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Einstellbarer uberlagerungsoszillator
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Die Erfindung betrifft einen einstellbaren Uberlagerungsoszillator
mit einem durchstimmbaren Oszillator, bei dem die Uberlagerungsfrequenz in zwei
phasenstarren Regelkreisen gewonnen wird.
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Bei Uberlagerungsoszillatoren, besonders wenn sie in Meßgeräten verwendet
werden, muß jede gewünschte Frequenz mit großer Genauigkeit einstellbar sein.
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Aus der DE-OS 28 52 029 ist ein Uberlagerungsoszillator bekannt, bei
dem die gewünschte Uberlagerungsfrequenz ebenfalls durch zwei phasenstarre Regelkreise
gewonnen wird. In einem ersten phasenstarren Regelkreis wird die Komparatorfrequenz
fUr den zweiten Phasenregelkreis gewonnen. In diesem ersten Regelkreis wird die
Frequenz eines einstellbaren Oszillators, dividiert durch ein variables Teilungsverhältnis,
als Komparatorfrequenz für das Mischprodukt aus der Oszillatorfrequenz dieses phasenstarren
Regelkreises und einer aus einem Quarzoszillator durch Teilung gewonnenen Referenzfrequenz
verwendet.
Die so erhaltene Oszillatorfrequenz dieses Regelkreises wird einem zweiten phasenstarren
Regelkreis über einen Frequenzteiler als Komparatorfrequenz zugeführt. In diesem
zweiten Regelkreis wird die eigentliche Überlagerungsfrequenz erzeugt. Diese Frequenz
wird durch einen Frequenzteiler mit konstantem Teilungsverhältnis und einem weiteren
Frequenzteiler, der das gleiche Teilungsverhältnis wie der Frequenzteiler des ersten
Regelkreises besitzt, dem Komparator dieses zweiten Regelkreises zugeführt. Diese
Schaltungsanordnung enthält drei Frequenzteiler mit konstantem Teilungsverhältnis,
außerdem zwei Frequenzteiler mit variablem Teilungsverhältnis.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen einstellbaren Überlagerungsoszillator
mit minimalem Schaltungsaufwand zu erstellen, der besonders auch für die Verwendung
in Meßgeräten geeignet ist.
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Erfindungsgemäß wird bei einem einstellbaren Uberlagerungsoszillator
der eingangs genannten Art diese Aufgabe dadurch gelöst, daß eine im zweiten Phasenregelkreis
mit Hilfe eines Frequenzteilers mit variablen Teilungsverhältnissen und einer Referenzfrequenz
gewonnene stufenweise veränderbare Frequenz mit einer im ersten Phasenregelkreis
von einem tfberlagerungsfrequenzoszillator erzeugten Uberlagerungsfrequenz in einem
Modulator gemischt wird, das erzeugte Mischprodukt über ein Filter einer Phasenvergleichsschaltung
zugeführt wird und mit einer durch Frequenzteilung durch einen konstanten Faktor
aus dem durchstimmbaren Oszillator gewonnenen Interpolationsfrequenz verglichen
wird, wobei das von der Phasenverglelchsscha1tung abgegebene Vergleichssignal dem
Steuereingang des Überlagerungs frequenzoszillators über ein Filter zugeführt wird.
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Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen darin, daß nur ein
Frequenzteiler mit variablem Teilungsverhäitnis benötigt wird. Als Komparatorfrequenz
wird in einem phasenstarren Regelkreis, in dem die Überlagerungsfrequenz erzeugt
wird, eine aus dem durchstimmbaren Oszillator durch Teilung mit einem konstanten
Faktor gewonnene Interpolationsfrequenz verwendet. Da diese Frequenz durch die Teilung
sehr genau und konstant ist, ist die in diesem Regelkreis erzeugte Uberlagerungsfrequenz
ebenfalls konstant.
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Der Frequenzbereich des durchstimmbaren Oszillators ist gemäß einer
vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung so ausgelegt, daß er ebenfalls direkt
den gesamten Frequenzbereich der Uberlagerungsfrequenz überstreicht.
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Dadurch können rasch Labormessungen durchgeführt werden, wenn keine
besonders hohe Langzeitkonstanz der Uberlagerungsfrequenz gefordert ist.
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Die erzeugte Überlagerungsfrequenz wird über einen Frequenzzähler
gemessen. Bei gerastetem Betrieb erfolgt nach einer weiteren vorteilhaften Ausbildung
der Erfindung die Ermittlung der niederwertigsten Ziffern der Überlagerungsfrequenz
durch Messung der Interpolationsfrequenz. Dadurch ist eine hohe Auflösung der Frequenzanzeige
gegeben.
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Sonstige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
angegeben.
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Das Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels ist
in der Figur dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.
