NL8104015A

NL8104015A - Zwaaibesturingsketen voor een spanningsgestuurde oscillator.

Info

Publication number: NL8104015A
Application number: NL8104015A
Authority: NL
Original assignee: Tektronix Inc
Priority date: 1980-09-30
Filing date: 1981-08-28
Publication date: 1982-04-16
Also published as: JPS6157732B2; FR2491271A1; GB2085247A; DE3134040A1; DE3134040C2; JPS5791006A; US4346352A; GB2085247B; FR2491271B1; CA1174295A

Description

... . * \ ÖT32ÖÖ/Ti7M/vL · ~ : -1-

Korte aanduiding: Zwaaibesturingsketen voor een spanningsgestuurde oscillator

De uitvinding heeft betrekking op een besturingsketen voor een gezwaaide spanningsgestuurde oscillator en in het bijzonder op een werkwijze en keten voor het hahdhaven van een constant uitgangsfrequentie-gebied bij het cmschakelen van een lineaire naar een logaritmische zwaai 5 .of van een logaritmische naar een. lineaire zwaai.

Spanningsgestuurde oscillators leveren een herhaalbaar uitgangssignaal waarvan de frequentie evenredig is met een ingangsspanning. Het is bekend een spanningsgestuurde oscillatorv(VCO) lineaire of niet-lineair over een frequentiegebied te zwaaien. Dergelijke gezwaaide VCO's worden 10 o.a. toegepast in elektronische test- en meetapparatuur voor het opwekken van lineaire of logaritmische frequentiezwaaien tussen instelbare starten stopfrequenties. Een typische zwaaibesturingsketen kan zowel conventionele lineaire en logaritmische versterkers omvatten die gestuurd worden door een gemeenschappelijke zaagtandvormige spanning, waarbij de start-15 en stopspanningen daarvan onafhankelijk ingesteld kunnen worden voor het daarmee verkrijgen van de. start- en stopfrequenties van de samenwerkende VCO. Wanneer echter van een lineaire naar een logaritmische zwaai of cm-, gekeerd omgeschakeld wordt, zal de VCO-frequentie verschuiven tengevolge van de verschillende uit gangs spanningen van de lineaire en logaritmische 20 versterkers. Het is daarcm noodzakelijk de start- en stopfrequenties opnieuw in te stellen steeds wanneer een nieuwe zwaaimode gekozen is.

Volgens de uitvinding handhaaft een zwaaibesturingsketen voor •een spanningsgestuurde oscillator een-constant zwaaifrequentiegebied met start- en stopfrequenties, die niet verschuiven wanneer van een lineaire 25 naar een logaritmische zwaai of van een logaritmische naar een lineaire zwaai cmgeschakeld woftdt. Dit· wordt bereikt door het op geschikte wijze schalen van de naar de. VCO gevoerde besturingsspanning voor zowel de lineaire als de logaritmische zwaaimodes.

De zwaaibesturingsketen omvat een lineaire versterker en een 30 antilogaritmische versterker, die elk een uitgangsvenster hebben welke past bij het lineaire dynamische gebied van de VCO. Onafhankelijk gekozen ^ start- en stopspanningen zijn instelbaar over het gehele lineaire gebied 1 van de VCO voor het instellen van de onderste en bovenste frequentiegrenzen \ 81 0 4 0 1 5 ------------------------------------------------ , , * '» —2« die ofwel voor een lineaire of een logaritmische zwaai gewenst zijn. Logaritmische amzetters worden gebruikt voor het vastleggen van. lineaire start- en stopspanningen naar de logaritmische tegenhangers, zodat de VCO frequentie hij het amschakelen van de ene functie naar de andere 5 niet verschuift. Hierdoor'kan een enkele startfrequentiehesturing en een enkele stopfrequentiebesturing gebruikt worden.. Een voor zowel de lineaire als de logaritmische .functies op geschikte wijze geschaalde zaagtandspan-ning wordt gebruikt voor het zwaaien van de VCO. Hoewel de overdrachtsfuncties van de logaritmische omzetters en van de antilogaritmische ver-10 sterker sterk temperatuurafhahkelijk zijn, is de uitvoering van de zwaai -besturingsketen zodanig dat in de gehele overdrachtsfunctie de temperatuurt ermen ontbreken.

