DE2512612C2

DE2512612C2 - Suchlaufschaltung

Info

Publication number: DE2512612C2
Application number: DE2512612A
Authority: DE
Inventors: Yoichi Takatsuki Osaka Sakamoto
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1974-03-22
Filing date: 1975-03-21
Publication date: 1983-11-10
Also published as: DE2512612A1; AU7942875A; CA1052486A; US4004233A; GB1506181A

Description

Die Erfindung betrifft eine Suchlaufschaltung nach dem Oberbegriff des PA I.

Solche Suchlaufschaltungen werden beispielsweise in Fernsehempfängern eingesetzt und dienen dazu, einen bestimmten Frequenzbereich zu durchlaufen und diesen Durchlauf zu beenden, wenn die bei einem Durchlauf erfaßte Frequenz mit der Frequenz eines gesuchten Senders zusammenfällt.

Eine Suchlaufschaltung der angegebenen Gattung ist aus der DE-OS 2222523 bekannt und weist einen an einer konstanten Spannung liegenden Integrator, einen von der Integratorausgangsspannung angesteuerten Durchlaufoszillator, eine Mischstufe, die ius einem empfangenen Signal und dem Ausgangssignal des Durchlaufoszillators ein Zwischenfrequenzsignal bildet, einen das Zwischensignal empfangenden Frequenz-Diskriminator zur Erzeugung eines Ausgangssignals, dessen Frequenz proportional zur Differenz zwischen der Frequenz des Zwischenfrequenzsignals und einer vorgegebenen Zwischenfrequenz ist. weiterhin einen das Ausgangssignal des Frequenz-Diskriminators empfangenden Tiefpaß sowie eine an den Ausgang des Tiefpasses angeschlossene Spannungsdurchlauf-Steuerschaltung für den Durchlaufoszillator auf: ein Durchlauf wird dann beendet, wenn die Frequenz des Zwischenfrequenzsignals mit der vorgegebenen Zwischenfrequenz zusammenfällt.

Bei dieser Suchlaufschaltung werden nicht-lineare Komponenten verwendet, so daß die optimale Auslegung der Suchlaufschaltung kompliziert und aufwendig ist.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Suchlaufschaltung der angegebenen Gattung zu schaffen, deren Funktion sich einfach und genau analysieren läßt, so daß bei der Auslegung die gewünschten Optimierungen vorgenommen werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Zweckmäßige Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen zusammengestellt.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile beruhen insbesondere darauf, daß die Spannungsdurchlauf-Steuerschaltung ein lineares Addierglisd enthält, dessen Ausgangssignal den Integrator und damit den Durchlaufoszillator steuert. Dadurch ergibt sich eine lineare Signalverarbeitung, so daß die einzelnen Komponenten sehr exakt analysiert und in Richtung auf bestimmte Zielsetzungen optimiert werden können

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden, schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Ausfuhrungsform einer Suchlaufschaltung,

Fig. 2 den Schaltungsaufbau des Addiergliedes und des Integrators der Suchlaufschaltung nach Fig. I,

Fig. 3a, 3b und 3c Ausführungsformen des Tiefpasses,

Fig. 4a, 4b Kurvendarstellungen zur Erläuterung der Funktion der Suchlaufschaltung, und

Fig. 5. 6 und 7 Schaltbilder von verschiedenen Ausführungsformen der Klemmschaltung der Suchlaufschaltung nach Fig. 1.

