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Schaltung zur automatischen Scharfabstimmung für
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FM-Empfänger
Schaltung zur automatischen Scharfabstimmung
für FM-Empfänger Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung zur automatischen
Scharfabstimmung für FM-Empfänger nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.
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Bei bekannten FM-Empfängern wird das empfangene Signal über eine oder
mehrere Mischstufen in zwischenfrequente Signale umgewandelt, die über Zwischenfrequenzfilter
einem Demodulator zugeleitet werden,in dem sie in Niederfrequenzsignale umgewandelt
werden. Um Störungen so gering als möglich zu halten, ist man bestrebt, die Filter
schmalbandig auszubilden (DE-OS 30 48 263), wobei von der Ausgangsspannung des Demodulators
eine Nachsteuerspannung abgeleitet wird, die die Resonanzfrequenz des dem Demodulator
vorgeschalteten schmalbandigen Zwischenfrequenzfilters derart verschiebt, daß der
jeweilige Momentanwert der Zwischenfrequenz stets innerhalb des Durchlaß-
bereiches
des Filters liegt. Da diese Mitlauffilter sehr schmalbandig ausgeführt sind, ist
es wichtig, daß eine sehr gute Scharfabstimmung des zu empfangenen Senders vorgenommen
wird. Eine manuelle Scharfabstimmung reicht im allgemeinen für einen guten Empfang
nicht aus.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung
zur automatischen Scharfabstimmung für FM-Empfänger insbesondere für Empfänger mit
schmalbandigen Mitlauffiltern zu schaffen, die in genauer und einfacher Weise gewährleistet,
daß der Träger im Resonanzbereich des Filters liegt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale
des Anspruchs 1 oder des Anspruchs 2 in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs
gelöst.
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Die analoge und die digitale Schaltungsanordnung bietet in mittelbarer
und unmittelbarer Weise eine schnelle und genaue Nachregelung der Zwischenfrequenz
in dem Resonanzbereich des oder der Filter, so daß ein einwandfreier und scharfer
Empfang des gewünschten Senders gewährleistet wird.
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Durch die in den Unteransprüchen angegebenen Maßnahmen sind vorteilhafte
Weiterbildungen und Verbesserungen möglich. Besonders vorteilhaft ist, daß der Oszillator
in dem Fall, in welchem die Feldstärke beispielsweise durch Abschattung einen bestimmten
Wert unterschreitet, den Frequenzwert unmittelbar vor der Abschaltung durch eine
Speichervorrichtung beibehält und
somit nicht aus dem eingestellten
Empfangsbereich herausläuft. Bei Funkgeräten ist es besonders vorteilhaft, daß im
stand by Betrieb eine Einrichtung vorgesehen ist, die das Mitlauffilter durch ständiges
schrittweises Erhöhen und/oder Verringern der Oszillatorfrequenz über den zulässigen
Frequenztoleranzbereich des Kanals gewobbelt wird.
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Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden
Beschreibung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der
schaltungsgemäßen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung; Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel
der schaltungsgemäßen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung; und Fig. 3 eine
Schaltung zur schrittweisen Veränderung der Oszillatorfrequenz.
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In Fig. 1 ist mit 10 die Mischstufe bezeichnet, dem das durch den
Pfeil bezeichnete Empfangssignal zugeführt wird, das direkt von der Empfangs stufe
kommt oder über eine oder mehrere Misch- und Filterstufen in zwischenfrequente Signale
umgewandelt wurde. Der Mischstufe 10 werden die Ausgangs signale eines Oszillators
12 zugeleitet, der als feststehender, nicht manuell durchstimmbarer spannungsgesteuerter
Oszillator
ausgebildet ist. Der Ausgang der Mischstufe 10 ist an ein ZF-Filter 13 angeschlossen,
das beispielsweise aus mehreren Mitlauffiltern besteht. Das ZF-Filter 13 ist mit
dem Eingang eines Demodulators 14 verbunden, an dessen Ausgang die niederfrequenten
Signale anstehen, die aus einer Gleichspannung überlagerten Wechselspannung bestehen.
