DE1004245B - Oszillator mit selbsttaetiger Frequenzregelung - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Frequenzsteuerschaltungen für Oszillatoren. Sie ist insbesondere von Bedeutung für selbsttätige Frequenzregelschaltungen für Fernsehempfänger und macht Gebrauch von Halbleiterverstärkern zur Aufrechterhaltung des Synchronismus zu dem empfangenen Fernsehsignal.

Genauer gesagt wird durch die Erfindung ein mit einem Transistor arbeitender Oszillator für die Benutzung in einem Farbfernsehempfänger selbsttätig in seiner Frequenz konstant gehalten, wobei der Farbfernsehempfänger beispielsweise für den Empfang von Signalen nach dem bekannten NTSC-System bestimmt sein kann. Ein derartiger Empfänger macht es nötig, den zur Demodulation des Chromasignals benutzten Hochfrequenzoszillator in seiner Frequenz sehr genau mit dem empfangenen Vergleichssignal zu synchronisieren.

Es entsteht häufig der Bedarf nach einer frequenzstabilisierten Signalquelle, deren Ausgangsspannung eine bestimmte Phasenlage gegenüber einem Vergleichssignal besitzt. Bei der Bereitstellung einer solchen Signalquelle ist es üblich, einen Oszillator zu verwenden, der mit einem Phasendetektor und mit einer Blindröhre zusammenarbeitet. Das Vergleichssignal wird mit dem Oszillatorsignal in dem Phasenvergleicher verglichen, der eine sogenannte Fehlerspannung liefert. Diese Fehlerspannung wird dann der Blindröhre zugeführt, welche ihrerseits auf den Oszillator arbeitet und dessen Frequenz und/oder dessen Phasenlage im Sinne einer Phasenangleichung der Oszillatorschwingung an das Vergleichssignal beeinflußt. Bei vielen Ausführungsformen derartiger selbsttätiger Frequenzregler sind für den Phasendetektor, für den Oszillator und für die Blindröhre getrennte Röhren odler Verstärker erforderlich.

Bei manchen Farbfernsehempfängern ist es üblich, eine dauernd vorhandene Signalspannung zur Demodulation der Chromakomponente herzustellen, und es muß dabei Synchronismus zwischen dieser Signalspannung und einem kurzen Farbsteuerungswellenzug, der im empfangenen Farbfernsehsignal enthalten ist, bestehen. Zu diesem Zweck hat man üblicherweise einen Oszillator, eine Phasenvergleic'hsschaltung und eine Blindröhre in der obenerwähnten Weise zusammengeschaltet. Der kurze Wellenzug des empfangenen Farbfernsehsignals wird von den übrigen Komponenten dieses Signals getrennt, so daß er als Vergleichssignal für die Oszillatorfrequenz benutzt werden kann. Die Erfindung macht von einem einzigen verstärkenden Element zur Bewerkstelligung der selbsttätigen Frequenzregelung Gebrauch und stellt eine sehr einfache Anordnung dar, welche gute Stabilitätseigenschaften hat. Alles dies läßt sich durch Benutzung Oszillator
mit selbsttätiger Frequenzregelung

Anmelder:

Radio Corporation of America, New York_r N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. E. Sommerfeld, Patentanwalt,
München 23, Dunantstr. 6

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 1. September 1954

Louis Jack Kabell, Palo Alto, Calif. (V. St. Α.),
ist als Erfinder genannt worden

eines Flächentransistors erreichen, dessen Ausgangskapazität sich in Abhängigkeit von der Spannung zwischen der Kollektorelektrode und der Basiselektrode ändert. Durch Benutzung eines Kristallfilters in einem Rückkopplungszweig zwischen dem Ausgang und dem Eingang dies Transistors lassen sich ungedämpfte Schwingungen erhalten. Das Vergleichssignal wird sodann in den äußeren Kreis zwischen der Emittorelektrode und der Basiselektrode des Transistors eingeführt. Wenn sich zwischen der Kollektorelektrode und der Klemme des Stromversorgungsgerätes, welches den Kollektorstrom liefert, ein Glied geeigneter Zeitkonstante befindiet, so führen Phasenschwankungen zwischen dem Vergleichssignal und dem Oszillatorsignal zu Spannungsschwankungen an der Kollektorelektrode, so daß die Ausgangskapazität des Transistors sich derart ändert, daß die Abstimmung des Rückkopplungszweiges geändert wird und die Phase des Oszillatorausgangssignals mit dem Vergleichssignal in Übereinstimmung gebracht wirdi.

