DE1159043B

DE1159043B - Vibration generator with adjustable output frequency and high constancy

Info

Publication number: DE1159043B
Application number: DES67851A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Dietwald Thierbach; Hans Rudolph; Dipl-Phys Alfred Schelling
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1960-03-31
Filing date: 1960-03-31
Publication date: 1963-12-12

Description

Schwingungserzeuger mit einstellbarer Ausgangsfrequenz hoher Konstanz Für vielerlei Zwecke, z. B. in der Nachrichtenüber- tragungs- und Meßtechnik, sind Schwingungserzeuger hoher Frequenzkonstanz erforderlich, wozu im all- gemeinen quarzgesteuerte Oszillatoren herangezogen werden. Falls hierbei eine Mehrzahl von hochkon- stanten Frequenzen zu erzeugen ist, können beispiels- weise entsprechend viele, wahlweise einschaltbare Schwingquarze vorgesehen werden, wobei sich jedoch die Zahl der einstellbaren Frequenzen zunächst auf die Anzahl der verwendeten Schwingquarze be- schränkt. Nur bei einer wesentlichen Steigerung des schaltungstechnischen Aufwandes läßt sich dabei die Anzahl der verfügbaren hochkonstanten Frequenzen erhöhen, so z. B. durch die Verwendung frequenz- teilender und/oder -vervielfachender Mittel. Es ist jedoch häufig erforderlich, innerhalb be- stimmter Bereichsgrenzen wesentlich mehr Frequen- zen einzustellen, als es durch eine entsprechende Fre- quenzteilung und!oder -vervielfachung einiger quarz- kontrollierter Frequenzen möglich ist. Bei den be- kannten Anordnungen werden in diesem Fall aus den vorhandenen hochkonstanten Frequenzen durch mehr- fache Modulation der Oszillatorausgangsspannungen Summen- und Differenzfrequenzen erzeugt, so daß ein relativ dichtes Frequenzraster mit vorzugsweise gleichen Frequenzabstäiideii zwischen den einzelnen Rasterfrequenzen entsteht. Zusätzlich wird dann in bekannter Weise ein variabler Oszillator vorgesehen, der mindestens um den Betrag des Frequenzabstan- des in seiner Frequenz einstellbar ausgebildet ist und dessen Ausgangsspannung mit einer der aus dem Fre- quenzraster ausgesiebten Schwingungen moduliert wird. Da die an sich wcniacr konstante Frequenz des variablen Oszillators nur einen Bruchteil zu der letzt- lich erzeugten .Ausgangsfrequenz beiträgt, wird deren Konstanz, die im übrigen von der Konstanz der wenigen quarzgesteuerten Grundfrequenzoszillatoren abhängt, nicht nennenswert beeinträchtigt. Derartige Anordnungen sind jedoch r:lativ umständlich und wegen des großen Aufwandes an Modulatoren und Filtern sehr teuer. Es sind weiterhin Schwingungserzeuger mit einstell- barer Ausgangsfrequenz hoher Konstanz bekannt, bei denen eine von einem frcquenzmäßig einstellbaren Oszillator abgeleitete Impulsfolge einem einstellbaren Zähler zugeführt wird und ein nach Erreichen einer eingestellten Impulszahl abgelaufenes Zeitintervall mit einem von einem frequenzstabilisierten Oszillator abgeleiteten Vergleichsintervall derart verglichen wird, daß eine von der Differenz beider Intervallängen abhängige Regelspannung gebildet und zur Frequenz- nachregelung des einstellbaren Oszillators verwendet wird. Die Bildung der Regelspannung erfolgt hierbei in der Weise. daß zwei Spannungsimpulse gebildet werden, deren Länge jeweils mit dem Zeitintervall und dem Vergleichsintervall übereinstimmt. Durch Differenzbildung entsteht dann aus diesen Impulsen ein Korrekturimpuls, dessen Länge die eigentliche Regelgröße darstellt und dessen Polarität die Regel- richtung angibt. Bei derartigen Schwingungserzeugern besteht der Nachteil, daß bei einer größeren Fre- quenzverstimmung des zu regelnden Oszillators, d. h. bei zu großen Längenunterschieden zwischen dem Zeitintervall und dem Vergleichsintervall, eine Stö- rung in der Korrekturimpulsreihe auftritt, die zu einer Verminderung der Regelwirkung führt. Dies ist darin begründet, daß die Regelgröße mit dem positi- ven bzw. negativen Frequenzfehler nicht in einem monotonen, sondern in einem periodischen Zusam- menhang steht. Alle Werte der Regelgröße wieder- holen sich nach Überschreiten eines durch die Folge- frequenz der einzelnen Zeitintervalle bzw. Vergleichs- intervalle bestimmten Frequenzfehlers. Aus diesen Gründen ist bei den beschriebenen Schwingungserzeu- gern eine vollautomatische Abstimmung bzw. Nach- stimmung nicht möglich. Der monotone Zusammenhang zwischen Frequenz- fehler und Regelgröße wird in einer weiteren bekann- ten Anordnung gewährleistet, bei der ein wertmäßig einstellbarer Zähler vorgesehen ist, der periodisch innerhalb eines bestimmten Zeitintervalls über fre- quenzteilende Mittel derart an einen nachzuregelnden Oszillator geschaltet wird, daß er jeweils eine Teil- folge der Oszillatorausgangsimpulse abzählt, wobei über frequenznachstellende Mittel des Oszillators eine vom Zähler gesteuerte Frequenzregelung in der Weise erfolgt, daß der Unterschied zwischen dem jeweiligen Zählergebnis und der am Zähler fest eingestellten Zahl verkleinert wird. Hierbei ist der schaltungstechnische Aufwand für den Zähler besonders groß, da die Steuerung der Nachregelung unmittelbar von den einzelnen Zähldekaden aus erfolgt.Vibration generator with adjustable output frequency and high constancy For many purposes, e.g. B. in the news Tragungs- und Messtechnik, are vibration generators high frequency constancy is required, for which common crystal-controlled oscillators are used will. If a plurality of high-resolution constant frequencies can be generated, for example wise accordingly many, optionally switchable Quartz oscillators are provided, however the number of frequencies that can be set first the number of quartz crystals used is restricts. Only if the Circuitry expense can be the Number of available high constant frequencies increase, e.g. B. by using frequency dividing and / or multiplying means. However, it is often necessary to at certain range limits significantly more frequency cease than it is by a corresponding fre- frequency division and! or multiplication of some quartz controlled frequencies is possible. In the case of known arrangements are in this case from the existing high-constant frequencies through multi- times modulation of the oscillator output voltages Generated sum and difference frequencies, so that a relatively dense frequency grid with preferably equal frequency spacing between the individual Screen frequencies arise. In addition, in known way a variable oscillator is provided, which is at least the amount of the frequency spacing des is designed to be adjustable in its frequency and its output voltage with one of the frequency grid modulated vibrations sieved out will. Since the in itself wcniacr constant frequency of the variable oscillator only a fraction of the last Lich generated .output frequency contributes, becomes their Constance, which by the rest of the constancy of few crystal controlled fundamental frequency oscillators depends, not significantly impaired. Such However, arrangements are relatively cumbersome and because of the great expense of modulators and Filters very expensive. There are still vibration generators with adjustable known output frequency of high constancy, at one of which is adjustable in frequency Oscillator-derived pulse train an adjustable Counter is fed and a after reaching a set number of pulses elapsed time interval with one of a frequency stabilized oscillator the derived comparison interval is compared in such a way that that one of the difference between the two interval lengths dependent control voltage and used for frequency readjustment of the adjustable oscillator used will. The control voltage is generated here in the way. that two voltage pulses are formed the length of which corresponds to the time interval and the comparison interval match. By The formation of the difference then arises from these impulses a correction pulse, the length of which is the actual Represents the controlled variable and its polarity determines the indicating direction. With such vibrators there is the disadvantage that with a larger quence detuning of the oscillator to be controlled, ie if the length differences between the Time interval and the comparison interval, a fault tion occurs in the series of correction pulses that lead to leads to a reduction in the control effect. This is based on the fact that the controlled variable with the positive ven or negative frequency error not in one monotonous, but in a periodic combination there is a context. All values of the controlled variable again after crossing one of the following frequency of the individual time intervals or comparison intervals of certain frequency error. From these Reasons for the described vibration generators like a fully automatic coordination or re- mood not possible. The monotonous relationship between frequency error and controlled variable is known in another guaranteed arrangement in which a value-wise adjustable counter is provided which periodically within a certain time interval over fre- sequence dividing means in such a way to be readjusted Oscillator is switched so that it each has a partial sequence counts the oscillator output pulses, where A frequency control controlled by the counter takes place via frequency-adjusting means of the oscillator in such a way that the difference between the respective counting result and the number permanently set on the counter is reduced. The circuitry complexity for the counter is particularly high here, since the readjustment is controlled directly from the individual counting decades.

