DE1260523B - Schaltungsanordnung zur Phasensynchronisation einer Rechteckspannung mit einer steuernden Wechselspannung - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CI.:

H03b

Deutsche KL: 21 al - 35/12

Nummer: 1260 523

Aktenzeichen: S 82228 VIII a/21 al

Anmeldetag: 29. Oktober 1962

Auslegetag: 8. Februar 1968

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Phasensynchronisation einer über eine Reihenschaltung mehrerer binärer Teilerstufen von einer Spannung höherer Frequenz abgeleiteten Rechteckspannung mit einer steuernden Wechselspannung, bei der die Teilerstufen bei einem Phasenvorlauf der Rechteckspannung gegenüber der steuernden Wechselspannung vorübergehend stillgesetzt, bei einem Nachlauf zusätzlich gekippt werden, so daß eine Phasenkorrektur eintritt. *°

Bei einer bekannten Schaltung dieser Art wird eine stufenweise Verringerung des Phasenunterschiedes beider Spannungen von Periode zu Periode der über die binären Teilerstufen abgeleiteten Spannung vorgenommen, was jedoch in vielen Fällen zu einer unzulässig langen Regelzeit führt.

Bei einer anderen bekannten Schaltung zur Phasensynchronisation einer ersten, über frequenzteilende Mittel von einem Impulsgenerator abgeleitete Impulsfolge mit einer zweiten Impulsfolge werden die Teiler ebenfalls als Stellglied benutzt. Hierbei sind frei laufende Multivibratoren als Teilerstufen vorgesehen, die durch einen von der steuernden Impulsfolge abgeleiteten Stellimpuls derart beeinflußt werden, daß ihre Betriebsspannung stark abgesenkt wird, so daß sich ihre Teilerverhältnisse entsprechend ändern. Die Genauigkeit eines solchen analogen Regelvorgangs ist jedoch begrenzt, da sie von den Toleranzen der verwendeten Bauelemente abhängt.

Weiterhin ist es bekannt, zwei Wechselspannungen miteinander in der Phase zu synchronisieren, indem ein Phasenvergleich zwischen beiden Spannungen in der Weise vorgenommen wird, daß eine von der Größe und dem Vorzeichen der Phasendifferenz abhängige Gleichspannung entsteht, die in an sich bekannter Weise dazu verwendet wird, um den die einzustellende Wechselspannung erzeugenden Generator in seiner Frequenz entsprechend zu korrigieren. Dies wird beispielsweise durch eine von der genannten Gleichspannung gesteuerte Einstellung eines veränderbaren Nachstimmkondensators im frequenzbestimmenden Kreis des Generators erreicht. Hierbei ist es z. B. infolge der durch den begrenzten Nachziehbereich des Senders gegebenen Begrenzung der einstellbaren Frequenzänderung im allgemeinen nicht möglich, kurze Synchronisationszeiten zu erreichen, insbesondere, wenn es sich um relativ niederfrequente Wechselspannungen handelt und andererseits zufällig eine maximale Phasenverschiebung zwischen beiden Wechselspannungen von 180° vorliegt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zur Phasensynchronisation Schaltungsanordnung zur Phasensynchronisation einer Rechteckspannung mit einer steuernden
Wechselspannung

Anmelder:

Siemens Aktiengesellschaft,

Berlin und München,

8000 München 2, Witteisbacherplatz 2

Als Erfinder benannt:

Frido Weißker, 8032 Gräfelfing

einer Rechteckspannung mit einer steuernden Wechselspannung zu schaffen, bei der eine digitale Regelung mit großer, vorgegebener Genauigkeit und in einer extrem kurzen Regelzeit erfolgt. Dies wird ausgehend von einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß ein von einer Bezugsflanke der steuernden Wechselspannung abgeleiteter Stellimpuls über ein vom Ausgang der letzten Teilerstufe steuerbares, während der Nachlaufphase der Rechteckspannung geöffnetes Gatter jeweils dem einen Eingang sämtlicher Teilerstufen, mit Ausnahme des letzten, gemeinsam zugeführt wird und daß jeder einzelnen Teilerstufe, mit Ausnahme der letzten, eine Torschaltung vorgeschaltet ist, die jeweils für das Zeitintervall zwischen dem Auftreten des Stellimpulses und des nächstfolgenden, vom Ausgang der vorhergehenden Teilerstufe abgeleiteten Impulses sperrbar ist, wobei das Sperrkriterium jeweils sowohl ein vom Ausgang der zugeordneten Teilerstufe steuerbares Gatter als auch ein weiteres, vom Ausgang der letzten Teilerstufe steuerbares, während der Vorlaufphase der Rechteckspannung geöffnetes Gatter durchläuft.

