DE1218554B

DE1218554B - Verfahren und Anordnung zur Einstellung und Konstanthaltung der Frequenz eines Oszillators

Info

Publication number: DE1218554B
Application number: DET27668A
Authority: DE
Inventors: Otto Bucher
Original assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Current assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Priority date: 1964-12-19
Filing date: 1964-12-19
Publication date: 1966-06-08
Also published as: GB1065907A

Description

Verfahren und Anordnung zur Einstellung und Konstanthaltung der Frequenz eines Oszillators Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Einstellung der Frequenz und Konstanthaltung der eingestellten Frequenz eines elektronisch abstimmbaren Oszillators, bei dem die Frequenz in einem dekadisch arbeitenden elektronischen Zähler bestimmt wird, danach das in digitaler Form vorliegende Meßergebnis für die einzelnen Ziffern des Frequenzwertes mit Hilfe von Digital-Analogwandlem in analoge Spannungswerte umgewandelt wird, danach diese Spannungswerte mit den sich auf Grund der Einstellung der Sollfrequenz für die einzelnen Ziffern ergebenden Spannungswerten verglichen werden und schließlich aus dem Vergleich bei Nichtübereinstimmung der verglichenen Spannungswerte eine Steuerspannung für die NaGhstimmung des Oszillatorkreises abgeleitet wird.
Verfahren der oben beschriebenen Art sind bereits vorgeschlagen worden. Bei ihnen ist allerdings die Erzeugung der Steuerspannung relativ kompliziert, da die Steuerspannung für die Nachstimmung bei Anzeige von n Ziffern im Zählerausgang aus den n Ausgangssignalen der n Vergleichsstufen erzeugt werden muß.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren anzugeben, bei dem die Steuerspannungserzeugung für die Nachstimmung einfach und billig durchführbar ist.
Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß jeweils von einem der beiden Ausgänge der Vergleichsstufen, und zwar unabhängig davon, ob der auf Grund der Messung sich ergebende Spannungswert gegenüber dem durch die Einstellung gegebenen Spannungswert größer oder kleiner ist, ein Ausgangssignal abgegeben wird und daß jeweils dieses Ausgangssignal der betrachteten Vergleichsstufe unter Zuhilfenahme von Schaltern dazu benutzt wird, einen von zwei jeder Vergleichsstufe zugeordneten und an verschiedene Potentiale angeschalteten Widerständen anzuschalten, wodurch der Ladezustand für das Speicherglied, dessen Spannungszustand die Frequenz des OsziRators in an sich bekannter Weise bestimmt, geändert wird.
Die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist allerdings auf die Fälle beschränkt, bei denen für die Neueinstellung einer Frequenz eine gewisse Zeit zur Verfügung steht, da bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eine schrittweise Annäherung an die Sollfrequenz ausgeführt wird. In vielen Anwendungsfällen wirkt sich jedoch diese Tatsache nicht nachteilig aus.
Aus der obigen Beschreibung geht hervor, daß bei Anwendung von nVergleichsstufen 2nWiderstände vorgesehen sind. Man kann nun die Hälfte dieser 2n Widerstände zwischen den einen Potentialpunkt und den Speicher parallel einschalten und die Schalter mit den zugehörigen Widerständen in Reihe legen. Entsprechend liegt dann auch die andere Hälfte der Widerstände zwischen dem zweiten Potentialpunkt und dem Speicher, und auch hier sind die Schalter mit den zugehörigen Widerständen in Reihe geschaltet. Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist es jedoch auch möglich, aus den beiden Hälften der 2 n Widerstände zwei Reihenschaltungen herzustellen, die zwischen den beiden Potentialpunkten und dem Speicher liegen. Bei dieser Ausführungsform liegen die Schalter parallel zu den zugehörigen Widerständen, so daß diese Widerstände durch das Schließen der Schalter kurzgeschlossen werden. Günstigerweise benutzt man als Schalter Halbleiterschalter, z. B. Transistoren.
