DE1255736B

DE1255736B - Circuit for keeping the frequency of an oscillator constant

Info

Publication number: DE1255736B
Application number: DE1966T0030361
Authority: DE
Inventors: Hubert Trogus
Original assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Current assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Priority date: 1966-01-29
Filing date: 1966-01-29
Publication date: 1967-12-07

Description

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.Circuit for keeping the frequency of an oscillator constant. The invention relates to a circuit for keeping the frequency constant Adjustable oscillator frequencies. The circuit consists of an electronic Frequency divider with adjustable division ratio to which the output voltage of the Oscillator is fed, as well as a phase discriminator in which the frequency the output voltage of the divider with the frequency of the output voltage of a frequency standard is compared, the output voltage of the phase discriminator changing a reactance of the oscillator circuit in the sense of keeping the Oscillator frequency based on the division ratio and the frequency of the frequency standard specified frequency is used.

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.Such a circuit arrangement is shown in FIG. 1 of the drawing. The oscillator, the frequency of which is to be kept constant, is denoted by 1. Its output voltage is fed to a frequency divider 2. The frequency divider 2 divides the frequency of the oscillator 1 down so far that the output frequency of the frequency divider 2 is approximately equal to the frequency of the frequency standard 3. In the phase discriminator 4, the frequencies of the two voltages obtained at the frequency divider 2 and at the frequency standard 3 are compared with one another. Corresponding to the deviation of the frequency of the output voltage of the frequency divider 2 from the frequency of the frequency standard 3, a control voltage is output at the output of the phase discriminator 4, which is fed to the oscillator via the integrator 5. There the control voltage changes a reactance of the oscillator's resonant circuit. The frequency of the resonant circuit is changed until the two voltages fed to the phase discriminator 4 are of the same frequency. The frequency of the oscillator 1 can be changed by changing the division ratio of the frequency divider 2. The minimum distance of the with the in F i g. 1 illustrated arrangement of frequencies that can be generated is equal to the frequency of the frequency standard 3. The arrangement of FIG. 1 can therefore be used where a series of voltages is optionally required, the frequencies of which differ from one another by the frequency value of the frequency standard 3 or a multiple thereof. Arrangements according to FIG. 1 can be used, for example, in multichannel radio communication devices, with the arrangement of FIGS. 1 the channel frequencies are generated.

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.In the case of very small multichannel radiotelephones, the power consumption is of the entire train of recipients is often very low. For example, it is 100 mW. In contrast, when using an arrangement according to FIG. 1 for theirs Operation a power of, for example, about 1.5 W. This large one, for frequency processing required power requires a battery, the volume of which is in the order of magnitude of the volume of the radio.

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.The object on which the invention is based is to reduce the power consumption the arrangement of the F i g. 1 lower. When using the arrangement according to F i G. 1 for very small two-way radios, this means a strong reduction in the necessary battery volume, i.e. a significant reduction in the size of the device. Solved this task is achieved by the fact that in the arrangement of the F i g. 1 for the purpose of saving of DC power switching means are provided, which the frequency divider as well if necessary, temporarily put the phase discriminator out of operation that in on As is known, a memory is provided in which the phase discriminator generated output voltage is stored and that through this stored voltage largely the oscillator frequency for the time the divider is switched off is kept constant.

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.It should also be mentioned that from the magazine "Funk-Technik", 1964, Issue 7, p. 217, is known, the retuning voltage generated by an automatic retuning system for a receiver oscillator to store, so that the oscillator also with total disappearance is held at its target frequency for a short time. In the inventive Circuitry, such storage is also required.

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.The invention is based on the knowledge that, as already indicated above, a great deal of DC power is required in the divider. The relationship of Period in which the divider 2 and the phase discriminator 4 are out of operation, the period in which these circuits are switched on depends in particular on it whether the output voltage of the oscillator 1 is subject to rapid frequency fluctuations is. Rapid frequency fluctuations can be avoided by reducing the operating voltage of the oscillator 1 stabilized. Furthermore, one can see rapid frequency fluctuations prevent by giving the oscillator 1 a large heat capacity, what happens by placing it in a housing with a large heat capacity (copper) brings in. If these two prerequisites are met by appropriate measures, then the frequency of the oscillator remains constant over a longer period of time, even if there is no readjustment. So you can have the above-mentioned ratio the periods in which the regulation is ineffective or effective, if the enlarge the above-mentioned two measures. In practice it has been shown that a Ratio of about 10: 1 is completely sufficient, which means that the frequency of the Oscillator is only checked for storage every now and then, and readjustment of the oscillator also takes place only in very short periods of time. During the greatest Part of the operating time of the oscillator 1 is used to control the frequency of the oscillator does not require any power. This reduces the power consumption of the entire device falls sharply, and the required battery requirements are also correspondingly smaller.

