DE2941729A1

DE2941729A1 - Schaltungsanordnung mit einer regelschleife

Info

Publication number: DE2941729A1
Application number: DE19792941729
Authority: DE
Inventors: Christoph Dr.-Ing. Malinowski; Ing.(grad.) Heinz 7100 Heilbronn Rinderle
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Telefunken Electronic GmbH
Priority date: 1979-10-15
Filing date: 1979-10-15
Publication date: 1981-05-07

Description

Schaltungsanordnung mit einer Regel schleife
Grundsätzlich können geschlossene Regelschleifen in zwei Kategorien eingeteilt werden, und zwar in Schleifen, die nur mit Gleichsignalen arbeiten, sowie in Schleifen, die sowohl mit Gleichsignalen als auch mit Wechselsignalen arbeiten. Obwohl beide Kategorien das Rückkoppelungsprinzip verwenden, bei dem das Ausgangssignal mit einem Sollsignal verglichen und das daraus resultierende Signal zur Steuerung der Signalquelle verwendet wird, bestehen zwischen den beiden Kategorien erhebliche Unterschiede bezUglich der Signalart.
Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit der zweiten Kategorie, d. h. mit Schleifen, in denen beide Signal formen (Gleich- und Wechselsignale) auftreten. Diese Kategorie kann wiederum in zwei Untergruppen unterteilt werden, die sich bezüglich der Art der Signalverarbeitung unterscheiden. Die erste Untergruppe analysiert die Phase des Wechselsignals zur Gewinnung der Information für die Regelschleife. Bei diesem System wird durch Phasenvergleich der Wechsel signale das zur Steuerung der Regelschleife erforderliche Gleichsignal gewonnen. Dieses Steuersignal ist somit nur von der Phasendifferenz zwischen Eingangssignal und Referenzsignal abhängig. Ein solches Konzept ist unter dem Namen "phase locked loop" (PLL-System) bekannt. Solche Systeme werden beispielsweise zur Frequenzsynthese verwendet.
Die zweite Untergruppe der zweiten Kategorie betrifft Anordnungen, bei denen die Frequenz eines Wechselsignals analysiert bzw. aus der Frequenz des Wechselsignals mit Hilfe eines Frequenz/Gleichsignalwandlers (F/DC-Konverter) das Regelsignal für die Schleife gewonnen wird. Bei bestimmten Anordnungen kann die Eingangsfrequenz das Ergebnis einer arithmetischen Verknüpfung von verschiedenen Frequenzen sein, und zwar insbesondere der geregelten Frequenz und der Referenzfrequenz. Bei anderen Anordnungen wird das Eingangsfrequenzsignal direkt von der geregelten Quelle geliefert oder durch Teilung der Frequenz des Quellensignals gewonnen. Das Ausgangs-Gleichsignal des Wandlers kann auf diese Weise mit irgendeinem anderen Referenz-Gleichsignal verglichen werden und danach zur Regelung der Frequenz der Wechselsignalquelle der Schleife verwendet werden.
Anordnungen der oben beschriebenen Art und deren Anwendung sind bekannt. Solche Anordnungen dienen beispielsweise zur Linearisierung der Steuerspannungs-Frequenzcharakteristik von spannungsgesteuerten Oszillatoren, wobei das Ausgangsfrequenzsignal des spannungsgesteuerten Oszillators (VCO) auf den Eingang des Frequenz/Spannungswandlers zurückgekoppelt wird. Die Ausgangsspannung des Frequenz/Spannungswandlers, welche proportional der Eingangsfrequenz ist, wird mit einer Referenzspannung mittels eines Komparators verglichen. Das Ausgangssignal des Komparators regelt die Frequenz des spannungsgesteuerten Oszillators.
Eine Frequenzregelschleife besteht beispielsweise aus einem Oszillator, einem Frequenz-Gleichsignalwandler und einem Komparator, wobei diese Komponenten zur Schleife verbunden sind. Das vom Oszillator erzeugte Frequenzsignal wird dem Wandler zugeführt, der aus diesem Frequenzsignal ein Gleichsignal erzeugt, welches eine Gleichspannung oder ein Gleichstrom sein kann. Eine am Wandlerausgang z. B. erzeugte Gleichspannung wird dem einen Eingang des Komparators zugeführt. An einen zweiten Eingang des Komparators wird von außen eine Steuer spannung zur Steuerung der Schleife gelegt, durch die die Frequenz der Schleife bestimmt wird. Eine solche Frequenzregelschleife hat gegenüber einem gesteuerten Oszillator ohne Schleife, d. h. ohne zusätzlichen Wandler und Komparator, den Vorteil, daß eine Frequenz erzeugt wird, die sich bei Snderung der Charakteristik des Oszillators nicht ändert und somit bei Charakteristikänderungen des Oszillators stabil bleibt.