De uitvinding beoogt daarom een nieuwe zwaaibesturingswijze en een daarmee overeenstemmende keten voor een spanningsgestuurde oscillator 15 te verschaffen.

De uitvinding beoogt verder een zwaaibesturingswijze en -keten te verschaffen waarmee een spanningsgestuurde oscillator ofwel lineair of niet-lineair gezwaaid kan worden tussen frequent i eg renzen die constant blijven bij het amschakelen tussen de lineaire en niet-lineaire functies.

20 De uitvinding heeft verder ten doel. een zwaaibesturingswijze en -keten te verschaffen voor het zwaaien van een spanningsgestuurde oscillator tussen start- en stopfrequentiegrenzen die onafhankelijk instelbaar zijn over het gehele werkgebied van de spanningsgestuurde oscillator.

De uitvinding heeft eveneens ten doel een zwaaibesturingswijze 25 en -keten te verschaffen waarmee het werken van een spanningsgestuurde . oscillator in ofwel lineaire of logaritmische zwaaimodes mogelijk is tussen instelbare start- en stopfrequentiegrenzen die geen nieuwe instelling vereisen wanneer tussen dergelijke zwaaimodes wordt omgeschakeld.

De uitvinding beoogt bovendien voor een spanningsgestuurde oscil-30 lator een zwaaihesturingsketen te verschaffen waarvan de totale overdrachtsfunctie onafhankelijk is van temperatuureffecten.

Volgens de uitvinding is de besturingsketen uitgevoerd met een lineaire ketenweg en een niet-lineaire ketenweg die gestuurd worden door een gemeenschappelijke zaagtandspanning voor het leveren van een lineair 0 35 zwaaisignaal resp. een niet-lineair zwaaisignaal en die selectief verbonden kunnen worden met de ingang van de spanningsgestuurde oscillator, mid-jj .— delen voor het onafhankelijk opwekken van eerste start- en stopspanningen, * "8104015 ’ ~ , , «i ’ -3- middelen voor het cmzetten van de eerste start- en stopspanningen in tweede start- en stopspanningen die gerelateerd zijn aan de eerste spanningen in overeenstemming met een niet-lineaire functie die wordt bepaald door de niet-lineiare ketenweg, en middelen voor het-combineren van de eerste 5 start- en stopspanningen met de zaagt andspanning voor het vormen van het lineaire zwaaisignaal en voor het combineren van 'de tweede start- en stopspanningen met de zaagtandspanning voor het vormen van het niet-lineiare zwaaisignaal.

De uitvinding wordt toegelicht aan de hand van de tekening, waar- 10 in: fig. 1 een gedetailleerd blokdiagram toont van een zwaaibesturingsketen voor een spanningsgestuurde oscillator volgens de uitvinding; fig. 2 een diagram toont van de overdrachtsfunctie van een span-ningsgestuurde oscillator voor zowel lineaire als logaritmische zwaaien.

15 In fig. 1 is een blokschema getoond van een zwaaibesturingsketen voor het leveren van een besturingsspanning aan een spanningsgestuurde oscillator (VCO) 10 die elke geschikte bekende uitvoeringsvorm kan hebben. De VCO .1.0 levert in responsie op de besturingsspanning V^ signalen met een frequentie f^ binnen een gewenst frequentiespectrum, welke signalen 20 beschikbaar kernen aan een uitgangsklem. 12.

