DE886316C

DE886316C - Schaltungsanordnung zum Stabilisieren der Frequenz eines Oszillators

Info

Publication number: DE886316C
Application number: DEN2357D
Authority: DE
Inventors: Gerard Hepp
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1942-03-24
Filing date: 1943-03-23
Publication date: 1953-08-13
Also published as: GB619139A; NL64974C; BE480389A; GB641749A; NL68134C; US2491921A; BE449787A; DE895786C; FR58021E; FR892818A; CH245234A; CH266832A; US2491922A

Description

Um bei der Frequenzmodulation PM die Trägerfrequenz sich möglichst wenig ändern zu lassen, ist es bekannt, eine Vergleichsquelle mit unveränderlicher Frequenz zu verwenden und aus der Differenzfrequenz eine Regelspannung abzuleiten, welche die Frequenz des zu regelnden Generators steuert.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zum Stabilisieren der Frequenz eines Oszillators, insbesondere der mittleren Frequenz eines frequenzmodulierten Oszillators, mittels einer Regelspannung, mittels derer die Frequenz des Oszillators nachgeregelt wird, und bezweckt eine derartige Ausbildung, daß eine große Regelempfindlichkeit mit einer Unempfindlichkeit für im System auftretende Amplitudenänderungen und /oder Verzerrungen verbunden ist, indem gemäß der Erfindung die Regelspannung über einem Regelkondensator erzeugt wird, dem in einer Zeitspanne, die groß ist in bezug auf die Periode der Oszillatorschwingungen, zwei Ladungen mit entgegengesetztem Vorzeichen zugeführt werden, die in gleicher Weise von der Amplitude, aber in verschiedener Weise von der Frequenz der Oszillatorschwingung abhängen und deren Mittelwerte bei der gewünschten Frequenz vorzugsweise von gleicher Größe sind.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß ein Kondensator, der in einem Sinne von der in der Frequenz zu regelnden Quelle aufgeladen wird (deren Amplitude vorläufig als unveränderlich betrachtet wird), und zwar derart, daß pro Periode eine nahezu unveränderliche Ladung auf den Konr densator aufgebracht wird und im entgegen,-

gesetzten Sinne über einen Widerstand von einer unveränderlichen Gleichspannungsquelle aufgeladen wird, eine positive oder aber eine negative Spannung annehmen wird, je nachdem die zu regelnde Frequenz höher oder niedriger als die gewünschte ist, wenn die Aufladung durch die Gleichspannungsquelle so bemessen ist, daß beide Aufladungen beim Auftreten der gewünschten Frequenz dem Betrage nach gleich sind. Dabei wird vorzugsweise die frequenzabhängige Ladung dem Regelkondensator mittels eines Ladekondensators, der klein in bezug auf den Regelkondensator ist, in Reihe mit einem Gleichrichter zugeführt, und der Ladekondensator wird mittels eines weiteren Gleichrichters von - umgekehrter Durchlaßrichtung periodisch von der in der Frequenz nachzuregelnden Spannung aufgeladen. Weiter wird dafür gesorgt, daß der Wert der Gleichspannungsquelle unter Benutzung eines weiteren Gleichrichters mit der Amplitude der zu regelnden Wechselspannung zu- oder abnimmt, so daß das Vorzeichen der mittleren Ladung des Kondensators von dieser Amplitude unabhängig wird.

ag Diese Wirkung kann z. B. dadurch erreicht werden, daß die Aufladung im zweiten Sinne (Vergleichsladung) von einem weiteren Kondensator her erfolgt, dessen Spannung über einen Gleichrichter von der Wechselspannung abgeleitet ist, und daß dafür gesorgt wird, daß das Produkt der Kapazität dieses weiteren Kondensators, des obenerwähnten Widerstandes und der erwünschten mittleren Frequenz groß gegen 1 ist.

Dabei kann man von etwaiger Unsymmetrie der Wechselspannung unabhängig werden, wenn auch die Vergleichsspannung an dem weiteren Kondensator durch eine Spannungsverdopplerschaltung gewonnen wird, wie sie für die Aufladung im ersten Sinne Anwendung findet.

Fig. ι zeigt eine als Frequenzzähler bekannte Schaltung, und

Fig. 2 und 3 sind Schemata zur Verdeutlichung des Prinzips der Erfindung; in

Fig. 4 ist ein praktisches Ausführungsbeispiel dargestellt.

