DE940908C

DE940908C - Phasendetektorschaltung

Info

Publication number: DE940908C
Application number: DEJ4862A
Authority: DE
Inventors: Wolf Joachim Gruen
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1949-04-16
Filing date: 1951-11-14
Publication date: 1956-03-29
Also published as: NL101490C; BE507048A; US2598370A; FR1019655A; FR62138E; GB667521A; NL152965A; DE905383C; BE495156A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf symmetrische Phasendetektoren und insbesondere auf symmetrische Detektoren, welche eine Steuergleichspannung zu liefern vermögen, deren Vorzeichen und Größe von dem Vorzeichen und der Größe des Phasenwinkels zwischen zwei Wechselspannungen gleicher Grundf requenz abhängen, wie sie im Hauptpatent beschrieben sind. Die Erfindung ist allgemein anwendbar, eignet sich aber insbesondere für die selbsttätige Frequenzsteuerung von Ablenkgeneratoren in Fernsehempfängern, und zwar im

einzelnen für den Zeilenablenkgenerator eines Fernsehempfängers.

Im Hauptpatent 905 383 ist bereits ein Phasendetektor beschrieben, in welchem eine fast vollständig symmetrische Arbeitsweise sichergestellt ist, obwohl beide Wechselspannungsquellen und der Gleichspannungsausgangskreis einseitig geerdet sind. Wie weiter unten noch genauer erläutert werden wird, wird der symmetrische Betrieb durch Gegeneinandersdhaltung der beiden Gleichrichter der. Phasendetektoren in einem zum Ausgangs-

belastungskreis parallel liegenden Stromzweig erreicht, und zwar hinsichtlich der Vergleichsimpulse des Ablenkgenerators. Die beiden Detektoren liegen auch hinsichtlich der Synchronisierimpulsquelle in der Wirkung parallel zueinander, da nämlich ein . Detektor unmittelbar an diese Impulsquelle angeschlossen ist und der andere über einen kapazitiven Ausgangsbelastungskreis parallel dazu liegt. Jedoch wird, wie im Hauptpatent erläutert ist, ein symmetrischer Betrieb der beiden Detektoren nur erreicht, wenn die Ausgangsbelastung im Vergleich zu den Widerständen der Detektorenkreise verhältnismäßig niedrig ist. Diese Bedingung läßt sich genügend gut erfüllen, wie sich durch Benutzung der Anordnung nach dem Hauptpatent in vielen handelsüblichen Fernsehempfängern beweisen läßt. Es ist jedoch nichtsdestoweniger wünschenswert, eine Schaltung zu besitzen, die auf genaue Symmetrie eingestellt werden kann und noch die ao Vorteile der Schaltung nach dem Hauptpatent besitzt. Dies ist möglich, indem zu der Schaltung nach dem Hauptpatent verhältnismäßig wenige Schaltelemente hinzugeführt werden, wodurch die Schaltung nach dem Hauptpatent erfindungsgemäß in eine echte Brückenschaltung umgewandelt wird, in welcher eine-genaue Symmetrie bezüglich beider in der Phase miteinander zu vergleichenden Wechselspannungen erreicht wird.

Fig. ι ist eine Schaltung eines Phasendetektors nach dem Hauptpatent;

Fig. 2 ist ein Schaltbild eines erfindungsgemäßen symmetrischen Phasendetektors, und

Fig. 3, 4 und 5 sind vereinfachte Ersatzschaltbilder der Schaltung nach Fig. 2, die zur Erläuterung ihrer Wirkungsweise dienen.

