DE911855C

DE911855C - Frequency divider arrangement

Info

Publication number: DE911855C
Application number: DEA5703D
Authority: DE
Inventors: Karl Scheimeister
Original assignee: AEG AG
Current assignee: AEG AG
Priority date: 1942-08-26
Filing date: 1942-08-26
Publication date: 1954-05-20

Description

Frequenzteileranordnung Zur Erzeugung sehr genau konstanter Frequenzen in niedrigem Frequenzbereich, z. B. von Tonfrequenzen, ist man bisher so vorgegangen, daß man diese Frequenz durch Frequenzteilung aus einer in einem piezoelektrisch gesteuerten und daher sehr genau frequenzkonstanten Generator erzeugten Hochfrequenz gewann oder daß man den Niederfrequenzgenerator zumindest mit Hilfe einer auf die genannte Weise gewonnenen konstanten Frequenz synchronisierte. Die Hochfrequenz muß zu diesem Zwecke einer Frequenzteilung unterworfen werden, die dadurch bewirkt werden kann, daß man oberwellenreiche Stromquellen verwendet, die in einer ihrer Oberschwingungen durch die zu teilende Frequenz mitgenommen werden. Als Frequenzteilerschaltungen sind Senderschaltungen mit Schwingkreisen und Rückkopplung sowie Kippschaltungen bekanntgeworden. Die se bekannten Schaltungen besitzen vor allem den Nachteil, daß zur Erzielung eines hohen Umsetzungsverhältnisses, beispielsweise Z : ioo und größer, mehrere Frequenzteilerstufen benötigt werden, wodurch ein beträchtlicher Aufwand an Schaltelementen bedingt ist. Die Schaltungen besitzen ferner den Nachteil, daß die einzelnen Umsetzerstufen bei einem eventuellen Ausfall des Hochfrequenznormalsenders als selbständige Generatoren weiterarbeiten, so daß der Ausfall der allein die Frequenzkonstanz gewährleistenden ersten Senderstufe überhaupt nicht bemerkt wird. Die Kippschaltungen bringen außerdem insofern eine gewisse Betriebsunsicherheit mit sich, als das Teilungsverhältnis von der Amplitude der synchronisierten Spannung und den Betriebsspannungen abhängig ist und daß die Mitnahinegebiete für verschiedene Teilungszahlen verschieden groß sind und für bestimmte Teilungszahlen sogar ausfallen können. Diese Schwierigkeiten lassen sich, allerdings nur bei niedrigen Teilungsverhältnissen, durch besondere Maßnahmen vermeiden. Hierdurch wird aber der Aufwand wieder erheblich vergrößert, insbesondere, da größere Teilungsverhältnisse wieder die Anwendung mehrerer Umsetzerstufen erforderlich machen.Frequency divider arrangement For generating very precisely constant frequencies in the low frequency range, e.g. B. of audio frequencies, the procedure so far has been that you can get this frequency by frequency division from one in one piezoelectric controlled and therefore very precisely frequency-constant generator generated high frequency won or that you can at least use the low frequency generator on the called way obtained constant frequency synchronized. The high frequency must be subjected to a frequency division for this purpose, which thereby causes can be that one uses high-harmonic current sources in one of their Harmonics are taken along by the frequency to be divided. As frequency divider circuits are transmitter circuits with resonant circuits and feedback as well as flip-flops known. The se known circuits have the main disadvantage that to achieve a high conversion ratio, for example Z: ioo and larger, several frequency divider stages are required, whereby a considerable effort is conditional on switching elements. The circuits also have the disadvantage that the individual converter stages in the event of a failure of the high-frequency standard transmitter continue to work as independent generators, so that the failure of the alone the frequency constancy guaranteeing the first transmitter stage is not noticed at all. The flip-flops also bring with them a certain operational uncertainty insofar as the division ratio on the amplitude of the synchronized voltage and the operating voltages addicted and that the mitnahine areas are of different sizes for different numbers of divisions and may even fail for certain number of divisions. These difficulties can, however, only with low division ratios, by special Avoid action. But this again increases the effort considerably, especially since larger division ratios require the use of several converter stages make necessary.