Fig. 2 toont een overdrachtsfunctie van een VCO die. in de keten volgens fig. 1 gebruikt kan worden.. De besturingsingangsspanning V^ is horizontaal uitgezet en de geleverde signaalfrequentie f^,is vertikaal uitgezet .' De VCO heeft een dynamisch bereik van V. . tot V. , e ï ,min ï, max 25 waartussen de uitgangsfrequenties f tot fmgx geleverd kunnen worden.

Het uitgangsbereik van een VCO is typisch gespecificeerd als een verhouding van f tot f . , waarbij voor logaritmisch gezwaaide VCO’s ge- ΙΠ.8Χ mui woonlijk verhoudingen van 100:1 en 1000:1 gelden. Bij een daadwerkelijk gebouwde en geteste uitvoeringsvorm van de keten volgens de uitvinding was 30 f . gelijk aan 20 kHz en was f gelijk aan 2 MHz voor een 100:1 uitgangsbereik.

De zwaaibesturingsketen levert zowel een lineaire als een logaritmische zwaai, waaruit gekozen kan worden met behulp van een stel samenwerkende schakelaars lUa en 1 ^-b voor het aansturen van de VCO 10 tussen 35 vooraf gekozen en instelbare frequentiegrenzen fSÏar^. eïl fstop’ ^ana^ een ingangsklem 18 wordt een lineaire zaagtandspanning 16 met een voorafbe-J __paalde amplitude naar een XY vermenigvuldiger 20 gevoerd. De zaagtand- -i | 8 1 0 4 0 1 5 ......... ' '“' lii.

-k- ' spanning 16 kan gestart worden in reactie op een canmando van externe ketens, doch zij kan ook periodiek zijn. In het hiernavolgende zal de ' schalingsfactor waarmee de zaagtandspanning vermenigvuldigd wordt toegelicht worden. De vermenigvuldigde zaagtandspanning afk ernstig van de ver-5 menigvuldiger' 20 wordt tegelijkertijd naar twee resp. ingangen van een paar sammatieversterkers A1 en A2 gevoerd. Zoals hierna toegelicht zal worden, worden startspamningen Y^ en V1^ opgewekt en resp. naar de s ommat iever-sterkers A1 en A2 gevoerd. Het uitgangssignaal van de scmmatievërsterker A1 is een lineaire, zaagtandspanning 22, die via een schakelaar 1.W als be-10 sturingsingangsspanning naar de VCO 10 gevoerd kan worden. Het uitgangssignaal van de sammatieversterker A2 wordt naar een anti^logarit-mische versterker 2k gevoerd, die op bekende wijze van een lineair ingangssignaal een exponentioneel uitgangssignaal 26 levert.. Het exponen-tionele uitgangssignaal 26 kan via de schakelaar 1 ha als besturingsingangs-15 spanning naar de VCO 10 gestuurd worden.

De. start— en stopfrequentieg renzen van het ui tg angs frequent ie-gebied van de VCO worden resp. bepaald door de potentiometers 30 en 32, waarvan de lopers verbonden zijn met de ingangen van spanning svolgerver-sterkers 3^· resp. 36 voor het leveren van onafhankelijke spanningen VT

L

20 en V„. Zowel VT en V„ zijn continue instelbaar óver het gebied V.

n ia n ï ,mm tot V^ en door lineair zwaaibedrijf wordt de start spanning V^ naar een ingang van de versterker A1 gevoerd voor het instellen van het startpunt van de zwaai bij V_ op de V. schaal van fig. 2. De spanningen VT en ν„ worden beide naar de ingangen van een verschilversterker A3 gevoerd 25 voor het leveren van een verschilspanning V^-V^, welke via een schakelaar 1 Ub naar de Y ingang van de versterker 20 gevoerd kan worden als de schalingsfactor waarmee de lineaire zaagtand 16 vezmenigvuldigd wordt.

.Tengevolge van de schaling door V-VT zal de lineaire zaagtand stoppen bij

.HL

Vg op de V^ schaal van_fig. 2.