Wie im Haüptpatent erläutert, kann der Phasendetektor nach Fig. 1 in einem Fernsehempfänger zur Lieferung einer Steuerspannung entsprechend den Zeilensynchronisierimpulsen des zusammengesetzten Signals benutzt werden, wobei diese Steuerspannung zur Frequenzsteuerung des Zeilenablerikgenerators dienen kann. Das empfangene zusammengesetzte Signal naoh der Kurve 7 wird mit positiver Polarität einer Eingangsklemme 8 zugeführt. Die andere Eingangsklemme ist mit 9 bezeichnet. Diese Klemme 9 kann an einen Punkt festen Potentials, z. B. an Erde, angeschlossen werden. Das Bildsignal liegt am Steuergitter 10 einer zur Abtrennung der Synchronisierimpulse dienenden Röhren, die ein i?C-Glied 12, 13 zur Selbsterzeugung der Vorspannung besitzt. Die Trennröhre 11 ist als Dreipolröhre mit dem Gitter 10, der Kathode 14 und der Anode 15 dargestellt. Die Kathode 14 liegt unmittelbar an Erde, während die Anode 15 über einen Anodenlastwiderstand 16 an einer geeigneten Anodenspannungsquelle B + liegt.

Die Anode 15 selbst ist über einen Kopplungskondensator 17 mit der Kathode eines Zweipolgleichrichters 18 verbunden, dessen Anode geerdet ist. Parallel zum Gleichrichter 18 liegt ein Lastwiderstand 19. Ferner "ist über den Kondensator 17 die Anode 15 unmittelbar an die Kathode eines weiteren Zweipolgleichrichters 20 angeschlossen, dem ebenfalls ein Lastwiderstand 21 parallel liegt, und ferner noch ein Symmetrierkondensator 22. Der Wechselstromweg schließt sich von der Anode des Gleichrichters 20 über einen integrierenden Kondensator 23.

Zwischen der Eingangsklemme 25 und Erde werden negative Vergleichsimpulse 24, die von der Ausgangsseite des Zeilenablenkgenerators abgenommen werden können, zugeführt. Diese Impulse Hegen über einen Koppelwiderstand 26 und einen Blockkondensator 27 am integrierenden Kondensator 23. Die Ausgangsgleichspannung der Gleichrichter 18 und 20 wird über ein Tiefpaßfilter, bestehend aus dem Reihenwiderstand 28 und dem Parallelkondensator 29, an die Ausgangsklemmen 30 und 31 geliefert. .

Wie im Hauptpatent genauer beschrieben, sind die beiden Gleichrichterkreise 18, 19 einerseits und 20, 21, 22 andererseits in Fig. 1 einander entgegengeschaltet und liegen zusammen an der Quelle der Vergleichsimpulse 24. Diese Impulse werden in dem Kreis, bestehend aus dem Widerstand 26 und den Kondensatoren 27 und 23, integriert, so daß am Kondensator 23 eine Sägezahnspannung auftritt, wie sie durch die Kurve 32 angedeutet ist. Da die 'beiden Gleichrichter 18 und 20 mit umgekehrter go Durchlaßrichtung an dieser Spannungsquelle liegen, ist die Gesamtausgangsspannung zwischen den Klemmen 30 und 31 Null, wenn die Widerstände der Gleichrichterzweige symmetrisch sind.

Da das zusammengesetzte Bildsignal 7 an den Eingangsklemmen 8 und 9 in Fig. 1 positiv gegenüber Erde ist, haben die Synchronimpulse an den Kathoden der Gleichrichter 18 und 20 negative Polarität, wie durch die Impulskurve 33 angedeutet. Wenn der integrierende Kondensator 23 einen verhältnismäßig kleinen Widerstand für die Grundfrequenz dieser Impulse im Vergleich zu den Innenwiderständen der Gleichrichterkreise darstellt, kann man die beiden Gleichrichter 18 und 20 als zur Quelle der Synchronisierimpulse parallel geschaltet betrachten. Dann ist auch die Ausgängsgleichspannung an den Klemmen 30, 31, die von der Gleichrichtung der Synchronisierimpulse allein herrührt, praktisch Null. Die Polarität und Größe der Ausgangsgleichspannung, die an. den Klemmen 30 und 31 auftritt, und zwar unter Berücksichtigung der beiden Impulszüge 33 und 24, hängt für jede Größe des Vergleichssignals 32 nur von dem Vorzeichen und der Größe des Phasenwinkels zwischen den-beiden Impulsspannungsquellen ab, sofern die obenerwähnten Synchronisierungsbedingungen erfüllt sind. Je niedriger der Wechselstromwiderstand zwischen den Klemmen 30 und 31 ist, desto vollkommener wird ein symmetrischer Betrieb erreicht. Wenn jedoch dieser Wechselstromwiderstand zu niedrig ist, wird die Vergleiohsimpulsquelle übermäßig belastet.