Bei Anlegen einer Steuer spannung an den zweiten Eingang des Komparators, die von der vom Wandler erzeugten Gleichspannung verschieden ist, entsteht am Ausgang des Komparators eine Gleichspannung, die der Differenz der beiden Eingangsspannungen am Komparator entspricht. Die Frequenzreyelschleife hat nun die Tendellz, die am Komparatoreingang vorhandene Differenzspannung zu reduzieren.
Dies geschieht dadurch, daß durch die Ausgangsspannung des Komparators die Frequenz des Oszillators so gesteuert wird, daß am Ausgang des Wandlers eine solche Gleichspannungsänderung entsteht, daß sich die Wandlerausgangsspannung der von außen dem Komparator zugeführten Steuerspannung angleicht. Dieser Angleichvorgang erfolgt so lange, bis die Differenz der beiden Spannungen gegen Null geht. Für die sich dann einstellende Frequenz ist dann nur noch die Charakteristik des Wandlers ausschlaggebend, während Änderungen von frequenzbestimmenden Schwingkreiselementen im Oszillator unbedeutend sind, da die Regelschleife solche Veränderungen automatisch korrigiert.
Die bekannten Frequenz-Regelschleifen, die aus einem Oszillator, einem Wandler und einem Komparator bestehen, haben jedoch Nachteile, die im wesentlichen auf die Wandlereigenschaften zurückzuführen sind. Frequenz/Gleichsignal-Wandler ändern bekanntlich ihre Charakteristik (Verhältnis Gleichsignal zur Frequenz) in Abhängigkeit von den äußeren Betriebsbedingungen wie Temperatur und Betriebsspannung. Außerdem gibt es bei solchen Wandlern Probleme bezüglich der Linearität zwischen Frequenz-und Ausgangssignaländerung. Die Beseitigung dieser Nachteile ist heute nur mit erheblichem Aufwand möglich.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung mit Regelschleife anzugeben, die die oben angeführten Nachteile nicht aufweist und die sich kostengünstig herstellen läßt. Diese Aufgabe wird bei einer Schaltungsanordnung mit einer Regelschleife, die unter Verwendung eines Frequenz/Gleichsignal-Wandlers in Abhängigkeit von einem Steuersignal ein Signal bestimmter Frequenz liefert, gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß ein zweiter Frequenz/Gleichsignal-Wandler und eine Frequenzsignalquelle für diesen zweiten Wandler vorgesehen sind und daß der zweite Frequenz/Gleichsignal-Wandler zwischen diese Frequenzsignalquelle und den Komparator der Regelschleife geschaltet ist.
Die Frequenzsignalquelle und der zweite Wandler dienen sozusagen als Steuerstrecke, die das Steuersignal für die Regelschleife liefert, oder von deren Ausgangssignal das Steuersignal für die Regelschleife (durch Verstärkung oder Schwächung) abgeleitet wird. Wenn hier von einem Gleichsignal die Rede ist, so ist darunter eine Gleichspannung oder ein Gleichstrom zu verstehen.
Im allgemeinen soll eine Frequenzregelschleife nicht nur eine einzige Frequenz erzeugen, sondern sie soll Signale unterschiedlicher Frequenz liefern können. Da ein bestimmtes Steuersignal in einer einzigen Frequenzregelschleife nur eine Frequenz erzeugen kann, benötigt man variable Steuersignale für die Regelschleife, wenn die zu erzeugende Frequenz geändert werden soll. Die Steuersignalquelle für die Regelschleife ist im Falle der Erfindung die aus der Frequenzsignalquelle und dem zweiten Frequenz/Gleichsignal-Wandler bestehende Steuerstrecke bzw. der durch die Frequenzsignalquelle gesteuerte zweite Frequenz/Gleichsignal-Wandler. Wie bereits zum Ausdruck gebracht, kann das von dieser Steuerstrecke gelieferte Steuersignal allerdings noch geschwächt oder verstärkt werden.
Unterschiedliche Steuersignale für die Regelschleife können mit Hilfe der aus der Frequenzsignalquelle und dem zweiten Wandler bestehenden Steuerstrecke auf unterschiedliche Weise erzeugt werden. Eine Möglichkeit besteht beispielsweise darin, eine variable Frequenzsignalquelle zu verwenden und nur die Frequenz dieser Signalquelle zu variieren. Es besteht aber auch die Möglichkeit, das von der variablen Frequenzsignalquelle gelieferte und vom zweiten Wandler in ein Gleichsignal umgewandelte Signal zu verstärken oder zu schwächen.
Weiterhin besteht die Möglichkeit, eine Frequenzsignalquelle mit konstanter Frequenz (z. B. einen Quarzoszillator) zu verwenden und das aus dem Frequenzsignal einer solchen Signalquelle resultierende Gleichsignal des zweiten Wandlers durch Schwächen oder Verstärken entsprechend zu variieren. Eine Signalschwächung wird beispielsweise bei einer Gleichspannung durch einen passiven Spannungsteiler oder durch aktive Spannungsteilung in einer Verstärkeranordnung erzielt, während eine Signalverstärkung durch einen Verstärker erfolgt.