In der Fig. 1 ist E die Größe der Wechselspannung, deren Frequenz geregelt werden soll. Zu diesem Zweck wird ein Regelkondensator C₂ über einen Ladekondensator C₁ und -eine Diode D₂ im einen Sinne und von einer Batterie B₁ über einen Widerstand R₁ im entgegengesetzten Sinne aufgeladen. Parallel zu der Spannungsquelle E und dem Ladekondensator C₁ liegt eine Ladediode D₁ für den Ladekondensator (Spannungsverdopplung).

DieÄufladung im einen Sinne wird um so schneller erfolgen, je höher die Frequenz von E ist, während die Aufladung im entgegengesetzten Sinne als unveränderlich zu betrachten ist. Die resultierende Ladung von C₂ wind Null sein, wenn JC₁R₁ = 1 ist, wobei / die Frequenz darstellt. Nimmt / zu, so wird C₂ im einen Sinne aufgeladen, und umgekehrt. Die Spannung e über C₂ kann daher als Regelspapnung verwendet werden.

Jedoch hängt die Spannung e bei dieser bekannten Schaltungsanordnung auch von der Größe von E ab, die selbst bei Verwendung eines Begrenzers doch niemals als ganz unveränderlich zu betrachten ist.

Eine Schaltungsanordnung nach der Erfindung, die bewirkt, die Spannung e auch von Amplituden-Schwankungen von E unabhängig zu machen, ist in der Fig. 2 dargestellt. Fig. 2 unterscheidet sich insofern von Fig. i, als die Vergleichsspannungsquelle B₁ auch in Abhängigkeit von der Größe von E veränderlich gemacht ist. Die Batterie B₁ ist η amlieh durch einen Kondensator C₃ ersetzt, der über eine Diode D₃ von der zu regelnden Spannungsquelle E aufgeladen wird. So ist die Aufladung des Regelkondensators C₂ in beiden Richtungen in gleicher Weise von der Amplitude der Spannung E abhängig, die daher auf das Vorzeichen der Regelspannung e praktisch keinen Einfluß mehr ausübt.

Im vorhergehenden wurde stets stillschweigend vorausgesetzt, daß die Spannung E genau sinusförmig oder wenigstens symmetrisch in bezug auf die Nullinie ist. In Wirklichkeit wird dies im allgemeinen nicht der Fall sein. Um nun in dieser Hinsicht von Unregelmäßigkeiten unabhängig zu werden, kann die Nullinie nach oben oder nach unten verschoben werden, bis sie zu einer Beruh- go rungslinie an der Spannungskurve wird. In der Fig. 3 wird dies durch den Kondensator C₄ und die Diode D₁ erreicht (Prinzip der Spannungsverdopp-,lung).

Der Kondensator C₂ liegt mit den beiden reihengeschalteten Dioden D₁ und D₂ in einem geschlossenen Kreis und kann daher nur in einer Richtung aufgeladen ' werden, da Ladungen von entgegengesetztem Zeichen über die Dioden sofort abfließen. Zur Beseitigung dieses Nachteils kann irgendwo im Kreis eine Gegen-EMK eingeschaltet werden. Die Spannung über dem· Kondensator C₂ würde dann aber bei dem gewünschten Frequenzwert nicht, wie es für die Regelung am meisten erwünscht ist, gleich Null sein, es sei denn, daß eine gleich große EMK 'bei der Aufladung im entgegengesetzten Sinne eingeschaltet wird.

Eine zu diesem Zweck dienende Vorrichtung ist in der Fig. 4 dargestellt.

In der Anodenleitung der Diode D₁ und in der Kathodenleitung der Diode D₁ sind gleich große, von Glättungskondensatoren überbrückte Widerstände R₂ bzw. R₃ eingeschaltet. Letztere werden von einem von einer Gleichspannungsquelle B₂ her- rührenden Strom durchflossen, und zwar in entgegengesetztem Sinne. Gleichviel wie groß der Wert von B₂ ist, und ob dieser Wert unveränderlich bleibt, wird nun der Kondensator C₂ bei der richtigen Frequenz im Mittel keine Ladung und bei einer Abweichung von dieser Frequenz eine der Richtung «dieser Abweichung entsprechende mittlere positive oder negative Ladung erhalten.

Zum Erreichen einer schnellen empfindlichen Regelung darf der Wert des Kondensators C₂ nicht zu groß gewählt ■ werden. Hierdurch entsteht aber einerseits die ■ Gefahr, daß auch die niedrigen

Modulationsfrequenzen mit unterdrückt werden, während andererseits der Mittelwert der Spannung über C₂ infolge der Unsymmetrie unrichtig wird.

