DE926558C

DE926558C - Schaltungsanordnung zum Synchronisieren eines Oszillators auf eine Steuerschwingung

Info

Publication number: DE926558C
Application number: DEN6297A
Authority: DE
Inventors: Peter Johannes Hubertu Janssen
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1951-11-06
Filing date: 1952-11-04
Publication date: 1955-04-21
Also published as: NL85191C; FR1141855A; BE515304A; ES206110A1; GB713407A; CH304907A; US2760071A

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Synchronisieren eines in seiner Eigenfrequenz willkürlich regelbaren Oszillators auf eine Steuerschwingung, bei der sowohl eine dem Oszillator entnommene Schwingung als auch eine der Steuerschwingung entnommene Schwingung einer Phasenvergleichsstufe zugeführt werden, deren Ausgangsspannung die Oszillatorfrequenz regelt.

Solche bekannten Schaltungsanordnungen zur selbsttätigen Frequenz- und Phasenregelung haben mehrere vorteilhafte Eigenschaften.

Es ist z. B. die Oszillatorfrequenz verhältnismäßig unempfindlich gegen das Auftreten von Rauschen oder sonstigen Störsignalen in der Steuerschwingung.

Ferner bleibt die Oszillatorschwingung synchron mit der S teuer schwingung, sofern die Neigung der Oszillatoreigenfrequenz sich zu ändern infolge von Temperatur- oder Speisespannungsschwankungen oder infolge einer Änderung der Einstellung der Einrichtungen zum Regeln der Eigenfrequenz nicht zu groß ist.

Ist die Oszillatoreigenfrequenz bestrebt, sich zu ändern, so tritt eine Veränderung der relativen Phase der Oszillatorschwingung und der Steuerschwingung auf, da eine Änderung der Oszillatoreigenfrequenz zu einer Veränderung der Ausgangsspannung der Phasenvergleichsstufe führt und durch diese Spannungsänderung die Oszillatoreigenfrequenz nachgeregelt wird. Dies hat
Folge, daß bei Betätigung der Einrichtungen zum Regeln der Eigenfrequenz somit eine Phasenverschiebung zwischen der S teuer schwingung und der Oszillatorschwingung auftritt.

Eine solche Phasenveränderung kann unerwünschte Effekte verursachen. Dies ist z. B. der

zur

Fall bei Fernsehempfängern, bei denen die Synchronisierung der waagerechten Ablenkung für das Bündel der Elektronenstrahlröhre durch eine Schaltung zur selbsttätigen Frequenz- und Phasenregelung vermittelt wird.

Dreht man bei einem solchen Empfänger an dem Frequenzregelknopf des Oszillators, so ergibt sich infolge der vorstehend erwähnten Phasenverschiebung eine Verschiebung des auf dem Schirm der ίο Elektronenstrahlröhre erzeugten Bildes in waagerechter Richtung.

Die Erfindung bezweckt, die Phasenverschiebung zwischen der Steuerschwingung und der Oszillatorschwingung beim willkürlichen Regeln der Eigenfrequenz des Oszillators zu verringern.

Die Schaltung nach der Erfindung weist das Merkmal auf, daß die dem Oszillator entnommene Schwingung der Phasenvergleichsstufe über ein Netzwerk zugeführt wird, das eine Phasenverschiebung der dem Oszillator entnommenen Schwingung bewirkt und mit Einrichtungen zum Regeln der herbeigeführten Phasendrehung versehen ist, die mit den Einrichtungen zum willkürlichen Regeln der Eigenfrequenz des Oszillators gekuppelt sind, so daß der Phasendrehung zwischen der S teuer schwingung und der Oszillatorschwingung entgegengewirkt wird. Die Schaltung nach der Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung näher beispielsweise erläutert, in der

3c Fig. ι eine Ausführungsform der Schaltung nach der Erfindung im Blockenschaltbild darstellt und

Fig. 2 eine andere Ausführungsform im einzelnen zeigt.