Es sind nun bereits Verfahren zur Stabilisierung von Tonfrequenzgeneratoren bekanntgeworden, die die Nachteile der bekannten Frequenzteileranordnungen vermeiden. Diese Verfahren bestehen z. B. darin, daß durch einen frequenzkonstanten, vorzugsweise kristallgesteuerten Röhrengenerator ein zweiter Generator gesteuert wird, dessen Frequenz in einem ganzzahligen Verhältnis niedriger ist als die eigene Frequenz des frequenzkonstanten Generators, und zwar erfolgt diese Steuerung in der Weise, daß eine höhere Harmonische der Tonfrequenz einer gleichen, von dem frequenzkonstanten Generator erzeugten Frequenz überlagert wird und die aus dieser Überlagerung sich ergebenden Ströme oder Spannungen den Tonfrequenzgenerator steuern. Eine ähnliche Anordnung arbeitet in der Weise, daß als höhere Harmonische der zu stabilisierenden Frequenz eine Frequenz gewählt wird; die gegenüber der von dem Hochfrequenzgenerator gelieferten Frequenz einen Frequenzabstand besitzt, der gerade der zu stabilisierenden Frequenz entspricht. Auch diese Anordnungen haben den Nachteil, daß sie einen beträchtlichen Aufwand an Schaltelementen benötigen. Insbesondere sind hochwertige Filter zur Aussiebung der Oberwellen erforderlich. Außerdem muß, besonders wenn ein großes Teilungsverhältnis zwischen der zu stabilisierenden Frequenz und der Normalfrequenz verwendet werden soll, eine Verstärkung der dann benötigten Harmonischen höherer Ordnung vorgesehen werden.There are now methods for stabilizing audio frequency generators become known that avoid the disadvantages of the known frequency divider arrangements. These procedures consist e.g. B. in that by a frequency constant, preferably crystal controlled tube generator a second generator is controlled, whose Frequency is lower than your own frequency in an integer ratio of the constant-frequency generator, this control is carried out in such a way that that a higher harmonic of the audio frequency is equal to that of the frequency constant Generator generated frequency is superimposed and from this superposition itself The resulting currents or voltages control the audio frequency generator. A similar Arrangement works in such a way that as higher harmonics of the to be stabilized Frequency a frequency is selected; the opposite of that of the high frequency generator The frequency supplied has a frequency spacing that is precisely the one to be stabilized Frequency corresponds. These arrangements also have the disadvantage that they are considerable Require effort on switching elements. In particular, high-quality filters are used for screening of harmonics required. Also must, especially if a large division ratio between the frequency to be stabilized and the normal frequency should, an amplification of the higher order harmonics then required is provided will.

Durch die Erfindung wird nun eine Frequenzteileranordnung geschaffen, die unter Vermeidung der den verschiedenen bekannten Anordnungen anhaftenden Schwierigkeiten den gestellten Anforderungen mit geringstem Aufwand an Schaltungselementen voll gerecht wird. Erfindungsgemäß besteht die Frequenzteileranordnung darin, daß zur Gewinnung einer Frequenz aus einer Frequenz F von dieser in einem frequenzkonstanten, vorzugsweise piezoelektrisch gesteuerten Generator erzeugten Frequenz F durch einen periodischen Schalter jeweils n-i Schwingungen unterdrückt werden, eine Halbwelle der n-ten Schwingung dagegen durchgelassen wird und daß die so erhaltenen Impulse in der gewünschten Frequenz f erfolgen und zur Steuerung des periodischen Schalters benutzt werden. Diese Anordnung gestattet es, ohne Zuhilfenahme von mehreren Umsetzungsstufen eine Frequenzteilung selbst mit sehr großem Teilungsverhältnis durchzuführen. Der Aufwand an Schaltelementen ist dabei erheblich geringer als bei den bisher bekannten Anordnungen dieser Art, da nur ein Steuerimpuls in Rechteckform Anwendung findet und damit die sonst erforderlichen Filter- und Verstärkerschaltungen entfallen. Das Prinzip der Erfindung ist in der Fig. i dargestellt. Gegeben ist eine Schwingung von der Frequenz F. Diese Schwingung wird durch einen Schalter periodisch ein- und ausgeschaltet, und zwar ist die Einschaltdauer etwa d. h. etwa eine Periode der geschalteten Schwingung.The invention now creates a frequency divider arrangement which, while avoiding the difficulties inherent in the various known arrangements, fully meets the requirements with the least amount of expenditure on circuit elements. According to the invention, the frequency divider arrangement consists in that in order to obtain a frequency from a frequency F of this frequency F generated in a frequency-constant, preferably piezoelectrically controlled generator, ni oscillations are suppressed by a periodic switch, while a half-wave of the nth oscillation is allowed to pass and the pulses thus obtained are carried out at the desired frequency f and can be used to control the periodic switch. This arrangement allows frequency division to be carried out even with a very large division ratio without the aid of several conversion stages. The cost of switching elements is considerably less than with the previously known arrangements of this type, since only one control pulse in a rectangular shape is used and the otherwise required filter and amplifier circuits are thus dispensed with. The principle of the invention is shown in FIG. An oscillation of the frequency F is given. This oscillation is periodically switched on and off by a switch, namely the switch-on duration is approximately ie approximately one period of the switched oscillation.

