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Frequenzteilerschaltung Die Erfindung betrifft Frequenzteilerschaltungen
und im besonderen einen durch Impulse betätigten elektrischen Zählkreis für die
Erzeugung von Ausgangsimpulsen mit einer Frequenz, die eine Teilfrequenz der Eingangsimpulsfrequenz
ist.
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Frequenzteilerschaltungen finden eine große Anwendung bei Aufgaben,
bei welchen ein Ausgangssignal mit einer Subharmonischen .der Frequenz eines Eingangssignals
erzeugt werden, soll. Frequenzteilerschaltungen oder elektrische Zählkreise werden
z. B. für die Taktgebereinheiten eines Fernsehsenders verwendet. Eine Fernsehtaktgebereinheit
erzeugt Steuersignale, wie z. B. Lösch- und Synchronisierimpulse, die sich mit der
Zeilen- bzw. Rasterfrequenz wiederholen. Die Zeilensynchronisiersignale haben z.
B. eine Frequenz von 6o Hz, entsprechend der zur Zeit gültigen Norm der Radio Manufacturers
Association. In der Taktgebereinheit eines Fernsehsenders werden Wellen mit einer
Frequenz von 15 750 Hz erzeugt, die mit der 6o-Hz-Netzfrequenz synchronisiert
werden müssen. Bis zur Zeit wird die Frequenz von 15 75o Hz verdoppelt und dann
auf 6o Hz geteilt, und,diese Frequenz wird mit der 6o-Hz-Netzfrequenz mittels eines
Frequenzkorrekturkreises verglichen. Auf diese Weise werden die Zeilen- und Rastersyn.-chronisiersignale
dauernd synchronisiert.
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Die Frequenzteilerschaltung, welche einen Teil einer Fernsehtaktei.nheit
bildet, besteht z. B. aus einer Kette von vier Multvibratoren, von denen jeder mit
einer getrennten Verstärkerstufe verbunden ist. Eine Schaltung dieser Art arbeitet
zuverlässig, ist aber sehr kompliziert und erfordert eine große Anzahl Verstärkerröhren
wie auch eine beträchtliche Anzahl von Frequenzteilerstufen. Ein anderer Nachteil
eines üblichen Zählkreises mit einer Multivibratorkette besteht darin, daß jeder
Multivibrator so abgestimmt werden muß, daß er auf einer vorbestimmten Frequenz
schwingt.
Der erfindungsgemäße Frequenzteiler ist einfacher als
die bekannten. und erlaubt, ein beliebiges Teilverhältnis der Eingangsimpulse zu
erzeugen, er braucht nicht auf die Grundfrequenz oder eine Subharmonische abgestimmt
werden und benutzt Gasdioden mit kalter Kathode: Gemäß der Erfindung besteht die
Frequenzteilerschältung aus einer Anzahl einseitig leitender Vorrichtungen mit vorbestimmter
Zündspannung, die in, Serie verbunden sind. Ferner sind eine Anzahl Speicherkondensatoren
vorgesehen, von denen jeder zwischen eine feste Bezugsquelle und den Eingang einer
der Vorrichtungen geschaltet ist. Ferner sind Mittel vorgesehen, um zeitlich getrennte
Impulse mit einer vorbestimmten. Spannung über- den ersten Speicherkondensator anzulegen.
Die Kapazität "der Speicherkondensatoren vergrößert sich fortschreitend vom ersten
nach dem letzten Kondensator, so,daß jede der einseitig leitenden Vorrichtungen
leitend gemacht wird, wenn der Kondensator in ihrem Eingangskreis die vorbestimmte
Zündspannung gegenüber dem Bezugspotential erreicht hat. Schließlich sind Mittel
vorgesehen, um Ausgangsimpulse mit einer Teilfrequenz der Eingangsimpulsfrequenz
abzuleiten.
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In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
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Fig. i ist eine erfindungsgemäße Schaltung eines Frequenzteilers,
und Fig.2 ist eine andere Schaltung eines erfindungsgemäßen Frequenzteilers.
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Der Frequenzteiler nach Fig. i besteht aus drei, einseitig leitenden
Vorrichtungen r, 2 und 3, die in Serie verbunden sind. Die einseitig leitenden Vorrichtungen
i, 2 und 3 haben eine vorbestimmte, Zündspannung und sind vorzugsweise Gasdioden
mit kalter Kathode, z. B. Neonlampen. Drei Speicherkondensatoren 4, 5 und 6 sind
wie angegeben zwischen Erde und die Eingänge der Dioden .geschaltet. Ein Belastungiswiderstand
7 ist zwischen Erde und dem Ausgang der Gasdiode 3 geschaltet. Von den Klemmen io
werden die Ausgangssignale erhalten.