Die Ausgangssignale des Demodulators 14 werden in bekannter Weise über einen Lautsprecher
15 in akustische Signale umgewandelt. Der Ausgang des Demodulators ist außerdem
mit einem Tiefpaß 16 mit einer großen Zeitkonstante verbunden, der über einen Inverter
17 an den Istwert-Eingang eines invertierenden Integralreglers 18 angeschlossen
ist. Der Sollwert-Eingang des Integralreglers 18 ist mit einem, eine feste Gleichspannung
vorgebenden Spannungsteiler 19 verbunden. Der Ausgang des Integralreglers 18 steht
über eine Sample and Hold-Schaltung mit dem spannungsgesteuerten Oszillator 12 in
Verbindung. Der Ausgang des ZF-Filters 13 führt auf eine Gleichrichtschaltung 21,
die mit einem als Schmitt-Trigger ausgebildeten Schwellenwertschalter 22 verbunden
ist.
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Der Ausgang des Schwellenwertschalters 22 ist an einen Eingang der
Sample and Hold-Schaltung 20 angeschlossen.
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Die Wirkungsweise der Schaltungsanorndung nach Fig. 1 soll im folgenden
beschrieben werden.
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Die im Ausgangssignal des Demodulators 14 enthaltene Gleichspannung,
um die der Wechselanteil schwankt, ist ein Maß für die Lage des Zwischenfrequenzsignals.
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Der Tiefpaß 16 mit großer Zeitkonstante filtert diesen Gleichanteil
aus dem Ausgangssignal des Demodulators 14 heraus, die als Gleichspannung über den
Inverter 17 den Ist-Wert am Integralregler 18 bildet. Die der Soll-ZF entsprechende
feste vorgegebene Sollspannung wird vom Spannungsteiler 19 erzeugt und dem Sollwert-Eingang
zugeführt. Weicht der Istwert der Spannung vom Sollwert ab, so liefert der Integralregler
18 ein Regelsignal, das über die Sample and Hold-Schaltung 20 dem spannungsgesteuerten
Oszillator -12 zugeführt wird, dessen Ausgangsfrequenz sich abhängig vom Regelsignal
ändert, wodurch sich die Frequenz des Zwischenfrequenzsignals in Richtung der Sollfrequenz
verschiebt. Diese so beschriebene Schaltung bildet einen geschlossenen Regelkreis,
der bewirkt, daß das Zwischenfrequenzsignal immer im Resonanzbereich des ZF-Filters
13 liegt.
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Wenn keine weiteren Vorkehrungen getroffen würden, so würde zum Beispiel
bei einer Feldstärkeverringerung aufgrund einer Abschattung das ZF-Signal aus dem
Resonanzbereich des ZF-Filters herauslaufen, da aufgrund des Rauschens die Regelspannung
einen undefinierten Wert einnimmt. Nach erneutem Anwachsen der Feldstärke (Ende
der Abschattung) könnte der vorher eingestellte Sender dann nicht mehr empfangen
werden.
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Am diesen Nachteil zu vermeiden, ist die Sample and Hold-Schaltung
20 vorgesehen.
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Das Ausgangssignal des ZF-Filters 13, das ein Maß für die Feldstärke
ist, wird über die Gleichrichterschaltung 21 gleichgerichtet und dem Schwellenwertschalter
22 zugeleitet.
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Bei Unterschreiten der gleichgerichteten Spannung des durch den Schwellenwertschalter
22 vorgegebenen Schwellenwertes, das heißt bei Abfallen der Feldstärke unter einen
bestimmten Wert, ändert sich der logische Ausgangszustand des Schwellenwertschalters
22 von 0 auf 1 oder umgekehrt. Diese Änderung des logischen Zustandes wird dem Steuereingang
der Sample and Hold-Schaltung 20 mitgeteilt, die den gerade anliegenden Regelwert
vom Integralregler 18 speichert und solange an den spannungsgesteuerten Oszillator
12 liefert, bis die Feldstärke wieder ansteigt und der Schwellenwertschalter 22
abermals seinen logischen Ausgangszustand ändert.
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Durch diese Maßnahme bleibt das Zwischenfrequenzsignal auch bei Verringerung
der Feldstärke im eingestellten Sendebereich.
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Der Gleichspannungsanteil des Ausgangssignals des Demodulators 14
kann sich aufgrund von unterschiedlichen Toleranzen der Bauelemente während der
Lebensdauer des Empfängers in geringem Maße ändern, so daß dem entsprechend der
am Integralregler liegende Sollwert geändert werden muß. Dies wird durch ein im
Spannungsteiler 19 vorgesehenes Potentiometer 23 erreicht, das eine Verstellung
der Sollwertspannung am Eingang des Reglers 18 um ein geringes Maß erlaubt. Eine
andere Möglichkeit zur Kompensation der unterschiedlichen Toleranzen besteht in
einer Veränderung des
Arbeitspunktes des ZF-Filters, das üblicherweise
Kapazitätsdioden aufweist. Der Arbeitspunkt wird über einen Spannungsteiler eingestellt,
der durch Vorsehen eines veränderbaren Widerstandes ebenfalls im geringen Maße veränderbar
gemacht werden kann.
