DE1013329B - Frequenzregelschaltung - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Es sind Frequenzregelschaltungen bekannt, bei denen ein örtlicher Oszillator von einer Synchronisierfrequenz dadurch geregelt wird, daß die Synchronisierfrequenz und die Oszillatorfrequenz beide einer Phasenmeßeinrichtung zugeführt werden, die bei Abweichung der Frequenzen voneinander eine Regelgröße zur Nachstimmung der Oszillatorfrequenz liefert. Solche Anordnungen werden bei Frequenzmessungen, bei Quarzuhren und im Fernsehen verwendet, im letzteren Falle zur Synchronisierung der Zeilenablenkung im Empfänger oder zur Nachregelung der Rasterfrequenz auf die Frequenz des Versorgungsnetzes auf der Geberseite.

Es sind auch Schaltungsanordnungen vorgeschlagen worden, bei denen lediglich die bei Gleichlauf auftretende statische Phasenverschiebung zwischen steuernder Frequenz und der Frequenz des örtlichen Oszillators durch ein von der Phasenvergleichsstufe geregeltes Netzwerk ausgeglichen wird.

Die Erfindung betrifft eine Verbesserung der oben beschriebenen Frequenzregelschaltungen.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß in der Zuleitung einer der beiden Frequenzen zur Phasenmeßeinrichtung ein Phasenschieber liegt, der von der Regelspannung der Phasenmeßeinrichtung mitgeregelt wird, um Einschwingvorgänge zu vermeiden, die durch die Zeitkonstante eines für die Glättung der Regelspannung erforderlichen Siebgliedes hervorgerufen werden.
In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild der bekannten Phasenregelungsschaltung,

Fig. 2 ein Diagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise von Fig. I₁

Fig. 3 das Prinzipschaltbild einer bekannten Anordnung mit Siebglied für die Regelgröße,

Fig. 4 ein Diagramm zur Klarstellung der Wirkungsweise von Fig. 3,

Fig. 5 das Prinzipschaltbild der erfindungsgemäßen Schaltung,

Fig. 6 ein Diagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise von Fig. 5,

Fig. 7 schematisch ein praktisches Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 8 einen einer Sägezahnspannung aufgesetzten Synchronisierimpuls,

Fig. 9 ein weiteres Ausführungsbeispiel für die Synchronisierung eines Sägezahngenerators der Fernsehtechnik. Die Grundschaltung einer bekannten Frequenzregelungsschaltung zeigt Fig. 1, in der w₀ die Quelle der fremden Sollfrequenz (Synchronisierfrequenz) und (Og den örtlichen Generator darstellt. Die Wechselspannungen der beiden Frequenzen werden einer Phasenmeßeinrichtung φ zugeführt, die eine von der Phase abhängige Gleichspannung U₁ liefert. Diese Spannung wird der Frequenznachstimmanordnung des örtlichen Frequenzregelsdialtung

Anmelder:

C. Lorenz Aktiengesellschaft,

S tuttgart-Zuff enhaus en,

Hellmuth-Hirth-Str. 42

Dr.-Ing. Rudolf Urtel, Pforzheim,
ist als Erfinder genannt worden

Generators zugeführt. Diese Frequenznachstimmanordnung kann z.B. aus einer Reaktanzröhre bei Sinusgeneratoren oder einer Vorspannungsänderung bei Kippgeneratoren bestehen. Die Phase ändert sich mit der Differenzfrequenz

άφ

dt

= W_n — CO_n

Machen wir die einfachsten Annahmen für den Phasenmesser

U₀W s φ

und die Frequenzregelung

Wg = wg_a+Aw^,

M₀

= Ct)₉₀ + Δ et) co s φ ,

worin Ct)₁₇₀ die ungeregelte Frequenz und Δ ω den Regelhub darstellt, so ergibt sich die Arbeitsweise der Anordnungaus Fig. 2. Ist Wg < Ct)₀ so ist -~ < O. Mit fortschreitender Zeit muß die Phase abnehmen, für w_g > O muß die Phase jedoch zunehmen. Daraus ergibt sich, daß von den beiden möglichen Lagen A und B, in welchen die Generatorfrequenz gleich der Sollfrequenz ist (w_g = w₀), nur die Lage A stabil ist.

