DE809818C - Schaltung zum Konstanthalten der zentralen Frequenz eines frequenzmodulierten Oszillators - Google Patents

Description

(WlGBL S. 175)

AUSGEGEBEN AM 2. AUGUST 1951

P 26533 VIII a/21a¹ D

ist in Anspruch genommen

In einer bekannten Schaltung zum Erzeugen frequenzmodulierter Schwingungen mit Hilfe eines eine Hochfrequenzschwingung erzeugenden Oszillators, deren Augenblickswert von einer Modulatorstufe gesteuert wird, wird die zentrale Frequenz durch eine dieser Modulatorstufe zugeführte Regelspannung konstant gehalten; diese Regelspannung wird dem Ausgangskreis eines Frequenzdetektors entnommen, dem die erzeugten Schwingungen zugeführt werden. Bei einer solchen Schaltung trat die Schwierigkeit auf, daß die der Modulatorstufe zugeführte Spannung, die einerseits durch die erwähnte Regelspannung, andererseits durch den Augenblickswert eines zu übertragenden Signals bestimmt wird, unerwünschte Schwankungen aufweisen kann, die z. B. infolge von Störungen im Niederfrequenzkanal auftreten, welche einen so großen Frequenzhub des Oszillators hervorrufen können, daß der Frequenzdetektor über sein Arbeitsgebiet hinaus ausgesteuert wird, so daß sich die Regelung "auf eine ganz andere und unerwünschte ao zentrale Frequenz einstellt.

Gemäß der Erfindung werden besondere Mittel vorgesehen, damit die Momentanfrequenz der dem Frequenzdetektor zugeführten Schwingungen keine labilen Punkte dieses Detektors überschreiten kann.

Insbesondere wird zwischen die Stelle, an der die modulierenden Schwingungen und auch die Regelspannung wirksam gemacht werden, und die Modulatorstufe eine Begrenzerstufe geschaltet, die bewirkt, daß der Frequenzdetektor immer in dem gleichen stabilen Teil seiner Kennlinie betrieben wird.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert. In

Fig. ι ist die Kennlinie eines im Schaltbild nach Fig. 2 verwendeten Frequenzdetektors dargestellt; Fig. 3 stellt eine ausgearbeitete Schaltung dar, und in

Fig. 4 ist dargestellt, in welchem Maße die zentrale

Frequenz der erzeugten Schwingung stabilisiert wird.

In Fig. 2 ist mit 22 ein Oszillator bezeichnet, dessen

Frequenz unter Zuhilfenahme einer Modulatorstufe,

z. B. einer Reaktanzröhre 20, geändert werden kann.

Die vom Oszillator 22 erzeugten Schwingungen werden in einer Mischstufe 12 mit den von einem Hilfsoszillator 10 gleichbleibender Frequenz, z. B. einen Quarzoszillator, erzeugten Schwingungen gemischt, darauf in einem Verstärker 32 verstärkt und einem Frequenzdetektor 14 zugeführt. Die Ausgangsspannung dieses Frequenzdetektors wird mit den einer Leitung 15 entnommenen, zu übertragenden Signalfrequenzspannungen nach vorhergehender Amplituden-

»5 begrenzung in einem Begrenzer 18 der Reaktanzröhre 20 zugeführt.

Die Wirkungsweise dieser Schaltung ist folgende: Wenn die zentrale Frequenz der vom Oszillator 22 erzeugten Schwingungen sich ändert, wird am Ausgangskreis des Frequenzdetektors 14 eine Regelspannung erzeugt, welche die Reaktanzröhre 20 derart beeinflußt, daß der ursprünglichen Frequenzabweichung des Oszillators 22 entgegengewirkt wird. Die Kennlinie des Frequenzdetektors, der z. B. in Form eines Frequenzzählers ausgebildet sein kann, ist in Fig. ι als Kurve A, B, C, D, E, F, G dargestellt. Auf der waagerechten Achse ist die vom Oszillator 22 erzeugte Frequenz und auf der senkrechten Achse die Ausgangsspannung des Frequenzdetektors 14 aufgetragen. Die Kurve hat in ihrem Hauptteil im Prinzip die Gestalt zweier gerader Linien, die bei denjenigen Werten der dem Detektor 14 zugeführten Frequenz durch Null gehen, bei denen der Unterschied zwischen der vom Oszillator 22 erzeugten Frequenz und der vom Hilfsoszillator 10 erzeugten Frequenz gleich der Mittelfrequenz des Detektors 14 ist. Diese Punkte sind in Fig. 1 mit C und E bezeichnet. Für den Punkt D gilt, daß die Frequenz des Oszillators 22 gleich der des Oszillators 10 ist. Dabei ist die Frequenz der dem Detektor 14 zugeführten Schwingungen gleich Null, und die im Ausgang des Frequenzdetektors 14 erzeugte Regelspannung hat einen Wert V_c. Der Umstand, daß ein Frequenzzähler eine Sättigungskennlinie für hohe Frequenzen aufweist, wird zur Folge haben, daß nicht die geraden Linien, sondern die Kurven C, H und E, I gelten. In der Praxis ist die Übertragung des Regelfrequenzsignals von der Mischstufe 12 zum Frequenzdetektor 14 frequenzabhängig; im allgemeinen weist die Übertragungscharakteristik einen Abfall für die niedrigen und hohen Frequenzen auf. Für diese Frequenzen sinkt die Spannung am Eingang des Frequenzdetektors derart, daß schließlich die erzeugte Regelspannung wieder einen Wert annimmt, der von der Frequenz der Eingangsschwingungen unabhängig und somit gleich V_c ist. Auf diese Weise erklären sich die Teile C, B, A und E, F, G der Kurve. Es ist ersichtlich, daß die ganze Charakteristik in vier bestimmten Punkten durch die Nullachse geht, wobei der Punkt C den Arbeitspunkt der Regelschaltung darstellt.