Die in Fig I dargestellte Suchlaufschaltung weist einen insgesamt durch das Bezugszeichen 9 angedeuteten Frequenz-Diskriminator zur Erzeugung eines Ausgangssignals auf, dessen Frequenz proportional zur Differenz zwischen der Frequenz eines von einem nicht dargestellten Zwischenfrequenzverstärker gelieferten Zwischenfrequenzsignals und einer vorgegebenen Zwischenfre-

quenz ist; diesem Frequenz-Diskriminator 9 wird einerseits das Ausgangssignal w„(Z) eines spannungsgesteuerten Durchlaufoszillators 11 und andererseits die gewünschte Frequenz co₍ eines Bezugssignals zugeführt. Wenn die Kippfrequenz w_o(z) des Durchlaufoszülators 11 mit der gewünschten Frequenz ω,- zusammenfällt, wird der Frequenzdurchlauf des Durchlaufoszillators 11 unterbrochen.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform enthält der Frequenz-Diskriminator eine Frequenz-Subtrahierstufe und eine Diskriminatorstufe 12.

Die Frequenz-Subtrahierstufe dient dazu, den Frequenzunterschied (We(O = O)₁(O-e>e(0» ^dn·' ^{den Un}' terschied zwischen der gewünschten Frequenz ω, des Bezugsignals und der Frequenz w„ des Durchlaufoszillators 11, zu ermittehi. Die Diskriminatorstufe 12 erzeugt dann eine Ausgangsspannung, die proportional zu dieser Frequenz-Differenzm_t(t) ist.

Bei einem üblichen Fernsehempfänger weist der Durch-Iaufoszillator 11 einen Überlagerungsoszillator und eine Mischstufe auf; die Zwischenfrequenz am Ausgang der Mischstufe kann dann die Frequenz ω»(0 am Ausgang des Durchlaufoszillators 11 sein; in diesem Fall wird dann die zu wobbelnde Zwischenfrequenz als Zwischenfrequenz des Überlagerungsoszillators gewobbelt, während es sich bei der Bezugsfrequenz w,- um eine vorgegebene Zwischenfrequenz handeln kann.

Der Ausgang des Frequenz-Diskriminators 9 ist mit einem Tiefpaß 13 verbunden, der wiederum an eine Klemmschaltung 14 angeschlossen ist; diese Klemm- JO schaltung 14 multipliziert die Ausgangsspannung v_c(t) des Tiefpasses 13 mit einer Einheits-Schrittfunktion U(I), um das Produkt v_c(t)- U(t) zu erhalten; bei der Suchlaufschaltung nach Fig. 2 handelt es sich also um einen offenen Regelkreis Tür die Zeit / <0, jedoch um einen geschlossenen Regelkreis für die Zeit />0; dabei wird angenommen, daß Tür f<0 die Kippfrequenz w_o(t) von einer niedrigen zu einer höheren Frequenz hin zunimmt.

Die Kippspannung wird dem Durchlaufoszillator 11 von einem integrator 15 zugeführt, dessen Eingang mit einem Addierglied 17 verbunden ist; dieses Addierglied 17 addiert eine vorgegebene, zur Steuerung des Durchlaufes dienende, konstante Spannung V₃, die an einem Eingang 16 anliegt, zu dem Ausgangssignal ii_c(0· U(I) der Klemmschaltung 14.

Wie ma-;; in Fig. 2 erkennt, kaniv das Addierglied 17 durch einen üblichen Operationsverstärker gebildet werden. Dabei wird statt des Addiergliedes 17 ein Subtrahierglied 17' verwendet; das Ausgangssignal — v_c{t) des Tiefpasses 13 wird an <kn positiven Eingang des Subtrahiergliedes angelegt.

Wie niiu in Fig. 2 erkennt, enthält das Subtrahierglied 17 einen Operationsverstärker 171, dessen positiver Eingang 172 über einen Widerstand 173 geerdet sowie über einen Widerstand 174 mit dem Ausgang der Klemmschaltung 14 verbunden ist, welche die Spannung -v_c(i)- U(t) zuführt. Der negative Eingang 175 ist über einen Widerstand 176 mit dem Eingang 16 für die konstante Spannung V₁ und über einen Wider- ω stand 178 mit einem Ausgang 177 des Operationsverstärkers 171 verbunden.