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An den ersten Speicherkondensator 4 werden Impulse positiver Spannung
angelegt. Eine Schaltung Zu diesem Zweck besteht aus dem Impulsgenerator i i, der
mit der Verstärkerröhre 12 verbünden ist. Die Verstärkerröhre, 12 kann eine Triode
öder eine Pentode sein. Die Röhre 12 weist eine mit Erde verbundene Kathode 13,
ein mit dem Impulsgenerator i i verbundenes Steuergitter 14 und eine Anode 15 auf.
Der Impulsgenerator i i erzeugt Impulse negativer Polarität bezüglich Erde, wie
beii 16, dargestellt ist. Die Verstärkerröhre 12 ist normalerweise leitend. Wenn
jedoch ein Impuls 16 negativer Polarität an das Steuergitter 14 angelegt wird, wird
der Raumladungsstrom im Verstärker 12 unterbrochen. Die Anode 15 ist mit der Anodenspannungsquelle
B -f- über einen Anodenwiderstand 17m verbunden.
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Ein Anschluß des Ladekondensators 2o ist mit der Anode 15 verbunden,
der andere Anschluß des Kondensators ist mit der Anode einer Vakuumdiode z1 und
mit der Kathode einer anderen Vakuumdiode 22 verbunden, und beide Dioden sind parallel
geschaltet. Die Kathode der Diode 21 ist mit dem Eingang der Gasdiode i und mit
dem Speicherkondensator 4 verbunden, während die Anode, ,der Diode 22 mit Erde verbunden
ist.
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Die Frequenzteilerschaltung nach Fig. i arbeitet wie folgt: Nehmen
wir an, daß die Kondensatoren 2o, 4, 5 und 6 zunächst alle entladen sind. Die Ve-rstärkerröhre
i2 ist normalerweise leitend. Demgemäß erzeugt der Raumladestrom über dem Anodenwiderstand
17 einen Spannungsabfall, welcher dem Ladekondensator 2ö aufgedrückt wird. Bei einem
negativen Impuls 16 genügender Amplitude am Steuergitter 14 hört der Raumladestrom
im Verstärkerrohr 12 auf. Demzufolge ist die dem Ladekondensator 2o aufgedrückte
Spannung jetzt gleich der Anodenspannung B -f , @da kein Strom durch den Anodenwiderstand
17 fließt. Die über dem Anodenwiderstand 17 erzeugten positiven Impulse sind
bei 18, gezeigt.
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Die iDiode ai wird jetzt leitend, bis die Ladung vom Ladekondensator
2o gleich .derjenigen vom Speicherkondensator 4 ist. Nach Beendigung eines Impulses
16 wird der Verstärker 12 wieder leitend, worauf die dem Ladekondensator 2o zugeführte
Spannung verringert wird. Der Ladekondensator 2o wird jetzt über die Diode 22 und
den in Serie verbundenen Verstärker 1.2, entladen. Der rechte Anschlüß: vom Kondensator
2o, der mit den Dioden 21 und 22 verbunden ist, wird praktisch auf Erdpotential
gebracht.
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Es ist ersichtlich, daß jedesmal, wenn ein Impuls 16 an das Steuergitter
14 angelegt wird, dem Speicherkondensator 4 eine gewisse Ladung über den Ladekondensator
2to zugeführt wird. Die dem Ladekondensator2o und dem Speicherkondensa.tor4 zugeführte
Ladung ist unabhängig von der Amplitude der Eingangsimpulse 16, so lange, wie die
Impulse das Steuergitter 14 genügend negativ aussteuern, um den Raumladungsstrom
durch den Verstärker 12 zu unterbrechen. Die dem Ladekondensator 2o zugeführte Spannung
hängt in erster Linie von der Anodenspannungsquelle B -1- ab.
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Jede Gasdiode i, z und 3 hat eine vorbestimmte Zündspannung. Sobald
das Potential des Speicherkondensators 4 die Zündspannung bezüglich Erde erreicht
hat, wird die Diode i leitend. Die Ladung, welche der .Speicherkondensator 4 bei
Ankunft von jedem Impuls 16 aufnimmt, hängt von dem Wert der Anodenspannung B -h
und der Kapazität des Ladekondensators :2o und des Speicherkon.densatons 4 ab. Nach
einem oder einer Anzahl Impulse 16 wird die Spannung über dem Speicherkondensator
4 .genügend groß sein, um die Diode i zu öffnen. Die Diode i bleibt leitend, bis
die Spannungen über den Speicherkondensatoren. 4 und 5 praktisch gleich sind. Es
wird klar sein, daß die Zündstrecke der Diode i gesperrt wird, wenn, die Spannung
über dem Speicherkondensator 4 gleich derjenigen über dem Speicherkondensator 5
minus der Löschspannung ,der Diode i ist.