Ein wesentlicher Vorteil der Schaltungsanordnung nach der Erfindung gegenüber den bekannten Schaltungen gleicher Art besteht darin, daß die optimal erreichbare Phasenkorrektur durch mehrere von einem Stellimpuls ausgelöste Schaltvorgänge in den binären Teilerstufen erfolgt, die praktisch zeitlich zusammenfallen. Somit ergibt sich nach der Erfindung eine extrem kurze Regelzeit, wobei die Genauigkeit der Phasensynchronisation durch die Anzahl der binären Teilerstufen vorgegeben werden kann. Dabei wird in Abhängigkeit von der Größe der jeweiligen Phasenverschiebung eine Auswahl derjenigen Teilerstufen getroffen, die bei einem Phasenvorlauf der

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Rechteckspannung vorübergehend gesperrt und bei gangen einerseits mit den ersten Eingängen der Sperreinem Nachlauf zusätzlich gekippt werden. Diese gatter zusammengeschaltet sind und andererseits mit Auswahl wird mittels einer Steuerschaltung getroffen, den Ausgängen weiterer Sperrgatter 11, 12, 13 verzu der auch die Teilerstufen selbst zu rechnen sind, bunden sind. Diese Sperrgatter sind mittels der an so daß sich der Aufwand für die erforderlichen Aus- 5 ihren Steuereingängen anliegenden, von den Ausgänwahlschaltungen insoweit verringert. gen der zugeordneten Teilerstufen Tl, Tl und Γ3

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung besteht abgegriffenen Spannungen sperrbar, während ihre die steuernde Wechselspannung aus einer phasen- anderen Eingänge gemeinsam an den Ausgang eines modulierten, insbesondere periodisch phasenmodu- Sperrgatters 14 geschaltet sind. Weiterhin sind die lierten Spannung, die zur Übertragung einer Infor- io einen Eingänge der binären Teilerstufen Tl, T2 und mation (Meßinformation) dient, wobei zu einem vor- T 3 gemeinsam an den Ausgang eines Sperrgatters 15 gegebenen Zeitpunkt, insbesondere jeweils zum glei- geschaltet. Die Steuereingänge der Sperrgatter 14 und chen Zeitpunkt innerhalb jeder Modulationsperiode, 15 sind mit den beiden Ausgängen der Teilerstufe Γ 4 ein Stellimpuls abgeleitet wird. Mit besonderem Vor- verbunden, während die zweiten Eingänge gemeinsam teil wird die Schaltungsanordnung nach der Erfindung 15 an einen Umschalter 16 angeschlossen sind, zur Phasensynchronisation der empfangsseitigen, Die steuernde Wechselspannung wird durch einen

demodulierten Signalspannung einer nach dem be- Sinusgenerator 17 erzeugt und über einen Impulskannten Nyquist-Verfahren zur Gruppenlaufzeitmes- former und Frequenzteiler 18 derart umgeformt und sung eines Vierpols dienenden, niederfrequent modu- in der Frequenz herabgesetzt, daß an der Klemme 19 lierten Trägerschwingung mit einer empfangsseitig 20 ein mit 20 bezeichneter Recheckspannungszug mit erzeugten, niederfrequenten Vergleichsspannung ver- einer dem Spannungszug 4 entsprechenden Frequenz wendet, wobei der Stellimpuls von der Signalspan- auftritt. Die Klemme 19 ist hierbei über ein Differennung bei einem einstellbaren, vorgegebenen Wert der zierglied 21 mit dem einen Eingang einer bistabilen Trägerfrequenz abgeleitet wird. Kippstufe 22 verbunden, deren anderer Eingang an

Weitere Merkmale und Vorteile der Schaltungs- 25 eine Spannungsvergleichsschaltung 23 geschaltet ist, anordnung nach der Erfindung werden an Hand der Der Ausgang der Kippstufe 22 ist über ein weiteres nachfolgenden Beschreibung der in der Zeichnung Differenzierglied 24 mit dem einen Kontakt 25 des dargestellten, bevorzugten Ausführungsbeispiele Umschalters 16 verbunden, während der Ausgang des näher erläutert. Differenziergliedes 21 direkt an einen zweiten Kon-

F i g. 1 stellt dabei ein bevorzugtes Ausführungs- 30 takt 26 des Umschalters geführt ist. beispiel der Schaltungsanordnung nach der Erfindung Zur Erklärung der Wirkungsweise der in F i g. 1

dar, während dargestellten Schaltung sei zunächst auf die Fig. 2

Fig. 2 und 3 Zeitdiagramme der an den Ausgän- und 3 verwiesen, welche Zeitdiagramme der an den gen der einzelnen binären Teilerstufen auftretenden Ausgängen der binären Teilerstufen Tl, T2, T3 und Spannungen angeben; 35 Γ4 auftretenden Spannungszüge darstellen. Die Aus-

F i g. 4 zeigt ein bevorzugtes Anwendungsbeispiel gangsspannungen schwanken jeweils zwischen zwei zur intermittierenden Phasensynchronisation der Amplitudenwerten, die mit Null (Bezugspotential) demodulierten Signalspannung einer zur Laufzeit- und mit U bezeichnet sind. Die Ausgangsspannung messung dienenden, niederfrequent modulierten Trä- von Γ4 entspricht hierbei dem in Fig. 1 mit 4 begerschwingung mit einer Vergleichsspannung. 40 zeichneten Spannungszug. Die Erfindung geht nun