Vorliegende Erfindung betrifft einen die genannten Nachteile nicht aufweisenden Schwingungserzeuger mit einstellbarer Ausgangsfrequenz hoher Konstanz unter Verwendung eines frequenzmäßig einstellbaren und eines frequenzstabilisierten Oszillators, bei dem eine von einem der beiden Oszillatoren abgeleitete Impulsfolge einem einstellbaren Zähler zugeführt wird und ein nach Erreichen einer eingestellten Impulszahl abgelaufenes Zeitintervall mit einem von dem anderen Oszillator abgeleiteten Vergleichsintervall derart verglichen wird, daß eine von der Differenz beider Intervallängen abhängige Regelspannung gebildet und zur Frequenznachregelung des einstellbaren Oszillators verwendet wird, der dadurch gekennzeichnet, ist, daß dem zur Ableitung des Vergleichsintervalls dienenden Oszillator, vorzugsweise unter Zwischenschaltung von frequenzteilenden Mitteln, eine erste, das Vergleichsintervall bestimmende Kippstufe nachgeschaltet ist, die mit ihren beiden Ausgängen an je einen Eingang zweier Torschaltungen angeschlossen ist, daß über den Ausgang der einen Torschaltung die Regelmittel zur Frequenzerhöhung und über den Ausgang der anderen Torschaltung die Regelmittel zur Frequenzerniedrigung gesteuert werden, daß die zweiten Eingänge jeder dieser beiden Torschaltungen mit den Ausgängen einer zweiten Kippstufe verbunden sind, die bei Erreichen einer vorbestimmten Zahl von Zählimpulsen umschaltet, und daß eine dritte Kippstufe vorhanden ist, die gemeinsam mit der ersten Kippstufe gesteuert wird, jedoch mittels einer Verzögerungsschaltung ein verlängertes Intervall mit gleichem Anfangszeitpunkt liefert, an dessen Ende die Rückstellung des Zählers und der zweiten Kippstufe erfolgt.The present invention does not concern one of the disadvantages mentioned having vibration generator with adjustable output frequency of high constancy using an adjustable frequency and a stabilized frequency Oscillator in which a pulse train derived from one of the two oscillators is fed to an adjustable counter and after reaching a set Pulse count Elapsed time interval with one derived from the other oscillator Comparison interval is compared in such a way that one of the difference between the two interval lengths dependent control voltage and for frequency readjustment of the adjustable Oscillator is used, which is characterized in that the for derivation the comparison interval serving oscillator, preferably with the interposition of frequency-dividing means, a first flip-flop which determines the comparison interval is connected downstream with its two outputs to one input each of two gate circuits is connected that the control means for via the output of a gate circuit Frequency increase and the control means to the output of the other gate circuit Frequency lowering can be controlled that the second inputs of each of these two Gate circuits are connected to the outputs of a second flip-flop, which at Reaching a predetermined number of counting pulses switches over, and that a third Flip-flop is available, which is controlled together with the first flip-flop, however, by means of a delay circuit, an extended interval with the same At the end of this time, the counter is reset and the second Tilt stage takes place.

