DE2657869C3 - Schaltungsanordnung zum automatischen Nachstimmen eines Empfänger-Oszillators - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltung zum automatischen Nachstimmen eines Empfänger-Überlagerungs-Oszillators auf die Sollfrequenz (AFC) in Empfängern mit zur Träger-Frequenz unsymmetrischen, vorzugsweise breiten HF/ZF-Übertrgungskurven, vorzugsweise (Fernseh-)Rundf'ink-Empfänger mit (Rest-)Einseitenband-Übertragung und reduziertem Träger, enthaltend einen Freq'jenz-Diskriminator, der an seinem Ausgang einen Beruhigungs-Kondensator aufweist und eine Regelspannung liefert, die den Oszillator im Sinne einer genauen Nachstimmung des Empfängers auf den Senderträger beeinflußt.

Stand der Technik

Zum Zwecke der automatischen Nachstimmung eines Empfänger-Oszillators auf Soll-Frequenz sind sogenannte AFC-Schaltungen bekannt. Diese enthalten im allgemeinen eine der bekannten Diskriminator-Schaltungen.

In der klassischen Bauweise (z.B. H. Pitsch: Lehrbuch der Funkempfangstechnik. 3. Auflage, Band I und II, §§ 254, 408) bestehen diese aus zwei miteinander gekoppelten Schwingkreisen, von denen der zweite mit einem Mittel-Anzapf auf den Heißpunkt des ersten gestellt ist. Der zweite Schwingkreis ist wiederum mit seinen beiden Heißpunkten über Dioden mit einem Verbraucher verbunden, an dem sich je nach der Abstimmlage eine positive oder negative Richtspannung einstellt.

Es sind auch sogenannte »Schalter-Diskriminatoren« bekannt, wie sie vorzugsweise in Integrierten Schaltkreisen angewendet werden.

Ein solcher Schalter-Diskriminator ist beispielsweise in der DE-PS 1512424 beschrieben.

Sobald ein singulärer Träger empfangen wird, ist die erzeugte Ausgangsspannung der Diskriminatoren in der Abstimmlage Null bzw. beim Schalter-Diskriminator eine vorgegebene Gleichspannung. Diese Null-Lage wird auch dann erreicht, wenn neben dem Träger noch symmetrische Scitcnbiindcr vorhanden sind.

Wird der zu empfangende Sender /.. B. bei einem Rundfunkgerät in einem Kraftfahrzeug kurzzeitig unterbrochen, indem z. B. das Kraftfahrzeug durch einen Tunnel fährt, so treten im allgemeinen bei den beschriebenen Umständen keine Schwierigkeiten beim Wiederkehren des Senders auf, da durch den angeschlossenen Beruhigungs-Kondensator die Ausgangsspannung erhalten wurde und der wiederkehrende Sender im Fangbereich des Diskriminator liegt. Bei Sendern mit Einseitenbandbetrieb oaer auch Restseitenbandbetrieb (z. B. Fernsehempfänger) kommt es jedoch vor, daß z. B. beim Ziehen und Wiedereinführen des Antennensteckers der Sender nicht mehr gefangen wird.

Die Ursache liegt darin, daß das beim Fehlen des Trägers entstehende Rauschen bei zum Träger unsymmetrischen HF/ZF-Übertragungskurven der Beruhigungs-Kondensator am Ausgang des Diskriminators umgeladen und damit die Null-Lage des Diskriminators zum Teil erheblich verstimmt wird, so daß unter Umständen der Träger beim Wiedererscheinen nicht mehr gefangen wird.

Ein Kennzeichen der Ein- bzw. Rest-Seitenband-Empfänger ist, daß die Träger-Frequenz nicht in der Bandmitte, sondern am Band-Anfang oder auch Band-Ende liegt, wodurch die erwähnten Unsymmetrien der Diskriminator-Kurve dann hervorgerufen werden, wenn die Träger, im Vergleich zu den Seiten-Bändern, relativ klein sind oder wenn das Signal so schwach ist, daß ein Rausch-Spektrum einen wesentlichen Anteil des empfangenen »Signals« darstellt.