Die Figur 1 zeigt eine bekannte Frequenzregelschleife, die aus dem Oszillator 1, dem Frequenz/Gleichsignal-Wandler 2 und dem Komparator 3 besteht. Um die negativen Auswirkungen der äußeren Betriebsbedingungen wie Temperatur und Betriebsspannung auf die Wandlercharakteristik zu kompensieren, ist gemäß der Figur 1 zusätzlich zur bekannten Regelschleife nach der Erfindung eine Frequenzsignalquelle 4 und ein zweiter Frequenz/Gleichsignal-Wandler 5 vorgesehen. Die Frequenz-Signalquelle 4 und der Wandler 5 dienen zur Erzeugung des Steuersignals für die Regelschleife. Die Frequenzsignalquelle 4 liefert ein Frequenzsignal, welches dem Eingang des Wandlers 5 zugeführt wird. Der Wandler 5 erzeugt aus diesem Frequenzsignal an seinem Ausgang ein Gleichsignal, welches das Steuersignal für die Regelschleife ist und dem einen Eingang (6) des Komparators 3 zugeführt wird. Dem zweiten Eingang (7) des Komparators 3 wird das Ausgangssignal des ersten Wandlers 2 zugeführt. Beide Eingangssignale des Komparators werden im Komparator miteinander verglichen und das aus dem Vergleich resultierende Differenzsignal wird im Komparator 3 verstärkt und dem Oszillator 1 als Regelsignal (Stellgröße) zugeführt. Der Oszillator 1 erzeugt an seinem Ausgang ein Frequenzsignal, welches zur Speisung der Last 8 dient und außerdem dem Eingang des ersten Wandlers 2 zugeführt wird.
Die Wirkungsweise der Schaltungsanordnung nach der Erfindung läßt sich am besten erklären, wenn man den eingeschwungenen Zustand einer nach der Figur 1 aus einem Oszillator 1, dem Wandler 2 und dem Komparator 3 bestehenden Regelschleife betrachtet, bei der sich bei sich nicht änderndem Steuersignal ein Frequenzsignal konstanter Frequenz einstellt. Ändern sich in diesem (eingeschwungenen) Zustand die äußeren Betriebsbedingungen wie z. B. die Betriebstemperatur oder die Betriebsspannung, so ändert sich in unerwünschter Weise die Charakteristik des Wandlers 2 der Regelschleife. Diese Charakteristikänderung hat eine unerwünschte Frequenzänderung des Frequenzsignals der Regelschleife zur Folge. Diese unerwünschte Frequenzänderung wird jedoch nach der Erfindung durch den zweiten Wandler 5 kompensiert, da sich unter der Voraussetzung, daß der zweite Wandler dieselbe Charakteristik wie der erste Wandler hat, das vom zweiten Wandler 5 erzeugte Steuersignal infolge der Änderung der Betriebsbedingungen im gleichen Sinne und im gleichen Verhältnis wie das Ausgangssignal des ersten Wandlers 2 ändert. Werden solche im gleichen Sinne und im gleichen Verhältnis geänderte Signale miteinander im Komparator 3 verglichen, so heben sich die durch die Änderung der Betriebsbedingungen bedingten Signaländerungen gegenseitig auf. Da im eingeschwungenen Zustand die Differenz der beiden Eingangssignale des Komparators 3 gegen Null geht, bleibt dieser Zustand auch erhalten, wenn sich die beiden Signale im selben Sinne und im selben Verhältnis ändern. Daraus resultiert, daß die vom Oszillator erzeugte Frequenz trotz Änderung der Betriebsbedingungen konstant bleibt.
Bekannte Frequenzregelschleifen dienen zur Stabilisierung der Frequenz des vom Oszillator der Regelschleife erzeugten Frequenzsignals. Schaltungsanordnungen mit einem zusätzlichen (zweiten) Wandler und einer zusätzlichen Frequenzsignalquelle erhöhen noch die Frequenzstabilität, und zwar deshalb, weil, wie oben beschrieben, Charakteristikänderungen des Wandlers der Regel schleife durch den zweiten Wandler kompensiert werden. Eine solche Kompensation setzt, wie bereits beschrieben, allerdings voraus, daß der zweite Wandler möglichst die gleichen Eigenschaften wie der erste Wandler der Regelschleife hat. Dies erreicht man durch einen möglichst identischen Aufbau, d. h. der erste und der zweite Wandler sollen möglichst aus den gleichen Komponenten bestehen.