Transistoroszillatoren sind an sich bekannt. Es ist weiterhin bekannt, die Frequenz von Transistoroszillatoren durch Änderung ihrer Vorspannung zu beeinflussen.

Die bekannten Schaltungen sind für Farbfernsehempfänger, deren Oszillator zur Erzeugung der Vergleichsfrequenz mit kurzen Farbsteuerungswellen-

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zügen (burst) synchronisiert werden muß, nicht geeignet.

Erfindungsgemäß ist deshalb ein Oszillator mit selbsttätiger Frequenzregelung unter Verwendung eines Transistors mit Basis-, Emitter- und Kollektorelektrode, weiterhin eines Eingangskreises, der eine Quelle einer Vergleichsfrequenz und eine Emittervorspannung zwischen Emitter und Basis enthält, und schließlich eines eine Kollektorspannungsquelle ent-

solche Weise gewinnen kann, daß er zeitlich mit den kurzen Wellenzügen zusammenfällt.

Das Luminanzsignal des Verstärkers 18 wird der durch das Rechteck 30 dargestellten Trennstufe zuge-5 führt. Innerhalb des Rechtecks 30 mögen auch die Ablenkschaltungen liegen. Die Zeilenablenkschaltung liefert den Tastimpuls 32, der in der Stufe 34 zur Abtrennung der' Wellenzüge dient. Wie oben bereits bemerkt, kann diese Trennstufe 34 einfach aus einer ver-

Dieser umfaßt gewöhnlich etwa neun volle Schwingungen von der obenerwähnten Frequenz von 3,579 545 MHz oder annähernd 3,6 MHz.

Der Wellenzug 36 wird der Primärwicklung 38 eines Kopplungstransformators 40 zugeführt. Die Sekundärwicklung 42 dieses Transformators von geringem Scheinwiderstand liegt in dem äußeren Kreis zwischen der Emittorelektrode und der Basis-

der Anwendung auf einen Farbfernsehempfänger, und Fig. 2 zeigt eine Abwandlung eines Teiles der Schaltung nach Fig. 1.

In: Fig. 1 sind die üblichen Bauteile eines Farbfernsehempfängers enthalten. Sie bestehen aus einem Hochfrequenz- und Mischteil 10, der abstimmbar ist und dessen Eingangsseite an eine Antenne 12 ange

haltenden Ausgangskreises zwischen Kollektor und io riegelten Röhre bestehen, welche durch den Impuls 32 Basis dadurch gekennzeichnet, daß der Eingangs- und während der Dauer der kurzen Wellenzüge entriegelt der Ausgangskreis durch einen einen Schwingkristall wird. Das Videosignal mit Einschluß der Wellenzüge enthaltenden Rückkopplungszweig verbunden sind, wird der Stufe 34 vom Chrominanzverstärker 20 zuwobei die Werte des Kristalls und der Bauelemente so geführt. Während des Empfanges von Farbfernsehgewählt sind, daß die Eigenfrequenz des Oszillators ₁₅ Signalen tritt daher an der Ausgangsseite der Stufe 34 im wesentlichen mit der Vergleichsfrequenz überein- nach jedem Zeilenimpuls ein kurzer Wellenzug 36 auf. stimmt, ferner dadurch, daß der Ausgangskreis ein
Impedanznetzwerk enthält, dessen Zeitkonstante so
gewählt ist, daß Stromänderungen, die durch eine
Phasenverschiebung zwischen der Oszillatorfrequenz _ao
und der Vergleichsfrequenz entstehen, eine derartige
Änderung der wirksamen Kollektor-Basis-Kapazität
verursachen, daß sie eine richtige Abstimmung des
Oszillators bewirkt.