Die in Fig. 2 dargestellte, erfindungsgemäß verbesserte Schaltung liefert jedoch eine vollständige Symmetrierung der Phasendetektorschaltung, Dort wird ein zusammengesetztes Fernsehsignal 34 mit

positiver Polarität der Eingangsklemme 35 zugeführt, während die andere Eingangsklemme 36 geerdet ist. Dieses Signal 34 liegt dabei, ebenso wie in Fig. i, an einem Steuergitter 37 einer Trennröhre 38, und zwar wieder über eine die Vorspannung für diese Röhre herstellende. i?C-Schaltung 39, 40. Ferner ist, ebenso wie in Fig. 1, die Kathode 41 der Röhre 38 geerdet und ihre Anode 43 an eine geeignete Anodenspannungsquelle B + über einen

ίο Anodenlastwiderstand 44 angeschlossen.

Die abgetrennten Synchroimpulse 45, welche an der Anode 43 negative Polarität haben, werden der Kathode eines Gleichrichters D₁ über einen Koppelkondensator 49 zugeführt. Aus sogleich sich ergebenden Gründen ist der gesamte Wechselstrominnenwiderstand links von der punktierten Linie 42 in Fig. 3 mit Z₁ bezeichnet. Ferner ist in Fig. 2 ebenso wie in Fig. 1 ein Rückschlußweg für den Wechselstrom nach Erde in Form eines mit der Anode des Gleichrichters D₁ verbundenen integrierenden Kondensators 51 vorhanden. Ferner liegt wieder eine Vergleichsitnpulsquelle 52, die von der Ausgangsseite des Zeilenablenkgenerators gespeist werden kann, parallel zum Kondensator 51, wobei der Impulsquelle wieder ein Kopplungswiderstand 53 und ein Blockkondensator 54 vorgeschaltet sind. Der gesamte Wechselstromwiderstand rechts von der punktierten Linie 48 ist in Fig. 3 mit Z₂ bezeichnet.

Die Synchronisierimpulse werden über den Doppelkondensator 49 auch der Kathode einer zweiten Gleichrichterröhre D₂ zugeführt, deren Anode geerdet ist. Jedoch unterscheidet sich die Schaltung nach Fig. 2 von derjenigen in Fig. 1 dabei durch das Vorhandensein eines Kondensator-Widerstands-Netzwerkes Z₄, welches aus der Parallelschaltung eines Kondensators 55 und eines Widerstandes 56 besteht. Aus sogleich zu erläuternden Gründen ist die untere Klemme dieses Netzwerkes mit der oberen Belegung des Kondensators 51 über ein weiteres Netzwerk Z₃ verbunden, welches aus einem Widerstand 57 und einem dazu in Reihe liegenden Kondensator 58 besteht. Die Gleichstromwege für die Gleichrichter D₁ und D₂ werden durch die Widerstände 59 und 60 vervollständigt. Die Ausgangsgleichspannung des Phasendetektors wird den Ausgangsklemmen 61 und 62 durch ein Tiefpaßfilter 63, bestehend aus dem Reihenwiderstand 64 und dem Nebenschlußkondensator 65, zugeführt.

Die Wirkungsweise des Phasendiskriminators nach Fig. 2 läßt sich an Hand des Ersatzschaltbildes in Fig. 3 leicht verstehen. In dieser ist die Synchronisierimpulsquelle du rch den Generator G_s und durch seinen Innenwiderstand Z₁ ersetzt. Ebenso ist die Vergleichsimpulsquelle durch einen Generator G_r und durch den zugehörigen Innenwiderstand Z₂ ersetzt.