Einen weitgehend identischen Aufbau von Wandlern erhält man beispielsweise durch monolythische Integration, da Bauelemente, die in ein und demselben Halbleiterkörper gemeinsam durch Mittel der Halbleitertechnik (Implantation, Diffusion, Epitaxie) hergestellt werden, besonders gute übereinstimmende Eigenschaften haben, wenn sie gleichzeitig und mit denselben Verfahrensmethoden hergestellt werden. Dies gilt vor allem für Bauelemente, die sich auf der Halbleiterscheibe in unmittelbarer Nachbarschaft befinden. Die beiden Wandler können einen gemeinsamen Halbleiterkörper oder getrennte Halbleiterkörper haben, indem z. B. die gemeinsame Halbleiterscheibe unterteilt wird. Die Wandler können beispielsweise auch in Dickfilm- und/oder Dünnfilmtechnik hergestellt werden, da sich auch bei dieser Technik für die Wandler übereinstimmende Eigenschaften erzielen lassen. Für den Fall, daß die Wandler voneinander getrennt sind, sollten sie einen gemeinsamen Trägerkörper haben, da ein gemeinsamer Trägerkörper die beste Gewähr für gleiche Temperaturbedingungen bietet.
Die Anordnung der Figur 2 unterscheidet sich von der Anordnung der Figur 1 dadurch, daß zwischen den zweiten Wandler 5 und den Komparator 3 eine Steueranordnung 9 geschaltet ist. Die Steueranordnung 9 dient zur Schwächung oder Verstärkung des Ausgangssignals des zweiten Wandlers 5. Während bei der Anordnung der Figur 1 eine Änderung des Steuersignals nur durch eine Änderung der Frequenz des Signals der Frequenzsignalquelle 4 möglich ist, bietet die Steueranordnung der Figur 2 eine zusätzliche (zweite) Steuermöglichkeit, da durch die Steueranordnung 9 das vom zweiten Wandler 5 gelieferte Gleichsignal beeinflußbar ist. Bei der Anordnung der Figur 2 ist somit eine Steuersignaländerung durch Änderung der Frequenz des Frequenzsignals der Signalquelle 4, durch Änderung des vom zweiten Wandler 5 abgegebenen Gleichsignals mittels der Steueranordnung 9 oder durch eine Kombination dieser Variationsmöglichkeiten möglich.
Geeignete Steueranordnungen werden später noch beschrieben.
Bei der Anordnung der Figur 3 ist die Steueranordnung nicht zwischen den zweiten Wandler 5 und den Komparator 3 geschaltet, sondern zwischen den Komparator 3 und den ersten Wandler 2. Durch die Steueranordnung 10 wird deshalb bei der Anordnung der Figur 3 nicht das Gleichsignal des zweiten Wandlers 5, sondern das Gleichsignal des ersten Wandlers 2 variiert.
Bei der Anordnung der Figur 4 hat man drei Variationsmöglichkeiten, und zwar die Möglichkeit einer Variation der Frequenz des Signals der Frequenzsignalquelle 4, die Möglichkeit einer Variation des Gleichsignals des zweiten Wandlers 5 durch die Steueranordnung 9 und eine Möglichkeit der Variation des Gleichsignals des ersten Wandlers 2 durch die Steueranordnung 10.
Die Anordnung der Figur 5 weist zwei Frequenzregelschleifen auf. Die erste Frequenzregelschleife besteht aus dem ersten Oszillator 1, dem ersten Wandler 2 und dem ersten Komparator 3. Die zweite Frequenzregelschleife besteht aus dem zweiten Oszillator 11, dem dritten Wandler 12 und dem zweiten Komparator 13. Außer diesen beiden Regelschleifen ist bei der Anordnung der Figur 5 noch eine Steuerstrecke vorgesehen, die aus der Frequenzsignalquelle 4 und dem zweiten Wandler 5 besteht.
Diese Steuerstrecke liefert bei der Anordnung der Figur 5 für beide Regelschleifen das Steuersignal. Die Anordnung der Figur 5 hat den Vorteil, daß zwei Frequenz-Regelschleifen durch eine einzige Steuerstrecke gesteuert werden können. Wie die Figur 5 andeutet, können natürlich noch weitere Regelschleifen durch die gemeinsame Steuerstrecke (4, 5) gesteuert werden. Im allgemeinen liefern die einzelnen Regelschleifen bzw. deren Oszillatoren unterschiedliche Frequenzsignale, die an Lasten (8, 14) weitergegeben werden. Diese Frequenzsignale können auch an eine gemeinsame Last weitergeleitet werden.
Die Anordnung der Figur 6 unterscheidet sich von der Anordnung der Figur 5 dadurch, daß in Serie zur Steuerstrecke (4, 5) noch eine Steueranordnung 15 vorgesehen ist, die wie bei den vorausgegangenen Anordnungen zusätzlich zur Frequenzvariation noch eine Gleichsignalvariation bietet. Die Steueranordnung 15 kann so ausgebildet sein und so gesteuert werden, daß sie entweder nur einen Regelkreis oder beide Regelkreise beeinflußt.
Die Steueranordnung kann natürlich auch mehr als zwei Regelkreise beeinflussen.
Bei der Anordnung der Figur 7 sind wie bei der Anordnung der Figur 4 noch zusätzlich Steueranordnungen (10, 16) in den Regel schleifen zur Regelung der Wandler-Ausgangssignale vorgesehen.
Die Wandler der Figuren 1 bis 7 sind im allgemeinen Frequenz/Spannungs-Wandler oder Frequenz/Strom-Wandler.