Der Schwingungserzeuger nach der Erfindung muß dabei nicht in der Nähe seiner Sollfrequenz arbeiten, um die Nachregelwirkung zu gewährleisten. Es besteht vielmehr die Möglichkeit, den eigentlichen Zählvorgang beim überschreiten des durch die Kippstufe gegebenen Zeitintervalls bei starker Verstimmung des nachzustellenden Oszillators abzubrechen und den nächsten MeßzykIus zu dem von der Ausgangsfrequenz des Steueroszillators festgesetzten Zeitpunkt normal zu beginnen. Dabei wird die Nachregelspannung auf einem relativ stetigen Wert gehalten, der zum Ende jeder Meßperiode entsprechend der dann vorliegenden Verstimmung verändert wird.The vibration generator according to the invention does not have to be in the Work close to its target frequency to ensure the readjustment effect. It there is rather the possibility of exceeding the actual counting process of the time interval given by the flip-flop if the one to be readjusted is severely detuned Cancel the oscillator and the next measurement cycle to that of the output frequency of the control oscillator to start normally. The Adjustment voltage kept at a relatively constant value at the end of each measurement period is changed according to the detuning then present.

Weitere Vorteile des Schwingungserzeugers nach der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung eines in der Zeichnung dargestellten, bevorzugten Ausführungsbeispiels entnehmbar. Hierbei zeigt Fig. 1 ein Blockschaltbild der gesamten Anordnung in schematischer Darstellung, während Fig.2 die zur Erläuterung der Wirkungsweise erforderlichen Zeitdiagramme enthält.Further advantages of the vibration generator according to the invention are the following description of a preferred one shown in the drawing Embodiment can be removed. Here, Fig. 1 shows a block diagram of the entire Arrangement in a schematic representation, while FIG. 2 is used to explain the mode of operation includes necessary timing diagrams.

In Fig. 1 ist der frequenzmäßig einstellbare erste Oszillator mit Os 1 bezeichnet. Die stabilisierte Ausgangsfrequenz kann am Punkt A abgenommen werden. Mit Vorteil, der später noch erläutert wird, kann 0s 1 ein Oszillator mit einer Widerstands-Kondensator-Kombination als frequenzbestimmendes Mittel sein. Die beispielsweise zur Frequenzänderung vorgesehene veränderbare Kapazität C ist außerhalb des mit 0s 1 bezeichneten Kästchens dargestellt; sie besteht aus einer großen Anzahl einzelner Kondensatoren, die mittels der Stufenschalter S 1' bis S5' wahlweise eingeschaltet werden können. Im allgemeinen ist es bei Oszillatoren mit Widerstands-Kondensator-Kombination zur Erzielung eines weiten Frequenzvariationsbereichs vorteilhaft, in mindestens zwei Zweigen des Netzwerkes veränderbare Elemente vorzusehen; in diesem Fall wird man eine zweite Serie wahlweise einschaltbarer Kondensatoren anordnen, die über eine zweite Kontaktebene von den Schaltern S1' bis S5' gleichzeitig geschaltet werden. Ebenso könnte zweckmäßig nur ein Teil dieser Schalter zur Kapazitätsvariation und der Rest zur Widerstandsvariation benutzt werden. Aus Gründen der Übersichtlichkeit wurde jedoch von allen diesen Möglichkeiten abgesehen und in Fig. 1 nur eine einzige Kapazitätsvariation dargestellt. Parallel zu der einstellbaren Kapazität C liegt ein Drehkondensator Cx, der über eine aus dem Untersetzungsgetriebe F und dem Motor M bestehende Regeleinrichtung nachgestellt werden kann.In Fig. 1, the frequency adjustable first oscillator is with Os 1 designated. The stabilized output frequency can be taken from point A. An oscillator with an Resistance-capacitor combination as a frequency-determining means. The example The variable capacitance C provided for changing the frequency is outside the range with 0s 1 indicated box is shown; it consists of a large number of individuals Capacitors that are optionally switched on by means of the step switches S 1 'to S5' can be. In general, this is the case with oscillators with a resistor-capacitor combination to achieve a wide frequency variation range advantageous in at least two branches of the network provide changeable elements; in this case will you can arrange a second series of optionally switchable capacitors that have a second contact level can be switched simultaneously by switches S1 'to S5'. Likewise, only a part of these switches for capacity variation and could expediently the rest can be used to vary the resistance. For the sake of clarity However, all of these possibilities have been abandoned and only one is shown in FIG Capacity variation shown. Parallel to the adjustable capacitance C lies a variable capacitor Cx, which via one of the reduction gear F and the motor M existing control device can be readjusted.