Im folgenden soll das Grundprinzip dieser Suchlaufschaltung im Detail beschrieben werden. Nimmt man an, daß die Änderung K₀ der Ausgangsfrequenz W₁(O des Durchlaufoszillators 11 zu der seiner Eingangsspannung v_R(t) konstant ist, wenn die Änderung Δν_κ(ί) der Ausgangssi annung v_R(i) sehr klein ist.

und nimmt man ferner an, daß für Z=O der Anfangszustand W₁-W₀(O)=O gilt, so lassen sich die folgenden Beziehungen aufstellen:

diü_o(t) dv_R(t)

dt

MO = M K(Z)+ K)

(1) _t(0) (2)

v_c(:-) = K_d J f(i — u) [(O₁-(O₀(U)) du+ü_c(0) (3) ο

wobei D₁-(O) = O bei Z = O ist,

/(Z) der Frequenzbereich bzw. -gang des Tiefpaßfilters 13,

K_d die Empfindlichkeit des Frequenzdiskriminators 12, und

τ die Frequenzkonstante (= RC) des Integrators 15 ist.

Infolgedessen wird

d_io_o{_!)_K_oK₊K_K_a I _{ω-^undu ₍₄₎

dt τ τ Ι

Durch Einsetzen von ω,(0 = ω,·-ω_ο(0 in die Gl. (4). ergibt sich

K₀ K

dt

Für

dann ergibt sich

H- J Kdi+ ωΛ

(.^τ ο J

ist.

Gl. (7) zeigt eine Grundgleichung, die Tür die Erläuterung der Funktionsweise der Suchiau^schaltung verwendet wird. Gl. (7) läßt sich durch eine Laplace Transformation umformen in:

Dementsprechend wird

K_nV.

, K₀K_dF(.s) , K₀ K_d F(s)

S ~i S ~r

Die Einschwing-Kenndaten des Durchlaufoszülators können durch die umgekehrte Transformation der Gl. (9) mit Hilfe von w,(/) ausgedrückt werden, wenn dieser Oszillator mit einer vorgegebenen Frequenz gesperrt wird. Wenn Tiefpässe F₁(S), F₂(s) und F₃(s) mit dem Aufbau nach Fig. 3a, Fig. 3b bzw. 3c verwendet werden (wcbei R₁C₁=T₁ und R₅C₁=T₂ >^st)· dann lauten die Gleichungen für cu_e(O folgendermaßen für C>1:

O)₁(I)=--

——— SJnIi(M_nI I'ζ² - 1)

— α cosh (ω,

für CO=I

(10)

(H)

IO

und für C < 1

-ζ )

- χ cosh (<.·;„/1 I — C²;

(P) dabei bedeuten

t/1.5 = -^£—i die Durchlaufgeschwindigkeit der Schwin-

^τ gungsfrequenz des Durchlaufoszillators 11

bei offenem Kreis,
C = die Dämpfungskonstante
to, = die Eigenfrequenz

ι = ein von dem jeweils verwendeten Tiefpaß abhängiger Koeffizient mit
α = 2ζ für den Tiefpaß tu, (λ)
α = 2ζ - ω. T₁ für den Tiefpaß F₂ (.ν)
α = 0 für den Tiefpaß F₃(s).

Die oben angegebenen Kenndaten ζ. <υ, und vl lassen sich mit Hilfe der Schaltungsparameter τ. τ,. τ₂, K„ und Aj wiedergeben, wie man aus der folgenden Tabelle ersieht:

	Fig. 3 a	Fig. 3 b	Fig. 3 c
F(.v)	/"ι (·ν)= . ντ, + 1	²¹ .V(T₁+T₂)+1	^(.v, = ^^+l .vr,
	ι f~T~~ 2 \j K₁₁K₄X₁	ι Γ~κ_ηκΤ~ ι τ \ 2Vt(T₁₊T₂) r²⁺A'„A-J	T₂ (Χ, κ] 2 V tr,
'■·'»	V ττ,	VT(T\| +r₂)	Γ^Κ»^Κλ V ττ,
ϊ	Γ-ΤΖ V Α',,Α,,τ,	/:τ..ϊ~. V A₁₁Aj(T₁ +t₂)	0