Die Erfindung soll nun an Hand der Zeichnungen _a5 elektrode eines im ganzen mit 44 bezeichneten Trangenauer erläutert werden. sistors. Diese Schaltung ist zur Zuführung des Ver-Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung in gleichssignals an den Eingangskreis des Transistors

getroffen. Wie in der Zeichnung dargestellt, liegt die Sekundärwicklung 42 zwischen der Basiselektrode 46 30 und Erde. Die Vorspannung für die Emittorelektrode wird von einer zwischen den Klemmen 48 und 50 liegenden Spannungsquelle geliefert. Diese kann beispielsweise 1,5 Volt betragen. Diese im Sinne eines Stromdurchgangs durch den Emittor-Basis-Kreis wirschlossen ist. Die Ausgangsspannung des Teiles 10 35 kende Spannung liegt über einen Vorwiderstand 52 an wird einem gewöhnlichen Zwischenfrequenzverstärker der Emittorelektrode 54. Der Kollektor 56 ist über 14 zugeführt, mit dessen Ausgangsseite ein Video- einen Resonanzkreis 58 und über einen Zeitkonstantendetektor 16 verbunden ist, der seinerseits den Lumi- widerstand 60 an den negativen Pol einer zwischen nanzverstärker 18 und den Chrominanzverstärker 20 den Klemmen 62 und 64 einzuschaltenden Spannungsin üblicher Weise steuert. Der Luminanzverstärker 18 40 quelle angeschlossen, welche im Sinne einer Sperrung arbeitet über eine Verzögerungsleitung 24 auf eine des Stromdurchgangs wirkt. Zwischen der unteren Farbmatrix 22, und der Chrominanzverstärker 20 Klemme des Resonanzkreises 58 und Erde liegt der speist die beiden durch das Rechteck 26 dargestellten ebenfalls zum Zeitkonstantenglied gehörige Konden-/- und Q-Demodulatoren. Das Chromasignal / und sator 66. Zwischen dem Anzapfpunkt 72 des Resonanzdas Chromasignal Q, welches diese Demodulatoren 45 kreises und der Emittorelektrode 54 liegt ein Rückliefern, werden gegebenenfalls nach zusätzlicher Ver- kopplungszweig mit dem Kristallfilter 68 und einem Stärkung ebenfalls der Farbmatrix 22 zugeführt. Das Kondensator 70. Die Schwingspannung, welche im rote, das grüne und das blaue Farbsignal, welche von Kreis 58 entsteht, wird induktiv an den I- und Q-Deder Farbmatrix geliefert werden, gelangen dann an modulator innerhalb des Rechtecks 26 angekoppelt, die Dreifarbenröhre 28 zur Herstellung des Wieder- 50 und zwar über die Wicklung 74.