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In Fig. 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, das in
digitaler Weise arbeitet.
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Gleiche Bauteile sind dabei mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Das ZF-Filter 13 ist in diesem Ausführungsbeispiel als mehrere hintereinander angeordnete
Mitlauffilter dargestellt, wobei die Steuerung bzw. Regelung dieser Mitlauffilter
ebenso wie in der Fig. 1 nicht dargestellt ist, da sie nicht Gegenstand der vorliegenden
Anmeldung ist. Der Ausgang des ZF-Filters ist über einen Begrenzerverstärker 25
mit dem Zähleingangeines ersten Zählers 26 verbunden, dessen Ausgang an den -Rücksetzeingang
eines zweiten Zählers 27 angeschlossen ist, wobei dieser Zähler Impulse mit einer
fest vorgegebenen Sollfrequenz erhält, was durch den Pfeil 28 angedeutet ist.
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Der Ausgang des zweiten Zählers 27 ist mit dem Rücksetzeingang des
ersten Zählers 26 verbunden. Der Ausgang des ersten Zählers 26 ist an den einen
Eingang eines UND-Gatters 29 angeschlossen, an dessen anderem Eingang der Ausgang
des Schwellenwertschalters 22 liegt. Entsprechend ist der Ausgang des zweiten Zählers
27 mit einem UBD-Gatter 30 verbunden, das ebenfalls an den Ausgang des Schwellenwertschalters
22 angeschlossen ist.
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Die Ausgänge der UND-Gatter 29, 30 sind jeweils mit einem ersten und
einem zweiten Steuereingang 31, 32 eines programmierbaren Teilers 33 verbunden.
Der Teiler 33 ist Bestandteil einer PLL-Schaltung 34, die in bekannter Weise einen
Phasenvergleicher 35, einen Tiefpaß 36 und einen spannungsgesteuerten Oszillator
37 aufweist. Der Teiler 33 ist mit einem Eingang des Phasenvergleichers 35 verbunden,
an dessen anderem Eingang eine Impulsquelle 38 liegt, die Impulse mit einer niedrigen
Sollfrequenz der sogenannten Referenzfrequenz liefert. Der Ausgang der PLL-Schaltung
34 ist gegebenenfalls über einen weiteren Teiler 39 mit dem Mischer 10 verbunden.
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Am Ausgang des ZF-Filters liegt das modulierte Zwischenfrequenzsignal.
Dieses Wechselsignal wird auf den Begrenzerverstärker 25 gegeben, an dessen Ausgang
die Zwischenfrequenz als Rechtecksignal vorliegt, welches auf den ersten Zähler
26 geleitet wird. Der zweite Zähler 27 erhält die Impulse 28 mit der Sollfrequenz
für das Zwischenfrequenzsignal. Die Impulse werden sowohl vom Zähler 26 für eine
Freguenzmittelwertbildung als auch vom Zähler 27 während einer festen vorgegebenen
Zählperiode gezählt, die durch einen vorgegebenen Endzählerstand festgelegt ist,
wobei die vorgegebenen Endzählerstände für beide Zähler je nach gelieferter Sollfrequenz
unterschiedlich sein können. Wird der Endzählerstand erreicht, so wird ein Ausgangsimpuls
geliefert. Erreicht beispielsweise der Zähler 27 den fest vorgegebenen Zählerstand
vor dem ersten Zähler 26, wird durch den am Ausgang des zweiten Zählers 27 anstehenden
Impuls der erste Zähler 26 rückgesetzt,
bevor dieser den fest vorgegebenen
Zählerstand erreicht. Entsprechendes gilt umgekehrt, wenn der erste Zähler 26 zuerst
auf den Endzählerstand läuft.
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Wenn die Feldstärke ausreichend hoch ist, wird das betreffende Ausgangssignal
über eines der UND-Gatter 29, 30 weitergeleitet und gelangt auf einen der Steuereingänge
31, 32 des programmierbaren Teilers 33.