Wenn der Wert der Kenndaten C. ω. und ι festliegt, nimmt die Eingangsfrequenz i^_e(i) des Eingangssignals der Diskriminatorstufe 12 proportional zu der Zunahme von (^:), zu; wenn die Eingangsfrequenz (o,(f) die Sperrfrequenz r.Mfarf der Diskriminatorstufe überschreitet, wird kein negatives Rückkopplungssignal an das Frequenzsperrsystem angelegt, so daß die Frequenzsperre nicht erreicht werden kann (siehe Fig. 4a).

Wenn der Durchlaufoszillator 11 seinen Frequenzbereich in der Weise durchläuft, daß die Eingangsfrequenz ω,(/) nicht die Sperr-Grenzfrequenz W_4x.* überschreitet, dann erreicht die Ausgangsfrequenz coji) des Durchlaufoszillators 11 über einen Einschwingzustand den eingeschwungenen Zustand, wie in Fig. 4b durch die ausgezogene Linie unten rechts vom Nullpunkt angedeutet ist: d.h.. sie erreicht die Einschwingkenndaien. wie durch die Gleichungen (10) und (12) angegeben wird.

Der eingeschwungene Zustand läßt sich mit Hilfe von _eis) der Gl. (9) wie folgt ausdrucken:

tu,= lim

)= lim s-Q_r(s)

(Π)

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Wenn die in Fig. 4a und 4b dargestellten Tiefpaßfilter F, (5) und F₁(S) verwendet werden, wird

Aj

und wenn das Tiefpaßfilter F₃(J) verwendet wird, wird «_P = 0. (15)

Hierbei ist zu beachten, daß in dem eingeschwungenen Zustand der Frequenzfehler to, unabhängig von der Empfindlichkeit A₀ des spannungsgesteuerten Durchlaufoszillators 11 ist und nur von der Empfindlichkeit Aj der Diskriminatorstufe und der konstanten Spannung V₁ abhängt, wenn die passiven Filter, nämlich die Tiefpässe F₁(S) und F₂(s) nach Fig. 3a bzw. 3b verwendet werden; bei Verwendung eines aktiven Filters, beispielsweise des Tiefpasses F₃ (s). wird der Frequenzfehler i:>, zu Null.

Gemäß Fig. 3c enthält der Tiefpaß einen Operationsverstärker 131. dessen Eingang 132 mit seinem Ausgang 134 über einen Widerstand 135 und einen Kondensator 136 und mit dem Ausgang der Diskriminatorsiufe 12 über einen Widerstand 133 verbunden ist.

Die in Fig. 1 dargestellte Klemmschaltung 14 ist als Einheitsfunktions-Generator beschrieben worden. Es kann jedoch auch die in Fig. 5 dargestellte, modifizierte Ausführungsform verwendet werden. Hierbei ist ein Anschluß einer Diode 54 geerdet oder mit einer Bezugsspannungsquelle 55 verbunden, während ihr anderer Anschluß an dem Ausgang v_c(t) des Tiefpasses 13 anliegt. Die Funktionsweise dieser Ausführungsform wird im folgenden anhand der Fig. 4a und 4b näher erläutert.

Wenn die Frequenz-Differenz w_e(/) zwischen den Frequenzen mit der Zeit zunimmt, muß sich das Ausgangssignal v_c(t) ändern, wie in Fig. 4b angedeutet ist. Bis zum Zeitpunkt i=0 ist die Klemmschaltung 14 angeschaltet (wenn die Diode 54 geerdet oder an OV angeklemmt ist), so daß das Frequenzsperrsystem einen

offenen Regelkreis darstellt. Hierdurch wird dann das Ausgangssignal v,tt) gleich der Bezugsspannung (O V für geerdete Diode 54).