gabebildes. Beim Betrieb dieser Schaltungsanordnung ist der

Zum Zwecke der Demodulation dies /- und Q-Signals Scheinwiderstand der Sekundärwicklung 42 des aus dem Chrominanzsignal müssen bekanntlich die Transformators 40 genügend niedrig, um den Tran-Demodulatoren mit einem fortlaufend oder dauernd sistor 44 sinusförmig arbeiten zu lassen. Das Kristallvorhandenen Demodulationssignal gespeist werden, 55 filter 68 besitzt eine geringe Dämpfung, und der einweiches gelegentlich als das Chromademodulations- stellbare Kondensator 70 bildet zusammen mit dem signal bezeichnet wird. In der Regel wird die Fre- Kristallfilter einen in Serienresonanz abgestimmten quenz dieses Signals zu 3,579 545 MHz gewählt, die Rückkopplungszweig. Bei der Betriebsfrequenz ist der bei Systemen der hier in Betracht kommenden Art der Kristall 68 stark induktiv, so daß an dem Anzapf-Frequenz in den kurzen Wellenzügen des übertrage- 60 punkt 72 ein Blindwiderstand wirksam ist, bei welchem neu Fernsehsignals entspricht. Beim NTSC-System der Oszillator annähernd mit der Frequenz von dienen die kurzen Wellenzüge zur Übertragung einer 3,579545MHz ungedämpft schwingt. Zwischen dem Vergleichsfrequenz an die Synchrondemodulatoren Anzapfpunkt 72 und Erde hängt dabei aber natürlich des Empfängers. Diese Wellenzüge werden im An- bei der Betriebsfrequenz der Blindwiderstand von der Schluß an die Zeilenimpulse übertragen und werden 65 Ausgangskapazität des Transistors ab, die ihrerseits vom Chrominanzsignal üblicherweise durch eine ein- zum Teil durch die Kapazität zwischen dem Kollektor fache Taströhre getrennt. Die Steuerspannung für 56 und der Basiselektrode 46 bestimmt wird. Die diese Taströhre läßt sich bequem aus der Ablenk- Größe dieser Kapazität hangt wieder von der Vorschaltung des Fernsehempfängers herstellen, da man spannung zwischen dem Kollektor und der Basis ab. aus den Zeilenrücklaufimpulsen den Tastimpuls auf 70 Bei einer Änderung der Spannung zwischen Kollektor

und. Basis ändert sich also die Schwingungsfrequenz wegen der Änderung des Blindwiderstandes zwischen dem Anzapfpunkt 72 und Erde.

Die Größe des Widerstandes 60 und die Größe des Kondensators 66 werden so gewählt, daß die Zeitkonstante kleiner ist als die Zeilenperiode oder die Wiederholungsperiode der Wellenzüge 36. Dadurch, daß die Wellenzüge 36 zwischen die Basiselektrode und Erde des Transistors 44 gelegt werden, wird die Phase der Schwingungen der Wellenzüge mit dem Ausgangssignal des Oszillators verglichen. Eine Phasenänderung beeinflußt daher den Mittelwert des Kollektorstromes des Transistors. Der Kollektorstrom nimmt somit mit der Größe der Phasendifferenz zu und ab. Es sei angenommen, daß eine Phasenabweichung \Orhanden sein möge, welche den Kollektorstrom während der Wellenzugsdauer zunehmen läßt. Die Ladung des Kondensators 66 nimmt sodann ab, und die zwischen dem Kollektor und der Basis liegende Gleichspannung wird vermindert. Dadurch erhöht sich die Kollektor-Basis-Kapazität, und die Abstimmung des Oszillators verschiebt sich im Sinne einer Verkleinerung des Phasenfehlers.

Ein Phasenfehler in umgekehrter Richtung läßt die Spannung zwischen Kollektor und Basis abnehmen und ruft eine umgekehrte Verstimmung des Schwingungskreises hervor, so daß die Phase der erzeugten Schwingungen wiederum korrigiert wird. Je kleiner der Kondensator 66 und je größer der Widerstand 60 ist, desto größer ist die beschriebene Korrekturwirkung. Die beschriebene Schaltung stellt also eine einzige Verstärkungsstufe dar, welche gleichzeitig die Funktion des Phasenvergleichs, die Funktion einer selbsttätigen Blindverstimmung und die Funktion der Erzeugung von Schwingungen, d. h. die Funktion eines Oszillators erfüllt.

Obwohl die Sekundärwicklung 42 des Transformators 40 als an die Basiselektrode des Transistors und als an Erde angeschlossen dargestellt ist, so ist es doch klar, daß der Wellenzug 36 auch in anderer W^reise an die Eingangsseite des Transistors angeschlossen werden kann.

Ferner kann zur Änderung des Potentialmittelwertes des Kollektors auch eine andere Schaltung für den Phasenvergleich benutzt werden.

In Fig. 2 sind die mit Fig. 1 übereinstimmenden Schaltelemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen, und der Transformator 40 ist zwischen die Emitterelektrode 54 und den Widerstand· 52 eingeschaltet. Die Schwingungsfrequenz kann von Hand mittels des Regelwiderstandes 78 oder 80 eingestellt werden, die sich beide zur Beeinflussung des Kollektorgleichstromes eignen und daher die Kapazität des Schwingkreises 58 ändern.