Das Vorschalten eines schmalbandigen Filters vor den Diskriminator wäre aus folgenden Gründen unzweckmäßig:

Bei einem Empfänger mit hohen Empfangs-Frequenzen, z. B. bei Fernseh-Empfängern mit UHF-Teil, ist die Oszillator-Drift in der Größenordnung von ±0,5 MHz. Der Fangbereich des Diskriminators muß also mindestens 1 MH^sein, veil sonst die Schaltung den gewünschten Zweck nicht erfüllte. Mit ± 0,5 MHz werden aber schon ²Z₃ der gesamten Nyquist-FIanke eines normalen Fernseh-Empfängers überstrichen, d. h. die in den Fangbereich fallenden, durch die ZF-Kurve bedingten Unsymmetrien sind ganz erheblich.

Zum zweiten muß auch mit einer Drift der Abstimm-Speicher gerechnet werden, d. h. im einfachsten Falle der Potentiometer für die Speicherung von Festsendern, an denen eine einmal eingestellte Abstimm-Spannung abgegriffen wird. Hier sind nochmals ± 0,3 MHz einzusetzen, so daß also insgesamt ■m ungünstigsten Falle ein Fangbereich von ± 0,8 MHz, also insgesamt 1,6 MHz und somit mehr als die Nyquist-Flanken-Brcite notwendig ist.

Es handelt sich im vorliegenden Falle also immer um sehr breitbandige Diskriminator-Anordnungen, was schon aus den später noch zu beschreibenden Abb. 2 und 3 hervorgeht, in der die Schwingkreise 1 und 31 mit Dämpfungs-Widerständen dargestellt sind, die eine breite ZF-Übertragungs-Kurve symbolisieren sollen.

Zum dritten ist es üblich geworden, einen sogenannten elektronischen Suchlauf anzuwenden, bei dem die Abstimmspannung für die Abstimm-Dioden des KanalwählersTreppenstufendurchläuft, und /war so lange, bis ein Signal empfangen wird.

Dann hat der Diskriminator die Aufgabe, das Signal /u fangen und den Oszillator richtig abzustimmen.

Solche Abstimm-Systeme vollführen »Treppensprünge« bis zu 1,5 MHz Weite, Wäre nun ein schmales Filter dem Diskriminator vorgeschaltet, so würde bei einem solchen elektronischen Suchlauf der Diskriminator in den meisten Fällen das schmale Filter »überspringen«, wenn nicht zufällig eine solche Treppenstufe genau in das schmale Filter hineinpaßt.

Da bei Fernsehempfängern nach dem Stand der Technik bisher immer nur Diskriminatoren der konventionellen Art verwendet wurden, wurden diese Nachteile des »Nicht-Fangens« im verrauschten Betrieb mehr oder weniger in Kauf genommen. Erst beim Aufkommen des in Treppenstufen arbeitenden Suchlaufes traten die Probleme in ein akutes Stadium. Hier wurden die vorliegenden Mängel erkannt und führten zu der vorliegenden Erfindung.

Der Erfindung liegt dabei die Aufgabe zugrunde, bei einem Empfänger mit einer zur Träger-Frequenz unsymmetrischen HF/ZF-Übertragungskurve einen der automatischen Scharfabstimmung auf den Träger (AFC) dienenden Diskriminator so zu bemessen, daß Nullpunkt-Verschiebungen beim Ausbleibe» des Trägers bzw. bei sehr schwachem Signal ganz oder zumindest teilweise vermieden werden.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Dadurch wird erreicht, daß auch bei stark verrauschtem Signal die Abstimmung, wie gewünscht, auf dem Träger erfolgt.

Die Anordnung ist besonders wirksam bei Fernseh-Empfängern, die eine sehr große Empfangs-Bandbreite besitzen. Hier kommt es ganz besonders darauf an, daß beim Einschalten vorabgestimmter Sender die Regelschaltung für die automatische Frequenzabstimmung sofort anspricht, um dem Bedienenden den lästigen Anblick eines sich erst allmählich aufbauenden Bildes zu ersparen.

Ein weiterer sehr großer Vorteil liegt in der besseren Funktion sogenannter »Suchlauf-Schaltungen«, bei denen ein spannungsgesteuerter Oszillator so lange in der Frequenz verändert wird, bis ein Sender gefunden ist. Für die hier erforderliche »Stop-Schaltung« werden bei Fernsehgeräten als Erkennungssignal auftretende Synchronisierimpulse benutzt, deren Seitenbänder dicht neben dem Träger liegen. Wird beim Suchlauf bei einem Überfahren eines Trägers dieser nicht in kürzester Zeit erkannt, so kann die »Stop-Schaltung« nicht arbeiten und der Suchlauf hält auf schwachen oder auf verrauschten Signalen nicht an.