Der zeitliche Abstand der Einschaltimpulse beträgt so daß also, wenn ist, von der Frequenz F jeweils eine Schwingung eingeschaltet und ?a.- i Schwingungen unterdrückt werden. Die Anordnung wird dabei so getroffen, daß während der Einschaltzeit auch nur eine Halbwelle der Schwingung F, beispielsweise die positive, durchgelassen wird. Man erhält demnach Impulse in einem zeitlichen Abstand Diese Impulse enthalten die gewünschte Frequenz f und können zur Steuerung eines die Frequenz f erzeugenden Generators und auch zur Steuerung des periodischen Schalters selbst dienen. Elektrisch kann dieses Prinzip in der in Fig. 2 schematisch dargestellten Weise verwirklicht werden. Dabei soll zum besseren Verständnis der Anordnung ein Zahlenbeispiel angenommen werden, und zwar soll eine Frequenzteilung im Verhältnis i : foo durchgeführt werden, wobei die gewünschte Frequenz f = i kHz und die als Frequenznormal dienende Frequenz F = zoo kHz betragen möge. Die Anordnung arbeitet dann folgendermaßen: In einem Generator wird die Frequenz (Ae i kHz) erzeugt. Diese Schwingungen werden in einem nachgeordneten Verzerrer so verzerrt, daß sie die Form von Rechteckstromstößen mit einer Stoß-Bauer (z @ fo-5 Sekunde) erhalten. Diese Rechteckstöße schalten vermittels eines Relais im Zeitabstand (fo- 3 Sekunde) die positiven Anteile der Schwingung F (foo kHz) auf die Dauer von a ein. Hierdurch entstehen Impulse von der Frequenz f (i kHz), deren Spitzen durchF bestimmt sind. Diese Impulse werden zur Synchronisierung des die gewünschte Frequenz f erzeugenden Generators verwendet, so daß dieser genau die Frequenz liefert. An die Stelle des Generators kann auch ein Resonanzverstärker mit der Resonanzfrequenz f = x kHz treten.The time interval between the switch-on pulses is so that if is, one oscillation at a time from the frequency F switched on and? a.- i vibrations are suppressed. The arrangement is made in such a way that only one half-wave of the oscillation F, for example the positive one, is allowed to pass during the switch-on time. Accordingly, one receives impulses at a time interval These pulses contain the desired frequency f and can be used to control a generator producing the frequency f and also to control the periodic switch itself. This principle can be implemented electrically in the manner shown schematically in FIG. For a better understanding of the arrangement, a numerical example should be assumed, namely a frequency division in the ratio i: foo should be carried out, the desired frequency being f = i kHz and the frequency serving as a frequency standard being F = zoo kHz. The arrangement then works as follows: In a generator, the frequency (Ae i kHz) generated. These oscillations are so distorted in a downstream distortion device that they take the form of rectangular current surges with a surge builder (z @ fo-5 seconds). These square pulses switch at a time interval by means of a relay (fo- 3 seconds) the positive components of the oscillation F (foo kHz) for the duration of a. This creates pulses with a frequency f (i kHz), the peaks of which are determined by F. These pulses are used to synchronize the generator generating the desired frequency f, so that it precisely matches the frequency supplies. A resonance amplifier with the resonance frequency f = x kHz can also replace the generator.

Als Schaltrelais kann jedes beliebige Relais verwendet werden, mit dem die erforderlichen Schaltzeiten sicher beherrscht werden können, also beispielsweise mechanische Relais, Gasentladungsröhren oder Elektronenröhren. Bei Verwendung einer Elektronenröhre als periodischer Schalter erweist sich beispielsweise die in Fig.3 wiedergegebene Schaltung als brauchbar. Diese Schaltung besteht aus einer Brückenanordnung, deren Zweige durch einen Differentialübertrager, ein RC-Glied und die Elektronenröhre mit einem Parallelwiderstand gebildet werden. Dem Nullzweig der Brücke wird die frequenzkonstante Schwingung F zugeführt. Die Brücke ist so abgegestimmt, daß während der Sperrzeit der Röhre Brückengleichgewicht herrscht, so @ daß nur zu den Schaltzeiten die Impulse mit der Frequenz f (i kHz) durch den Übertrager auf den Generator oder den Verstärker übertragen werden.Any relay can be used as a switching relay, with which the required switching times can be safely controlled, for example mechanical relays, gas discharge tubes or electron tubes. When using a Electron tube as a periodic switch turns out to be, for example, the one shown in FIG reproduced circuit as usable. This circuit consists of a bridge arrangement, their branches through a differential transformer, an RC element and the electron tube be formed with a parallel resistor. The zero branch of the bridge becomes the constant frequency oscillation F supplied. The bridge is tuned so that during the blocking time of the tube Bridge equilibrium prevails, so @ that the pulses with the frequency f (i kHz) through the transformer only during the switching times transmitted to the generator or the amplifier.