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.It must be ensured that the stored output voltage of the phase discriminator remains largely constant during the time in which the divider and phase discriminator are out of operation. For this purpose, it has proven to be advantageous to disconnect the connecting line between the phase discriminator and the memory during the period in which the divider and the phase discriminator are out of operation. The separation can be brought about by the same switching means that also switch off the frequency divider 2 and the phase discriminator 4 . Their shutdown can be achieved, for example, by disconnecting the power supply. For the separation of the connection line between the phase discriminator and the memory, a relay is advantageously used which, in contrast to electronic switches, has no residual voltage when switched on, has no reverse current in the open state and also allows current to flow in both directions. When using a capacitance diode as the capacitance of the resonant circuit of the oscillator 1, a large capacitor can be used as a memory for the output voltage of the phase discriminator, which capacitor is connected in parallel with the capacitance diode in terms of direct current. The current through the capacitance diode is known to be very low, so that in this embodiment of the memory too, the discharge of the capacitor proceeds only very slowly. In addition, because of the large storage capacity, it is necessary to keep the internal resistance of the source effective for the capacitance diode, which is formed by the phase discriminator 4 and the integrator 5, small so that the build-up time when the device is switched on remains within acceptable limits.

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.In FIG. 2 shows an exemplary embodiment of the circuit arrangement according to the invention in principle. The oscillator is again denoted by 1, but in the illustration of FIG. 2 his oscillating circuit is drawn out. It consists of the inductance 1 a and the capacitance diode 1 b. Here too, the output voltage of the oscillator is fed to the divider 2, the output voltage of which is input to the phase discriminator 4. The output voltage of the frequency standard 3 is also fed to this phase discriminator 4. The integrator 5, whose output voltage is used to vary the size of the capacitance diode 1 b, is in turn connected to the phase discriminator 4. The power supply for the divider 2 and the phase discriminator 4 is denoted by 6. In the connecting lines between power supply 6 and divider 2 or phase discriminator 4, switches 7a are shown, which are periodically opened by a switching part 7. As a result, the divider 2 and the phase discriminator 4 are temporarily put out of operation. During the periods in which the divider 2 and the phase discriminator 4 are switched off, the frequency of the oscillator 1 is held by the memory 8 at the required frequency value. The output voltage of the integrator 5, which was present before the divider 2 and phase diaphragm 4 were switched off, is namely stored in the memory 8. The inductances 9 have the effect that the memory 8 is only parallel to the resonant circuit, formed from the inductance 1a and the capacitance diode 1b, in terms of direct current. In the connection line between integrator 5 and memory 8, a switch 7b is also shown, which should preferably be designed as a relay switch. The separation with the aid of the switch 7b is used in order to prevent the accumulator 8 from being discharged quickly. The switch 7 b is actuated by the switching element 7 together with the switches 7 a.

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.As already mentioned above, the time periods in which the divider 2 and the phase discriminator 4 are set out of operation can be selected to be large when the operating voltage of the oscillator 1 is stabilized, its heat capacity is large, and it is finally ensured that the capacitor 8 can only discharge very slowly.

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.It should also be mentioned that when the arrangement is switched on, an astable multivibrator, not shown in the drawing, is switched on, the output voltage of which is passed via an RC element and is used to increase the voltage on the capacitance diode until the in the F i g. 2 shown circuit arrangement has caught. At this instant in time, the multivibrator is switched off and the voltage supply for the capacitance diode is taken over for the phase discriminator 4 and the downstream integrator 5. At the same time, the switching element 7 is now switched on, which is designed, for example, as an astable multivibrator with a correspondingly selected pulse duty factor.

Claims

Claims: 1. Circuit for keeping the frequency of a Oscillator adjustable to different frequencies, consisting of an electronic Frequency divider with adjustable division ratio to which the output voltage of the Oscillator is fed to a phase discriminator in which the Frequency of the output voltage of the divider with the frequency of the output voltage a frequency standard is compared, the output voltage of the phase discriminator to change a reactance of the oscillator circuit in the sense of keeping it constant the oscillator frequency on the by the division ratio as well as the frequency of the Frequency standard is used as a fixed frequency, which is identified by that switching means are provided to save direct current power in the circuit are the frequency divider and possibly the phase discriminator temporarily preferably periodically shut down that in a known manner Memory is provided in which the output voltage generated by the phase discriminator is stored, with the oscillator frequency through this stored voltage is kept largely constant for the time the divider is switched off.

2. Circuit according to claim 1, characterized in that the supply voltage is stabilized for the oscillator in a known manner.

3rd circuit after Claim 1 or 2, characterized in that the oscillator has a large heat capacity having.

4. Circuit according to one of claims 1 to 3, characterized in that that switching means are also provided, which establish the connection between the phase discriminator and interrupt memory when switching off the divider and, if necessary, the other parts.

5. A circuit according to claim 4, characterized in that for the interruption a relay is used on the connection line.

6. Circuit according to one of the claims 1 to 5, with a capacitance diode as a variable reactance in the oscillator is provided, characterized in that as a memory for the output voltage a capacitor is provided and that this is DC-wise parallel to the capacitance diode is switched.

7. Circuit according to one of claims 1 to 6, characterized in that that to switch off the frequency divider, etc. and possibly to disconnect the Connection between phase discriminator and memory is an astable multivibrator is provided with appropriately selected time constants. Considered publications: "Funk-Technik", issue 7, 1964, p. 217.