Bei dem in F i g. 1 dargestellten Ausführungsbei- von der Erkenntnis aus, daß eine zusätzliche Umspiel wird die in der Phase einzustellende Wechsel- schaltung, der Kippstufe Tl die verschiedenen Spanspannung von einem Sinusgenerator 1 erzeugt und nungszüge und insbesondere auch die Ausgangsspanüber einen Impulsformer 2 geführt, welcher die Gene- nung von Γ4 im Sinne einer Phasenverschiebung um ratorausgangsspannung in eine Rechteckspannung 45 eine halbe Periodenlänge der Ausgangsspannung von umformt. An diesen letzteren schließen sich binäre Tl nach links beeinflußt (Fig. 2). Betrachtet man Teiler stuf en Γ1, T 2, Γ 3 und Γ 4 an, welche als bi- die Orientierung der eingezeichneten Zeitachse t, so stabile Kippschaltungen (Flip-Flop) ausgebildet sind bedeutet diese Phasenverschiebung einen zeitlichen und jeweils die Frequenz der ihren Eingängen züge- Vorlauf um eine halbe Periodendauer der Ausgangsführten Spannungen um die Hälfte herabsetzen. An 50 spannung von Γ1. Für eine derartige zusätzliche Umder Ausgangsklemme 3 tritt dann der mit 4 bezeich- schaltung der bmären Teilerstufe Tl zum Zeitpunkt nete Rechteckspannungszug auf. Sämtlichen bmären ti sind die sich ergebenden Spannungskurven ge-Teilerstufen, mit Ausnahme der letzten Stufe Γ 4, sind strichelt in F i g. 2 eingezeichnet. Entsprechend ergibt jeweils Torschaltungen 5, 6 und 7 vorgeschaltet, eine Umschaltung der Teilerstufe Γ 2 eine gleichweiche innerhalb bestimmter zeitlicher Intervalle für 55 sinnige Phasenverschiebung um den doppelten Bedie durchlaufenden Zählimpulse gesperrt werden trag, eine Umschaltung der Teilerstufe Γ 3 eine Phakönnen. Bei dem dargestellten Schaltungsbeispiel sind senverschiebung um den vierfachen Betrag. Werden diese Torschaltungen als Sperrgatter ausgebildet, mehrere Teilerstufen zugleich umgeschaltet, so ergibt deren ersten Eingängen jeweils die Ausgangsspan- sich für die Ausgangsspannung von Γ 4 jeweils die nung des Impulsformers 2 bzw. die Ausgangsspan- 60 Summe sämtlicher einzelner Phasenverschiebungen, nung der vorhergehenden Teilerstufe zugeführt wird, Wird demgegenüber die Teilerstufe ΓΙ für einen

während ihren zweiten Eingängen Steuerspannungen Zählimpuls gesperrt, so daß ihre Umschaltung einmal zugeführt werden, welche die Sperrung des Gatters unterdrückt wird, so ergibt sich gemäß Fig. 3 eine bewirken. Ihre Ausgänge sind dabei jeweils mit den Beeinflussung aller Ausgangsspannungen und insbe-Eingängen der zugeordneten Teilerstuf en T1, T 2 und 65 sondere auch der Ausgangsspannung von Γ 4 im Γ 3 verbunden. Ihre sperrende Steuerspannung erhal- Sinne einer Phasenverschiebung um eine halbe ten die Sperrgatter von den Ausgängen zugeordneter Periodenlänge der Ausgangsspannung von Tl nach bistabiler Kippschaltungen 8, 9 und 10, deren Ein- rechts. Entsprechend der Orientierung der Zeitachse t

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bedeutet diese Phasenverschiebung einen zeitlichen tive Impulse weitergegeben werden, welche mit der Nachlauf um eine halbe Periodendauer der Aus- Vorderflanke der einzelnen Rechteckimpulse des gangsspannung von Tl. Für eine derartige Sperrung Spannungszuges 20 zeitlich zusammenfallen. Wird der Teilerstufe Tl, welche im Zeitpunkt ti' beginnt, der Kontakt 26 mittels des Umschalters 16 geschlossind die sich ergebenden, phasenverschobenen Span- 5 sen, so werden von den Vorderflanken sämtlicher nungskurven in F i g. 3 gestrichelt eingetragen. Eine Rechteckimpulse des Spannungszuges 20 Stellimpulse entsprechende Sperrung der Teilerstufe Γ 2 für einen 27 abgeleitet. Wird dagegen der Kontakt 25 geschlos-Zählimpuls bedeutet eine gleichsinnige Phasenver- sen, so wird nur ein einzelner, aus der Reihe der über Schiebung um den doppelten Betrag, eine Sperrung das Differenzierglied abgeleiteten Impulse als Stellvon Γ 3 eine Phasenverschiebung um den vierfachen io impuls 27 weitergegeben. In dem letzteren Fall beBetrag. Werden mehrere Teilerstufen gesperrt, so wirkt ein Befehlsimpuls 28, der der bistabilen Kippergibt sich für die Ausgangsspannung von T 4 jeweils schaltung zugeführt wird und diese aus ihrer Ruhedie Summe sämtlicher einzelner Phasenverschiebun- lage kippt, daß der nächstfolgende, über das Diffegen. renzierglied 21 abgeleitete Impuls die Kippschaltung

