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Schaltung zur Konstanthaltung der Frequenz eines Oszillators Die Erfindung
betrifft eine Schaltung zur Konstanthaltung .der Frequenz eines auf verschiedene
Frequenzen einstellbaren Oszillators. Die Schaltung besteht aus .einem elektronischen
Frequenzteiler mit einstellbarem Teilerverhältnis, dem die Ausgangsspannung des
Oszillators zugeführt wird, sowie einem Phasendiskriminator, in dem die Frequenz
der Ausgangsspannung des Teilers mit der Frequenz der Ausgangsspannung eines Frequenznormals
verglichen wird, wobei die Ausgangsspannung des Phasendiskriminators zur Veränderung
eines Blindwiderstandes des Oszillatorkreises im Sinne einer Konstanthaltung der
Oszillatorfrequenz auf der durch das Teilerverhältnis sowie die Frequenz des Frequenznormals
festgelegten Frequenz benutzt wird.
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Eine derartige Schaltungsanordnung ist in F i g. 1 der Zeichnung dargestellt.
Der Oszillator, dessen Frequenz konstant gehalten werden soll, ist mit 1 bezeichnet.
Seine Ausgangsspannung wird einem Frequenzteiler 2 zugeführt. Der Frequenzteiler
2 teilt die Frequenz des Oszillators 1 so weit herunter, daß die Ausgangsfrequenz
des Frequenzteilers 2 etwa gleich der Frequenz des Frequenznormals 3 ist. Im Phasendiskriminator
4 werden die Frequenzen der beiden am Frequenzteiler2 und am Frequenznormal 3 erhaltenen
Spannungen miteinander verglichen. Entsprechend der Ablage der Frequenz der Ausgangsspannung
des Frequenzteilers 2 von der Frequenz des Frequenznormals 3 wird am Ausgang des
Phasendiskriminators 4 eine Regelspannung abgegeben, die über den Integrator 5 dem
Oszillator zugeführt wird. Dort bewirkt die Regelspannung eine Veränderung eines
Blindwiderstandes des Schwingkreises des Oszillators. Der Schwingkreis wird in seiner
Frequenz so lange verändert, bis die beiden dem Phasendiskriminator 4 zugeführten
Spannungen gleichfrequent sind. Durch Änderung des Teilerverhältnisses des Frequenzteilers
2 kann man die Frequenz des Oszillators 1 ändern. Der minimale Abstand der
mit der in F i g. 1 dargestellten Anordnung erzeugbaren Frequenzen ist gleich der
Frequenz des Frequenznormals 3. Die Anordnung der F i g. 1 kann also dort benutzt
werden, wo eine Reihe von Spannungen wahlweise benötigt wird, deren Frequenzen um
den Frequenzwert des Frequenznormals 3 oder einem Vielfachen davon voneinander verschieden
sind. Anordnungen gemäß der F i g. 1 können beispielsweise in Vielkanalfunksprechgeräten
verwendet werden, wobei mit der Anordnung der F i g. 1 die Kanalfrequenzen erzeugt
werden.
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Bei sehr kleinen Vielkanalfunksprechgeräten ist die Leistungsaufnahme
des kompletten Empfängerzugs häufig sehr gering. Sie liegt beispielsweise bei 100
mW. Dagegen benötigt man bei Benutzung einer Anordnung gemäß F i g. 1 für deren
Betrieb eine Leistung von beispielsweise etwa 1,5 W. Diese große, für die Frequenzaufbereitung
benötigte Leistung erfordert einen Batterieaufwand, dessen Volumen in die Größenordnung
des Volumens des Funkgerätes kommt.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, die Leistungsaufnahme
der Anordnung der F i g. 1 herunterzusetzen. Bei Einsatz der Anordnung gemäß F i
g. 1 bei sehr kleinen Funksprechgeräten bedeutet dies eine starke Reduzierung des
notwendigen Batterievolumens, also eine bedeutende Verkleinerung des Gerätes. Gelöst
wird diese Aufgabe dadurch, daß bei der Anordnung der F i g. 1 zwecks Einsparung
von Gleichstromleistung Schaltmittel vorgesehen sind, die den Frequenzteiler sowie
gegebenenfalls den Phasendiskriminator zeitweise außer Betrieb setzen, daß in an
sich bekannter Weise ein Speicher vorgesehen ist, in dem die vom Phasendiskriminator
erzeugte Ausgangsspannung gespeichert ist und daß durch diese gespeicherte Spannung
die Oszillatorfrequenz für die Zeit des Außerbetriebsetzens des Teilers weitgehend
konstant gehalten wird.