Als Frequenz/Spannungs-Wandler können beispielsweise die bekannten Wandlertypen VFC 32 (BURR BROWN), XR 4151 (EXAR), ßA 4151 (FAIRCHILD), 9400 (TELEDYNE), A 8408 (INTECH) und XC 3315 (MOTOROLA) verwendet werden. Durch Nachschaltung eines Spal ul1gs/ Strom-Wandlers erhält man aus den bekannten Frequenz/ Spannungs-Wandlern Frequenz/Stront-Wandler.
Die Figur 8 zeigt für die Verwendung in den Regelkreisen einen Spannungskomparator und die Figur 9 einen Stromkomparator. Einen Spannungskomparator benötigt man dann, wenn die Regelschleife an den Komparator eine Gleichspannung liefert. Ein Stromkomparator ist dann erforderlich, wenn die Regelschleife dem Komparator einen Gleichstrom zuführt. Der Spannungskomparator der Figur 8 besteht aus einem bekannten Operationsverstärker 17, dessen Ausgangssignal von der Potentialdifferenz zwischen den Eingängen 6 und 7 abhängt. Der Stromkomparator der Figur 9 besteht ebenfalls aus einem Operationsverstärker 17.
Beim Stromkomparator der Figur 9 wird sowohl der von der Regelschleife kommende Gleichstrom als auch das von der Steuerstrecke (Frequenzsignalquelle plus Wandler) bzw.
das von der Steueranordnung kommende Steuersignal ein und demselben Eingang des Operationsverstärkers 17 zugeführt. Am anderen Eingang des Komparators liegt eine Referenzsignalquelle 18, die ein beliebiges Bezugspotential liefert. Die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 17 ist bei dem Stromkomparator der Figur 9 von der Summe der den Eingängen 6 uns 7 des Komparators zugeführten Ströme abhängig.
Während bei der Anordnung der Figur 9 den Eingängen 6 und 7 entgegengesetzt gerichtete Ströme zugeführt werden müssen, ist dies beim Stromkomparator der Figur 10 nicht erforderlich, da bei der Anordnung der Figur 10 der dem Eingang 6 zugeführte Strom mittels der aus dem Inverter 19 und den Widerständen 20 und 21 bestehenden Inverterschaltung invertiert wird.
Die Figuren 11 bis 13 zeigen Grundformen von Steueranordnungen für spannungsgesteuerte Regelschleifen. Wie bereits zum Ausdruck gebracht, gibt es bei der Spannungsregelung spannungsreduzierende und spannungsverstärkende Steuerungen. Die Figuren 11 und 12 zeigen spannungsreduzierende Steueranordnungen. Die Steueranordnung der Figur 11 ist ein Spannungsteiler 22. Der Eingang 23 ist im allgemeinen mit dem Wandler und der Abgriff 24 mit dem Komparator verbunden.
Während die Anordnung der Figur 11 eine passive Steueranordnung ist, ist die Anordung der Figur 12 eine aktive Steueranordnung, weil bei der Anordung der Figur 12 zusätzlich zum Spannungsteiler 22 noch ein Operationsverstärker 25 vorgesehen ist. Dieser Operationsverstärker dient zur Entkopplung von Spannungsteiler und Wandler.
Die Figur 13 zeigt eine verstärkende Steueranordnung, die aus dem Spannungsteiler 22 und dem Operationsverstärker 25 besteht.
Die Figur 14 zeigt eine Steueranordnung mit einem Operationsverstärker 25. Das Ausgangssignal des Wandlers wird dem Eingang 23 des Operationsverstärkers 25 zugeführt und durch den Operationsverstärker verstärkt. Der Spannungsteiler 22 teilt die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 25. Durch entsprechende Einstellung des Spannungsteilers 22 wird an seinem Ausgang 24 der Steueranordnung eine Spannung erhalten, die größer, gleich oder kleiner als die Spannung am Eingang 23 des Operationsverstärkers ist.
Die Steueranordnung der Figur 15 besteht aus einem Digital/ Analog-Wandler 26, der als digital gesteuertes Potentiometer dient. Dem Digital/Analog-Wandler wird an seinem Eingang 23 wie üblich ein Wandler-Gleichsignal zugeführt, während der Digital/Analog-Wandler digital am Steuereingang 27 gesteuert wird. Das Ausgangssignal entsteht am Ausgang 24.