Es ist hiernach möglich, durch eine zusätzliche 15 22 wieder zurückkippt, wodurch über das Differen-Umschaltung einzelner oder mehrerer Teilerstufen zierglied 24 ein positiver Impuls als einzelner Stellgleichzeitig eine Phasenverschiebung der Ausgangs- impuls 27 weitergegeben wird. Der genannte Befehlsspannung von Γ 4 um einen, zwei oder vier Einheits- impuls 28 kann z. B. aus einem Ausgangsimpuls der schritte oder eine beliebige Summe hiervon im Sinne Spannungsvergleichsschaltung 23 bestehen, welcher eines Phasenvorlaufes zu erreichen, wobei der Ein- 20 bei Amplitudengleichheit einer dem einen Eingang heitsschritt der halben Periodendauer der Ausgangs- zugeführten Dreiecksspannung 29 mit einer dem anspannung von Tl entspricht. Für die Sperrung ein- deren Eingang zugeführten Gleichspannung 30 einzelner oder mehrerer Teilerstufen gleichzeitig er- stellbarer Größe gebildet wird. Wird hierbei eine geben sich analoge Phasenverschiebungen der Aus- periodische Dreieckspannung 29 vorgesehen, so ergangsspannung im Sinne eines Phasennachlaufes. 25 g^ibt sich eine Reihe von Befehlsimpulsen 28, welche Nimmt man die zum Zeitpunkt iO auftretende Flanke periodische Stellimpulse 27 mit einer durch die Größe der unbeeinflußten Ausgangsspannung von T 4 als der eingestellten Gleichspannung 30 gegebenen Pe-Bezugsflanke an, so kann eine annähernde phasen- riode auslösen.

mäßige Einstellung dieser Bezugsflanke auf einen Jeder Stellimpuls 27 wird nun in Abhängigkeit von zeitlich verschobenen Stellimpuls durch die beschrie- 30 seiner zeitlichen Verschiebung zu einer Bezugsflanke benen Umschalte- bzw. Sperrmaßnahmen erzielt wer- des Spannungszuges 4 jeweils denjenigen binären Teiden. Tritt beispielsweise zum Zeitpunkt ti (Fig. 2) lerstufen zugeführt, welche einerseits durch eine zuein Stellimpuls auf, so ergibt eine zusätzliche Um- sätzliche Umschaltung oder andererseits durch eine schaltung von Tl eine Verschiebung der Bezugs- Sperrung für jeweils einen Zählimpuls eine Phasenflanke um Δ1 (ein Einheitsschritt). Beim Auftreten 35 verschiebung der Bezugsflanke auf diesen Stellimpuls eines Stellimpulses zum Zeitpunkt ti bewirkt eine bewirken. Die Umschaltung bzw. Sperrung der einzusätzliche Umschaltung der Teilerstufe T 3 eine Ver- zelnen Teilerstufen wird dabei durch den Stellimpuls Schiebung um Δ 2 (vier Einheitsschritte). Zur Einstel- 27 selbst bewirkt, während die von der Größe der lung der Bezugsflanke auf einen zum Zeitpunkt t3 zeitlichen Verschiebung des Stellimpulses gegenüber erscheinenden Stellimpuls wird eine Umschaltung der 40 der Bezugsflanke abhängige Auswahl der jeweils zu Teilerstufen Tl, T2 und Γ3 vorgenommen, wodurch beeinflussenden Teilerstufen sowie die von dem Vereine Verschiebung um Δ 3 (sieben Einheitsschritte) schiebungssinn (Vorlauf oder Nachlauf) abhängige bewirkt wird. Bei einem zeitlichen Nachlaufen des Beeinflussungsart (Umschaltung oder Sperrung) bei Stellimpulses gegenüber der Bezugsflanke t0 kann dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 in folgender diese durch Sperrung einzelner oder mehrerer Teiler- 45 Weise festgelegt wird:

