DE1099006B - Schaltung zur Verbesserung der Symmetrie bei einer Anordnung zur Erzeugung einer demPhasenunterschied zweier zugefuehrter Hochfrequenzspannungen nach Groesse und Vorzeichen entsprechenden Regelgleichspannung - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft eine Schaltung zur Verbesserung der Symmetrie bei einer Anordnung zur Erzeugung einer dem Phasenunterschied zweier zugeführter Hochfrequenzspannungen nach Größe und Vorzeichen entsprechenden Regelgleichspannung mit zwei symmetrisch geschalteten Gleichrichtern, an deren Anoden bzw. Kathoden die erste Hochfrequenzeingangsspannung in Gleichtakt ohne galvanische Verbindung und an deren Kathoden bzw. Anoden die zweite Hochfrequenzeingangsspannunig in Gegentakt mit galvanischer Verbindung der betreffenden Elektroden zum Bezugspotential angeschaltet ist und bei der zur Entnahme der Regelspannung zwischen eine der letztgenannten Elektroden und der zugehörigen Zuführung der zweiten Hochfrequenzeingangsspannung eine Entkopphingsimpedanz, z. B. ein Kondensator, eingeschaltet ist. Schaltungen dieser Art werden z. B. zum Synchronisieren eines örtlichen Oszillators mit einer Steuerschwingung verwendet. Der Phasendetektor bildet dabei einen Teil einer Phasenregelungsschleife, und die Ausgangsregelspannung des Detektors steuert die Frequenz und Phase des Oszillators, dessen Ausgangsspannung neben der Steuerschwingung dem Phasendetektor als Eingangsspannung dient. Eine Anwendung dieser Schaltung liegt bei Farbfernsehempfängern vor, wo ein örtlicher Oszillator mit der Farbsynchronschwingung von 3,6 MHz des zugeführten Fernsehsignals synchronisiert werden soll.

Ein symmetrischer Phasendetektor umfaßt üblicherweise zwei Spitzengleichrichter entgegengesetzter Polarität, deren jedem die Summe der zu vergleichenden Eingangsspannungen zugeführt wind. Die über die Belastungswiderstände der Gleichrichter erzeugten Spannungen werden zustammengesetzt, so daß eine der Phasendifferenz der Eingangsspannungen entsprechende Regelspannung erzeugt wird. Bei der Zusammensetzung ergibt sich aber eine Halbierung der Spannungsdifferenz der Gleichrichter, die einer herabgesetzten Empfindlichkeit der Schaltung entspricht.

Eine verbesserte Schaltung ist vorgeschlagen worden, bei der die Belastungswiderstände der beiden Gleichrichter mit Bezug auf die Gleichstromkomponente in Reihenverbindung angeordnet sind, so daß die Empfindlichkeit oder der Verstärkungsfaktor dieses Detektors das doppelte im Vergleich zur erstgenannten Schaltung beträgt.

Die wesentliche Schwierigkeit bei Phasendetektoren der beiden Arten besteht in der Erreichung einer möglichst hohen Empfindlichkeit und einer genauen Symmetrie. Bei der genannten verbesserten Schaltung ist die Empfindlichkeit zwar verdoppelt, jedoch hat es sich gezeigt, daß die Symmetrie in verschiedener Hinsicht mangelhaft ist, so daß dieser Detektor in

Schaltung zur Verbesserung
der Symmetrie bei einer Anordnung

zur Erzeugung einer dem Phasenunterschied zweier zugeführter Hochfrequenzspannungen nach Größe
und Vorzeichen entsprechenden
Regelgleichspannung

Anmelder:

Hazeltine Corporation,
Washington, D. C. (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. W. Mouths, Patentanwalt,
Frankfurt/M., Krögerstr. 5

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 20. August 1957

Richard Henry Czina, Newport, Vt.,

Raymond John Keogh, Huntington, N. Y.,

und Donald Richman, Fresh Meadows, N. Y.