Nach einer vorbestimmten
Anzahl von Eingangsimpulsen 16 wird die Spannung über dem Speicherkondensator 5
genügen, um die Diode :2 durchlässig zu machen, worauf sich der Speicherkondensator
6 stufenweise über die Diode 2 aufzuladen beginnt. Wenn der Speicherkondensator6
die Zündspannung erreicht hat, werden alle drei Dioden i, 2 und 3 stromführend,
so daß .die Speicherkondensatoren 4, 5 und 6 gleichzeitig über :den Belastungswiderstand
7 und Erde entladen werden. Das Verhältnis der Eingangsimpulsfrequenz zu der Ausgangsimpulsfrequenz
an den Klemmen io hängt von den Kapazitäten der Kondensatoren 20, 4, 5 und 6 ab.
Die Kapazitäten der Kondensatoren 4, 5 und 6 sollten fortschreitend größer werden,
so daß :die Kapazität vom Kondensator 6 geteilt durch die Kapazität vom Kondensator
4 gleich dem Teilerverhältnis ist, vorausgesetzt, daß die Diode i bei jedem empfangenen
Eingangsimpuls 16 zündet. Andererseits muß :das Teilerverhältnis der Eingangsimpulsfrequenz
16 verglichen mit dem der zwischen Erde und dem Ausgang der Diode i erzeugten Impulse
in Rechnung gestellt werden.
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Für ein Teilerverhältnis von 6o: i können die Speicherkondensatoren
4, 5 und 6 z. B. eine Kapazität von o,oi, o,i und o,6 Mikrofara:d haben. Es wird
dabei angenommen, :daß jeder Eingangsimpuls 16 den Speicherkondensator 4 genügend
auflädt, um die Diode i zum Zünden zu bringen. Nach zehn Impulsen wird der Kondensator
5 eine genügende Spannung angenommen haben, um die Diode 2 zu zünden. Nach 6o Impulsen
wird dann die Spannung vorn Kondensator 6 groß genug sein, um die Diode 3 zu zünden.
Wenn :die Dioden i, r2 und 3 alle gleichzeitig Strom führen, werden die Kondensatoren
4, 5 und 6 über den Belastungswiderstand 7 und Erde entladen. Die Ausgangsimpulse,
deren Impulsfrequenz 1/oo der Eingangsimpulsfrequenz ist, treten Über dem Belastungswiderstand
7 auf und können von den Ausgangsklemmen io abgenommen werden. Selbstverständlich
kann irgendeine Anzahl Dioden in Serie verbunden @verden und durch einzelne Speicherkondensatoren
überbrückt werden, um irgendein gewünschtes Teilerverhältnis zu erzeugen.
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In Fig. 2 :sind gleiche Elemente mit gleichen Bezugsziffern wie in
Fig. i versehen. Die Frequenzteilerschaltung von Fig. 2 besteht ebenfalls aus drei
Dioden i, 2 und 3, die in Serie geschaltet sind, und die durch einzelne Speicherkondensatoren
4, 5 und 6 geshuntet sind. Die Eingangsimpulse werden dem ersten Speicherkondensator
4 über einen Halbwellengleichrichter zugeführt. Mit den Anschlußklemmen 25 ist eine
Wechselstromquelle verbunden, und die Wechselspannung wird der Primäruvicklung z6
eines Transformators 2$ zugeführt. Das Eingangssignal kann in diesem Fall sinusförmig
sein, wie bei 30 gezeigt ist. Ein Anschluß der Sekundärwicklung 27 ist über
eine Vakuumdiode 31 mit dem Speicherkondensator 4 und der Diode i verbunden.
Der andere Anschluß der Sekundärwicklung 27 ist über den Belastungswiderstand 32
mit Erde verbunden. Die über dem Ausgang der Diode 31 auftretenden Impulse sind
bei 33 dargestellt. Die Diode 31 arbeitet als Einweggleichrichter.
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Die Frequenzteilerschaltung von Fig.2 arbeitet wie folgt: Jeder dem
Speicherkondensator 4. aufgedrückte Impuls 33 wird: denselben auf eine gewisse Spannung
aufladen, welche vorzugsweise gleich der Zündspannung der Diode i ist. Demzufolge
zündet,die Diode i bei jedem :dem Speicherkondensator 4 zugeführten Impuls 33, und
der Speicherkondensator 5 erhält eine gewisse Ladung. Nach einer vorbestimmten Anzahl
Schritten erreicht die Spannung am Speicherkondensator 5 die Zündspannung der Diode
2, welche zündet und den Speicherkondensator 6 auflädt. Schließlich wird der Speicherkondensator
6 die Zündspannung der Diode 3 erreichen, worauf alle drei Dioden i, 2 und 3 leitend
werden und die Speicherkondensatoren 4, 5 und 6 über den Belastungswiderstand 7
entladen.