Die Frequenzregelcharakteristik, d. h. die Änderung,

welche die Oszillatorfrequenz unter' dem Einfluß der Eingangsspannung der Reaktanzröhre 20 erfährt, ist durch die Kurve /, K, L, C, M, N, O dargestellt. Wenn die der Reaktanzröhre zugeführte Regelspannung gleich Null ist, erzeugt der Oszillator 22 die gewünschte Frequenz; der entsprechende Punkt der in Fig. ι dargestellten Kennlinie ist mit C bezeichnet.

Zur Erzielung einer günstigen Stabilisierungswirkung sind die Reaktanzröhre 20 und der Oszillator 22 derart ausgebildet, daß die Empfindlichkeit in kHz je Volt Eingangsspannung maximal ist, z. B. von der Größenordnung von einigen Hundert kHz/V. Daraus folgt, daß der Gesamtregelbereich leicht 1000 kHz oder mehr sein kann.

- Die beiden Kurven weisen fünf Schnittpunkte auf, nämlich: K, L, C, M und N. In jedem dieser Punkte wird die Bedingung erfüllt, daß die Ausgangsspannung des Frequenzdetektors für die entsprechende Oszillatorfrequenz gleich der Spannung ist, die zur Erzeugung dieser Frequenz am Eingang der Reaktanzröhre erforderlich ist.

Wie aus dem Vorangehenden ersichtlich ist, ist der Arbeitspunkt C ein Punkt stabilen Gleichgewichts, d. h. daß eine geringe Abweichung der Frequenz von dem diesem Punkt entsprechenden Wert zu einer Regelspannung führt, welche die Neigung hat, die Frequenz auf diesen Wert zurückzuregeln. Der Punkt N ist gleichfalls ein Punkt stabilen Gleichgewichts. Die Punkte L und M hingegen sind Punkte labilen Gleichgewichts, d. h. daß eine geringe Abweichung der vom Oszillator 22 erzeugten Frequenz eine Regelspannung veranlaßt, die eine noch weitere Verschiebung der Frequenz herbeiführt. Auch der Punkt K ist ein Punkt stabilen Gleichgewichts.

Durch Beeinflussung von außen her wird nun ermöglicht, daß die zentrale Frequenz der vom Oszillator 22 erzeugten Schwingungen von dem gewünschten, dem Punkt C entsprechenden Wert z. B. auf den dem Punkt N oder dem Punkt K entsprechenden Wert springt und dort selbsttätig konstant gehalten wird, auch wenn die Beeinflussung von außen her verschwunden ist. Dies kann z. B. der Fall sein, wenn der Augenblickswert der Frequenz einen Wert annimmt, der größer ist als der zum Punkt M gehörige Wert; in diesem Fall bewirkt die Regelspannung, daß die zentrale Frequenz der vom Oszillator 22 erzeugten Schwingungen den zum Punkt N gehörigen Wert annimmt. In gleicher Weise kann erklärt werden, daß, wenn der Augenblickswert der Frequenz kleiner wird als die dem Punkt L entsprechende Frequenz, die Regelung derart erfolgt, daß auf der zum Punkt A gehörigen Frequenz stabilisiert wird. In beiden Fällen ist es nicht möglich, daß die gewünschte Regelung sich selbst automatisch wiederherstellt. Eine so große Frequenzabweichung kann z. B. darauf zurückzuführen sein, daß im Niederfrequenzsignal abnormale Spitzenspannungen (z. B. Schaltstöße) erzeugt werden.