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Es sei noch erwähnt, daß es aus der Zeitschrift »Funk-Technik«, 1964,
Heft 7, S. 217, bekannt ist, die von einer Nachstimmautomatik erzeugte Nachstimmspannung
für einen Empfängeroszillator zu speichern, so daß der Oszillator auch bei Totalschwund
noch für kurze Zeit auf seiner Sollfrequenz gehalten wird. Bei der erfindungsgemäßen
Schaltung wird ebenfalls eine derartige Speicherung benötigt.
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Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß, wie oben bereits angedeutet,
im Teiler sehr viel Gleichstromleistung benötigt wird. Das Verhältnis
des
Zeitraumes, in dem der Teiler 2 und der Phasendiskriminator 4 außer Betrieb sind,
zum Zeitraum, in dem diese Schaltungen eingeschaltet sind, hängt insbesondere davon
ab, ob die Ausgangsspannung des Oszillators 1 schnellen Frequenzschwankunen unterworfen
ist. Schnelle Frequenzschwankungen kann man dadurch vermeiden, daß man die Betriebsspannung
des Oszillators 1 stabilisiert. Weiterhin kann man schnelle Frequenzschwankungen
dadurch verhindern, daß man dem Oszillator 1 eine große Wärmekapazität vorgibt,
was dadurch geschieht, daß man ihn in ein Gehäuse mit großer Wärmekapazität (Kupfer)
einbringt. Sind diese beiden Voraussetzungen durch entsprechende Maßnahmen erfüllt,
dann bleibt die Frequenz des Oszillators über eine längere Zeitspanne konstant,
auch wenn keine Nachregelung erfolgt. Man kann also das obererwähnte Verhältnis
der Zeiträume, in denen die Regelung unwirksam bzw. wirksam ist, bei Anwendung der
obererwähnten beiden Maßnahmen vergrößern. In der Praxis hat sich gezeigt, daß ein
Verhältnis von etwa 10: 1 vollkommen ausreicht, das bedeutet, daß die Frequenz des
Oszillators nur hin und wieder auf ihre Ablage geprüft wird, und daß eine Nachregelung
des Oszillators ebenfalls nur in sehr kleinen Zeiträumen erfolgt. Während des größten
Teiles der Betriebszeit des Oszillators 1 wird also für die Regelung der Frequenz
des Oszillators keine Leistung benötigt. Damit sinkt die Leistungsaufnahme des Gesamtgerätes
stark ab, und der benötigte Batteriebedarf wird ebenfalls entsprechend kleiner.
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Es muß dafür gesorgt werden, daß die gespeicherte Ausgangsspannung
des Phasendiskriminators während der Zeit, in der Teiler und Phasendiskriminator
außer Betrieb sind, weitgehend konstant bleibt. Es hat sich als günstig erwiesen,
zu diesem Zweck die Verbindungsleitung zwischen dem Phasendiskriminator und dem
Speicher in dem Zeitraum, in dem der Teiler und der Phasendiskriminator außer Betrieb
sind, aufzutrennen. Die Auftrennung kann von den gleichen Schaltmitteln bewirkt
werden, die auch die Abschaltung des Frequenzteilers 2 und des Phasendiskriminators
4 bewirken. Deren Abschaltung kann beispielsweise durch Abtrennung der Stromversorgung
erzielt werden. Günstigerweise verwendet man für die Auftrennung der Verbindungsleitung
zwischen Phasendiskriminator und Speicher ein Relais, welches im durchgeschalteten
Zustand im Gegensatz zu elektronischen Schaltern keine Restspannung aufweist, im
offenen Zustand keinen Sperrstrom hat und außerdem einen Stromiluß in beide Richtungen
zuläßt. Bei Verwendung einer Kapazitätsdiode als Kapazität des Schwingkreises des
Oszillators 1 kann man als Speicher für die Ausgangsspannung des Phasendiskriminators
einen großen Kondensator verwenden, der der Kapazitätsdiode gleichstrommäßig parallel
geschaltet wird. Der Strom durch die Kapazitätsdiode ist bekanntlich sehr gering,
so daß auch bei dieser Ausführungsform des Speichers die Entladung des Kondensators
nur sehr langsam vor sich geht. Außerdem ist es notwendig, wegen der großen Speicherkapazität
den Innenwiderstand der für die Kapazitätsdiode wirksamen Quelle, die durch den
Phasendiskriminator 4 und den Integrator 5 gebildet wird, klein zu halten, so daß
die Anschwingzeit beim Einschalten des Gerätes in vertretbaren Grenzen bleibt.