Im praktischen Fall entstehen nun Schwierigkeiten dadurch, daß zur Glättung der vom Phasenmesser gelieferten Spannung U₁ ein Siebglied erforderlich ist. Im Falle der Fernsehsynchronisierung bewirkt ein derartiges Siebglied eine Störbefreiung der Anordnung, da die am örtlichen Generator angreifende Regelspannung dann durch Mitteilung über eine größere Zahl von Synchronisierimpulsen (co₀) gebildet wird. Ein derartiges Siebglied ist in Fig. 3 mit S bezeichnet. In dieser Figur ist wieder W₀ die Fremdfrequenzquelle, a>_g der örtliche zu synchronisierende Generator und φ die Phasenmeßeinrichtung. Bei

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der Schaltung nach Fig. 3 wird der örtliche Generator Die Wirkungsweise der Anordnung ist in Fig. 6 dar-

von der Spannung w₂ hinter dem Siebglied S geregelt, die gestellt. Während ohne die zusätzliche Phasenregelung <p_x

mit der mittleren Spannung U₁ vor dem Siebglied gemäß der Vorgang auf dem Wege 1, 2 der Kurve D ablaufen

der Formel würde und entsprechend mit geringer Dämpfung gegen

du' 5 den stabilen Punkt A laufen würde, wie an Hand von

U₁ — U₂ ~τ~^τ~~^ Fig. 4 erläutert wurde, wird jetzt bei einer Regelung δω

von ω noch eine zusätzliche Phasenregelung dm von 2

zusammenhängt, τ ist die Zeitkonstante des aus Kapazi- nach 3 bewirkt, so daß der Vorgang längs des Weges 1-3

tat und Widerstand bestehenden Siebgliedes. längs der Kurve E verläuft, also mit großer Dämpfung

Die Einschaltung des Siebgliedes führt nun zu einem io direkt gegen A strebt.

nachteiligen Einschwingvorgang der Regelung, wie in Fig. 7 zeigt eine schematische Schaltung eines prak-

Fig. 4 dargestellt ist. Die Frequenz ω und die Phase ψ tischen Ausführungsbeispieles der Erfindung. A₁ ist ein

sind nicht mehr starr durch die Regelkenn linie mit- örtlicher, auf die Fremdfrequenz ω_η zu synchronisierender

einander verknüpft, so daß bei einer Störung (Änderung Generator, dessen Frequenz, welche durch den Kreis K

der Generatorfrequenz m_g, der Synchronisierfrequenz ω₀ 15 bestimmt wird, durch die Reaktanzröhre R₂ veränderbar

oder bei einem auftretenden Störimpuls) die Anordnung ist. Die Röhre R₅ ist ein phasengesteuerter Gleichrichter,

oszillatorisch ihren stabilen Punkt A findet, d. h., die welcher die Regelspannung für die Reaktanzröhre 2 zur

Regelkurve verläuft von einem Anfangspunkt C zur Nachstimmung der Generatorfrequenz liefert. S ist das

Zeit t = 0 nicht gradlinig zum stabilen Punkt A, sondern Siebglied für die Regelspannung. Die Röhren R₃ und R_t

schwingt auf einer Spiralkurve D nach diesem Punkte hin. 20 bilden den erfindungsgemäßen Phasenschieber. Die

Wie ersichtlich, sind Störbefreiung und möglichst Röhre R₃ ist dabei eine Koppelröhre, welche die Genekleiner Einschwingvorgang im Widerspruch zueinander. ratorfrequenz von der Röhre R₁ der Röhre A₅ zuführt. Während die Störbefreiung mit steigender Zeitkonstante Der Anodenkreis der Koppelröhre A₃ kann durch die zunimmt, nimmt die Dämpfung des Einschwingvorganges Reaktanzröhre 2?₄ verstimmt werden, so daß dadurch die mit größerer Zeitkonstante ab. Die nichtlineare Differen- 25 Phase der an den Phasenmesser (Röhre R_s) gelangenden tialgleichung des Vorganges lautet: Generatorspannung gedreht wird. Die Reaktanzröhre A₄ d^zm 1 dm Δ ω selbst wird ebenfalls von der Regelspannung der Phasen-

-jY -j- ~— ms φ -f- δω = 0, meßröhre R₅ gesteuert. Es ist grundsätzlich möglich, als

^{τ τ} Phasenmeßeinrichtung jede bekannte Modulationsschal-

die sich für den Fall δω — 0 für die Umgebung des 30 tung, z. B. auch Ringmodulatoren, zu verwenden. Als

. ,., -O₁, λ I ^π\ ■ t u T-Oj- Phasenschieber eignen sich für Synchronisierungen so-

stabüen Punktes Alm = —-} vereinfachen laßt zu ,. „ . , ..,^fa . , ^J . ,, _T , . ,P.....