Gemäß der Erfindung werden diese zuTgroßen Frequenzabweichungen dadurch vermieden, daß das Gebiet, in dem die Frequenzregelung erfolgt, derart begrenzt ist, daß die Punkte L und M nicht erreicht werden können. Es ist nicht erwünscht, zu diesem Zweck die Regelwirkung durch Herabsetzung der Regelempfindlichkeit der Reaktanzröhre zu beschränken, da hierdurch zwar der Gesamtbereich der

Frequenzabweichung begrenzt, die Stabilisierungswirkung der Schaltung jedoch dabei proportional abnehmen würde. Um keinen Verlust an Regelempfindlichkeit zu verursachen, ist eine Begrenzerstufe i8 zwischen die Quelle der über die Leitung 15 zugeführten modulierenden Spannung samt der dem Frequenzdetektor 14 entnommenen Regelspannung und die Reaktanzröhre 20 geschaltet. Mit eine/ solchen Begrenzerstufe 18 wird eine Frequenzregelcharakteristik erhalten, wie sie in Fig. 1 mit der Kurve P, C, Q dargestellt ist. Die begrenzte Charakteristik ermöglicht, daß die Frequenz des örtlichen Oszillators 22 infolge irgendeiner Ursache wesentlich vom gewünschten Wert abweichen kann; aber sobald eine solche unerwünschte Ursache verschwindet, kehrt die zentrale Frequenz des Oszillators 22 selbsttätig zum gewünschten Wert zurück.

Fig. 3 stellt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäß ausgebildeten Regelschaltung dar. Die Schaltung besitzt einen Quarzoszillator io° , eine Mischstufe 12, einen Frequenzdetektor nach Art eines Frequenzzählers 14" und darauffolgend ein Tiefpaßfilter 16. Ferner ist eine Begrenzerstufe i8" , eine Reaktanzröhre 20" , ein zweiter Oszillator 22" , ein Frequenz vervielfacher 24 und eineAusgangsverstärkerstufe 26 vorgesehen. Das zu übertragende Signal wird einem Mikrophon 30" entnommen. Die Begrenzung des Begrenzers i8^a wird mit Hilfe der beiden Trioden 34 und 36 erreicht, die in Reihe geschaltet und z. B.

in einem gemeinsamen Vakuumkolben untergebracht sind. Die Steuerspannung des Begrenzers kann nicht geringer als einige Volt sein, und die Empfindlichkeit der Reaktanzröhre muß daher herabgesetzt werden, um die gewünschte Regelwirkung zu erzielen. Dies ist dadurch erreichbar, daß eine Gegenkopplung in der Kathodenzuleitung der Reaktanzröhre 20" angebracht wird. Der dadurch auftretende Verlust an Empfindlichkeit der Reaktanzröhre wird dabei durch die vom Begrenzer 34, 36 gelieferte größere Verstärkung reichlieh ausgeglichen.

Bei Frequenzmodulationsschaltungen, bei denen andere Arten von Frequenzdetektoren verwendet werden, wird die Frequenzdetektorcharakteristik derart sein, daß die Begrenzung der modulierenden Spannung nur an einer Seite des Arbeitspunktes zu erfolgen braucht.

In Fig. 4 ist dargestellt, auf welche Weise die Frequenzabweichungen von der zentralen Frequenz (auf der waagerechten Achse aufgetragen) durch die Schaltung gemäß der Erfindung herabgemindert werden (auf der senkrechten Achse aufgetragen). Solange der Grenzwert des Begrenzers 18 nicht überschritten wird, ist die Stabilisierungswirkung sehr groß.

Eine Abweichung von 50 kHz von der zentralen Frequenz der vom Oszillator 22⁰ erzeugten Schwingungen führt infolge der Wirkung der beschriebenen Regelspannung zu einer Abweichung von nur noch IkHz.

Die Erfindung ist nicht auf die angegebenen Ausführungsbeispiele beschränkt; es kann namentlich vermieden werden, daß der Augenblickswert der dem Frequenzdetektor 14 zugeführten Schwingungen die Punkte L oder M in Fig. 1 überschreitet, indem zwischen dem Oszillator 22 und der Mischstufe 12 ein schmales Bandfilter eingeschaltet wird, das nur die dem· Frequenzgebiet L, M entsprechenden Frequenzen durchläßt.

Claims (2)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Schaltung zum Konstanthalten der zentralen Frequenz eines frequenzmodulierten Oszillators, bei der die erzeugten Schwingungen einem Frequenzdetektor zugeführt werden, dem eine Regelspannung entnommen wird, die im Eingangskreis einer Modulatorstufe wirksam gemacht wird, welche die Frequenz der vom Oszillator erzeugten Schwingungen steuert, wobei der Modulatorstufe gleichzeitig ein modulierendes Signal zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, welche verhindern, daß dieMomentanfrequenz der dem Frequenzdetektor zugeführten Schwingungen labile Punkte dieses Detektors überschreitet.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Stelle, an der die modulierenden Schwingungen und die Regelspannung wirksam gemacht werden, und der Modulatorstufe eine Begrenzerstufe eingeschaltet ist, die bewirkt, daß der Frequenzdetektor immer in dem gleichen stabilen Teil seiner Kennlinit betrieben wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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