Der besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung ist somit u. a. das augenblickliche Einrasten der AFC bei einem plötzlich auftretenden, auch schwachen und verrauschten Träger.

Aber auch bei Fernseh-Empfängern ohne Suchlauf wird eine beträchtliche Erhöhung der Gebrauchstauglichkeit erzielt, da nun auch verrauschte Signale, auch nach Alterung der Bauteile oder bei ungenügender Abstimmung der Festsender-Putentiometer, viel besser gefangen werden als vorher.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnungen erläutert.

Die Abb. la bis Ie erklären die Wirkungsweise tier bekannten Diskriminatoren;

Abb. 2 zeigt den klassischen Diskriminator mit einer Zusatz-Hiniichtiing gemäß vorliegender Erfindung;

Abb. 3 zeigt ilen Schaltcr-Di.Ariminator mit einer

ι»

Zusatz-Einrichtung gemäß vorliegender Erfindung.

Die physikalische Wirkungsweise wird am Beispiel der Abb. 2, dem klassischen Diskriminator, unter Zuhilfenahme der Abb. la bis Ie erläutert.

Der Schwingkreis 1 des Diskriminator in Abb. 2 ist ein Bestandteil des ZF-Verstärkers, dessen Resonanzkurve 2 in Abb. Ib dargestellt ist. Der zweite Schwingkreis 3 dieses Diskriminators hat eine Resonanzkurve 4, wie sie in Abb. la gezeigt wird.

Nach dem Stand der Technik ist der Ausgang A des Diskriminators mit einem Beruhigungs-Kondensator 5 nach Masse verbunden, und an dem Ausgang A entsteht die bekannte Diskriminatorkurve.

Aus dem Ausgang heraus fließt der Strom ι mit seinem Wechselstromanteil durch den Beruhigungs-Kondensator 5 nach Masse und mit seinem Gleichstromanteil durch den Verbraucher 6, an dem er die bekannte Nachstimmspannung erzeugt.

Bei den bekannten Anordnungen ist der Verbraueher 6 ebenfalls am Punkt A angeschlossen.

Es sollen nun Verhältnisse geschildert werden, die eintreten, wenn der Sender kurzzeitig abgeschaltet oder anderweitig irgendwie unterbrochen wird.

Durch die automatische Verstärkungs-Regelung des Gerätes wird die Verstärkung nachgeregelt, und zwai so lange, bis sich die Geräte-Stärkung durch das einsetzende Rauschen von selbst wieder begrenzt.

Es soll zur Vereinfachung der Darstellung das Rauschen durch eine Anzahl dicht benachbarter Elementar-Sender7 (Abb. 1) dargestellt werden, die zur weiteren Vereinfachung alle die gleiche Stärke haben sollen.

Diese Elementar-Sender 7 sind in Abb. Ib im Bereich der Durchlaßkurve von /1 bis /2 dargestellt.

Sie liegen alle dicht beieinander und wegen ihrer als gleich angenommenen Größe bilden sich die ZF-Übertragungskurven so ab, wie in Abb. Ib gezeichnet.

Außerhalb der Übertragungskurve hat üas Gerät keine Verstärkung. Folglich ist auch dort kein Rauschen zu erkennen. An den Bandrändern steigt das Rauschen an, und innerhalb des Übertragungsbereiches, der zur weiteren Vereinfachung als linear angesehen wird, haben dann am Schwingkreis 1 (Abb. 2), der ein Bestandteil des ZF-Verstärkers ist, alle »Elementar-Sender« die gleiche Amplitude.

Da es sich bei Abb. Ib um eine symmetrische Übertragungskurve handelt, liegt die Abstimm-Frequenz /0 in der Mitte zwischen /1 und /2.

Am Ausgang des Diskriminators A zeigt sich eine nach Abb. Ic verformte Übertragungskurve. Dadurch, daß z. B. links von /0 durch die Di<?de 8 (Abb. 2) durch die Phasenverdrehung im Kreis 3 höhere Richtströme fließen als in der Diode 9, iiberlagern sich diese Gleichstromanteile links von /0 in der positiven Richtung und rechts von /0, wo die umgekehrte Wirkung eintritt, in der negativen Richtung den Wechselströmen der Elementar-Sender.