stufen phasenmäßig annähernd auf ihn eingestellt Zunächst erfolgt mittels der Sperrgatter 14 und 15 werden. Tritt ein nachlaufender Stellimpuls z. B. zu die Wahl der Beeinflussungsart in Abhängigkeit vom den Zeitpunkten ti', ti' oder t3' auf (Fig. 3), so er- Verschiebungssinn des Stellimpulses. Dies geschieht folgt eine phasenmäßige Einstellung der Bezugsflanke in der Weise, daß beide Sperrgatter von einem Ausjeweils durch Sperrung der Teilerstufe Tl (Verschie- 50 gang der Teilerstufe T 4 gegensinnig gesteuert werbung um ΔΓ, ein Einheitsschritt), der Teilerstufen den. Wie ein Vergleich mit den F i g. 2 und 3 zeigt, Tl und Γ 3 (Verschiebung um Δ 2', fünf Einheits- tritt in der zeitlich vor der Bezugsflanke i0 liegenden, schritte) oder der Teilerstufen Tl, T2 und Ti (Ver- den Vorlauf definierenden Halbperiode der Ausschiebung um Δ 3', sieben Einheitschritte). Da die be- gangsspannung von T4 an der Ausgansklemme 3 der schriebene phasenmäßige Einstellung der Bezugs- 55 Spannungswert Null auf, so daß am Sperreingang des flanke auf einen zeitlich verschobenen Stellimpuls je- Sperrgatters 15 keine Sperrspannung anliegt. Gleichweils nur in ganzen Einheitsschritten erfolgt, bleibt zeitig führt der andere Ausgang der Teilerstufe Γ 4 eine Phasendifferenz nach erfolgter Einstellung be- Spannung, so daß der Sperreingang von 14 unter dem stehen, die jedoch nicht größer als ein Einheitsschritt, Einfluß einer Sperrspannung steht. Somit ist innerd. h. also eine halbe Periodendauer der Ausgangs- 60 halb der den Vorlauf charakterisierenden Halbspannung von der ersten Teilerstufe Tl, ist. periode der Ausgangsspannung von T 4 das Sperr-

Bei dem in F i g. 1 dargestellten Schaltungsbeispiel gatter 15 geöffnet, das Sperrgatter 14 dagegen gewerden einzelne oder mehrere Stellimpulse 27, auf sperrt. Für die den Nachlauf definierende Halbweiche eine Bezugsflanke des Spannungszuges 4 pha- periode gelten hierbei die umgekehrten Bedingungen, senmäßig eingestellt werden soll, aus dem Span- 65 Am Ausgang des Sperrgatters 15 treten also lediglich nungszug 20 mittels der Differenzierschaltung 21 ab- zeitlich vorlaufende Stellimpulse 27 auf, am Ausgang geleitet. Die in F i g. 1 angedeutete Ausbildung des des Sperrgatters 14 lediglich zeitlich nachlaufende. Differenziergliedes 21 bewirkt hierbei, daß nur posi- Die Auswahl unter den einzelnen Teilerstufen Tl,

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Γ 2 und Γ 3 zur Erzielung der gewünschten Phasen- dargestellten Teilerstufen noch weitere vorgesehen, verschiebung wird nun so getroffen, daß jeweils jene so wird der bei der Einstellung verbleibende Rest-Teilerstufen beim Vorlauf des Stellimpulses zusatz- fehler im Verhältnis zur Periode der Ausgangsspanlich umgeschaltet werden, welche zum Zeitpunkt des nung der gesamten binären Teilerkette mit wachsen-Auftretens des Stellimpulses ti, ti oder i3 gerade 5 der Anzahl der Teilerstufen jeweils kleiner. Werden eine Ausgangsspannung U aufweisen (F i g. 2). In beispielsweise η Teilerstufen vorgesehen, so beträgt Fig. 1 können daher die vorlaufenden Stellimpulse _{der Restfehler weni als} 1 . _{t wenn mit t die} gemeinsam den unteren Eingängen der einzelnen Tei- ° 2« "'
lerstufen Tl, T2 und Γ3 zugeführt werden, da hier- Periodendauer der Ausgangsspannung der letzten durch automatisch jeweils nur eine Umschaltung io Teilerstufe bezeichnet wird.

jener Teilerstufen bewirkt wird, die gerade an ihrem In Abwandlung der in F i g. 1 dargestellten Schaloberen Ausgang eine Spannung U abgeben. Jeweils tungsanordnung ist es selbstverständlich auch mögdie gleichen Teilerstufen müssen in Abhängigkeit von lieh, die dargestellten Sperrgatter, z. B. bei einer Ander Größe der zeitlichen Verschiebung des Stellim- schaltung der Steuereingänge an die jeweils anderen pulses auch bei einem zeitlichen Nachlauf des letzte- 15 Ausgänge der zugeordneten bistabilen Kippschaltunren gesperrt werden. Dies geschieht zweckmäßig in gen, durch Koinzidenzgatter zu ersetzen, welche nur der Weise, daß die nachlaufenden Stellimpulse über dann geöffnet sind, falls am Steuereingang eine Sperrgatter 11, 12 und 13 laufen, welche jeweils für Steuerspannung anliegt.