Wenn auch die Änderung der Ausgangskapazität in der Hauptsache von Änderungen der Kapazität zwischen Kollektorelektrode und Basiselektrode in Abhängigkeit von der Gleichspannung zwischen Kollektor und Basis abhängt, so sind auch noch andere Einflüsse für den Gesamtwert der Ausgangskapazität bestimmend. Bei einem Halbleiterverstärker hängt nämlich die Ausgangskapazität von zwei Parametern ab. Die Kapazität zwischen Kollektorelektrode und Basiselektrode hängt nämlich erstens von der Gleichspannung zwischen diesen Elektroden ab, und zwar deshalb, weil sich die Breite der Sperrschicht zwischen diesen Elektroden in Abhängigkeit von der Gleichspannung ändert. Zweitens hängt die Ausgangskapazität des Halbleiterverstärkers von der zwischen der Emitterelektrode und der Basiselektrode liegenden Spannung ab, und zwar weil die sogenannte Diffusionekapazität sich in Abhängigkeit von dieser Gleichspannung ändert. An Stelle des Begriffs Diffusionskapazität kann man auch den Begriff der Ladungsspeicherung des Transistors setzen. Diese beiden Kapazitätseffekte bewirken zusammen die Frequenzabhängigkeit des Verstärkungsfaktors eines Halbleiterverstärkers. Praktisch können diese Effekte an jeder Klemme eines Transistors gemessen werden.

Claims (6)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Oszillator mit selbsttätiger Frequenzregelung unter Verwendung eines Transistors mit Basis-, Emitter- und Kollektorelektrode, weiterhin eines Eingangskreises, der eine Quelle einer Vergleichsfrequenz und eine Emittervorspannung zwischen Emitter und Basis enthält, und schließlich eines eine Kollektorspannungsquelle enthaltenden Ausgangskreises zwischen Kollektor und Basis, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingangs- und der Ausgangskreis durch einen einen Schwingkristall enthaltenden Rückkopplungszweig verbunden sind, wobei die Werte des Kristalls und der Bauelemente so gewählt sind, daß die Eigenfrequenz des Oszillators im wesentlichen mit der Vergleichsfrequenz übereinstimmt, ferner dadurch, daß der Ausgangskreis ein Impedanznetzwerk enthält, dessen Zeitkonstante so gewählt ist, daß Stromänderungen, die durch eine Phasenverschiebung zwischen der Oszillatorfrequenz und der Vergleichsfrequenz entstehen, eine derartige Änderung der wirksamen Kollektor-Basis-Kapazität verursachen, daß sie eine richtige Abstimmung des Oszillators bewirkt.

2. Oszillator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgangskreis zusätzlich zu dem Impedanznetzwerk und zu diesem in Serie geschaltet eine Induktivität und eine dazu parallel geschaltete Kapazität enthält und daß der Rückkopplungszweig an einen Abgriff der Induktivität führt.

3. Oszillator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rückkopplungszweig einen mit dem Schwingkristall in Serie geschalteten Kondensator enthält.

4. Oszillator nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellbarkeit der Oszillatorfrequenz von Hand parallel zum Eingangskreis ein verstellbarer Widerstand geschaltet ist.

5. Oszillator nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellbarkeit der Oszillatorfrequenz parallel zum Impedanznetzwerk ein veränderbarer Widerstand geschaltet ist.

6. Oszillator nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Verwendung in Verbindung mit einem empfangenen Farbfernsehsignal, das einen wiederkehrenden Farbsteuerungswellenzug enthält, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Wellenzug die Vergleichsfrequenz darstellt und daß die Eigenfrequenz des Oszillators mit der Frequenz des Wellenzugs annähernd übereinstimmt.

In Betracht gezogene Druckschriften: USA.-Patentschrift Nr. 2 657 360; Electronics, Februar 1954, S. 130 bis 133.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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