Ost ist ein quarzgesteuerter Oszillator, der mittelbar als Frequenznormal dient. Seine Frequenz wird in den Tellerstufen D 1 und D 2 in geeigneter Weise herabgesetzt und damit einerseits eine Kippschaltung N 1 / N 2 periodisch zum Kippen gebracht, z. B. wie dies in Fig. 2, Zeile a, dargestellt ist. Zunächst sei diese Kippschaltung in der stabilen Lage, in der N 1 am Ausgang eine Spannung abgibt (in Fig. 2, Zeile a, als schwarzer Balken dargestellt); zu einem Zeitpunkt t0 kippt die Schaltung in die zweite stabile Lage, wobei am Ausgang von N2 eine Spannung entsteht. Sie bleibt in dieser Lage bis zum Zeitpunkt t 1, wobei die Zeit zwischen t 0 und t 1 als Vergleichsintervall bezeichnet ist. Als einfaches Zahlenbeispiel soll z. B. zugrunde gelegt werden, daß die Zeit zwischen t 0 und t 1 genau, d. h. mit Quarzgenauigkeit, 1 Sekunde beträgt. Andererseits wird von der Tellerstufe D2 auch die Kippstufe M1/M2 zum Kippen gebracht, derart, daß sie zum Zeitpunkt t0 aus dem stabilen Zustand M I in den stabilen Zustand M2 hinüberkippt (Zeile b in Fig. 2). Das Zurückkippen in die Lage M 1 soll jedoch zum Zeitpunkt t2, d. h. etwas später als t l, erfolgen. In der Fig. 1 ist dies durch eine Verzögerungsschaltung Vz, die dem Eingang von M 1 vorgeschaltet ist, angedeutet. Wird die Tellerstufe D 2 als Zählschaltung ausgeführt, so kann die Steuerung von M 1 unmittelbar von einer etwas später liegenden Zählstufe aus erfolgen als die Steuerung von N l; dabei kann auf die besondere Verzögerungsschaltung Vz verzichtet werden. Die Zeit t 0 bis t2, die im folgenden als verlängertes Intervall bezeichnet ist, kann an sich weitgehend beliebig gewählt werden. Bei dem dargestellten Beispiel ist sie um etwa IOo/o länger als das Vergleichsintervallt0 bis t1. Die beschriebenen Kippvorgänge wiederholen sich fortlaufend; in Fig. 2 ist ein zweiter Zyklus mit den entsprechenden Zeiten t0', t1' und t2' dargestellt.Ost is a quartz-controlled oscillator that indirectly serves as a frequency standard. Its frequency is reduced in a suitable manner in the plate stages D 1 and D 2 and thus, on the one hand, a flip-flop circuit N 1 / N 2 is periodically tilted, e.g. B. as shown in Fig. 2, line a. First, let this flip-flop switch be in the stable position in which N 1 emits a voltage at the output (in FIG. 2, line a, shown as a black bar); at a point in time t0, the circuit flips into the second stable position, a voltage being produced at the output of N2. It remains in this position until time t 1, the time between t 0 and t 1 being referred to as the comparison interval. As a simple numerical example, z. B. be based on the fact that the time between t 0 and t 1 is exactly, ie with quartz accuracy, 1 second. On the other hand, the tilting stage M1 / M2 is also caused to tilt by the plate stage D2 , in such a way that it tilts over from the stable state MI to the stable state M2 at the time t0 (line b in FIG. 2). The tilting back into position M 1 should, however, take place at time t2, ie a little later than t1. In FIG. 1, this is indicated by a delay circuit Vz, which is connected upstream of the input of M 1. If the plate stage D 2 is designed as a counting circuit, the control of M 1 can take place directly from a counting stage which is somewhat later than the control of N 1; the special delay circuit Vz can be dispensed with. The time t 0 to t 2, which is referred to below as the extended interval, can be chosen largely as desired. In the example shown, it is about 10o / o longer than the comparison interval t0 to t1. The tilting processes described are repeated continuously; 2 shows a second cycle with the corresponding times t0 ', t1' and t2 '.

Um die Schwingungen des Oszillators 0s 1 bequem zählen zu können, ist es vorteilhaft, diese in entsprechende Impulse umzuformen. In Fig. 1 ist dies dadurch angedeutet, daß die sinusförmigen Schwingungen zunächst mittels einer Begrenzer- oder Trigger- Schaltung T in Rechteckschwingungen umgewandelt werden und in der Differenzier- und Impulsformerstufe P eine entsprechende Impulsreihe abgeleitet wird. Um eine für die Zählung in bezug auf das von der Kippstufe Nl./N2 bestimmte Vergleichsintervall t0, t1 günstige Frequenzlage zu erhalten, kann die Frequenz des Oszillators Os 1 zuvor in geeigneter Weise vervielfacht oder geteilt werden.In order to be able to count the oscillations of the oscillator 0s 1 comfortably, it is advantageous to convert them into corresponding pulses. In Fig. 1 this is indicated by the fact that the sinusoidal oscillations are first converted into square waves by means of a limiter or trigger circuit T and a corresponding pulse series is derived in the differentiating and pulse shaper stage P. In order to obtain a frequency position which is favorable for the counting in relation to the comparison interval t0, t1 determined by the flip-flop Nl./N2, the frequency of the oscillator Os 1 can be suitably multiplied or divided beforehand.