Bei der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 soll der Oszillator 1 mittels einer über die Leitung 2 der Phasenvergleichsstufe 3 zugeführten Steuerschwingung synchronisiert werden. Über die Leitung 4, die ein Netzwerk 5 enthält, wird eine dem Oszillator 1 entnommeneSchwingungderPhasenvergleichsstufes zugeführt. Die Ausgangs spannung dieser Phasenvergleichsstufe ist als Regelspannung für den Oszillator wirksam und wird über die Leitung 6 dem Oszillator zugeführt.

Der Oszillator 1 ist außerdem mit Einrichtungen zum willkürlichen Regeln der Eigenfrequenz des Oszillators versehen. Diese Einrichtungen sind an der Stelle 7 durch einen veränderlichen Widerstand schematisch dargestellt. Ist der Oszillator als Sperroszillator oder als Multivibrator ausgebildet, so ist ein solcher regelbarer Widerstand 'beispielsweise als Gitterableitwiderstand einer Röhre des Oszillators verwendbar.

Im übrigen können diese Einrichtungen auf bekannte Weise auch beispielsweise als eine veränderliehe Induktivität oder veränderliche Kapazität oder aber als regelbare Spannung ausgebildet sein. Im letzteren Fall kann es zweckmäßig sein, wie dies bereits vorgeschlagen wurde, diese Vorspannung nicht in der Oszillatorschaltung, sondern in der Phasenvergleichsstufe anzubringen.

Die Phasenvergleichsstufe kann bekannter Art sein, und zum Verständnis der vorliegenden Erfindung ist es nur von Belang, zu erwähnen, daß in dem Ausgangskreis dieser Stufe eine Gleichspannung erzeugt wird, deren Größe durch die Phasendifferenz zwischen den über die Leitungen 2 und 4 der Stufe zugeführten Wechselspannungen bedingt ist, während eine Wechselspannung mit Schwebungsf requenz im Ausgangskreis auftritt, wenn die beiden zugeführten Wechselspannungen unterschiedliche Frequenz haben.

Solange .zwischen der S teuer schwingung und der vom Oszillator erzeugten Schwingung Synchronismus vorliegt, wird beim Fehlen des Netzwerkes 5 die Änderung der Eigenfrequenz des Oszillators infolge von Veränderung des Regelorgans 7 zur Folge haben, daß sich die Phase zwischen der Steuerschwingung und der erzeugten Schwingung ändert. Unter Eigenfrequenz ist dabei die Frequenz zu verstehen, die der Oszillator ohne die Einwirkung der von der Phasenvergleichsstufe gelieferten Regelspannung abgeben würde.

Es ist jedoch in den Kreis 4 das Netzwerk 5 eingefügt, das in diesem Fall als Tiefpaß ausgebildet ist und aus einer Reihenspule 8 und einer Parallelkapazität 9 besteht.

Die Selbstinduktion der Spule 8 ist veränderlich, was in Fig. 1 erreicht ist, indem die Spule mit einem ferromagnetischen und in der Spule verschiebbaren Kern 10 versehen wurde.

Erzeugt der Oszillator 1 beispielsweise eine sägezahnförmige oder impulsförmige Schwingung, so tritt am Ausgang des Netzwerkes 5 nur eine sinusförmige Spannung mit einer Frequenz gleich der Grundfrequenz der Oszillatorschwingung auf.

In Abhängigkeit von der Bemessung des Netzwerkes tritt eine gewisse Phasenverschiebung zwischen der Eingangsschwingung und Ausgangsschwingung des Netzwerkes auf. Wird die Größe der Selbstinduktion der Spule 8 geändert, so ändert sich auch diese Phasenverschiebung. Ist das Netzwerk derart bemessen, daß diese Phasenverschiebung bei einer bestimmten Veränderung der Selbstinduktion gerade gleich groß ist und in entgegengesetztem Sinne erfolgt, wie die Veränderung hinsichtlich der Phase, die zwischen der Steuerschwihgung und der Oszillatorschwingung bei der Betätigung des Regelorgans 7 und beim Fehlen des Netzwerkes 5 auftreten würde, so wird die zuletzt erwähnte Phasendrehung durch die zuerst erwähnte ausgeglichen.

Die Folgen einer Veränderung des Regelorgans 7 können somit durch eine Veränderung der Selbstinduktionsspule 8 praktisch ausgeglichen werden.