(V. St. Α.),
sind als Erfinder genannt worden

dieser Beziehung keine Verbesserung bedeutet. Die Unsymmetrie ist dadurch unerwünscht, daß die Größe der Regelspannung auch bei der verbesserten Schaltungsart ziemlich klein ist, so daß eine kleine Unsymmetrie eine Fehlerspannung erzeugen kann, die in derselben Größenordnung wie die erwünschte Regelspannung ist. Von noch größerer Bedeutung ist aber, daß sich bei mangelhafter Symmetrie eine Abhängigkeit der Größe der Fehlerspannung von der Größe der zugeführten Eingangsspannung ergibt. Dieser Nachteil fällt besonders auf, wenn die Größe z. B. einer zugeführten Steuerschwingung erheblichen Stärkeschwankungen unterliegt, denn der Detektor kann dann nicht so ausgeführt werden, daß seine Wirkungsweise von einer in der Regelspanntmg erscheinenden Fehlerkomponente unabhängig wird. Dies kann dazu führen, daß die Regelspannung einschließlich der Fehlerkomponente der Phasen- oder FrequenzdirTerenz derart ungenau entspricht, daß sie, statt den örtlichen Oszillator zu synchronisieren, eine noch größere Ab-

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weichung vom synchronen Zustand herbeiführt. Besonders bei Farbfernsehempfängern tritt diese Schwierigkeit im Zusammenhang mit der Farbsynchronisation in Erscheinung, erstens weil die Stärke der Synchron- oder Steuerschwingung wegen der veränderlichen Übertragungsverhältnisse erheblichen Schwankungen unterliegt und zweitens wegen der üblichen Praxis, gemäß der die Stärke der Synchronschwingung in Abhängigkeit davon geändert wird, ob der örtliche Oszillator synchron läuft oder nicht.

Die Erfindung, die eine Schaltung zur Verbesserung der Symmetrie bei einer Anordnung zur Erzeugung einer dem Phasenunterschied zweier zugeführter Hochfrequenzspannungen nach Größe und Vorzeichen entsprechenden Regelgleichspannung mit zwei symmetrisch geschalteten Gleichrichtern, an deren Anoden bzw. Kathoden die erste Hochfrequenzeingangsspannung in Gleichtakt ohne galvanische Verbindung und an deren Kathoden bzw. Anoden die zweite Hochfrequenzeingangsspannunig in Gegentakt mit galvanischer Verbindung der betreff endenElektroden zum Bezugspotential angeschaltet ist und bei der zur Entnahme der Regelspaamung zwischen) eine der letztgenannten Elektroden und der zugehörigen Zuführung der zweiten Hochfrequenzeingangsspannung eine Entkopplungsimpedanz, z. B. ein Kondensator, eingeschaltet ist, betrifft, ist dadurch gekennzeichnet, daß zur Beseitigung der durch die zur Entnahme der Regelspannung eingefügten Schaltelemente verursachten elektrischen Unsymmetrie der Anordnung zwischen die entsprechende Elektrode des anderen der beiden Gleichrichter und der zugehörigen Zuführung der zweiten Hochfrequenzeingangsspannung eine entsprechende Ausgleichsimpedanz eingeschaltet ist.

Die Verwendung von Ausgleidhisimpedanzen bei symmetrischen Schaltungen ist an sich bekannt. Es war jedoch bisher nicht bekannt, daß die Entkopplungsimpedanz bei einer Schaltung der oben angegebenen Art einen Symmetriefehler veranlaßt, so daß die Ausgleichsimpedanz in dieser Anwendung neu ist.

Die Erfindung wind in der Zeichnung an einer Ausführungsform erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Schaltbild,

Fig. 2 eine Kennlinie über die erzeugte Regelspannung als Funktion der Phasendifferenz.