Für die Konstanz der von dem Generator erzeugten Schwingung f (i kHz) muß ohne Vorhandensein der Synchronisation bereits eine bestimmte Genauigkeit verlangt werden. Die dem gewünschten Teilungsverhältnis am nächsten liegenden Teilungsfrequenzen und weichen von der Sollfrequenz also um etwa + i °/o ab. Bei Betrachtung des Schaltvorganges (Fig.3) ergibt sich theoretisch eine äußerste Synchronisationsmöglichkeit für (i kHz) bei einer zeitlichen Verschiebung des Rechteckstromstoßes i um (o,5 - io-5 Sekunden). Diese Verschiebung entspricht einer Abweichung der Frequenz f von d. h. also um etwa ± o,5 °/o. Eine Abweichung der Schaltdauer (io-5 Sekunden) von ihrem Sollwert erweist sich nicht als kritisch, da auch innerhalb gewisser Grenzen für noch eine Synchronisierung erfolgen kann. Aus vorstehenden Angaben ist ersichtlich, daß die Anforderungen an die Frequenzkonstanz des die gewünschte niedrigere Frequenz liefernden Generators im Gegensatz zu verschiedenen bekannten Anordnungen verhältnismäßig gering sind, so däß sie mit einfachsten Schaltungen bereits eingehalten werden können. Die theoretischen Grenzen der Synchronisiermöglichkeit sind mit einer einfachen Laboratoriumsschaltung zu 70 °/a erreicht worden.For the constancy of the oscillation f (i kHz) generated by the generator, a certain accuracy must already be demanded in the absence of synchronization. The desired division ratio closest division frequencies and deviate from the target frequency thus by about + i ° / o. When considering the switching process (Fig. 3) there is theoretically an extreme possibility of synchronization for (i kHz) with a time shift of the square-wave current impulse i by (o, 5 - io-5 seconds). This shift corresponds to a deviation of the frequency f from ie by about ± 0.5%. A deviation in the switching duration (io-5 seconds) from its setpoint does not turn out to be critical, since it is within certain limits for synchronization can still take place. From the above information it can be seen that the requirements for the frequency constancy of the generator delivering the desired lower frequency are relatively low in contrast to various known arrangements, so that they can be met with the simplest of circuits. The theoretical limits of the synchronization possibility have been reached with a simple laboratory circuit up to 70 ° / a.

Die Anordnung gemäß der Erfindung zeichnet sich gegenüber den bisher bekannten Anordnungen durch besondere Einfachheit des Schaltungsaufbaues und erheblich geringeren Aufwand aus. Mit einer einfachen, insgesamt drei Röhren umfassenden Schaltung konnte eine einwandfreie Frequenzteilung im Verhältnis i : 5oo erzielt werden. Aber auch höhere Teilungsverhältnisse in einer Stufe sind mit nach dem gleichen Prinzip arbeitenden Anordnungen durchaus erreichbar.The arrangement according to the invention is distinguished from the previous known arrangements due to the particular simplicity of the circuit structure and considerably less effort. With a simple circuit comprising a total of three tubes a perfect frequency division in the ratio i: 500 could be achieved. but even higher division ratios in one level are based on the same principle working arrangements quite achievable.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Frequency divider arrangement, characterized in that for obtaining a frequency from a frequency F of this frequency F generated in a frequency-constant, preferably piezoelectrically controlled generator, ni oscillations are suppressed by a periodic switch, a half-wave of the nth oscillation, on the other hand, is allowed to pass and the impulses thus obtained are at the desired frequency (f) and used to control the periodic switch.

2. Frequency divider arrangement according to claim i, characterized in that the oscillations of the lower frequency (f) are fed to a distortion device which gives these oscillations the form of square pulses from the surge duration confers, and that these square bursts by means of a relay at a time interval switch on the positive components of the oscillation of the frequency (F) for the duration of a shock.

3. Frequency distribution arrangement according to claims i and 2, characterized in that that an electron tube is used as a periodically operating switching relay. q .. frequency divider arrangement according to claims i to 3, characterized in that the electron tube has a branch a differential bridge whose zero branch forms the frequency-constant oscillation (F) is supplied, and which is so tuned that during the blocking time of the tube Bridge equilibrium prevails, so that the pulses with the desired frequency (f) can be transmitted via the differential transformer. Dressed Publications: E. N. T. Vol. 15 (1938), p. I34.