHz bei FM, und darum relativ aufwendig ist. Für
die nachfolgenden Vorteiler 64 und 66 (je nach Frequenzbereich) können Dezimalteiler eingesetzt
werden, wobei die Eingangssignale (rechteckförmige Schwingungen) in günstiger Weise auf den Eingang der
ersten Kippstufe (z.B. Flip-Flop) gegeben und am Ausgang der zweiten Stufe entnommen werden.
Dadurch kann gleichzeitig die üblicherweise höhere Grenzfrequenz der ersten Kippstufe im Dezimalteiler
ausgenutzt und ein Teilungsverhältnis von 1 :5 erzielt werden, so daß resultierende Teilungsverhältnisse von
z. B. 1 :10 oder 1 :100 entstehen, wobei wiederum die
Torzeit dekadisch geteilt ist und z. B. 10 ms betragen kann. Die Umschaltung 65 bewirkt, daß die Signale bei
AM-Betrieb vom Vorteiler 63 unter Umgehung des Vorteilers 64 direkt zum Teiler 66 gelangen, der auch
das Tor enthält Dagegen wird bei FM-Betrieb der Weg 67 für die Signale gesperrt und der Vorteiler 64 mit in
die Teilung einbezogen. Die für AM- und FM-Betrieb sich daher ergebenden unterschiedlichen Teilungsverhältnisse sind erforderlich, weil sowohl bei AM- als auch
bei FM-Betrieb trotz der um Größenordnungen unterschiedlichen Frequenzen die Darstellung der
Ziffern in denselben Anzeigefeldern der Anzeige erfolgen soll
Claims (8)
- Patentansprüche:' 1. Schaltungsanordnung für die digitale Frequenzanzeige in einem Rundfunkgerät für den AM- und FM-Bereich, bei der die Schwingungen des AM- und FM-Oszillators verstärkt, in rechteckförmige Schwingungen umgewandelt und mittels elektronischer Zähler gezählt werden, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verstärkung der Schwingungen des AM-Oszillators (3) und der Schwingungen des FM-Oszillators (1) ein so breitbandig bemessener, gemeinsamer Breitbandverstärker (8) vorgesehen ist, daß sowohl die Osziliatorschwingungen für den AM-Bereich als auch diejenigen für den FM-Bereich erfaßt werden, und daß die Ankopplungen des Breitbandverstärkers (8) an die Oszillatoren (1, 3) so lose bemessen sind, daß die Oszillatoren (1,3) durch Kapazitätsänderungen des Breitbandverstärkers (8) nicht nennenswert verstimmt werden.
- 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungen des AM- und des FM-Oszillators über je eine Kapazität (5,6) und eine gemeinsame koaxiale Leitung (14) und/oder Kapazität dem Eingang des Breitbandverstärkers (8) zugeführt werden (F i g. 1).
- 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet daß die Schwingungen des AM- und des FM-Oszillators über je eine Induktivität (17,18) niederohmig ausgekoppelt werden, daß die beiden Induktivitäten (17, 18) in Reihe geschaltet sind, und daß das eine Ende der Reihenschaltung mit dem Eingang des gemeinsamen Breitbandverstärkers (8) verbunden ist (F i g. 2).
- 4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Osziliatorschwingungen von dem Breitbandverstärker (8) durch Begrenzung in rechteckförmige Schwingungen (40) umgeformt werden (F ig. 3).
- 5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß den rechteckförmigen Schwingungen (40) am Ausgang des Breitbandverstärkers (8) ein Gleichstromanteil überlagert ist (36,39).
- 6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Betriebsspannung des Breitbandverstärkers (8) gleichzeitig die Betriebsspannung für die vorhandenen elektronischen Zähler ist.
- 7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der auf den gemeinsamen Breitbandverstärker (8) folgende gemeinsame Teiler (63) ein Teilungsverhältnis von 1 :2 oder 1 :4 besitzt und daß zur Ergänzung auf volle Zehner-Teilungsverhältnisse Teiler (64) mit 1:5 oder 1 :25 nachgeschaltet sind (F i g. 5).
- 8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß für ein Teilungsverhältnis von 1 :5 bzw. 1 :25 Dezimalteiler verwendet werden, wobei die Schwingungen in den Eingang der ersten Kippstufe eingespeist und am Ausgang der zweiten Kippstufe entnommen werden.
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