Die in Fig. 1 gezeigte Schaltung eignet sich besonders für die Anwendung in einem Farbfernsehempfänger zum Synchronisieren des örtlichen Oszillators zur Erzeugung der Farbunterträgerwelle, und es wird daher bei der folgenden Erläuterung davon ausgegangen, daß die Schaltung diese Aufgabe .erfüllen soll. Dabei ist zu bemerken, daß die Steuerschwingung bei einem Farbfernsehempfänger in der Form von Hochfrequenzimpulsen auftritt, deren jeder eine Dauer von ungefähr 2,5 μΒεο hat, wobei diese Impulse die Frequenz 'der Zeilenabtastung haben. Die Aufgabe des Detektors besteht darin, die Phase der ihm zugeführten Eingangsspannungen zu vergleichen. Bei einem Farbfernsehempfänger besteht die eine Eingangsspannung aus der aus Hochfrequenzimpulsen zusammengesetzten Steuerschwingung des empfangenen Signals, während die andere Einigangsspannung die Ausgangsspannung des örtlichen Oszillators ist. Bei der dargestellten Schaltung sind Eingangsklemmen 10, 11 für die eine und Eingangsklemmen 12, 13 für die andere Bingangsspannung vorgesehen.

Ferner sind zwei Gleichrichterkreise 14 und 15 mit je einem Gleichrichter vorhanden. Diese bestehen aus Dioden 16 bzw. 17, deren Kathoden 18 bzw. 19, denen die eine Eingangsspannung zugeführt wird, während die andere Eingangs spannung den Anoden. 20 bzw. 21 in Gegentakt zugeführt wird. Parallel zu den Dioden 16 und 17 liegen Belastungswiderstände 16 α bzw. 17 a. Die Zuführung der den Klemmen 10, 11 zugeführten Eingangsspannung geschieht über einen Kopplungskreis 22, der die Klemmen 10 und 11 mit den Kathoden verbindet. Der Kreis 22 umfaßt einen abgestimmten Transformatorkreis mit einer Primärwicklung 24 und einer Sekundärwicklung25, die durch einen Kondensator 26 abgestimmt ist und außerdem einen Nebenschlußwiderstand 27 besitzt. Der Sekundärkreis ist auf die Frequenz der Eingangsspannung abgestimmt und über einen Kopplungs'kondensator 28 mit dem Verbindungspunkt 23 der Kathoden verbunden.

Die andere Eingangsspannung, z. B. die Ausgangsspannung des örtlichen Oszillators bei einem Farbfernsehempfänger, wind über einen Kopplungskreis 30 den beiden Anoden der Dioden in Gegentakt zugeführt. Dieser Kopplungskreis umfaßt auch einen Transformator, dessen Primärwicklung 33 mit den Eingangsklemmen 12, 13 und desisen Sekundärwicklung 34 mit Ausgangsklemmen 31, 32 des Kopplungskreises verbunden ist. Die Sekundärwicklung 34 ist durch einen Kondensator 35 abgestimmt, und in Nebenschluß dazu liegt ein Widerstand 36. Außerdem besitzt die Sekundärwicklung 34 eine geendete Mittenanzapfung.

Es ist ferner ein Belastungswiderstand 40 vorhanden, über den die Regelspannung erzeugt wird und der aus der Reihenschaltung eines ohmschen Widerstandes 41 mit einem Kondensator 42 und einem ohmschen Widerstand 43 besteht. Eine Ausgangsklemme 44 für die Regelspannung .ist mit dem Verbindungspunkt des Widerstandes 41 mit dem Kondensator 42 verbunden. Der Belastungswiderstand 40 stellt ein Tiefpaßfilter dar, das im wesentlichen für die Bandbreite der erzeugten Regelspannung maßgebend ist. Insbesondere bei einem Farbfernsehempfänger ist diese Bandbreite für die Arbeitsweise der Phasenregelungsschleife von Bedeutung, da die Empfindlichkeit der Schleife mit Bezug auf S tor spannungen von der Bandbreite abhängig ist.

Eine Entkopplungsimpedanz 50 liegt zwischen der Klemme32 und demjenigen Punkt45, an den der Be-5 lastungswiderstand angeschlossen ist. Sie kann, wie gezeigt, aus einem Kondensator bestehen, dessen Aufgabe darin besteht, die über die Gleichrichterkreise 14 und 15 entstehenden Gleichstromkomponenten von Erde zu isolieren, damit die eingangs erwähnte Verdoppelung der Verstärkung zustande kommt.