diejenigen Teilerstufen, die durch die vorlaufenden Für den Fall, daß die Frequenz des Sinusgenera-Stellimpulse umschaltbar sind, gerade geöffnet sind. 20 tors 1 und damit die Folgefrequenz der einzustellen-Betrachtet man statt eines vorlaufenden Stellimpulses den Wechselspannung kleiner gewählt ist als die Freeinen nachlaufenden (Fig. 3) mit der gleichen Pha- quenz des Sinusgenerators 17 und damit die Frequenz sendifferenz gegenüber der Bezugsflanke tO, so er- der steuernden Wechselspannung, kann die sperrende kennt man, daß in diesem Fall die Spannungsverhält- Beeinflussung der Teilerstufen unterbleiben, da jenisse an den Ausgängen der Teilerstufen umgekehrt 25 weils nur ein Vorlauf der Stellimpulse 27 möglich ist. liegen. Jene Teilerstufen, die beim vorlaufenden Stell- Hierbei entfallen die in F i g. 1 mit 5 bis 14 bezeichimpuls eine Ausgangsspannung U abgeben, weisen neten Schaltungseinheiten.

beim Auftreten eines entsprechend phasenverschobe- In Fig. 4 ist ein bevorzugtes Anwendungsbeispiel nen nachlaufenden Stellimpulses die Ausgangsspan- der Schaltungsanordnung nach der Erfindung dargenung Null auf. Sollen also die gleichen Teilerstufen 30 stellt. Hierbei sind die der Fig. 1 nach Aufbau und beim Nachlaufen des Stellimpulses jeweils gesperrt Wirkungsweise entsprechenden Schaltungseinheiten werden, so muß das von dem Stellimpuls zu durch- mit den gleichen Bezugziffern versehen. Der Kontakt laufende Sperrgatter 11, 12 oder 13 jeweils dann ge- 26 nach Fig. 1 ist hierbei weggelassen, da der Umöffnet sein, wenn die Ausgangsspannung der züge- schalter 16 lediglich bei geschlossenem Kontakt 25 ordneten Teilerstufe jeweils Null beträgt. Dies wird 35 _VOn Bedeutung ist. Die von dem Sinusgenerator 17 in vorteilhafter Weise dadurch erreicht, daß die Aus- erzeugte, über einen Impulsformer und Frequenzteiler gangsspannung der betreffenden Teilerstufe als 18 abgeleitete, steuernde Wechselspannung wird bei Steuerspannung dem Sperreingang des jeweils züge- diesem Anwendungsbeispiel dazu benutzt, um die ordneten Sperrgatters 11, 12 oder 13 zugeführt wird. Gruppenlaufzeit eines Vierpols X zu messen. Zu die-Hierdurch wird erreicht, daß die Sperrgatter 11, 12 40 _sem Zweck wird vorzugsweise mittels eines Tief- und 13 jener Teilerstufen Tl, Tl und T3, die in Ab- " passes 31 die sinusförmige Grundschwingung der von hängigkeit von der zeitlichen Verschiebung eines vor- 18 abgegebenen Rechteckschwingung ausgesiebt und laufenden ,Stellimpulses von diesem umgeschaltet als Signalspannung einem Modulator 32 zugeführt, werden, für einen nachlaufenden Stellimpuls gleicher dessen anderem Eingang eine frequenzvariable Trä-Phasenverschiebung gerade geöffnet sind. Die über 45 gerschwingung 33 mitgeteilt wird. Diese Trägerdie Sperrgatter 11, 12 und 13 gelangenden Stell- schwingung ist einer stetigen und periodischen Freimpulse werden sodann den einen Eingängen der bi- quenzänderung innerhalb eines für den Vierpol X stabilen Kippschaltungen 8, 9 und 10 zugeführt und festgelegten Frequenzbereiches unterworfen (gewobbewirken jeweils ein Umkippen in jene Lage, in wel- belt). Die am Ausgang des Modulators 32 auftrecher eine Ausgangsspannung an die Sperreingänge 50 tende, modulierte Trägerschwingung wird nach dem der Sperrgatter 5, 6 und 7 abgegeben wird. Beim Auf- Durchlaufen des Vierpols X in einem Demodulator treten dieser Ausgangsspannungen werden die letzte- 34 demoduliert, so daß am Ausgang 36 sowohl die ren Sperrgatter automatisch so lange gesperrt, bis der demodulierte Signalspannung als auch die die Frenächste Zählimpuls, der die Kippschaltungen 8, 9 quenzvariation der Trägerschwingung 33 bewirkende und 10 jeweils wieder in die andere Lage umschaltet, 55 Wobbeispannung auftreten. Die demodulierte Signaldie Ausgangsspannung wieder unterbricht. Die Sper- spannung wird nun mittels eines Hochpasses 37 ausrung der Sperrgatter 5, 6 und 7 dauert demnach je- gesiebt, die Wobbeispannung mittels eines Tiefpasses weils vom Auftreten eines nachlaufenden Stellim- 38. An den Ausgang des Hochpasses 37 schließt sich pulses bis zum Eintreffen des nächstfolgenden Zähl- ein Amplitudenbegrenzer 39 an, der die demoduimpulses an, wobei dieser Zählimpuls selbst noch 60 lierte, sinusförmige Signalspannung wieder in eine nicht über das gesperrte Gatter übertragen wird. Rechteckspannung 20 umformt, die als steuernde Durch die beschriebene Beeinflussung der einzel- Wechselspannung an der Klemme 19 entsprechend nen Teilerstufen Tl, Tl und Γ3 wird erreicht, daß Fig. 1 anliegt. Die über den Tiefpaß38 ausgesiebte eine Bezugsflanke der einzustellenden Spannung 4 auf Wobbeispannung tritt an der Klemme 40 als perioeinen Stellimpuls 27 erfolgt, wobei diese Einstellung 65 dische Sägezahnspannung 29 auf und wird nun dem unterhalb eines gewissen Restfehlers bleibt, der durch einen Eingang der Spannungsvergleichsschaltung 23 die halbe Periodendauer der Ausgangsspannung der zugeführt. Je nach der eingestellten Amplitude der ersten Teilerstufe Tl gegeben ist. Werden neben den Gleichspannung 30 entstehen jeweils bei Amplituden-