Mit der Widerstandsbezeichnung in Fig. 3 lassen sich zwei höchst einfache Ersatzbrückenschaltungen angeben, welche die Symmetrie der Schaltung bezüglich jeder der Impulsquellen G₅ und G₁. erweisen. Die Fig. 4 zeigt die Ersatzbrückenschaltung bezüglich der Synchronisierimpulse G_s und die Fig. 5 die Ersatzbrückenschaltung bezüglich der Impulsquelle G_r.

An Hand der Fig. 4 sei angenommen, daß die Gleichrichter D₁ und D₂ zusammen mit ihren Lastwiderständen 59 und 60 gleiche Widerstände haben mögen. Man sieht leicht, daß diese Brückenschaltung dann bezüglich der Spannung des Generators G_s vollständig symmetrisch ist, wenn Z₄ gleich Z₂ ist, und zwar unabhängig von den Größen Z₁ und Z₃. Die Gleichrichter werden dann mit gleich großen Impulswechselspannungen gespeist und liefern zusammen eine Ausgangsgleichspannung an der Klemme 61, welche für jeden Wert der Eingangsspannung Null ist, da die Gleichrichter nämlich umgekehrt geschaltet sind, so daß sie gleich große und entgegengesetzt gerichtete Gleichspannungspotentiale an diesen Punkt liefern.

Die Fig. 5 zeigt die Gleichgewichtsbedingungen bezüglich der Spannungsquelle G₇. der Vergleichsimpulse und ihres Innenwiderstandes Z₂. Wenn man wieder annimmt, daß die Gleiohrichterzweige gleich ausgebildet si'nd, sieht man, daß die Schaltung sich vollständig im Gleichgewicht befindet, wenn Z₃ = Z₁, und zwar unabhängig von der Größe von Z₂ und Z₄. Die gleichgerichteten Spannungen an den Gleichrichtern D₁ und D₂ sind einander entgegengeschaltet und liefern zusammen an der Klemme 61 die Gleichspannung Null.

Die Wirkungsweise der Schaltung für vollkommene Symmetrie im Gleichrichternetzwerk ist identisch mit der im Hauptpatent beschriebenen und sei daher im einzelnen nicht nochmals dargestellt. Es genügt zu sagen, daß, wenn sowohl die Synchronisierungsimpulse als auch Sägezahnspannungen an den Gleichrichtern liegen, für jede Amplitude des Vergleichssignals 24 die gesamte Ausgangsgleichspannung des Diskriminators eine Polarität und eine Größe besitzt, welche dem Vorzeichen und der Größe des Phasenwinkels zwischen beiden Spannungen entspricht.

Die wichtigste Eigenschaft der erfindungsgemäßen Schaltung besteht darin, daß das Phasendetektornetzwerk bezüglich jeder der beiden Eingangsspannungen unabhängig auf genaues Gleichgewicht abgeglichen werden kann und daß dieses Gleichgewicht innerhalb der praktisch in Betracht kommenden Grenzen über einen sehr erheblichen Frequenzbereich erhalten bleibt. Bei einer praktisch ausgeführten Schaltung hängt die Genauigkeit der Abgleic'hung in erster Linie von den Toleranzen der Schaltelemente ab. Die Abgleichung kann theoretisch bei jeder beliebigen Frequenz vollständig gemacht werden. Wenn der Anodenwiderstand der Röhre 38 in Fig. 2 niedrig gegenüber dem kapazitiven Blindwiderstand des Symmetrierkondensators 58 ist, kann der Serienwiderstand 57 fortgelassen werden.

Wenn die Sägezahnspannung am Kondensator 51 mittels der Rücklauf impulse der Zeilenablenkspule eines Fernsehempfängers hergestellt wird, muß man im allgemeinen eine kleine Verzögerung der Synchronisierimpulse vorsehen, um ein söge-