Werden die beiden Regelorgane miteinander gekuppelt, wobei das Kupplungsorgän den Kennlinien angepaßt ist, gemäß denen bei den Regelorganen die Phasenverschiebung als Funktion der Steuerung der Organe verläuft, so hat Betätigung des Regelorgans 7 keine oder nahezu keine Phasenverschie- 12a bung zwischen der S teuer schwingung und der Oszillatorschwingung zur Folge.

Wenn die Eigenfrequenz des Oszillators mittels des Regelorgans nur wenig verändert werden kann, wird der Kupplungsmechanismus im allgemeinen von einfacher Art sein können, da bei kleinen Ände-

rungen der Frequenz diese nahezu linear als Funktion der herbeigeführten Veränderung des Regelorgans verläuft und auch die Phasendrehung im Netzwerk 5 sich nahezu linear mit der Veränderung der. Selbstinduktion der Spule 8 verändert, die wieder nahezu linear von der Verschiebung des Kerns 10 abhängt.

Es ist zu bemerken, daß bisher angenommen wurde, daß die Frequenz der S teuer schwingung konstant bleibt, so daß auch die vom Oszillator erzeugte Schwingung, solange der Synchronismus aufrechterhalten bleibt, die gleiche Frequenz beibehält, trotz der Tatsache, daß die Abstimmung der Eigenfrequenz des Oszillators geändert wird. Das Netzwerk 5 erfüllt in diesem Fall somit seine phasendrehende Rolle bei einer Spannung,, deren Frequenz konstant bleibt infolge der Tatsache, daß ein Element dieses Netzwerkes geändert wird.

Jedoch hat auch das Weglaufen der Frequenz der Steuerschwingung beim Fehlen des Netzwerkes 5 eine Phasenverschiebung zwischen der Steuerschwingung und der Oszillatorschwingung zur Folge.

Solange Synchronismus aufrechterhalten- bleibt, ändert sich nun die Frequenz der Oszillatorschwingung entsprechend der Frequenz der Steuerschwingung, was sich jedoch dadurch vollzieht, daß die Phasenvergleichsstufe dabei eine andere Regelspannung erzeugt, wodurch die erwähnte Phasenverschiebung bewirkt wird.

Beim Vorhandensein der ursprünglichen Frequenz der S teuer schwingung erzeugt das phasendrehende Netzwerk 5 eine gewisse Phasendrehung.

Beim Auftreten der neuen Frequenz der Steuerschwingung erzeugt das phasendrehende Netzwerk, dem jetzt somit eine Schwingung mit der neuen Frequenz zugeführt wird, eine andere Phasendrehung.

Die zur Auswirkung gelangende Phasendifferenz verringert die Phasendrehung, die beim Fehlen des Netzwerkes 5 zwischen der Steuerschwingung und der Oszillatorschwingung beim Verlaufen der Frequenz der Steuerschwingung entstehen würde.

Wenn sich somit ausschließlich die Frequenz der Steuerschwingung ändert, erfüllt das Netzwerk seine phasendrehende Rolle, ohne daß ein Element des Netzwerkes geändert wird, dank der Tatsache, daß die Frequenz der dem Netzwerk zugeführten Schwingung geändert wird.

Bei richtiger Bemessung des Netzwerkes und nicht zu großer Veränderung entweder der Eigenfrequenz des Oszillators oder der Frequenz der Steuerschwingung oder beider wird die beim Fehlen des Netzwerkes auftretende Phasenverschiebung für eine jede der erwähnten Veränderungen dank des Netzwerkes für praktische Verwendungsmöglichkeiten hinreichend verringert.

Der Vollständigkeit halber ist noch zu bemerken, daß bei der Anwendung der Schaltung nach der Erfindung zwar eine Regelung mittels des Regelknopfes 7 des Oszillators 1 praktisch keine Phasenverschiebung zur Folge hat, aber daß eine solche Regelung dabei nicht überflüssig wird, da die wesentliche Funktion dieser Regelung, nämlich die richtige Einstellung der Schaltung mit Rücksicht auf die Weite des Haltebereiches der Phasenregelung, aufrechterhalten bleibt.