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Der Überlagerungsoszillator beinhaltet einen ersten phasenstarren
Regelkreis PLL1 und einen zweiten phasenstarren Pegelkreis PLL2, sowie einen durchstimmbaren
Oszillator
OD, dem ein Frequenzteiler TN mit konstantem Teilungsverhältnis zugeordnet ist,
zwei Frequenzzähler FZ1 und FZ2 zur Messung der Uberlagerungsfrequenz, sowie eine
Speichervorrichtung SP1 zur Übernahme der höherwertigen Binärstellen des Frequenzmeßergebnisses.
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Der zweite phasenstarre Regelkreis Plot2 besteht aus einem steuerbaren
Oszillator 02, einem Frequenzteiler mit variablem Teilungsverhältnis TV, einer Phasenvergleichsschaltung
P2 und einem Filter F2. Der Ausgang des Oszillators 02 ist mit dem Eingang des Teilers
TV verbunden, dessen Ausgang der Phasenvergleichsschaltung P2 zugeführt wird. Außerdem
wird der Phasenvergleichsschaltung P2 von einem Quarzoszillator QO eine Referenzfrequenz
fQ zugeführt. Der Ausgang der Phasenvergleichsschaltung ist über das Filter F2 mit
dem Steuereingang des Oszillators 02 verbunden.
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Der erste phasenstarre Regelkreis PLL1 besteht aus dem Überlagerungsfrequenzoszillator
01, einem Mischer Ml mit nachgeschaltetem Filter F1, einer Phasenvergleichsschaltung
P7 und einem Filter F3. Der Ausgang des Überlagerungsfrequenzoszillators 01 ist
dem Mischer M1 zugeführt, der zweite Eingang dieses Mischers ist mit dem Ausgang
des Oszillators 02 verbunden. Der Ausgang des Mischers M1 ist über das Filter F1
der Phasenvergleichsstufe P7 zugeführt und der Ausgang des durchstimmbaren Oszillators
OD ist an den Eingang des Frequenzteilers TN angeschaltet, dessen Ausgang mit einem
zweiten Eingang der Phasenvergleichsstufe P1 verbunden ist. Der Ausgang dieser Phasenvergleichsstufe
wird über ein Filter F3 dem Steuereingang des Überlagerungsfrequenzoszillators 01
zugeführt. Ein Umschalter SU ist wahlweise an den Ausgang des durchstimmbaren Oszillators
OD oder an den Ausgang des Überlagerungsfrequenzoszilla-
tors Ol
schaltbar. Die so ausgewählte Betriebsüberlagerungsfrequenz fB wird zur Weiterverarbeitung
meist einem Modulator zugeführt, wo sie z.B. zur Bildung einer Zwischenfrequenz
dient.
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Dem Eingang des Frequenzzählers FZ1 ist die ausgewählte Betriebsüberlagerungsfrequenz
fB ebenfalls zugeführt. Das Zählergebnis iärd über einen Zwischenspeicher SP1 einem
Speicher SP2 zugeführt, der über Steuerausgänge das Teilungsverhältnis des variablen
Frequenzteilers TV bestimmt. Zur Ubernahme des Speicherinhalts des Zwischenspeichers
SPl in den Speicher SP2 ist eine Taste T vorgesehen. Die Ausgänge eines Impulsgebers
IM greifen ebenfalls in den Speicher SP2 ein. Ein weiterer Frequenzzähler FZ2 ist
über einen Schalter SE an den Ausgang des Frequenzteilers TN angeschlossen.
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In dem phasenstarren Regelkreis PLL2 wird durch Änderung des Teilungsverhältnisses
des Frequenzteilers TV eine stufenweise einstellbare Frequenz f02 erzeugt. Dies
geschieht in bekannter Weise dadurch, daß die Phasenvergleichsschaltung P2 über
das als Tiefpaß ausgebildete Filter F2 den steuerbaren Oszillator 02 so lange nachsteuert,
bis die von ihm erzeugte Frequenz f02 dividiert durch das Teilungsverhältnis des
Frequenzteilers TV (in der Figur mit fV2 bezeichnet) mit der Referenzfrequenz fQ
übereinstimmt. Die Genauigkeit der so erzeugten Frequenz ist allein von der Referenzfrequenz
fQ abhängig.
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Die eigentliche frequenzstabile Uberlagerungsfrequenz fO1 wird im
Überlagerungsfrequenzoszillator 01 erzeugt.