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Der Teiler teilt die Ausgangsfrequenz des spannungsgesteuerten Oszillators
37 auf die Referenzfrequenz herunter, wobei bei Anliegen eines Impulses am Steuereingang
31 der Teilungsfaktor jeweils schrittweise erhöht, d.h. inkrementiert und bei Anliegen
von Ausgangsimpulsen am Steuereingang 32 der Teilungsfaktor des Teilers 33 jeweils
um einen Schritt verringert, d.h. dekrementiert wird. Die Frequenzregelung des Oszillators
37 durch In- bzw. Dekrementieren des Teilers 33 ist derart, daß die Zwischenfrequenz
auf die am Zähler 27 anliegende Sollfrequenz geregelt wird.
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Um eine gute Regelgenauigkeit der geschlossenen Regelschleife nach
Fig. 2 zu erhalten, sollte die Frequenz der Impulsquelle 38 sehr niedrig sein. Bei
einer niedrigen Referenzfrequenz muß ein Tiefpaß mit einer niedrigen Grenzfrequenz
gewählt werden, so daß damit auch die Regel zeit verhältnismäßig lang ist. Um ein
schnelleres Einschwingverhalten zu realisieren, kann ein Teiler 39 zwischen PLL-Schaltung
34 und Mischstufe 10 vorgesehen sein,
der die Ausgangsfrequenz
der PLL-Schaltung 34 herunterteilt. Durch diese Maßnahme kann eine höhere Frequenz
für die Referenzfrequenz gewählt werden, so daß die Einschwingzeit des Tiefpasses
36 verkürzt wird. Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 wird vorzugsweise für den
Funk bei Funkempfängern verwendet, bei denen im stand by Betrieb nur Rauschen und
keine genügend hohe Feldstärke vorhanden ist. Um daher einen Sender zu finden, muß
das Mitlauffilter 13 über den Toleranzbereich des Kanals gewobbelt werden. Eine
Schaltungsanordnung zur Durchführung ist in Fig. 3 dargestellt, wobei die Schaltung
als Zusatz schaltung zu dem Regelkreis nach Fig. 2 dient und einige Bauteile aus
Fig.2 hier ebenfalls dargestellt sind. Der nicht dargestellte Schwellenschalter
22 ist mit einem Zeitgeber 40 verbunden, dessen Ausgang mit dem einen Eingang zweier
UND-Gatter 41 verbunden ist. An den zweiten Eingängen der UND-Gatter 41, 42 liegen
die Ausgänge zweier weiterer UND-Gatter 43, 44, deren einer Eingang mit dem Ausgang
eines an einer Impulsquelle, beispielsweise der Impulsquelle 38, liegenden Teilers
45 verbunden sind. An den anderen Eingängen liegt der Ausgang eines weiteren Teilers
46 mit einem kleineren Teilungsverhältnis, wobei zu dem UND-Gatter 44 ein Inverter
47 ewischengeschaltet ist.
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Am Ausgang des Teilers 45 liegt eine Impulsfolge mit einer zu der
am Ausgang des Teilers 46 liegenden Impulsfolge höheren Frequenz. Die Ausgänge der
UND-Gatter 43, 44 liefern jeweils wechselseitig für eine durch den Teiler 46
vorgegebene
Zeit eine Impulsfolge. Ist eine ausreichend hohe Feldstärke am Ausgang des ZF-Filters
13 gegeben, so werden diese Impulsfolgen an den UND-Gattern 41, 42 gesperrt.
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Liegt die Feldstärke für einen durch den Zeitgeber 40 vorgegebenen
Zeitraum unter dem durch den Schwellenwertschalter 22 vorgegebenen Wert, so schalten
die UND-Gatter 41, 42 durch und die Impulsfolgen gelangen über die ODER-Gatter 48,
49 auf die Steuereingänge 31, 32 des programmierbaren Teilers 33 der PLL-Schaltung
34. Durch die an dem Steuereingang 31 liegende Impulsfolge wird der eingestellte
Kanalbereich von niedrigen Frequenzen zu höheren Frequenzen schrittweise durchfahren,
während er durch die an dem Steuereingang 32 liegende Impulsfolge schrittweise von
hohen Frequenzen zu niedrigeren Frequenzen durchfahren wird.
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Wird ein Sender gefunden, so steigt die Feldstärke und der Schwellenwertschalter
22 schaltet die Wobbelschaltung nach Fig. 3 ab.
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Selbstverständlich ist diese Schaltung nach Fig. 3 nicht nur für Funkgeräte
sondern auch für andere Empfänger verwendbar.
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