Bei der Schaltung nach Fig. 2 bildet die Entladungsröhre 11 einen Teil eines bekannten Sperroszillators zum Erzeugen einer sägezahnförmigen Spannung am Kondensator 12, der einerseits geerdet und andererseits mit dem Anodenwiderstand 13 der Röhre 11 verbunden ist.

Der Anodenkreis der Röhre enthält weiter die Primärspule eines Transformators 14, dessen Sekundärspule einerseits über die Reihenschaltung der Kondensatoren 15 und 16 und andererseits über die Reihenschaltung des Widerstandes 17 und der von dem Ausgangskreis der Phasenvergleichsstufe 18 gebildeten Gitterspannungsquelle mit Erde verbunden ist.

Die Wirkungsweise des bisher beschriebenen Teiles der Schaltung ist bekannt, so daß hier eine kurze Erläuterung genügt.

- Ist die Röhre 11 anfangs gesperrt, wobei die Reihenschaltung der Kondensatoren 15 und 16 negativ geladen ist, so klingt diese Ladung über den Widerstand 17 und den Ausgangskreis der Phasenvergleichsstufe 18 ab, bis die ansteigende Steuergitterspannung den Sperrpunkt der Anodenstrom- go Gitterspannungskennlinie der Röhre überschreitet. Die dadurch bedingte Zeitspanne ist nicht nur durch die Größe der Kapazitäten der Kondensatoren 15 und 16 und die Größe des Widerstandes 17, sondern auch durch die Größe der von der Stufe 18 erzeugten Regelspannung bedingt.

Solange die Röhre 11 noch gesperrt ist, lädt sich der Kondensator 12 über den Widerstand 13 aus der Anodenspannungsquelle. Wird die Röhre 11 leitend, so entlädt sich der Kondensator 12, wobei auch, indem Anodenstrom die Primärspule des Transformators 14 durchfließt, bei richtiger Wahl der Polarität der Kopplung mit der Sekundärspule des Transformators das Potential des Steuergitters weiter erhöht wird, so daß sich eine verstärkte Wirkung ergibt und der Anodenstrom sehr schnell zunimmt, wodurch sich der Kondensator 12 schnell entlädt. Inzwischen ist das Potential des Steuergitters derart angestiegen, daß ein bedeutender Steuergitterstrom fließt, wodurch sich die Kondensatoren 15 und 16 wieder negativ laden.

Das Ansteigen des Anodenstromes wird infolge des Erreichens des Sättigungsstromes der Röhre be- · grenzt, wodurch die über die Sekundärspule des Transformators 14 induzierte Spannung abnimmt und schließlich ihr Vorzeichen ändert, so daß die Röhre gesperrt wird. Darauf fließt die negative Ladung der Kondensatoren 15 und 16 wieder ab, und es fängt ein neuer Zyklus an.

Die Frequenz der erzeugten Sägezahnspannung ist somit nicht nur durch die Regelspannung der Stufe 18, sondern auch durch das exponentiell Abfließen der Ladung der Kondensatoren 15 und 16 bedingt.

Dieser exponentiell Verlauf hat zur Folge, daß der Moment, in dem der Sperrpunkt der Kennlinie

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der Röhren erreicht wird, hicht'scharf definiert ist und der Zündpunkt der Röhre ii gegen etwaige Störspannungen besonders empfindlich ist.

Eine bekannte Maßnahme zum Beheben dieses Übelstandes ist das Aufdrücken einer Wechselspannung'auf die an dem "S teuer gitter der Röhre auftretende Spannung. Diese Spannung wird einem auf die gewollte Grundfrequenz des - Oszillators abgestimmten Kreis entnommen, und zwar in einer

ίο solchen Phase, daß am Ende der Sperrperiode der Röhre die Gitterspannung schneller zunimmt, als sie beim Fehlen dieses Kreises zunehmen würde. Diese bekannte Maßnahme ist auf die' Schaltung nach Fig. 2 angewendet.