Die Schaltung umfaßt ferner eine Ausgleichsimpedanz 60, die zwischen der Anode der Diode 16 und der Anschlußklemme 31 liegt. Sie kann aus der Parallelschaltung eines Widerstandes 61 mit einem Kondensator62 bestehen. Um die Einwirkung des Kondensators 50, d. h. die dadurch verursachte Beeinträchtigung der Symmetrie, zu beseitigen, soll die Impedanz 60 dem Wert dieses Kondensators angepaßt sein. Bei einem Farbfernsehempfänger, wo die Synchron-

So impulse als periodisch - eintreffende Hochfrequenzimpulse erscheinen, soll die Zeitkonstante der Impedanz 60 etwa gleich der Dauer der Hochfrequenzimpulse sein.
Die gezeigte Schaltung könnte durch Umpolung beider Dioden abgeändert werden. Auch können die Eingangsspannungen unter sich getauscht werden, ohne daß die Arbeitsweise der Schaltung beeinflußt wird. Die Arbeitsweise sei zuerst unter der Annahme erörtert, daß die Impedanz 60 nicht vorhanden ist. In

T η jedem der beiden Gleichrichterkreise erfolgt die

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Gleichrichtung einer aus den beiden Eingangsspannun- einen gleichbleibenden Wert hätte, könnte er zugelas-

gen zusammengesetzten Summemspannung. Wenn sen werden, da die Kreiskonstanten der Phasenrege-

diese einen Phasenuntersehied von 90° aufweisen, lungsschleife unter Berücksichtigung des Fehlers be-

werden beiden Gleichridhtern gleich große Summen- messen werden könnten. In Wirklichkeit aber ist die

spannungen zugeführt, so daß die gleichgerichteten 5 Größe der Fehlerkomponente von der Amplitude der

Gleichstromkomponenten, deren Zeichen an den Be- Eingangsspannungen abhängig. Wenn eine der Ein-

lastungswiderständen 16a und 17a gezeigt sind, die gangsspannungen großen Amplitudenschwankungen

gleiche Größe haben. Die über den Belastungswider- unterliegt, kann dem durch entsprechende Bemessung

stand 40 erzeugte Regelspannung hat dabei den Wert der Schleife nicht entgegengewirkt werden.

Null. Es liegt nun Synchronismus zwischen den bei- io Bei einem Farbfernsehempfänger unterliegen die

den Eingangsspannungen und auch Phasengleichheit Synchronimpulse großen Amplitudenschwankungen,

vor, wobei vorauszusetzen ist, daß eine derselben vor Die hierdurch entstehende Fehlerkomponente wirkt

der Zuführung zum Detektor in der Phase um 90° sich in diesem Falle besonders ungünstig aus bei der

gedreht worden ist, da der Detektor bei diesem Wert Umschaltung zwischen dem Empfang eines schwarz-

des Phasenunterschiedes eine Regelspannung vom 15 weißen und eines farbigen Fernsehsignals, da das

Wert Null erzeugt. Schwarzweißsignal keine Farbsynchronisierimpulse

Bei einer Abweichung von der genannten Phasen- enthält. Der örtliche Oszillator läuft dabei in fast beziehung ergibt sich ein Zunehmen der dem einen allen Fällen mit unrichtiger Frequenz. Bei der UmGleichrichter und ein Abnehmen der dem anderen schaltung auf farbigen Empfang erscheint plötzlich Gleichrichter zugeführten Summenspannung. Die 20 ein Synchronisiersignal. Die dabei erzeugte Regel-Regelgleichspannung nimmt entweder einen positiven spannung nimmt zuerst einen ziemlich hohen Wert oder einen negativen Wert an, je nachdem, ob die an und strebt danach, den Gleichlauf des örtlichen Phasenabweichung der einen oder der anderen Rieh- Oszillators wieder herzustellen. Wenn über diese tung erfolgt. Die Kurve der Fig. 2 zeigt die Regel- große Regelspannung hinaus noch eine ziemlich große spannung B als Funktion des Phasenunterschiedes. 25 Fehlerkomponente wegen mangelnder Symmetrie hin-

Wenn nicht nur ein Phasen- sondern auch ein Fre- zukommt, kann die Phasenregelungsschleife hier-

quenzunterschied zwischen den Eingangsspannungen durch laicht überlastet werden, so daß sie überhaupt

vorhanden ist, findet eine stetige Variation des Pha- nicht imstande ist, zur Wiederherstellung des Gleich-

sen-unterschiedes statt. Dies entspricht mit Bezug auf laufs beizutragen. Die Arbeitsweise wird unzuverläs-

Fig. 2 einem Hin und Her der Abszisse, der die 30 sig.