Die Figuren 16 bis 18 zeigen stromgesteuerte Steueranordnungen. Bei diesen Steueranordnungen wird am Eingang 23 der Steueranordnung vom Wandler keine Spannung, sondern ein Gleichstrom zugeführt. Die Anordnung der Figur 16 weist einen Operationsverstärker 25 auf, der als Strom/Spannungs-Wandler dient. Der Operationsverstärker 25 verstärkt die an seinem Eingang entstehende Potentialdifferenz. Zwischen den einen Eingang des Operationsverstärkers 25 und den Ausgang 24 der Steueranordnung ist ein Widerstandsteiler 22 geschaltet, dessen Abgriff mit dem Ausgang des Operationsverstärkers 25 verbunden ist. Die am Ausgang des Operationsverstärkers 25 auftretende Spannung erzeugt in dem Zweig zwischen Ausgang und Eingang des Operationsverstärkers 25 einen Strom, der sich so einstellt, daß er die Größe des dem Eingang 23 zugeführten Gleichstroms annimmt und entgegengesetzt zu diesem Gleichstrom gerichtet ist. Dadurch geht die Potentialdifferenz am Eingang des Operationsverstärkers gegen Null. Die mit dem Eingang des Operationsverstärkers 25 verbundene Spannungsquelle 28 bestimmt das Potential am Eingang des Operationsverstärkers. Dieses Potential kann an und für sich beliebig sein. Vorzugsweise ist jedoch dieses Potential gleich dem Potential, das die Spannungsquelle 18 der Komparatoren liefert. Der Ausgangsstrom wird durch den Widerstandsanteil bestimmt, der zwischen dem Ausgang des Operationsverstärkers 25 und dem Ausgang 24 der Steueranordnung liegt. Dies ist jedoch nur dann der Fall, wenn am Ausgang 24 der Steueranordnung ein Komparator liegt, der dem Komparator der Figuren 9 und 10 entspricht.
Bei der Steueranordnung der Figur 17 ist ebenfalls ein Operationsverstärker 25 vorgesehen. Zwischen seinen Ausgang und Masse ist ein Widerstandsteiler 22 geschaltet, dessen Abgriff mit dem einen Eingang (23) des Operationsverstärkers 25 verbunden ist. Durch Einstellung desjenigen Widerstandes, der zwischen dem Ausgang des Operationsverstärkers und dem Abgriff des Widerstandsteilers 22 liegt, wird die Verstärkung des Operationsverstärkers 25 geregelt. Zwischen dem Eingang (23) des Operationsverstärkers 25 und Masse besteht eine Potentialdifferenz, die einen Strom zur Folge hat, der durch den Widerstandsteiler 22 nach Masse fließt. Dieser Strom beeinflußt den Strom am Ausgang 24 der Steueranordnung. Die Widerstände 29 und 30 sind mitbestimmend für den Ausgangsstrom und die Verstärkung des Operationsverstärkers.
Die Steueranordnung der Figur 18 hat zwei Ausgänge, und zwar die Ausgänge 24 und 33. Zwischen den Ausgang 24 und den Ausgang des Operationsverstärkers ist der variable Widerstand 31 geschaltet, während zwischen den Ausgang 33 und den Ausgang des Operationsverstärkers der variable Widerstand 32 geschaltet ist. Wie die Pfeile zeigen, sind beide Widerstände unabhängig voneinander steuerbar. Durch die Steueranordnung der Figur 18 können zwei Regelkreise getrennt voneinander gesteuert werden.
Im allgemeinen sollen Frequenzregelschleifen Signale mit konstanter Frequenz liefern. Zu diesem Zweck wird von der Frequenzsignalquelle ein Signal bestimmter Frequenz geliefert. Ist eine Steueranordnung vorhanden, so wird das Ausgangssignal dieser Steueranordnung so gewählt, daß der Frequenzregelkreis (Oszillator) die bestimmte konstante Frequenz liefert.
Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, die Frequenz des Signals der Signalfrequenzquelle zu modulieren, so daß am Ausgang des der Frequenzsignalquelle nachgeschalteten Frequenz/Gleichsignal-Wandlers ein Gleichsignal mit überlagertem Wechselsignal entsteht. In diesem Fall liefert der Frequenzregelkreis ebenfalls modulierte Frequenzen.
Eine solche Frequenzmodulation kann aber auch durch ein Wechselsignal erzielt werden, welches dem (den) dem Komparator zugeführten Gleichsignal(en) überlagert wird.
Es besteht natürlich auch die Möglichkeit, die Frequenzmodulation des Signals der Frequenzsignalquelle mit der soeben beschriebenen Wechselsignalüberlagerung zu kombinieren.
In den Figuren sind breite Pfeile eingezeichnet, die eine symbolische Bedeutung haben, und zwar sollen diese Pfeile zum Ausdruck bringen, daß die Steueranordnungen von außen gesteuert werden. Diese Steuerung kann beispielsweise mechanisch, elektrisch, optisch oder magnetisch erfolgen.
Die Schaltungsanordnungen der Figuren 19, 20 und 21 unterscheiden sich von den bisher beschriebenen Schaltungsanordnungen dadurch, daß noch eine zusätzliche Steuermöglichkeit vorgesehen ist, und zwar in Gestalt der Frequenzteiler 34 und 35. Bei der Anordnung der Figur 19 ist ein Frequenzteiler 34 zwischen den Oszillator 1 und den Wandler 2 der Frequenzregelschleife geschaltet. Durch diesen Frequenzteiler 34 kann die Oszillatorfrequenz der Frequenzregelschleife ebenfalls gesteuert werden.