gleichheit der Spannungen 30 und 29 Befehlsimpulse 28, die die Ableitung jeweils eines Stellimpulses 27 aus der Reihe der über das Differenzierglied 21 abgeleiteten Impulse in der an Hand von Fig. 1 erläuterten Weise bewirken. Die zeitliche Lage dieser Stellimpulse innerhalb der Periode der Sägezahnspannung 29 ist dabei durch die eingestellte Amplitude der Gleichspannung 30 bestimmt. Da die Sägezahnspannung 29 andererseits mit dem Momentanwert ihrer Amplitude jeweils einen bestimmten Momentanwert der Frequenz der Trägerschwingung 33 festlegt, erfolgt die Bildung der Befehlsimpulse 28 und damit auch die Ableitung der Stellimpulse 27 jeweils bei einer festen, durch die Amplitude der einstellbaren Gleichspannung vorgegebenen Frequenz der Trägerschwingung 33. Wie in Fig. 4 angedeutet ist, erfolgt beim Auftreten eines Stellimpulses 27 eine Phaseneinstellung der Bezugsfianke der Spannung 4 auf diesen Stellimpuls, der zeitlich mit der Vorderflanke eines Rechteckimpulses der Spannung 20 zusammen- ao fällt.

Hierbei ist zu beachten, daß bei diesem Anwendungsbeispiel die Rechteckspannung 20, die durch Umformung aus der am Ausgang 36 auftretenden demodulierten Signalspannung entsteht, eine Phasenmodulation enthält, die durch die Laufzeiteigenschaften des Vierpols X in Abhängigkeit von dem jeweiligen Momentanwert der Trägerfrequenz der gewobbelten Trägerschwingung 33 auftritt. Wird nun bei einem bestimmten Amplitudenwert der Spannung 29 und damit bei einem festen vorgegebenen Wert der Trägerfrequenz ein Stellimpuls abgeleitet, so erfolgt damit eine intermittierende Phasensynchronisation der einzustellenden Spannung 4 auf die an sich phasenmodulierte, steuernde Spannung 20 jeweils beim Auftreten einer festen, vorgegebenen Frequenz der Trägerschwingung 33.

Damit wird jedoch für die auszuwertende, phasenmodulierte Spannung 20 eine intermittierende synchronisierte Vergleichsspannung 4 geschaffen, die zusammen mit ihr einem Phasenvergleich unterworfen werden kann, bei welchem eine von der Phasendifferenz beider Spannungen abhängige, die Phasenmodulation auswertende Gleichspannung gebildet wird. Dies geschieht in der Phasenvergleichsschaltung 41, deren Eingänge an die Klemmen 3 und 19 geschaltet sind. Die Vergleichsspannung 4 wird dabei jeweils einmal in jeder Periode der Wobbeispannung 29 bzw. in jeder Modulationsperiode der Spannung 20 einmal mit der letzteren phasenmäßig synchronisiert, so daß ein bestimmter Bezugswert für die die Phasenunterschiede beider Spannungen auswertende, am Ausgang der Phasenvergleichsschaltung 41 auftretenden Gleichspannung festgelegt wird. Zweckmäßigerweise wird durch möglichst weitgehende Stabilisierung, z. B. durch Anwendung einer Quarzsteuerung, die Frequenz des Generators 1 konstant gehalten, so daß keine ungewollten Phasenverschiebungen der Vergleichsspannung 4 auftreten können, welche den Phasenvergleich der Spannungen 20 und 4 verfälsehen würden. Um weitere unerwünschte Phasenmodulationen der Spannung 20 auszuschalten, ist es auch zweckmäßig, den Generator 17 in seiner Ausgangsfrequenz zu stabilisieren.