Tendenz zur Erzeugung einer niederfrequenten sinus- Man kann sich die Art des vorliegenden Problems förmigen Schwingung über den Widerstand 40 ent- besser vergegenwärtigen, wenn berücksichtigt wird, spricht. Wenn der Detektor zu einer Phasenregelungs- daß der Höchstwert der Regelspannung von der Gröschleife gehört, ergibt sich eine Verzerrung der Sinus- ßenordnung 2 V ist, wenn die Amplitude der Steuerform dieser Schwingung wegen der dynamischen 35 schwingung von der Größenordnung 60 V und die der Rückkopplung der Schleife, so daß sie eine asymmetri- Synchronzeichen von der Größenordnung 100 V oder sehe Form annimmt. Als Ergebniis hiervon entsteht noch größer ist. Ein nur sehr unbeträchtlicher Symwieder eine Gleichstromkomponente, die bei an- metriefehler kann eine Fehlerkomponente von der wachsendem Frequenzunterschied zunimmt und deren Größenordnung 2 V erzeugen, die außerdem großen Zeichen mit dem des Frequenzunterschiedes wechselt. 40 Amplitudenänderungen unterworfen ist, da diieAmpli-Auch diese Komponente kann dazu benutzt werden, tude der Synchronimpulse von Null bis zu etwa die Frequenzgleichheit des örtlichen Oszillators wie- 200 V, je nach den vorliegenden Arbeitsbedingungen, der herzustellen. Die diese Regelspannungskompo- schwanken kann. Eis ist bekannt, daß diese Art von nente erzeugende asymmetrische Sinusschwingung Phasendetektor im Hinblick auf seine Wirkungsweiise wird üblicherweise als »Schwebungsschwingung« be- 45 nicht völlig symmetrisch war, jedoch konnte der zeichnet. Grund für diesen Mangel nicht fastgestellt werden.

Wie aus dem Schaltbild der Fig. 1 unmittelbar zu Im Zusammenhang mit der Erfindung hat es sich erentnehmen ist, ergibt sich bei der gezeigten Schaltung geben, daß der Kondensator 50 in hohem Maße für eine verdoppelte Regelspannung, da die beiden Wider- den Symmetriefehler verantwortlich ist. Bisher wurde stände 16 a und 17a miteinander in Reihe verbunden 50 davon ausgegangen, daß wegen des hohen Wertes diesind, so daß ein Anwachsen der einen Gleichstrom- ses Kondensators seine Impedanz vernachlässigbar komponente mit dem entsprechenden Abnehmen der wäre. Diese Annahme trifft jedoch nicht zu. Der Konanderen Komponente zusammenwirkt. Dies ist ein densator kann tatsächlich nicht beliebig groß gemacht Vorteil der Schaltung, da diese Art an sich nicht sehr werden, denn dies führt zu einer Erdung der bei verempfindlich ist, so daß eine Verdoppelung der Aus- 55 schiedener Frequenz der Eingangsspannungen erzeuggangsspannung eine wesentliche Verbesserung dar- ten Schwebungsschwingung über die geerdete Anzapstellt. fung des Sekundärkreises 34. Der Grundton dieser

Bei einem idealen Phasendetektor müßte die Regel- Schwebungsschwingung hat eiine verhältnismäßig niedspannung nur von den Phasen der Eingangsspannun- rige Frequenz, und dies mag der Grund dafür sein, gen und nicht von deren Amplituden abhängen. Der 60 daß die Einwirkung des Kondensators 50 ohne allwesentliche Grund dafür, daß eine derartige Unab- zu schwere Folgen vernachlässigt werden konnte. Die hängigkeit von den Eingangsamplituden normaler- durch den Kondensator 50 bei höheren Frequenzen weise nicht zu erreichen ist, liegt darin, daß es mit heiibeigeführUe Impedanzunsymmetria äst -aber, wie sich außerordentlichen Schwierigkeiten verbunden ist, den im Zusammenhang mit der Erfindung ergeben hat, Detektor vollständig symmetrisch zu machen. Wenn 65 nicht vernachlässigbar.