Wie Fig. 1 zeigt, werden die Ausgangsspannung von M2 und die von P gelieferte Impulsreihe gemeinsam auf die beiden Eingänge einer Koinzidenzschaltung G1 gegeben. Diese wird zum Zeitpunkt t0 durchlässig, und die zuvor in Nullstellung befindliche Zähleinrichtung (Z l bis Z5) beginnt die Impulse von P zu zählen. Die Zähleinrichtung ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel als fünfstufiger Zähler mit den beispielsweise dekadischen Zählstufen Z1 bis Z5 angenommen worden. Die Anzahl der Zählstufen ist dabei ein Maßstab für die Genauigkeit und Konstanz der letztlich von 0.s 1 abgegebenen Frequenz. Im Bedarfsfalle können weitere Zählstufen hinzugefügt werden, wobei jedoch unter anderem die Frequenzgenauigkeit des Quarzoszillators Ost eine sinnvolle Grenze setzt. Mittels der StufenschalterSl bis S 5 kann an jeder Zählstufe ein Wert zwischen 0 und 9 abgegriffen werden, wobei S1 die Einer, S2 die Zehner, S3 die Hunderter usw. angibt. Die einzelnen Zählstufen geben beim Durchlauf der Impulse über die im Falle eines dekadischen Zählsystems vorgesehenen, vom zugehörigen Stufenschalter abgreifbaren zehn Ausgänge nacheinander jeweils einen Impuls ab. Nur wenn gleichzeitig in allen fünf Zählstufen der mit Hilfe der Stufenschalter S1 bis S5 vorher fest eingestellte Zahlenwert durchlaufen wird, erhält die nachgeschaltete Torschaltung G2 an allen fünf Eingängen gleichzeitig einen Impuls. Damit entsteht auch ein Ausgangsimpuls, der die Kippschaltung K 1/ K 2 aus der Ruhestellung K 1 in die Stellung K 2 kippen läßt. Erfolgt der Kippvorgang genau zum Zeitpunkt t 1, so heißt das, daß die Frequenz des Oszillators 0s 1 genau dem eingestellten Sollwert entspricht. Ist die Frequenz von 0.s 1 zu hoch, wird K1/K2 umkippen, bevor das Vergleichsintervall abgelaufen ist. Die einzelnen Vorgänge sind für diesen Fall in den Zeilen c bis J der Fig. 2 dargestellt. Zeile c zeigt, zum Zeitpunkt t 0 beginnend, die über die Koinzidenzschaltung G 1 in die Zähleinrichtung einlaufende Impulsreihe. Zum Zeitpunkt tx werden die an den Stufenschaltern S1 bis S5 eingestellte Impuls- bzw. Schwingungszahl erreicht; die Kippschaltung K 1 / K 2 kippt in die Stellung K 2 (Zeile (1), und die Torschaltung G 3, der einerseits die Ausgangsspannung von K2, andererseits die Ausgangsspannung von N2 zugeführt wird, liefert, solange diese beiden Spannungen in Koinzidenz sind, d. h. von tx bis zum Ende t 1 des Vergleichsintervalls, eine Ausgangsspannung (Zeile e in Fig. 2) an den Verstärker V l. Dieser verstärkt die Spannung derart, daß der Kondensator C 1 über den Widerstand R 1 etwa zeitproportional aufgeladen wird (zwischen tx und t1 in Zeile f von Fig. 2). Der Kondensator entlädt sich anschließend langsam über die Widerstände R 3, R 4 und den Nachstellmotor M, und der Drehkondensator Cx wird in der Art verstellt, daß die Schwingungen des Oszillators Osl nach niedrigeren Frequenzen hin geregelt werden. Zum Zeitpunkt t2 werden mittels der Ausgangsspannung von M 1 die Zählstufen Z 1 bis Z 5 sowie die Kippstufe K 1 / K 2 wieder in Ruhestellung gebracht. Anschließend läuft, mit t0' beginnend, ein gleichartiger Zyklus von neuem ab. Falls der Frequenzfehler von 0s 1 während des ersten Vorganges noch nicht ausreichend korrigiert worden ist, wird C 1 von tx' bis t1' erneut aufgeladen.As FIG. 1 shows, the output voltage of M2 and the series of pulses supplied by P are applied jointly to the two inputs of a coincidence circuit G1. This becomes permeable at time t0, and the counting device (Z 1 to Z 5), which was previously in the zero position, begins to count the pulses from P. In the exemplary embodiment shown, the counter has been assumed to be a five-stage counter with, for example, decadic counting stages Z1 to Z5. The number of counting levels is a measure of the accuracy and constancy of the frequency ultimately output from 0s 1. If necessary, additional counting stages can be added, although the frequency accuracy of the East quartz oscillator, among other things, sets a reasonable limit. By means of the step switches S1 to S 5, a value between 0 and 9 can be tapped off at each counting step, with S1 indicating the units, S2 the tens, S3 the hundreds, and so on. When the pulses pass through the ten outputs that are provided in the case of a decadic counting system and can be tapped off by the associated step switch, the individual counting levels each emit one pulse one after the other. Only if the numerical value previously set with the help of the step switches S1 to S5 is run through at the same time in all five counting steps does the downstream gate circuit G2 receive a pulse at all five inputs at the same time. This also results in an output pulse which causes the toggle switch K 1 / K 2 to tilt from the rest position K 1 to the position K 2 . If the tilting process takes place exactly at time t 1, this means that the frequency of the oscillator 0s 1 corresponds exactly to the setpoint value set. If the frequency of 0.s 1 is too high, K1 / K2 will tip over before the comparison interval has expired. The individual processes for this case are shown in lines c to J of FIG. Line c shows, beginning at time t 0, the series of pulses entering the counter via the coincidence circuit G 1. At time tx, the number of pulses or vibrations set on step switches S1 to S5 is reached; the toggle switch K 1 / K 2 toggles to position K 2 (line (1)), and the gate circuit G 3, which is supplied with the output voltage from K2 on the one hand and the output voltage from N2 on the other, supplies as long as these two voltages are in coincidence, that is, from tx to the end t 1 of the comparison interval, an output voltage (line e in FIG. 2) to the amplifier V 1. This amplifies the voltage in such a way that the capacitor C 1 is charged approximately in proportion to time via the resistor R 1 (between tx and t1 in line f of Fig. 2. The capacitor then slowly discharges through the resistors R 3, R 4 and the adjusting motor M, and the variable capacitor Cx is adjusted in such a way that the oscillations of the oscillator Osl towards lower frequencies At time t2, the output voltage from M 1 is used to bring the counting stages Z 1 to Z 5 and the trigger stage K 1 / K 2 back into the rest position klus from anew. If the frequency error of 0s 1 has not yet been sufficiently corrected during the first process, C 1 is recharged from tx 'to t1'.