Um diesen Nachteil auszuschalten, kann man diese niedrigen Modulationsfrequenzen dem Kondensator C₂ zusätzlich zuführen oder mit ihm in Reihe schalten. Zu diesem Zweck kann ein Schalter S₁ geöffnet und ein doppelpoliger Schalter S₂ geschlossen werden, wodurch über eine Leitung m die niedrigeren Modulationsfrequenzen, die über ein nicht dargestelltes Filter dem Modulatorteil des Modulatoroszillators MO entnommen werden, in Reihe mit dem Kondensator C₂ geschaltet werden. Der Oszillator wird vom Mikrophon MC frequenzmoduliert, wobei die Mittelfrequenz (Trägerfrequenz) mittels der über den Kondensator C₂ auftretenden Regelspannung, die über eine Leitung ι dem Oszillator zugeführt wird, unveränderlich gehalten wird. Als Vergleichsquelle dient ein Kristalloszillator CO, der in einer Mischstufe ML mit den Schwingungen des Oszillators O Schwingungen mit der Differenzfrequenz erzeugt. Letztere werden über einen Begrenzer LM dem oben beschriebenen Teil der Schaltung zugeführt, wo die Regelspannung für den Oszillator aus ihnen abgeleitet wird.

Die Frequenzherabsetzung mittels eines Kristalloszillators CO und einer Mischstufe ML ist zur Verwirklichung der Erfindung zwar nicht notwendig) aber zweckmäßig, weil dadurch der relative Frequenzhub vergrößert und die Empfindlichkeit der Regelung noch erhöht wird. Beispielsweise werden nachstehend einige Zahlenwerte für die verschiedenen Schaltelemente nach Fig. 4 gegeben, mit denen gute Ergebnisse erzielt werden können:

Mittelfrequenz f_m 69 000 Hertz,

Kondensator C_x 24 pF,

Kondensator C₂ 0,1 ^mF,

Kondensator C₃ ι μΡ,

Kondensator C₄ 0,005 /uF,

Widerstand R₁ . .. . ■. 600 000 Ohm,

Widerstand R₂ 4 700 Ohm,

Widerstand R₃ 4 700 Ohm,

Spannung B₂ 10 Volt.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

i. Schaltungsanordnung zum Stabilisieren der Frequenz eines Oszillators, insbesondere der mittleren Frequenz eines frequenzmodulierten Oszillators, mittels einer Regelspannung, mittels derer die Frequenz des Oszillators nachgeregelt wird, dadurch gekennzeichnet, 'daß die Regelspannung über einem Regelkondensator erzeugt wird, dem in einer Zeitspanne, die groß ist in bezug auf die Periode der Oszillatorschwingung, zwei Ladungen mit entgegengesetztem Vorzeichen zugeführt werden, die in gleicher Weise von der Amplitude, aber in verschiedener Weise von der Frequenz der Oszillatorschwingung abhängen und deren Mittelwerte bei der gewünschten Frequenz vorzugsweise von gleicher Größe sind.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die frequenzabhängige Ladung dem Regelkondensator über einen Ladekondensator, der klein in bezug auf den Regelkondensator ist, in Reihe mit einem Gleichrichter zugeführt wird und der Ladekondensator mittels eines weiteren Gleichrichters von umgekehrter Durchlaßrichtung periodisch von der in der Frequenz nachzuregelnden Spannung aufgeladen wird.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit dem letztgenannten Gleichrichter eine elektromotorische Kraft entgegen der Durchlaßrichtung dieses Gleichrichters wirksam gemacht ist.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine ausgleichende elektromotorische Kraft in jenem Teile der Schaltung wirksam gemacht ist, der. die frequenzunabhängige Ladung dem Regelkondensator zuführt.
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden elektromotorischen Kräfte vom über zwei gleiche, in Reihe von Strom einer Gleichspannungsquelle durchflossene Widerstände auftretenden Spannungsverlust geliefert werden.
6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem Regelkondensator außerdem im Rhythmus der niedrigeren Modulationsfrequenzen eine Wechselspannung zugeführt wird oder daß eine solche Span- nung in Reihe mit dem Regelkondensator angelegt wird, die so gepolt und bemessen ist, daß sie einer Herabsetzung des Modulationsgrades durch die Regelanordnung entgegenwirkt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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