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Dies geschieht durch den phasenstarren ersten Regelkreis PLLl. Die
Überlagerungsfrequenz fO1 wird zusammen mit der stufenweise einstellbaren Frequenz
f02
einem Mischer M1 zugeführt. Aus dem Mischprodukt wird durch
das Filter F1 das untere Frequenzband fM herausgefiltert. Die Frequenz fM entspricht
daher der Differenz f01 minus f02. Diese Frequenz wird der Phasenvergleichsschaltung
Pl zugeführt. Die Ausgangsfrequenz £D des durchstimmbaren Oszillators OD wird vom
Frequenzteiler TN durch einen hohen Faktor m dividiert. Die so gewonnene Interpolationsfrequenz
fI weist deshalb eine hohe Konstanz auf. Sie wird mit der Frequenz fM der Phasenvergleichsschaltung
P1 zugeführt; der Ausgangswert V7 dieser Vergleichsschaltung steuert über ein zweckmäßigerweise
als Tiefpaß ausgeführtes Filter F3 den Uberlagerungsfrequenzoszillator 01. Der erste
phasenstarre Regelkreis Plil befindet sich im eingerasteten Zustand, wenn die Interpolationsfrequenz
fI = fO1 - f02 ist, oder anders ausgedrückt, wenn fO1 = f02 + fI ist.
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Die Überlagerungsfrequenz fO1 ist also die Summe der stufenweise einstellbaren
Frequenz f02 und der kontinuierlich veränderbaren Interpolationsfrequenz fI.
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Der Frequenzbereich des durchstimmbaren Oszillators OD ist so gewählt,
daß er den gesamten Frequenzbereich der Überlagerungsfrequenz direkt überstreicht.
Ebenso werden die Teilungsverhältnisse der Frequenzteiler TN (m) und TV (n) und
die Referenzfrequenz fQ so gewählt, daß im gerasteten Betrieb der Interpolationsbereich
durch Variation der Frequenz fD des durchstimmbaren Oszillators OD etwas größer
ist als die Frequenzstufen der gerasteten Frequenz f02, Der Frequenz zähler FZ1
mißt die Betriebsüberlagerungsfrequenz fß. Angezeigt wird Jedoch im allgemeinen
nicht die gemessene Frequenz sondern beispielsweise die Ab-
stimmfrequenz
eines Überlagerungsempfängers, die sich als Differenz der Betriebsüberlagerungsfrequenz
EB und einer Zwischenfrequenz ergibt. Wird die Frequenz des durchstimmbaren Oszillators
fD als Betriebsüberlagerungsfrequenz fB verwendet, ist die Anzeige der niederwertigsten
Dezimalstellen wegen der ungenügenden Frequenzkonstanz problematisch und unterbleibt
daher zweckmäßigerweise. Bei gerastetem Betrieb werden die niederwertigen Dezimalstellen
der Frequenzanzeige durch Messung der Interpolationsfrequenz fI gewonnen.
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Die Messung erfolgt durch einen Frequenzzähler FZ2, dem über einen
Schalter SE die Interpolationsfrequenz fI zugeführt wird. Es ist ebenso möglich,
die Uberlagerungsfrequenz f01 und die Interpolationsfrequenz fI mit z.B. FZ1 einem
Zähler/nacheinander zu messen. Da die Interpolationsfrequenz fI durch die Frequenzteilung
sehr konstant geworden ist, läßt sich eine Frequenzanzeige mit einer Auflösung von
ca. 1 Hz Genauigkeit ohne weiteres verwirklichen.
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Der Uberlagerungsoszillator ist außerdem besonders bedienungsfreundlich
gestaltet. Mit dem durchstimmbaren Oszillator OD kann erst einmal grob abgestimmt
werden.
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Die Betriebsüberlagerungsfrequenz fB wird, wie bereits erwähnt, vom
Frequenzzähler FZ1 gemessen. Die höherwertigen Binärstellen des Meßergebnisses werden
dann über einen Zwischenspeicher SP1 durch Betätigung einer Taste T in den Speicher
SP2 eingespeichert. Durch die Taste T wird durch Anlegen einer logischen Eins ein
Einspeicherimpuls PE erzeugt. Wird nun auf gerasteten Betrieb umgeschaltet, ist
die Grobabstimmung bereits vorgenommen, und die Feinabstimmung erfolgt wiederum
durch Änderung der Oszillatorfrequenz fD. Bei dem vorzugsweise als Vor-Rückwärtszähler
ausgeführten Speicher
SP2 ist ferner ein Impulsgeber IM vorgesehen.
Mit ihm kann bei gerastetem Betrieb stufenweise abgestimmt werden. Von dem Impulsgeber
IM werden Steuerimpulse PI in den Speicher SP2 gegeben, die dessen Inhalt bitweise
verändern. Dadurch ändert sich das Teilungsverhältnis des Frequenzteilers TV, damit
die Oszillatorfrequenz f02 und somit ebenfalls die Überlagerungsfrequenz fO1.
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Dieser Überlagerungsoszillator ist daher besonders für Meßzwecke geeignet.
Er ermöglicht sowohl schnelle Übersichtsmessungen als auch frequenz genaue Messungen
im gerasteten Betrieb.
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10 Patentansprüche 1 Figur
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