Wenn / > O ist. wie die Diode 54 nicht-leitend, so daß das Frequenz-SpCTsystem einen geschlossenen Kreis darstellt. Wenn dann die Ausgangsspannung u₍(0) für den Fall, daß kein Eingangssignal an dem Frequenz-Diskriminator anliegt, größer als die Klemmspannung von O Volt ist, dann bildet das Frequenzsperrsystem einen ofVenen Regelkreis. ^|0

In Fig. 6 ist eine weitere Abwandlung der Klemmschaltung dargestellt, bei der eine Diode zwischen den Ein- und Ausgängen eines Operationsverstärkers 57 liegt, so daß eine optimale Klemmwirkung gewähr-

leistet werden kann. In Abhängigkeit davon, ob die Steuerspannung r_f(/) größer oder kleiner als die Bezugsspannung 58 während der Frequenzsperrung ist, wird die Klemmschaltung an- oder abgeschaltet. Infolgedessen kann die Nichtlinearität der Frequenzsperrschleife infolge der Nicht-Linearität der Spannungs/Strom-Kennlinie der Diode 54, die bei der Ausführungsform nach Fig. 5 verwendet wird, überwunden werden.

Wenn die Steuerspannung i'_t(')· die an das Addierglied oder den Operationsverstärker 17 angelegt werden muß, in ihrer Polarität umgekehrt wird, wie man in Fig. 2 erkennen, dann läßt sich auch eine Klemmschaltung mit der umgekehrten Polarität einsetzen, wie in Fig. 7 dargestellt ist.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

c) e) O g) h) Patentansprüche:

1. Suchlaufschaltung

a) mit einem an einer konstanten Spannung liegenden Integrator,

b) mit einem von der Integratorausgangsspannung angesteuerten Durchlaufoszillator,

mit einer Mischstufe, die aus einem enpfangenen Signal und dem Ausgangssignal des Durchlaufoszillators ein Zwischenfrequenzsignal bildet,

d) mit einem das Zwischenfrequenzsignal empfangenden Frequenz-Diskriminator zur Erzeugung eines Ausgangssignals, dessen Frequenz proportional zur Differenz zwischen der quenz des Zwischenfrequenzsignals und einer vorgegebenen Zwischenfrequenz ist,
mit einem das Ausgangssignal des Frequenz-Diskriminators empfangenden Tiefpaß, und mit einer an den Ausgang des Tiefpasses angeschlossenen Spannungsdurchlauf-Steuerschaltuag für den Durchlaufoszillator,
wobei der Durchlauf beendet wird, wenn die Frequenz des Zwischenfrequenzsignals mit der vorgegebenen Zwischenfrequenz zusammenfallt, dadurch gekennzeichnet, daß
die Spannungsdurchlauf-Steuerschaltung aus einem Addierglied (17) besteht, an dem die konstante Spannung (D₅) anliegt und dem über eine Klemmschaltung (14) die Ausgangsspannung des Tiefpasses (13) zugeführt wird, wenn das Ausgangssignal (r,(0) des Tiefpasses (13) einen vorgegebenen Wert überschreitet.

2. Suchlaufschaltung nacii Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aas Addierglied einen Operationsverstärker aufweist.

3. Suchlaufschaltung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Addierglied (17) durch ein Subtrahierglied (17') gebildet wird.

4. Suchlaufschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Integrator einen Operationsverstärker (A) aufweist.

5. Suchlaufschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4. dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmschaltung (14) eine Diode (54) aufweist, die auf einer Seite mit dem Ausgang des Tiefpasses (13) und auf der anderen Seite mit einer geerdeten Bezugsspannungsquelle (55) verbunden ist.

6. Suchlaufschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmschaltung (14) einen Operationsverstärker (57). von dem ein Eingang mit dem ein Eingang mit dem Ausgang des Tiefpasses (13) und der andere Eingang mit einer Bezugsspannungsquelle (58) verbunden ist. und eine Diode (56) aufweist, die zwischen dem Eingang und dem Ausgang des Operationsverstärkers (57) liegt.

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