Die am Kondensator 12 auftretende sägezahnförmige Spannung wird in üblicher Weise dem Steuergitter einer Entladungsröhre 19 zugeführt. Der Anodenkreis dieser Röhre enthält einen Transformator 20, und die an der Wicklung 21 dieses Transformators auftretende Spannung wird einem Reihenresonanzkreis zugeführt, der die Spule 22 mit regelbarer Selbstinduktion und den Kondensator 16 enthält.

Der am Kondensator 16 auftretende Teil der Wechselspannung mit Grundfrequenz wird über die Leitung 23 dem Steuergitterkreis der Röhre 11 zugeführt. Wird die Selbstinduktion der Spule 22 geändert, so ändert sich die Grundfrequenz des Oszillators.

Die am Kondensator 16 auftretende Spannung wird über die Leitungen 23 und 24 ebenfalls der Phasenvergleichsstufe 18 zugeführt, der an der Stelle 25 auch die Steuerschwingung zugeführt wird. Der Reihenresonanzkreis 16, 22 ist somit auch als phasendrehendes Netzwerk in den Zuführungskreis der Stufe 18 eingefügt, und die Regelmechanismen zum Ändern der Eigenfrequenz des Oszillators und zum Ändern der Phasendrehung sind jetzt kombiniert.

- Wird mittels der Spule 22 die Eigenfrequenz des Oszillators geändert, so tritt nahezu keine Phasendrehung zwischen der S teuer schwingung und dem z. B. über die Sekundärspule 25 des Transformators 20 entnommenen Ablenkstrom der Ablenkspulen 26 einer Elektronenstrahlröhre auf.

Der Vollständigkeit halber ist zu bemerken, daß die Erfindung nicht auf die hier gegebenen Ausführungsbeispiele beschränkt ist. . .. >

Wird z. B. die Eigenfrequenz des Oszillators 50" durch Änderung einer Steuergitter vor spannung geregelt, so ist diese veränderliche Vorspannung auch in dem phasendrehenden Netzwerk verwendbar. Zu diesem Zweck kann dieses Netzwerk beispielsweise eine Reaktanzröhre enthalten, wobei die Größe der Reaktanz mittels der regelbaren Vorspannungsquelle geregelt wird.

Auch kann dieses Netzwerk eine Spule enthalten, wobei zur Erzielung einer regelbaren Selbstinduktion eine regelbare Vormagnetisierung des Kernes dieser Spule verwendet wird, wobei der Vorrnagnetisierungsstrom der regelbaren Vorspannungsquelle entnommen wird.

Claims

PATENTANSPHÜCHE:

ι. Schaltungsanordnung zum Synchronisieren eines in seiner Eigenfrequenz willkürlich regelbaren Oszillators mittels einer Steuerschwingung, bei der sowohl eine dem Oszillator entnommene Schwingung als auch eine der Steuerschwingung entnommene Schwingung einer Phasenvergleichsstufe zugeführt werden, deren Ausgangsspannung die Oszillatorfrequenz regelt, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Oszillator entnommene Schwingung der Phasenvergleichsstufe über ein Netzwerk zugeführt wird, das eine Phasenverschiebung der dem Oszillator entnommenen Schwingung bewirkt und das mit Einrichtungen zum Regeln dieser Phasendrehung versehen ist, die mit 'den Einrichtungen zum willkürlichen Regeln der Eigenfrequenz des Oszillators so gekuppelt sind, daß der beim willkürlichen Regeln entstehenden Phasenverschiebung zwischen der Steuerschwingung und der Oszillatorschwingung entgegengewirkt wird.
2. Schaltung nach Anspruch 1, bei der die Einrichtung zum Regeln der Eigenfrequenz des Oszillators aus einem regelbaren Schaltelement besteht, dadurch gekennzeichnet, daß dieses Schaltelement das die Phasendrehung des Netzwerkes regelnde Element bildet.
3. Schaltung nach Anspruch 2, in der der Oszillator als Kipposzillator geschaltet ist und der Steuergitterspannung für eine Röhre dieser Schaltung einer die Oszillatorfrequenz bedingenden Wechselspannung überlagert wird, die einem hinsichtlich der Frequenz regelbaren Resonanzkreis entnommen wird, dadurch gekennzeichnet, daß das phasendrehende Netzwerk von den Elementen dieses Kreises gebildet wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen,

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