2) wohl Reaktanzröhren wie auch variable Induktivitäten

d²m 1 dm Δω (Spule mit Eisenkern). Bei Kippschwingungen kann man

+ -^- H φ = O. als Phasenschieber auch durch Gleichspannung veränder-

35 liehe Impulsbreiten verwenden.

Man erkennt, daß die Dämpfung des Vorganges Bei einem speziellen Fall der Fernsehtechnik wird

(Koeffizient der ersten Ableitung) mit zunehmenden r meistens ein Sägezahngenerator durch Synchronisierkleiner wird. Eine komplizierte Nebenerscheinung besteht impulse geregelt. In diesem Falle wird also ein schmaler darin, daß bei großen Werten von τ bei Einschaltung Rechtecksynchronisierimpuls mit einem Sägezahnimpuls oder starken Störungen die Anordnung kontinuierliche 40 in der Phasenmeßeinrichtung verglichen. Die stabile Regelschwingungen macht, trotzdem die Sollfrequenz im Phase wird auf den steilen Ast des Sägezahnimpulses Regelbereich liegt. Ein »Einfangen« erfolgt nur in einem gelegt, weil es bei der Zeilensynchronisierung bereits auf kleineren Frequenzbereich, als es dem Regelbereich kleine Phasenschwankungen ankommt. Bei diesem Verentspricht, fahren kann man auch eine »scheinbare« Phasen-

Die Erfindung hat zum Ziel, durch zusätzliche Mittel 45 verschiebung verwenden.

den zwangläufigen Zusammenhang zwischen Zeit- Fig. 8 zeigt ein derartiges Spannungsbild. U_z ist dabei

konstante und Dämpfung aufzuheben, so daß eine große die Sägezahnspannung vom örtlichen Generator und Ui Zeitkonstante und eine große Dämpfung miteinander die Impulsspannung der Synchronisierimpulse. Eine vereinbar werden. Zu- diesem Zweck wird erfmdungs- feste Schwellwertsspannung P trennt die Impulsspitzen Sj> gemäß in die Zuleitung einer der beiden Frequenzquellen, 50 ab, aus denen eine Regelgleichspannung für die Nachvorzugsweise in die des örtlichen Generators, zur Phasen- regelung des Sägezahnoszillators gewonnen wird. Vermeßeinrichtung ein Phasenschieber gelegt, der von der schieben sich die Phasen von Impulsspannung zu Sägegleichen Regelspannung, die den örtlichen Generator zahnspannung, so verändert sich die Regelgleichspannung regelt, mitgeregelt wird. Das Prinzipschema der erfin- in Abhängigkeit der Lage des Impulses auf dem steilen dungsgemäßen Regelanordnung ist in Fig. 5 dargestellt. 55 Ast der Sägezahnkurve sehr stark. Co₀ stellt die Synchronisierfrequenzquelle, ω_α den zu Man kann nun eine »scheinbare« Phasenverschiebung

synchronisierenden Generator, ^₂ die Phasenmeßeinrich- dadurch erzielen, daß durch eine zusätzliche Gleichtung, φ₁ den erfindungsg&mäßen Phasenschieber und S spannung die Nullinie der Sägezahnspannung verschoben das Siebglied dar. Es ergibt sich jetzt eine Differential- wird, d. h., der Sägezahn wird durch eine zusätzliche gleichung, die in der vereinfachten Form (Umgebung des 60 Gleichspannung gehoben oder gesenkt, was einer Phasenstabilen Punktes für δω = O) lautet: verschiebung zwischen Impuls und Sägezahn gleichßfifp (1 _i_ /j _w) d_m Δω kommt, da sich dadurch die Impulsspitze Sp, d. h. die

-5-5- = ^- -—- + φ = O . Regelspannung, ändert.