Da die Wechselstromanieile durch den Beruhigungs-Kondensator 5 in der klassischen Anordnung kurzgeschlossen werden, bleiben am Verbraucher 6 nur die Gleichstromanteilc, die dann dort einen Spannungsat !all entsprechend der bekannten Diskriminatcirkurve ergeben.

Sind nun so viele Elementar-Sender gleichzeitig über die ganze Bandbreite vorhanden, so erzeugt jeder Elementar-Sender einzeln seinen Richtstrom durch die Dioden 8 und 9, und alle Richtströme ad-

dieren sich zu dem Gesamtstrom /. der am Ausgang des Diskriminators auftritt.

Da links von der Mitten-Frequenz /0 die positiven Richtstromanteile ebenso groß sind wie die negativen Richtstromanteile rechts von /0, so ist auch beim Ausfall eines Trägers und der Besetzung des gesamten Übertragungsbereiches mit Elementar-Sendern die Summe aller Ströme gleich Null, da sich alle von den Elementar-Sendern gleichzeitig erzeugten Richtströme gegeneinander aufheben.

Das bedeutet in der Praxis, daß auch bei Ausbleiben des Trägers keine Umladung des Beruhigungs-Kondensators stattfindet.

Ganz anders sind die Verhältnisse bei unsymmetrischen HF/ZF-Ubertragungskurven.

Abb. Id zeigt einfach dargestellt die Übertragungskurve für einen Fernsehempfänger.

/0 liegt hier in der Mitte der sogenannten Nyquist-

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stärker die Seitenbänder oder Rauschanteile im Verhältnis zur Träger-Amplitude werden, desto mehr verschiebt sich die am Ausgang A erzeugte Abstimmspannung von ihrem Soll-Wert derart, daß die Abstimmung zum längeren Teil der Übertragungskurve hin verschoben wird.

Die bestehenden Nachteile werden gemäß vorliegender Erfindung dadurch beseitigt, daß der Beruhigungs-Kondensator 5 weggelassen und an den Ausgang des Diskriminators A die Parallelschaltung einei Diode 10 und eines Widerstandes 11 geschaltet ist Die dem Punkt A abgewandtc Seite der Parallelschaltung ist mit enem Schaltungspunkt B mit einem neuer Beruhigungs-Kondensator 12 verbunden, der clii Wechclstromanteile der Richtströme / nach Erde ab leitet. Weiterhin ist an dem Punkt B der Verbraucher 6 angeschlossen.

Beim Vorhandensein eines singulären Trägers he-

nntniln \ r\ ,Inf A 1*1 I ItV llt III VItI I I

Bereich /1 bis /2 ist der Verlauf so wie in Abb. 1 b.

Auch hier sei angenommen, daß der gesamte Übertragungsbereich mit lauter kleinen dicht benachbarten Elementar-Sendern gleicher Amplitude besetzt sei, um das Rauschen zu simulieren.

Die Abb. Id zeigt die Elementar-Sender am Schwingkreis 1 des Diskriminators (Abb. 2), der wieder einen Teil des ZF-Verstärkers darstellt.

Durch die Einwirkung des Kreises 3 entstehen nun am Ausgang A Richtströme nach Art der Abb. Ie.

Während links von/0 so wie in Abb. 1 c die positiven Richtströme aufwiegen, fallen die negativen Richtströme rechts von /0 sehr schwach an, da dort keine Elementar-Sender mehr vorhanden sind. Das bedeutet, daß beim Ausfall des Trägers, der vorher auf /0 gestanden hat, nunmehr die überwiegenden positiven Richtströme in den Beruhigungs-Kondensator S fließen und diesen in positiver Richtung aufladen.

Das bedeutet, daß die Abstimm-Frequenz des Empfängers von der gewollten Abstimmlage auswandert in Richtung tieferer Frequenzen, d. h. die Abstimmung ist bestrebt, »den BerE hinauf zu laufen«. so lange, bis die Summe der gleichzeitig am Ausgang A erscheinenden RichiMrome einen neuen NuH-wert gefunden haben, der unter Umständen weitab von der gewollten Abstimm-Frequenz liegen kann. Kehrt nun der Träger wieder, dann ist es möglich, daß er nicht mehr gefangen wird, da er außerhalb des Fangbereiches der Diskriminator-Anordnung liegt.