nanntes Umfalten auf der rechten. Seite des Fernsehbildes zu vermeiden. Der Fernsehfachmann sieht ohne weiteres, daß diese Verzögerung durch die Wahl geeigneter Kapazitätswerte bewerkstelligt werden kann, so daß die gesamte kapazitive Belastung am Anodenwiderstand der Eingangsstufe 40 (bestehend aus den Kondensatoren 49, 55> ί und 51 in Reihe) die gewünschte Verzögerung der Synchronisierimpulse liefert.
Als Gleichrichter D₁ und D₂ können außer Vakuumröhrengleichrichtern auch Kontaktgleichrichter, beispielsweise Selengleichrichter oder Kristalldioden, verwendet werden. Im letzteren Fall ist es wichtig, daß die Sperrwiderstände der Kristalldioden, welche an Stelle der Gleichrichterlastwiderstände 59 und 60 treten, genügend hoch sind, um eine geeignete Spitzengleichrichtung der zugeführten Spannung sicherzustellen. Man sieht auch, daß unter Berücksichtigung des oben zu Fig. ι und 2 Gesagten die Dioden D₁ und D₂ lediglich umgedreht werden müssen, wenn Synchronisierimpulse mit positiver Polarität dem Phasendetektor zugeführt werden sollen. Die Polarität der Impulse der Bezugsimpulsspannungsquelle 52 kann ebenfalls positiv oder negativ sein, je nachdem, welche Polarität der Ausgangsgleichspannung gewünscht wird.

Bei der Anwendung der Erfindung auf die selbsttätige Frequenzsteuerung des Zeilenablenkgenerators eines Fernsehempfängers, beispielsweise des im Hauptpatent beschriebenen Zeilenablenkgenerators, werden die Polaritäten der Impulse durch die Art der Blindröhrenschaltung bestimmt, der die Steuerspannung zugeführt werden soll. Die geeignete Wahl dieser Polaritäten ist nur eine Frage der Konstruktion des Empfängers und bereitet dem Fachmann keine Schwierigkeiten.

Lediglich zur Veranschaulichung und nicht im Sinne einer Beschränkung werden im folgenden Zahlenwerte angegeben, bei denen eine Schaltung nach Fig. 2 bei einem Fernsehempfänger mit selbsttätiger Frequenzsteuerung der 15,75-kHz-Zeilenfrequenz befriedigend gearbeitet hat. Es handelte sich dabei um folgende Größen für die Zeilenablenkungsschaltung:

Röhre43 = V2 Type 6SL7

Röhren D₁ und D₂ = Type 6 AL 5

Widerstand 44 =47 000 Ohm

Kondensator 49 = 120 μμΈ

Kondensator 51 = 1000 μμ¥

Widerstand 53 = 120000 Ohm

Kondensator 54 = 0,047 I^

Kondensator 55 = 1000 μμΡ

Widerstand 56 = 68000 Ohm

Widerstand 57 = fortgelassen

Kondensator 58 = 100 μμΈ

Widerstände 59 und 60 = je 1 MOhm

Widerstand 64 = 150000 Ohm

Kondensator 65 = 0,01 ,«F

Bei diesem speziellen Empfänger wurde eine gute Symmetrierung dadurch erreicht, daß zunächst die Synchronisierimpulse allein zugeführt wurden, wo-

bei die Eingangsamplitude ungefähr 50 Volt betrug und die Ausgangsgleichspannung weniger als ο, ι Volt. Dieselbe Symmetrierung wurde auch erreicht, wenn die Synchronisierimpulse abgeschaltet wurden und eine Vergleichsimpulsspannungsquelle von ungefähr 40 Volt (von Spitze zu Spitze gemessen) angelegt wurde.

Man sieht somit, daß die beschriebene symmetrische Detektorschaltung sehr einfach auf Symmetrie einzustellen ist und alle praktischen Vorteile der Schaltung nach dem Hauptpatent insofern besitzt, als eine Seite aller Kreise an ein gemeinsames Potential angeschlossen werden kann und schließlich keine zusätzlichen Phasenumkehrstufen erfordert.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