Wenn die vom Oszillator 0s 1 abgegebene Frequenz niedriger als der Sollwert ist, laufen die durch die Zeitdiagramme der Zeilen g bis k in Fig. 2 veranschaulichten Vorgänge ab. Ist das Vergleichsintervall zum Zeitpunkt t 1 abgelaufen, bevor die an den Stufenschaltern S1 bis S5 der Zähleinrichtung eingestellte Zahl durchlaufen wird (Zeitpunkt ty in Zeile g), erhält die Torschaltung G4 vom Zeitpunkt t 1 an Spannung sowohl von N 1 und M 2 als auch von Kl. Die Torschaltung G4 ist daher geöffnet und gibt eine Spannung ab (Zeile i), die im Verstärker V 2 verstärkt wird und über R 2 den Kondensator zeitproportional auflädt (Zeile k in Fig. 2). Zum Zeitpunkt t y spricht K 2 an, die Ausgangsspannung von KI verschwindet, sperrt die Torschaltung G4 und beendet damit den Aufladungsvorgang. Die anschließende Entladung von C2 erfolgt mit entgegengesetzter Polarität über den Nachstellmotor M, und der Drehkondensator C wird im Sinne einer Frequenzerhöhung der Schwingungen von Os 1 verstellt. Zum Zeitpunkt t2 erfolgt wieder die Rückstellung der Zählstufen Z 1 bis Z 5 der Zähleinrichtung und der Kippschaltung K 1 / K 2. Auch in den Zeilen g bis k von Fig. 2 ist angenommen worden, daß der erste Korrekturvorgang zur Einstellung der Sollfrequenz von 0.s 1 noch nicht ausreichend war; von t0' bis t2' ist ein anschließender Vorgang dargestellt, dem dann unter Umständen noch einige weitere folgen, bis der Frequenzfehler von 0s l beseitigt ist.If the frequency output by the oscillator 0s 1 is lower than the nominal value, the processes illustrated by the timing diagrams in lines g to k in FIG. 2 take place. If the comparison interval has expired at time t 1, before the number set on the step switches S1 to S5 of the counter is run through (time ty in line g), the gate circuit G4 receives voltage from N 1 and M 2 as well as from time t 1 The gate circuit G4 is therefore open and emits a voltage (line i) which is amplified in the amplifier V 2 and charges the capacitor in proportion to time via R 2 (line k in FIG. 2). At time ty , K 2 responds, the output voltage of KI disappears, the gate circuit G4 blocks and thus ends the charging process. The subsequent discharge of C2 takes place with opposite polarity via the adjusting motor M, and the variable capacitor C is adjusted to increase the frequency of the oscillations of Os 1. At time t2, the counting stages Z 1 to Z 5 of the counter and the flip-flop circuit K 1 / K 2 are reset again. In lines g to k of FIG .s 1 was not yet sufficient; A subsequent process is shown from t0 'to t2', which may then be followed by a few more until the frequency error of 0s l is eliminated.