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In der F i g. 2 ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Schaltungsanordnung im Prinzip dargestellt. Der Oszillator ist wiederum mit 1 bezeichnet,
jedoch ist bei der Darstellung der F i g. 2 sein Schwingkreis herausgezeichnet.
Er besteht aus der Induktivität 1 a und der Kapazitätsdiode 1 b. Die Ausgangsspannung
des Oszillators wird auch hier dem Teiler 2 zugeführt, dessen Ausgangsspannung dem
Phasendiskriminator 4 eingegeben wird. Desgleichen wird die Ausgangsspannung des
Frequenznormals 3 diesem Phasendiskriminator 4 zugeführt. An den Phasendiskriminator
4 ist auch hier wiederum der Integrator 5 angeschlossen, dessen Ausgangsspannung
zur Variation der Größe der Kapazitätsdiode 1 b benutzt wird. Mit 6 ist die Stromversorgung
für den Teiler 2 und den Phasendiskriminator 4 bezeichnet. In die
Verbindungsleitungen zwischen Stromversorgung 6 und Teiler 2 bzw. Phasendiskriminator
4 sind Schalter 7a eingezeichnet, die von einem Schaltteil 7 periodisch zeitweise
geöffnet werden. Hierdurch werden der Teiler 2 und der Phasendiskriminator 4 zeitweise
außer Betrieb gesetzt. In den Zeiträumen, in dienen der Teiler 2 und der Phasendiskriminator
4 ausgeschaltet sind, wird die Frequenz des Oszillators 1 durch den Speicher 8 auf
dem benötigten Frequenzwert gehalten. In dem Speicher 8 ist nämlich die vor Abschaltung
des Teilers 2 und Phasendi,skriminators 4 vorhandene Ausgangsspannung des Integrators
5 .gespeichert. Die Induktivitäten 9 bewirken, daß der Speicher 8 dem Schwingkreis,
gebildet aus der Induktivität la und der Kapazitätsdiode l b, lediglich ;gleichstrommäßig
parallel liegt. In der Verbindungsleitung zwischen Integrator 5 und Speicher 8 ist
ebenfalls ein Schalter 7b eingezeichnet, der vorzugsweise als Relaisschalter ausgebildet
sein soll. Die Auftrennung mit Hilfe des Schalters 7b wird angewendet, um eine schnelle
Entladung des Speichers 8 zu verhindern. Der Schalter 7 b wird zusammen mit
den Schaltern 7 a durch das Schaltglied 7 betätigt.
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Wie bereits oben erwähnt, können die Zeiträume, in denen der Teiler
2 und der Phasendiskriminator 4
außer Betrieb gesetzt sind, dann groß gewählt
werden, wenn die Betriebsspannung des Oszillators 1
stabilisiert ist, seine
Wärmekapazität groß ,gewählt ist und schließlich sichergestellt ist, daß sich der
Kondensator 8 nur sehr langsam entladen kann.
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Es sei noch erwähnt, daß beim Einschalten der Anordnung ein in der
Zeichnung nicht dargestellter astabiler Multivibrator eingeschaltet wird, dessen
Ausgangsspannung über ein RC-Glied geführt wird und dazu benutzt wird, die Spannung
an der Kapazitätsdiode so lange zu erhöhen, bis sich die in der F i g. 2 dargestellte
Schaltungsanordnung gefangen hat. In diesem Zeitaugenblick wird der Multivibrator
abgeschaltet, und die Spannungsversorgung für die Kapazitätsdiode wird für den Phasendiskriminator
4 und den nachgeschalteten Integrator 5 übernommen. Gleichzeitig wird nun
das Schaltglied 7 eingeschaltet, das beispielsweise als astabiler Multivibrator
mit einem entsprechend gewählten Tastverhältnis ausgebildet ist.