Zur Anzeige der Phasendifferenz zwischen den Spannungen 20 und 4 dient zweckmäßigerweise eine Kathodenstrahlröhre 42, deren einem Ablenksystem die Ausgangsspannung der Phasenvergleichsschaltung nach dem Durchlaufen eines Verstärkers 43 zugeführt wird und deren anderes Ablenksystem von der Sägezahnspannung 29 beeinflußt wird. Die Phasendifferenz der Spannung 20 gegenüber der Vergleichsspannung 4 stellt hierbei ein Maß für die Gruppenlaufzeit der Vierpols X in Abhängigkeit von der Frequenz der Trägerschwingung 33 dar. Die auf dem Bildschirm der Kathodenstrahlröhre 42 beschriebene Kurve 44 gibt somit die Gruppenlaufzeitcharakteristik des Vierpols Z innerhalb des durch die Frequenzvariation der Trägerschwingung 33 gegebenen Frequenzbereiches an.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Phasensynchronisation einer über eine Reihenschaltung mehrerer binärer Teilerstufen von einer Spannung höherer Frequenz abgeleiteten Rechteckspannung mit einer steuernden Wechselspannung, bei der die Teilerstufen bei einem Phasenvorlauf der Rechteckspannung gegenüber der steuernden Wechselspannung vorübergehend stillgesetzt, bei einem Nachlauf zusätzlich gekippt werden, so daß eine Phasenkorrektur eintritt, dadurch gekennzeichnet, daß ein von einer Bezugsflanke der steuernden Wechselspannung (20) abgeleiteter Stellimpuls (27) über ein vom Ausgang der letzten Teilerstufe (Γ4) steuerbares, während der Nachlaufphase der Rechteckspannung (4) geöffnetes Gatter (15) jeweils dem einen Eingang sämtlicher Teilerstufen (Tl, Γ2, Γ3), mit Ausnahme der letzten (Γ4), gemeinsam zugeführt wird und daß jeder einzelnen Teilerstufe (ΓΙ, Γ2, Γ3), mit Ausnahme der letzten (Γ4), eine Torschaltung (5, 6, 7) vorgeschaltet ist, die jeweils für das Zeitintervall zwischen dem Auftreten des Stellimpulses (27) und des nächstfolgenden, vom Ausgang der vorhergehenden Teilerstufe abgeleiteten Impulses sperrbar ist, wobei das Sperrkriterium jeweils sowohl ein vom Ausgang der zugeordneten Teilerstufe steuerbares Gatter (11,12,13) als auch ein weiteres, vom Ausgang der letzten Teilerstufe steuerbares, während der Vorlaufphase der Rechteckspannung geöffnetes Gatter (14) durchläuft.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vorzugsweise bei einer periodischen Ableitung der Stellimpulse (27) die Frequenz der Rechteckspannung (4) kleiner gewählt ist als die der steuernden Wechselspannung (20) und daß die sperrende Beeinflussung der Teilerstufen (Γ1, T2, Γ3) unterbleibt.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die steuernde Wechselspannung (20) aus einer phasenmodulierten, insbesondere periodisch phasenmodulierten Spannung besteht, die zur Übertragung einer Information, insbesondere Meßinformation, dient, und daß zu einem vorgegebenen Zeitpunkt, insbesondere jeweils zum gleichen Zeitpunkt innerhalb jeder Modulationsperiode, ein Stellimpuls (27) abgeleitet wird, wobei die einzustellende Spannung (4) vorzugsweise von einem quarzkontrollierten Generator (1) abgeleitet wird.

4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch die Anwendung zur Phasensynchronisation der empfangssei-

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tigen, demodulierten Signalspannung einer nach dem bekannten Nyquist-Verfahren zur Gruppenlaufzeitmessung eines Vierpols (Z) dienenden, niederfrequent modulierten Trägerschwingung (33) mit einer empfangsseitig erzeugten, niederfrequenten Vergleichsspannung, wobei der Stellimpuls (27) von der Signalspannung bei einem einstellbaren, vorgegebenen Wert der Trägerfrequenz abgeleitet wird.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer stetigen und periodischen Änderung der Trägerfrequenz innerhalb eines für den Vierpol (Z) festgelegten Frequenzbereiches (Wobbeibetrieb) die Ableitung der Stellimpulse (27) periodisch beim Auftreten eines einstellbaren, vorgegebenen Wertes der Trägerfrequenz erfolgt.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellimpuls (27) mittels eines Amplitudenvergleiches durch Demodulation der Trägerschwingung ge-

wonnenen Wobbeispannung (29) und einer Gleichspannung (30) einstellbarer Größe in einer an sich bekannten Spannungsvergleichseinrichtung (23) gebildet wird.

7. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die der Teilerstufe (Tl, T2,T3) vorgeschaltete Torschaltung (5, 6, 7) als Sperrgatter ausgebildet ist, das durch die Ausgangsspannung einer bistabilen Kippschaltung (8, 9, 10) steuerbar ist, weiche von den Zählimpulsen am Ausgang der Teilerstufe und von den die Torschaltung beeinflussenden Stellimpulsen (27) jeweils umsteuerbar ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 951014;
deutsche Auslegeschrift Nr. P 9184 VEH a/21a* (bekanntgemacht am 12.4.1956);
britische Patentschrift Nr. 881793;
USA.-Patentschrift Nr. 2704307.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

809 S07/452 1.68 © Bundesdruckerei Berlin