Bei der Anordnung der Figur 20 ist ein Frequenzteiler 35 zwischen die Frequenzsignalquelle 4 und den Wandler 5 der Steuerstrecke geschaltet, so daß die zusätzliche Frequenzregelung durch den Frequenzteiler in der Steuerstrecke erfolgt.
Die Anordnung der Figur 21 stellt eine Kombination der in den Figuren 19 und 20 dargestellten Möglichkeiten dar, und zwar sind bei der Anordnung der Figur 21 zwei Frequenzteiler (34, 35) vorgesehen, von denen sich der eine (34) in der Frequenzregelschleife und der andere (35) in der Steuerstrecke befindet.
Eine Schaltungsanordnung nach der Erfindung wird, wie bereits zum Ausdruck gebracht, zur Erzeugung stabiler Frequenzsignale benutzt. Solche Frequenzsignale benötigt man beispielsweise bei Oszillatorabstimmschaltungen von Empfängern. Die Erfindung findet deshalb beispielsweise mit Vorteil bei Oszillatorabstimmschaltungen Anwendung.
Oszillatorabstimmschaltungen werden beispielsweise in Empfängerschaltungen von Rundfunk- und Fernsehempfängern benutzt. In neuer Zeit werden immer mehr elektronische Abstimmittel eingesetzt. Bei einer elektronischen Abstimmung, die z. B. mittels Varaktordioden erfolgt, soll zwischen der Steuerspannung und der Oszillatorfrequenz ein möglichst linearer Zusammenhang bestehen, um eine lineare Frequenz skala durch Anzeige der Steuerspannung für die Abstimmdiode zu erhalten.
Die Figur 22 zeigt eine Oszillatorabstimmschaltung nach der Erfindung, bei der der gewünschte lineare Zusammenhang zwischen dem Steuersignal und der in der Regelschleife erzeugten Oszillatorfrequenz besteht. Die Oszillatorabstimmschaltung der Figur 22 hat darüber hinaus noch den Vorteil, daß sie stabile Frequenzsignale mit relativ geringem Aufwand liefert.
Die Oszillatorabstimmschaltung der Figur 22 besteht aus einer Frequenzregelschleife und einer Steuerstrecke. Der Oszillator 1 der Frequenzregelschleife ist der Empfangsoszillator des Empfängers. Die vom Empfangsoszillator 1 erzeugte Frequenz stellt die Uberlagerungsfrequenz dar, die dem Empfangsmischer 8 zugeführt wird. Dem anderen Eingang des Empfangsmischers 8 wird das Empfangssignal zugeführt. Das Uberlagerungsfrequenzsignal und das Empfangssignal werden im Empfangsmischer 8 gemischt und ergeben am Ausgang des Empfangsmischers das Zwischenfrequenzsignal. Die Frequenzregelschleife enthält außer dem Empfangsoszillator noch den Wandler 2 und den Komparator 3.
Das Steuersignal für die Frequenzregelschleife wird durch den Quarzosillator 4, den zweiten Wandler 5 und die der Steueranordnung entsprechende Abstimmvorrichtung 9 erzeugt. Der Quarzoszillator 4 liefert eine konstante Frequenz. Die Variation des Steuersignals erfolgt durch die Abstimmvorrichtung 9, die beispielsweise ein Abstimmpotentiometer ist. Die Elemente der Oszillatorabstimmschaltung wie Wandler, Komparator und Steueranordnung sind in der oben beschriebenen Weise ausgebildet.
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Claims

Patentansprüche Schaltungsanordnung mit einer Regelschleife, die einen Oszillator, einen Frequenz/Gleichsignal-Wandler und einen Komparator aufweist und in Abhängigkeit von einem Steue=-signal ein Signal bestimmter Frequenz liefert, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Frequenz/Gleichsignal-Wandler und eine Frequenzsignalquelle für diesen zweite Wandler vorgesehen sind und daß der zweite Frequenz/ Gleichsignal-Wandler zwischen diese Frequenzsignalquelle und den Komparator der Regelschleife geschaltet ist.
2) Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den zweiten Wandler und den Komparator und/oder zwischen den ersten Wandler und den Komparator eine Anordnung geschaltet ist, die das Ausgangssignal des zweiten Wandlers und/oder das Ausgangssignal des ersten Wandlers verstärkt oder schwächt.
3) Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuersignal für die Riqtlschleife derart gewählt wird, daß der Oszillator der Regelschleife eine bestimmte Frequenz liefert.
4) Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Wandler derart ausgebildet ist, daß unerwünschte Änderungen der Frequenz der Regelschleife, die durch unerwünschte Änderungen der Charakteristik des ersten Wandlers hervorgerufen werden, kompensiert werden.
5) Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufbau des zweiten Wandlers möglichst identisch mit dem Aufbau des ersten Wandlers ist.
6) Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß beide Wandler monolythisch integriert sind.
7) Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Wandler einen gemeinsamen Halbleiterkörper haben.
8) Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Wandler getrennte Halbleiterkörper haben.
9) Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß beide Wandler zumindest teilweise in Dickfilm- und/oder Dünnfilmtechnik ausgebildet sind.
10) Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß beide Wandler einen gemeinsamen Trägerkörper haben.
11) Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehr Frequenzregelschleifen vorgesehen sind und daß eine oder mehrere, aus einer Frequenzsignalquelle und einem Frequenz/Gleichsignal-Wandler bestehende Steuerstrecken vorgesehen sind, die das Steuersignal für die Frequenzregelschleifen liefern.
12) Schaltungsanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das von der Steuerstrecke gelieferte Steuersignal durch Verstärker oder Teiler verstärkt oder geschwächt wird.
13) Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein Spannungskomparator für die Regelschleife(n) aus einem Operationsverstärker besteht.
14) Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein Stromkomparator für die Regelschleife(n) aus einem Operationsverstärker besteht, daß der Eingang des Operationsverstärkers sowohl zur Einspeisung des von der Regelschleife kommenden Gleichstroms als auch zur Einspeisung desjenigen Steuersignals dient, welches von der aus der Frequenzsignalquelle und dem Frequenz/Gleichsignalwandler bestehenden Steuerstrecke oder einer dieser Steuer strecke nachgeschalteten Steueranordnung stammt, und daß der andere Eingang des Operationsverstärkers zur Einspeisung eines Referenzsignals dient.
15) Schaltungsanordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß für eines der beiden Eingangssignale ein Inverter vorgesehen ist, der dafür sorgt, daß die beiden Eingangsströme des Operationsverstärkers einander entgegengesetzt gerichtet sind.
16) Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Komparator vorgeschaltete Steueranordnung aus einem Spannungsteiler besteht.
17) Schaltungsanordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zum Spannungsteiler noch ein Operationsverstärker vorgesehen ist, der zur Entkopplung von Spannungsteiler und Wandler dient.
18) Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Komparator vorgeschaltete Steueranordnung aus einem Operationsverstärker und einem nachgeschalteten Spannungsteiler besteht.
19) Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Komparator vorgeschaltete Steueranordnung aus einem Digital/Analog-Wandler besteht, dessen Eingang ein Wandler/Gleichsignal und dessen Steuereingang ein Digitalsignal zugeführt wird.
20) Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß eine stromgesteuerte Steueranordnung vorgesehen ist, die einen Operationsverstärker, einen Widerstandsteiler und eine Spannungsquelle aufweist, daß der Widerstandsteiler zwischen den einen Eingang des Operationsverstärkers und den Ausgang der Steueranordnung geschaltet ist, daß der Abgriff des Widerstandsteilers mit dem Ausgang des Operationsverstärkers verbunden ist und daß die Spannungsquelle an den anderen Eingang des Operationsverstärkers ein Potential liefert.
21) Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß eine stromgesteuerte Steueranordnung vorgesehen ist, die einen Operationsverstärker, einen Widerstandsteiler und eine Spannungsquelle aufweist, daß der Widerstandsteiler zwischen den Ausgang des Operationsverstärkers und Masse geschaltet ist, daß der Abgriff des Widerstandsteilers mit dem einen Eingang des Operationsverstärkers verbunden ist, daß die Spannungsquelle mit dem anderen Eingang des Operationsverstärkers verbunden ist und daß der Ausgang des Operationsverstärkers über einen Widerstand mit dem Ausgang der Steueranordnung verbunden ist.
22) Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steueranordnung mit zwei oder mehr Ausgängen vorgesehen ist, die einen Operationsverstärker, eine Spannungsquelle und zwei variable Widerstände aufweist, daß der Ausgang des Operationsverstärkers über einen der beiden variablen Widerstände mit dem einen Ausgang der Steueranordnung und über den anderen der beiden variablen Widerstände mit dem anderen Ausgang der Steueranordnung verbunden ist, daß der eine Eingang des Operationsverstärkers über einen Widerstand mit dem Ausgang des Operationsverstärkers verbunden ist und daß die Spannungsquelle mit dem anderen Eingang des Operationsverstärkers verbunden ist.
23) Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Oszillator der Frequenzregelschleife und den Wandler der Frequenzregelschleife ein Frequenzteiler geschaltet ist.
24) Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Frequenzsignalquelle der Steuerstrecke und den Wandler der Steuer strecke ein Frequenzteiler geschaltet ist.
25) Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß eine Frequenzmodulation vorgesehen ist und daß die Frequenzmodulation durch Modulation des Signals der Signalfrequenzquelle und/oder dadurch erfolgt, daß dem vom Wandler der Signalstrecke gelieferten Gleichsignal ein Wechselsignal überlagert wird.
26) Oszillatorabstimmschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß ein Empfangsoszlllator, ein Frequenz/Gleichsignal-Wandler und ein Komparator zu einer Frequenzregelschleife verbunden sind, ß eine Steuerstrecke mit einem Oszillator, einem Frequenz/ Gleichsignal-Wandler und einer Abstimmvorrichtung vorgesehen ist und daß die Abstimmvorrichtung mit dem einen Eingang des Komparators verbunden ist.