Zwischen dern FaI! des singulären Trägers und dem des vollkommenen Rauschspektrums, das in dem idealisierten Fall nach Abb. Ib bis Ie durch lauter gleichstarke dicht nebeneinanderliegende Elementar-Sender gebildet ist, gibt es alle Arten von Zwischenstufen. Es ist somit zu erkennen, daß bereits einseitige Seitenbänder eine gleiche frequenzverwerfende Rolle spielen wie das Rauschen selbst, vor allem dann, wenn der Träger selbst nur als Restträger vorhanden ist, und die Seitenbänder unter Umständen die gleiche Größe wie der Träger haben.

Das bedeutet, daß der klassische Diskriminator zur Feinabstimmung des Oszillators beim Empfang von Sendern mit Einseitenband- oder Restseitenband-Modulation rein theoretisch gar nicht geeignet ist. Je am Punkt A auf, und durch den Gleichrichter 10 fließ kein Wechselstrom.

Die Spannungen am Punkt A und am Punkt B sint gleich.

Der Beruhigungs-Kondensator 12 hat die Spannung Null, und der Verbraucher 6, die Nachstimm einrichtung, befindet sich in der Null-Lage.

Wird nunmehr der Träger geschwächt oder fäll ganz ?.· is, bzw. die Seitenbänder werden stärker, danr heben sich die Rtchtströme der beiden Dioden 8 unc 9 im Punkt A nicht mehr auf. Zwischen A und B ent steht eine Wechselspannung, die aus der Unsymmetrie der HF/ZF-Ubertragungskuive resultiert.

Die Wechselspannung zwischen A und B wire durch den Gleichrichter 10 gleichgerichtet, und e; entsteht am Widerstand 11 eine Gleichspannung, die der Verschiebung, die an dem ursprünglichen Berührungs-Kondensator 5 entstand, entgegenwirkt. Dami wird erreicht, daß auch bei Ausfall des Trägers unc ganz allgemein bei Einseitenband- oder Restseitenbandbetrieb trotz Unsymmetrie der Übertragungs kurve bei schwankendem oder auch ausfallenden Träger die einmal gewählte Abstimm-Frequenz gan; oder zumindest annähernd erhalten bleibt.

Die gleiche Anordnung laßt sich auch auf einer Schalter-Diskriminator übertragen (Abb. 3). De Schwingkreis 31 ist ein Bestandteil des ZF-Teils. De Schwingkreis 33 entspricht dem Schwingkreis 3 au: Abb. 2. Die Kopplung der beiden Schwingkreise er folgt hier über die vorzugsweise sehr kleinen Konden satoren 34 und 35.

Am Ausgangspunkt I des Schalter-Diskrirr. Inator ist die Parallelschaltung der Diode 10 mit dem Wider stand 11 angeschlossen, wobei wieder der Beruhi gungs-Kondensator 12 und der Verbraucher 6 an Punkt B der Parallelschaltung 10/11 angeschlossei sind.

Obwohl die Wirkungsweise des Schalter-Diskrimi natorseine andere ist als die des klassischen Diskrimi nators, so ergibt sich trotzdem der gleiche Effekt. Be kanntlich werden im Schalter-Diskriminator durch di< links und rechts von /0 unterschiedlichen Schaltpha sen im Schalternetzwerk 34 gegen einen Mittelwer positive und negative Richtstrom-Anteile an dei Ausgängen I und II geliefert, deren Zeitdauer pha senabhängig größer, kleiner oder gleich ist.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Schaltung zum automatischen Nachstimmen eines Empfänger-Überlagerungs-Oszülators auf die Sollfrequenz (AFC) in Empfängern mit zur Träger-Frequenz unsymmetrischen, vorzugsweise breiten HF/ZF-Übertragungskurven, vorzugsweise (Fernseh-)Rundfunk-Empfänger mit (Rest-)Einseitenband-Übertragung und reduziertem Träger, enthaltend einen Frequenz-Diskriminator, der an seinem Ausgang einen Beruhigungs-Kondensator aufweist und eine Regelspannung liefert, die den Oszillator im Sinne einer genauen Nachstimmung des Empfängers auf den Senderträger beeinflußt, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Ausgang des Diskriminators und den Beruhigungs-Kondensator (12), an dem die Regelspannung abgegriffen ist, eine Parallel-Scnaltung eines Gleichrichters (10) und eines Widerstandes (11) eingeschaltet ist.