die Impedanz auf der einen Seite größer als auf der Um die Einwirkung des Kondensators 50 auszu-

anderen ist, ergibt sich durch diese Unsymmetrie eine gleichen, wird die Ausgleichsimpedanz 60 in Reihe

größere Gleichstromkomponente über einem der De- mit dem anderen Gleichrichterkreis geschaltet. Die

tektorkreise, so daß eine Fehlerkomponente in der Größe der Impedanz 60 soll derjenigen des Konden-

Ausgangsspannung erscheint. Wenn dieser Fehler 70 sators50 angepaßt wenden, jedoch kann diese Impe-

danz aus einem einfachen Kondensator bestehen, da der Kreis für die Gleichstromikomponente durchlässig sein muß. Im Nebenschluß zum Kondensator 62 liegt daher der ohmsche Widerstand 61.

Unter den bei Fernsehempfängern vorhandenen Arbeitsbedingungen ergibt sich durch die hinzugefügte Impedanz 60 dn noch einer zusätzlichen Hinsicht eine Verbesserung der Arbeitsweise der Schaltung. Wenn die Impedanz 60 nicht vorhanden wäre, würde der Kondensator 50 während des Eintreffens der Hochfrequenzimpulse eine Aufladung im unteren Zweig des Phasendetektors bewirken. Zwischen den Impulsen würde sich der Kondensator 50 entladen. Die Tatsache, daß die Aufladung in nur einem Zweig vor sich geht, ergibt eine unsymmetrische Arbeitsweise, als Folge deren eine zusätzliche Gleichstrom-Fehlerkomponente erzeugt wird. Um diese Wirkung auszugleichen, muß ein ähnlicher Aufladevorgang im anderen Zweig des Phasendetektors herbeigeführt werden, der demjenigen im ersten Zweig entspricht. Dies kann durch zweckmäßige Bemessung der Zeitkonstante der Impedanz60 erreicht werden, so. daß diese Konstante etwa der Dauer der Hochfrequenzimpulse entspricht. Beim Farbfernsehempfang sollte die Zeitkonstante daher 2,5 ,ttsec betragen.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Schaltung zur Verbesserung der Symmetrie bei einer Anordnung zur Erzeugung einer dem Phasenunterschied zweier zugeführter Hochfrequenzspannungen nach Größe und Vorzeichen entsprechenden Regelgleichspannung mit zwei symmetrisch geschalteten Gleichrichtern, an deren Anoden bzw. Kathoden die erste Hochfrequenzeingangsspannung in Gleichtakt ohne galvanische Verbindung und an deren Kathoden bzw. Anoden die zweite Hochfrequenzeingangsspannung in Gegentakt mit galvanischer Verbindung der betreffenden Elektroden zum Bezugspotential angeschaltet ist und bei der zur Entnahme der Regelspannung zwischen eine der letztgenannten Elektroden und der zugehörigen Zuführung der zweiten Hochfrequenzeingangsspannung eine Entkopplungsimpedanz, z. B. ein Kondensator, eingeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Beseitigung der durch die zur Entnahme der Regelspannung eingefügten Schaltelemente· verursachten elektrischen Unsymmetrie der Anordnung zwischen die entsprechende Elektrode des anderen der beiden Gleichrichter und der zugehörigen Zuführung der zweiten Hochfrequenzeingangsspannung eine entsprechende Ausgleichsimpedanz eingeschaltet ist.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgleichsimpedanz aus der Parallelschaltung eines ohmschen Widerstandes mit einem Kondensator besteht.

3. Schaltung nach Anspruch 2 zum Empfang einer aus Hochfrequenzimpulsen bestehenden Eingangsspannung, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitkonstante der Parallelschaltung der Dauer der Hochfrequenzimpulse entspricht.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 007 387;
USA.-Patentschrift Nr. 2 520 621.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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