Wie schon weiter oben erwähnt wurde. ist es besonders vorteilhaft, den Oszillator 0s 1 mit einer Widerstands-Kondensator-Kombination als frequenzbestimmendes Mittel auszuführen. Die einzelnen Stufen von C (Fig. 1) können dann unmittelbar als Frequenzdekaden ausgebildet werden. Damit können gemäß weiterer Erfindung der StufenschalterSl der Zähleinrichtung und der StufenschalterSl' der Einstellmittel sowie S2 und S2' usw. jeweils durch eine gemeinsame Achse angetrieben werden, wodurch die Bedienung außerordentlich vereinfacht wird.As mentioned above. it is particularly advantageous to design the oscillator 0s 1 with a resistor-capacitor combination as a frequency-determining means. The individual stages of C (FIG. 1) can then be designed directly as frequency decades. Thus, according to a further invention, the tap changer S1 of the counting device and the tap changer S1 'of the setting means as well as S2 and S2' etc. can each be driven by a common axis, whereby the operation is extremely simplified.

Im Rahmen der Erfindung kann das Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 in verschiedener Weise abgeändert werden. So können beispielsweise die ZählcinrichtungZl,Z2 usw. sowie die stufenweise veränderbare Kapazität C statt in Dezimalstufen auch in Dualstufen geschaltet werden. Auch kann die Anzahl der schaltbaren Stufen am Kondensator C geringer sein als die Anzahl der Zählstufen Z1, Z2 usw. Werden z. B. die kleinsten Stufen von C weggelassen, so ändert sich nichts an der letztlich eingeregelten Frequenzgenauigkeit, weil der Drehkondensator Cx die verminderte Einstellgenauigkeit von C ausgleicht.In the context of the invention, the embodiment of FIG. 1 in can be modified in various ways. For example, the counting device Z1, Z2 etc. as well as the stepwise variable capacity C instead of in decimal steps can be switched in dual stages. The number of switchable levels on the Capacitor C be less than the number of counting stages Z1, Z2, etc. Are z. If, for example, the smallest steps of C are omitted, nothing changes in the end regulated frequency accuracy, because the variable capacitor Cx the reduced setting accuracy of C compensates.

Für viele Zwecke der Meßtechnik ist eine gewobbelte Frequenz mit sehr hoher Genauigkeit und Konstanz des über die Zeit gemittelten Wertes erforderlich. Die Einrichtung gemäß der Erfindung erlaubt es hierbei, mit wenigen Zusatzeinrichtungen diese Forderung zu erfüllen. Es muß dabei nur die Bedingung eingehalten werden, daß auf das Vergleichsintervall t0 bis t1 eine ganze Zahl von Wobbelperioden trifft. Das ist z. B. gewährleistet, wenn von einem geeigneten Punkt der Frequenzteilerstufen D1, D2 eine Schwingung entsprechender Frequenz abgenommen und damit z. B. ein parallel zu C bzw. C x geschalteter Wobbelkondensator angetrieben oder eine parallel geschaltete Reaktanzröhre gesteuert wird.For many purposes of measurement technology, a swept frequency with very high accuracy and constancy of the value averaged over time is required. The device according to the invention makes it possible to meet this requirement with a few additional devices. The only condition that has to be met is that the comparison interval t0 to t1 encounters an integer number of wobble periods. This is e.g. B. guaranteed if from a suitable point of the frequency divider stages D1, D2 an oscillation of the corresponding frequency is removed and thus z. B. a sweep capacitor connected in parallel to C or C x is driven or a parallel connected reactance tube is controlled.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausbildung des Schwingungserzeugers nach der Erfindung kann beispielsweise an Stelle der zeitproportionalen Rufladung von Kondensatoren C 1 bzw. C 2 eine zeitproportionale (kontinuierliche oder stufenweise) Verstellung eines Regelgliedes erfolgen, das dabei eine Spannung von zeitproportionaler Größe in geeigneter Polung jeweils für die gesamte Dauer einer Meßvorgangsperiode bereitstellt. Diese Spannung kann auch wieder als Antrieb für einen Nachstellmotor dienen, sie kann aber auch zur unmittelbaren Steuerung von Reaktanzröhren verwendet werden, die an Stelle des Drehkondensators Cx vorgesehen sind.According to a further advantageous embodiment of the vibration generator according to the invention, instead of the time-proportional charging of capacitors C 1 or C 2, a time-proportional (continuous or stepwise) adjustment of a control element can take place, which generates a voltage of time-proportional size with suitable polarity in each case for the provides the entire duration of a measurement process period. This voltage can also serve as a drive for an adjusting motor, but it can also be used for the direct control of reactance tubes, which are provided in place of the variable capacitor Cx.

Im einfachsten Falle, den man im allgemeinen bei geringeren Ansprüchen an die Frequenzkonstanz anwenden wird, genügt es auch, nur die Richtung des jeweiligen Fehlers festzuhalten und davon abhängig an Stelle einer Regelspannung definierter Amplitude lediglich einen Korrekturimpuls konstanten Betrages auszulösen.In the simplest case, which is generally the case with lower demands to apply the constancy of frequency, it is also sufficient to only indicate the direction of the respective To record the error and depending on it, instead of a control voltage, more defined Amplitude only to trigger a correction pulse of constant amount.