30 De spanningen V_ en VTr worden omgezet in spanningen V' resp.

LH L

V' door logaritmische. versterkers Uo en b2, waardoor op zich bekende H

logaritmische' amzetters geschikt zijn. De spanning V'^ wordt naar de ingang wan de sammatieversterker A2 gevoerd voor het instellen van het startpunt van de logaritmische zwaai bij V’^ op de schaal van fig. 2.

35 De spanningen V' en V' worden beide naar de ingangen van een verschil-versterker Ah gevoerd voor het leveren van een schalingsspanning _____die de schakelaar 11+b naar de Y-ingang van de vermenigvuldiger 20 gevoerd \ ...............8 1 0 4 0 1 5 ...........—“ ....................“ * * Γ· _ -ξ— — — : kan worden. Omdat de zaagtandspanning 16 geschaals wordt met V' -V’

HL

zal het· exponent!onele uitgangssignaal 26 van de antilogaritmische versterker 2b bij' V' op de V. schaal van fig. 2 eindigen, n x

Zoals uit fig. 2 blijkt zullen, wanneer de schakelaar lU ange-' 5 schakeld wordt tussen de lineaire en logaritmische functies, de start- en stopspanningen · over de V^ schaal verschoven worden maar zullen de starten stopfrequenties gelijk blijven. Hiermee wordt, het gewenste resultaat bereikt en omdat de potentiometers 30 en 32 niet opnieuw ingesteld behoeven te worden wanneer tussen de lineaire en logaritmische zwaai functies 10 cmgeschakeld wordt, kunnen de freqpentie-aanduidingen direkt op of bij de bedieningsknoppen ervan afgebeeld worden ter vergemakkelijking van de instelling van de start- en stopfrequentiegrenzen voor de VOO. De VCO 10, de antilogaritmische versterker 2b en de logaritmische versterkers bO en b2 zijn mathematisch aan elkaar gerelateerd ter verzorging van een 15 nauwkeurige samenwerking. De in fig. 2 getoonde overdrachtsfunctie van de VCO is in formulevorm: f - = ^- v. (1) uit V* 1 i ,max

De overdrachtsfunctie voor de antilogaritmische versterker is: v2 _ Ti, max VT— 111 K> -Tuit=^-e (2) f IH3X · 20 waarin K = —- en Vg het uitgangssignaal van de sammatieversterker A2 min xs.

De overdrachtsfunctie voor elk. der logaritmische versterkers is : • V = ( ) In (K ^2- ), (3) i ,majc f _ waarin V' is V'^ of V'^, V is V^ of V^ en K = ^m,a^ .

min 25 De hierboven gegeven vergelijkingen (2) en (3) zijn opgesteld in spanningstermen en zijn daarom enigszins vereenvoudigd. Vergelijking (2) kan ook worden uitgedrukt als V^ = α e —jj^· en vergelijking (3) kan ook worden uitgedrukt als V’ = T In V , waarbij voor beide verge- $ α lijkingen α en 3 constanten zijn die bepaald worden door waarden van 30 ketencomponenten en door fysische constanten en waarbij T de absolute J - --81 0 4 0 1 5 ----------------------------------------------------------- - -— ' ’ -6- : '

t p «i X

temperatuur in graden Kèlvin is. In de logaritmische zwaaimode is de totale overdrachtsfunctie van de zvaaihesturingsketen: VH Vr

Ti=ïL ^ {k) waarin de piekamplitude is van de lineaire zaagtandspanning 16. For-5 mule (Ij·) toont, dat de temperatuur T geen rol meer speelt.