I. Phasendetektorschaltung nach Patent 905 383, dadurch gekennzeichnet, daß zwei in Reihe geschaltete Schemwiderstände (Z₃, Z₄) dem einen Gleichrichter (D₁ in Fig. 3) und seinem Belastungswiderstand (59) parallel geschaltet sind, wodurch zusammen mit dem anderen Gleichrichter (D₂) samt Belastungswiderstand. (60) eine Brückenschaltung mit vier Brückenzweigen gebildet wird, und daß die Scheinwiderstände in den Armen der Brücke so gewählt werden, daß die Schaltung bezüglich der Spannung der ersten (G_s) sowohl wie der zweiten Signalspannungsquelle (Gr) vollkommen symmetrisch ist, und die Innenwiderstände jedes der beiden Gleichrichter ebenso groß sind wie die entsprechenden Belastungswiderstände.
2. Phasendetektorschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung der ersten Signalspannungsquelle (G_s) aus Synchronisierimpulsen besteht und die der zweiten Spannungsquelle (G^) aus Vergleichsimpulsen.
3. Phasendetektorschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Brückenschaltung aus zwei Scheinwiderständen (Z₄, Z₂) besteht, die in zwei diagonal gegenüberliegenden Brückenzweigen liegen, und aus zwei Gleichrichtern (D₁, D₂) in den beiden übrigen Brückenzweigen und daß zwei weitere Widerstände (Z₁, Z₃) in den beiden Brückendiagonalen liegen, daß sich dabei ein Eckpunkt der Brücke (untere Elektrode von D₂) auf festem Potential befindet, daß die erste Spannungsquelle (G_s) von konstanter Frequenz zwischen diesem festen Potentialpunkt und die gegenüberliegende Ecke der Brücke eingeschaltet ist, daß eine zweite Spannungsquelle (G^) derselben Frequenz in den an den festen Potentialpunkt angeschlossenen, den. .Scheinwiderstand (Z₂) enthaltenden Brückenzweig eingeschaltet ist, daß eine Ausgangsklemme (61) an eine Ecke dieser Brücke angeschlossen ist, an welcher Gleichspannungen, die an den Gleichrichtern entstehen, mit entgegengesetzten Vorzeichen mit Bezug auf den festen Potentialpunkt auftreten, daß die Widerstände der Brücke symmetrisch sind, so daß von jeder der beiden Spannungen allein an der er-

wähnten Ausgangsklemme die Gleichspannung Null erzeugt wird.
4. Phasendetektorschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Gleichrichter (D₁, D₂) mit umgekehrter Durchlaßrichtung in Reihe geschaltet sind und sich zwischen ihnen ein Widerstandsnetzwerk (Z₄) befindet, daß der eine dieser Gleichrichter (D₂) an den festen Potentialpunkt angeschlossen ist, und daß ein zweites Widerstandsnetzwerk (Z₂) vorhanden ist, welches die Vergleichsspannungsquelle (52 = Gr) und die Eingangsklemme eines vier Klemmen besitzenden Tiefpaßfilters (63) enthält, daß ein drittes Widerstandsnetzwerk (Z₃) vorhanden ist, welches an die Reihenschaltung des ersten Netzwerks (Z₄) und des anderen Gleichrichters (D₁) angeschlossen ist, daß das zweite Netzwerk (Z₂) an die Reihenschaltung des dritten Netzwerks (Z₃) und des erwähnten einen Gleichrichters (D₂) angeschlossen ist, daß ein viertes Netzwerk (Z₁) vorhanden ist, welches die Wechselspannungsquelle (G_s), deren Phase mit der Vergleichsspannung (24) verglichen werden soll, enthält, und daß das vierte Netzwerk (Z₁) an die Reihenschaltung der beiden Gleichrichter (D₁, D₂) sowie des dritten Netzwerks (Z₃) angeschlossen ist und daß schließlich ein Ausgangskreis, der auf die Gleichspannung an den Ausgangsklemmen (61, 62) des Filternetzwerks (63) anspricht, vorhanden ist, wobei die vier Netzwerke (Z₄, Z₂, Z₃, Z₁) und •die zwei Gleichrichter (D₁, D₂) solche Widerstände besitzen, daß sie eine Wechselstrombrücke bilden, welche für jede der beiden Wechselspannungen allein albgeglichen ist.

Angezogene Druckschriften:
Schweizerische Patentschrift Nr. 201 785.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

509 682 3.56