Grundsätzlich können die Oszillatoren Os 1 und 0.s2 miteinander vertauscht werden. Hierbei wird dann gewissermaßen das mit der Ausgangsfrequenz des Oszillators 0s 1 in seiner Länge schwankende Vergleichsintervall t 0, t 1 über die Koinzidenzschaltung G 1 mit einer Reihe von Impulsen verglichen, die ihrerseits von der Ausgangsspannung des quarzkontrollierten Oszillators Ost abgeleitet sind und somit als Normalimpulse zu bezeichnen sind. Um die Nachregelung der Länge des Vergleichsintervalls und somit der Ausgangsfrequenz des Oszillators Os 1 im richtigen Sinne durchzuführen, ist gleichzeitig z. B. die Antriebsspannung an den Klemmen des Nachstellmotors M umzupolen. Obwohl diese Anwendungsart eine Zählung proportional dem Kehrwert der Frequenz erfordert, sind jedoch wesentliche Vorteile damit verbunden, insbesondere bei der Erzeugung sehr niedriger Frequenzen, die bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel zur Erzielung ausreichender Genauigkeit sehr stark, d. h. mit großem Aufwand, vervielfacht werden müßten oder zu einem unpassend großen Meßintervall führen würden.Basically, the oscillators Os 1 and 0.s2 can be interchanged. The comparison interval t 0, t 1 , which fluctuates in length with the output frequency of the oscillator 0s 1 , is then compared to a series of pulses via the coincidence circuit G 1, which in turn are derived from the output voltage of the quartz-controlled oscillator Ost and are thus normal pulses are denoting. In order to readjust the length of the comparison interval and thus the output frequency of the oscillator Os 1 in the correct sense, z. B. to reverse the drive voltage at the terminals of the adjustment motor M. Although this type of application requires a count proportional to the reciprocal value of the frequency, there are significant advantages associated with it, especially when generating very low frequencies, which in the embodiment shown in the drawing would have to be multiplied very strongly, ie with great effort, to achieve sufficient accuracy or would lead to an inappropriately large measurement interval.

Claims

PATENT CLAIMS-1. Vibration generator with an adjustable output frequency of high constancy using a frequency-adjustable and a frequency-stabilized oscillator, in which a pulse sequence derived from one of the two oscillators is fed to an adjustable counter and a time interval elapsed after reaching a set number of pulses is compared with a comparison interval derived from the other oscillator is that one is dependent on the difference between the two interval lengths regulating voltage is formed and used for the frequency control of the adjustable oscillator, characterized denotes overall, that the serving for deriving the comparison interval oscillator, preferably with the interposition of frequency dividing means (D 1, D 2), a first, the comparison interval (t 0, t 1) determining flip-flop (N1, N2) is connected downstream, which is connected with its two outputs to one input of two gate circuits (G3, G4) that via the Au sgang of one gate circuit, the control means for increasing the frequency and the control means for lowering the frequency are controlled via the output of the other gate circuit, so that the second inputs of each of these two gate circuits are connected to the outputs of a second flip-flop (K 1, K2) which, when a predetermined one is reached Number of counting pulses switches, and that a third flip-flop (M1, M2) is present, which is controlled jointly with the first flip-flop, but by means of a delay circuit (Vz) delivers an extended interval (t 0, t2) with the same starting time At the end of the reset of the counter and the second flip-flop (K 1, K 2) takes place.

2. Vibration generator according to claim 1, characterized in that the frequency-stabilized Oscillator (0s2) is used to derive the comparison interval and the frequency adjustable oscillator (0s 1) is used to generate the pulse train.

3. Vibration generator according to claim 1, characterized in that the frequency adjustable oscillator is used to derive the comparison interval and the frequency stabilized Oscillator is used to generate the pulse train.

4. Vibration generator according to one of claims 1 to 3, characterized in that the pulse train supplied to the counter is supplied via a coincidence circuit (G1) which is permeable to current during the extended interval (t0, t2) and that the individual, preferably decadic, counting stages (Z1, Z2 ... ) are connected by assigned, adjustable step switches (S1, S2 ... ) with a corresponding number of inputs of a gate circuit (G2), which emits a trigger pulse to switch over the second flip-flop (K 1, K2) when all inputs are occupied at the same time.

5. Vibrator according to claim 4, characterized in that the control voltage is formed in such a way that their amplitude corresponds to the time difference between the occurrence of the trigger pulse and is proportional to the end of the comparison interval (t1).

6. Vibrator according to claim 5, characterized in that the control means for increasing the frequency or lowering each contain a capacitor (C 1, C 2), which over the assigned gate circuit (G4 included., G3) during the time difference approximately is charged proportionally to the time and its discharge current the setting means (Cx) of the adjustable oscillator operated.

7. Vibration generator according to one of the preceding Claims, characterized in that the coincidence circuit (G 1) supplied Pulse train is passed through limiting and differentiating elements (T, P). B.

Vibration generator according to one of the preceding claims, characterized in that the setting means of the adjustable oscillator (0s 1) consist of mutually graded reactances (C) and / or resistances which can be set via step switches (S 1 ', S2'... ) , and that in addition a continuously variable element (Cx) is provided, which can be readjusted via a control device (M, F) actuated by the control voltage.

9. Vibration generator according to claim 8, characterized in that the individual reactances (C) and / or resistors are graded in terms of value from one another in such a way that the individual step switches (S1 ', S2' ...) With the corresponding step switches (S1, S2 ...) ) of the counter can be set together.

10. Vibration generator according to one of the preceding claims, characterized in that the adjustable oscillator (Os 1) has an additional switchable wobble device and that the comparison interval (t0, t1) represents an integral multiple of the wobble period. Documents considered: German Patent No. 1001343; U.S. Patent Nos. 2,490,404, 2,490,500.