-f — ; — 8 1 0 4 0 1 5---------- - ----------- -------------------------------

Claims

1. Zwaaibes. tur ing sketen voor een spanninggestuurde oscillator ge kenmerkt door een lineaire ketenweg en een niet-lineaire ketenweg die gestuurd .'.worden door een gemeenschappelijke zaagtandspanning voor het leveren van een lineair zwaaisignaal resp. een niet-lineair zwaaisignaal 5 en die selectief verbonden kunnen worden met de ingang van de spanning-gestuurde oscillator, middelen voor het onafhankelijk opwekken.van eerste start- en stopspanningen, middelen voor het omzetteh van de eerste starten stopspanningen in twee start- en stopspanningen die gerelateerd zijn aan de eerste 'spanningen in overeenstemming met een niet-lineaire functie 10 die wordt bepaald door de niet-lineaire ketenweg, en middelen voor het combineren van de eerste start- en stopspanningen met de zaagtandspanning voor het vormen van het lineaire zwaaisignaal en voor het combineren van de tweede start- en stopspanningen met de zaagtandspanning voor het vormen van het niet-lineaire zwaaisignaal.

2. Zwaaibesturingsketen volgens conclusie 1 met het kenmerk, dat middelen voor het opwekken van de eerste start- en stopspanningen een eerste potentiometer resp. tweede potentiometer omvatten, waarbij beide potentiometers onafhankelijk instelbaar zijn over een vooraf bepaald spanning sgebied. 20 3* Zwaaibesturingsketen volgens conclusie 1 met het kenmerk dat de niet-lineaire ketenweg een antilogaritmische versterker voor het leveren van het niet-lineaire zwaaisignaal omvat, waarbij de middelen voor de omzetting van de start- en stopspanningen een eerste resp. tweede logaritmische omzetter omvatten. 25 h. Zwaaibesturingsketen volgens conclusie 1 met het kenmerk dat de combinerende middelen een sommatieversterker in zowel de lineaire als de niet-lineaire ketenweg omvatten, naar elk daarvan de zaagtandspanning gevoerd wordt, de eerste startspann-ing naar de andere ingang van de scm-matieversterker.-in de lineaire ketenweg gevoerd wordt en de tweede start-30 spanning naar de andere ingang van de sommatieversterker in de niet-lineaire ketenweg gevoerd wordt. 5* Zwaaibesturingsketen volgens conclusie U methet kenmerk, dat de combinerende middelen middelen omvatten voor het ontwikkelen van eerste ' ] en tweede schalingsspanningen uit de eerste en tweede start- en stopspan-T 35- ningen, en middelen voor het selectief schalen van de zaagtandspanning in / -8104015- ........... ί * ^ -8- % overeenstemming met de schalingsspanningen.

6. Zwaaibesturingsketen volgens conclusie 5 met het kenmerk dat de middelen voor het ontwikkelen van de schalingsspanningen een eerste en een tweede verschilversterker cmvatten. .5 7. Zwaaibesturingsketen volgens conclusie 5 met het kenmerk dat de schalingsmiddelen een vermenigvuldigingsketen cmvatten die op êên ingang de zaagtandspanning ontvangt en op de andere ingang selectief een van de eerste en tweede schalingsspanningen ontvangt.

8. Werkwijze voor het zodanig besturen van een gezwaaide spannings- 10 gestuurde oscillator dat het uitgangsfrequentiegebied daarvan in hoofdzaak constant blijft wanneer tussen lineaire en niet-lineaire zwaaifuncties omgeschakeld wordt .gekenmerkt door het onafhankelijk opwekken, van eerste start- èn stopspanningen, het cmzetten van de eerste start— en stopspan-ningen in tweede start- en stopspanningen in overeenstemming, met een niet-15 lineaire functie, het combineren van de eerste start- en stopspanningen met een lineaire zaagtandspanning voor het leveren van. een lineair zwaai-signaal, en het combineren van de tweede start- en stopspanningen met de lineaire zaatandspanning en het dan cmzetten van de resulterende combinatie in een niet-lineair zwaaisignaal, die in overeenstemming met de niet-20 lineaire functie geschaald is naar het lineaire zwaaisignaal.. > _ -- I! i —8 1 0 4 0 1 5 —------------------------------------------------------------------- c.