^{τ τ} Dieses Prinzip ist bei dem Ausführungsbeispiel nach

. j _n.. - 1 + Δ φ ,, , j ο j· ΤΛ- χ ⁶5 FiR. 9 angewendet, in welchem der erfindungsgemäße

Aus dem Glied—^! geht hervor, daß die Dampf ung τ,,⁶· ,^b. , .' ,„.,,. J-Su

τ ° r & Phasenschieber zwischen Oszillatorspannung und rhasen-

nicht nur durch die Zeitkonstante τ, sondern auch durch einrichtung durch eine derartige Gleichspannungsverdie Empfindlichkeit des Phasenschiebers L₁ = Δ φ *-) Schiebung gebüdet wird. In Fig. 9 stellt R, einen üblichen

^r V^{1 r} U₀) Sagezahngenerator dar. R₂ ist die Phasenmeßrohre,

beeinflußt werden kann. ' 7° deren Gitter einmal die rechteckigen Synchronisier-

impulse ω₀ und über die Leitung L₁ auch die Sägezahnspannung ω_α des Generators R₁ zugeführt werden. Im Kathodenkreis K der Röhre R₂ entsteht dann in bekannter Weise die Regelspannung, die über die Leitung L₂ an das Gitter der Generatorröhre R₁ zur Nachregelung der Frequenz angelegt wird. Gleichzeitig wird die Regelspannung auch an das Gitter der Röhre R₃ an gelegt, die als erfindungsgemäßer Phasenschieber wirkt. Die Rohe 2?₃ ist ein Gleichstromverstärker, und die in Abhängigkeit der angelegten Gitterspannung im Anodenkreis der Röhre R_s erzeugte Gleichspannung wird wiederum über die Leitung L₃ an das Gitter der Phasenmeßröhre R₂ angelegt, wodurch eine Vorspannungsänderung der Röhre R₂ und dadurch eine .»scheinbare« Phasenverschiebung zwischen Sägezahnspannung und Synchronisierimpulsspannung erzeugt wird, die die oben an Hand von Fig. 6 beschriebene ^-Verschiebung bewirkt. Es ist selbstverständlich, daß die gezeigten Beispiele nur Ausführungsbeispiele darstellen und der Erfindungsgedanke keineswegs auf dieselben beschränkt ist. So ist es ohne weiteres möglich, an Stelle der gezeigten Phasenschieber auch andere Phasenschieber, z. B. variable Induktivitäten usw., zu verwenden. Ebenso können an Stelle der gezeigten Phasenmeßeinrichtungen auch alle anderen an sich bekannten Phasenmeßeinrichtungen verwendet werden.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Frequenzregelschaltung, bei der ein örtlicher Oszillator dadurch auf eine synchronisierende Frequenz eingeregelt wird, daß die synchronisierende Frequenz und die Oszillatorfrequenz einer Phasenmeßeinrichtung zugeführt werden, die bei Abweichung der beiden Frequenzen voneinander eine Regelgröße zur Nachstimmung des Oszillators nach Frequenz und Phase liefert und bei der zur Siebung der Regelspannung ein Siebglied erforderlich ist, dessen verhältnismäßig große Zeitkonstante Einschwingvorgänge der Regelspannung verursacht, dadurch gekennzeichnet, daß die an dem Siebglied abgenommene Regelspannung einen zwischen einem der Generatoren und der Phasenmeßeinrichtung liegenden Phasenschieber zugeführt wird, der von der Regelgröße gesteuert wird und dessen Trägheit bzw. dessen Zeitkonstante wesentlich kleiner ist als die Zeit eines Einschwingvorganges.

2. Frequenzregelschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Phasenschieber zwischen örtlichem Oszillator und der Phasenmeßeinrichtung liegt.

3. Frequenzregelschaltung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Phasenschieber aus einer Koppelröhre gebildet ist, deren Anodenkreis durch eine Reaktanzröhre verstimmt wird, welcher die Regelspannung zugeführt wird.

4. Frequenzregelschaltung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem zu synchronisierenden Kippschwingungsgenerator der Phasenschieber aus einem Gleichstromverstärker besteht, der von der Regelspannung gesteuert wird und welcher die Vorspannung der Phasenmeßeinrichtung ändert.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Schweizerische Patentschrift Nr. 201 785;
USA.-Patentschrift Nr. 2 598 370;
Proc. of the I. R. E., 1949, S. 497 bis 500.

Entgegengehaltene ältere Rechte:
Deutsches Patent Nr. 945 933.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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