An Hand des Ausführungsbeispiels der F i g. 1 soll die Erfindung näher erläutert werden. Der Oszillator, dessen Frequenz eingestellt und dann konstant gehalten werden soll, ist mit 1 b bezeichnet. Allerdings ist innerhalb des Blockes 1 nur der Schwingkreis des Oszillators mit einer Kapazitätsperiode 2 als variables Glied eingezeichnet. Dieser Oszillator 1 soll zwischen den Frequenzwerten f, und f2 einstellbar sein. Die Frequenz des Oszillators ist von der Spannung an dem Kondensator 3 bestimmt. Die Frequenz des Oszillators 1 wird im dekadischen Zähler 4 ausgezählt. Dieser Zähler soll im vorliegenden Ausführungsbeispiel die Frequenz des Oszillators in Form einer fünfstelligen Zahl angeben. Demgemäß ist er aus fünf Zählerstafen, von denen jede. die Ziffer einer Dekade angibt, zusammengesetzt. Bekanntlich bestimmt ein derartiger Zähler den Frequenzwert dadurch, daß die Schwingungen des Oszillators in einem -Zeitintervall ausgezählt werden. An den fünf Ausgängen5 des Zählers4 liegt das Zählergebnis in digitaler Form vor. Die Ausgänge jeder Zählerstafe geben eine Ziffer wieder, wobei z. B. die Ziffer am Ausgang der Zählersttife 4, den Megahertzwert angibt und aus den folgenden Zählerstufen 4b bis 4, der restliche Zahlenwert der gemessenen Frequenz abgelesen werden kann. Die digitalen Werte an den Ausgängen 5 werden in den Digital-Analogwandlern 6" bis 6, in analoge Spannungswerte umgewandelt. Diese Spannungswerte werden in den Vergleichsstufen 7" bis 7, mit Spannungswerten verglichen, die aus den Digital-Analogwandlem 8" bis 8, kommen.
Diese Spannungswerte sind analog den in den Gliedern 9" bis 9, eingestellten Ziffern, die gemäß der SoRfrequenz von Hand oder über eine Fernabstimmung eingestellt werden. Der im- Zähler 4 gemessene Frequenzwert wird in den Vergleichsstufen 7" bis 7, mit dem Sollwert der Frequenz verglichen, allerdings nicht direkt, sondern indem den Frequenzwerten entsprechende Spannungen zum Vergleich herangezogen werden. Diese Vergleichsstufen sind gemäß der Erfindung derart ausgebildet, daß sie bei Gleichheit der Werte kein Signal abgeben, dagegen dann, wenn der gemessene Wert den eingestellten Wert Übersteigt, am rechten Ausgang, und wenn der gemessene Wert kleiner ist, am linken Ausgang ein Signal abgeben. Durch diese Signale werden Schalter S" bis S, bzw. S" bis S, betätigt, durch die Widerstände eingeschaltet werden. Von Signalen an den linken Ausgängen der Vergleichsstufen 7" bis 7, werden die Schalter S" bis S, betätigt, während durch Signale an den rechten Ausgängen die Schalter S, bis S, geschaltet werden. Die Widerstände R" bis R, sind mit ihrem eigenen Pol an den Potentialpunkt + 150 V angeschaltet, während die Widerstände IZ" bis IZ, an dem Potentialpunkt # 100 V liegen. Die Widerstände werden durch die Schalter S bzw. S mit dem Kondensator 3 verbunden und beeinflussen gemäß ihrer Größe den Ladestrom dieses Kondensators. Bezüglich der Bemessung der Widerstände ist zu sagen, daß die Widerstandswerte von R" nach - R, bzw. IZ" nach R, fallen. Sie müssen derart bemessen sein, daß der Strom durch einen -der Widerstände R, betragsmäßig größer ist als die Summe der durch die Widerstände rechts von IZ, fließenden Ströme (wobei a ##t x > e ist). Entsprechend gilt, daß der Strom durch N. größer sein muß als die Summe der durch die rechts von Rx liegenden Widerstände fließenden Ströme. Wie bereits gesagt, wird durch das Ein- und Ausschalten der Widerstände der Ladestrom, damit der Spannungszustand an dem Kondensator 3 und dainit die Frequenz des Oszillators geändert. Hierbei nähert sich die Schwingfrequoüz des Oszillätörs 1 immer mehr dem Söllwert. Es kommt also nach einiger Zeit zu der gewünschten Frequenzeinstellung. Dies soll an Hand der folgenden Überlegung gezeigt werden. Ist beispielsweise die Oszfllätörfrequenz gegenüber der Sollfrequenz zu groß, so sind ein öder mehrere, Spanütingswerte aus den Analog-Digitalwandlern 6, bis 6" gtößer als die entsprechenden Werte aus den Waüdldrn 8, bis 8.. Damit erscheint an einem oder mehreren der rechten Ausgänge der Vergleichsstüfell 7" bis 7, eifi Siglial, welches die zugehörigen Schalter S, bis S, betätigt und damit eine Spannungserdiedtigutig afti Kondensator 3 bewirkt. Die Kapazitätsdiöde 2 enthält damit eine größere Kapazität, und die Frequenz sinkt. Bei dem nächsten Zählvorgang des Zählers 4 ergibt sich somit bereits ein an die Söllfrequeiiz ängenäherter FrequenzwerL Entsprechend werden bei einem zu geringen Frequenzwert die Schalter S" angesteuert und damit die Spannung am Kondensator 3 und auch die Frequenz des Oszillators 1 erhöht. Die Vergleichsstufe, deren zu vergleichende Werte übereinstimmen, geben kein Signal ab und tragen daher auch zur Änderung des Ladestromes nicht bei. Die Fig. 2 zeigt den Verlauf der stufenweisen Näherung der Oszülatorfrequenz an die Sollfrequenz f,) in Ab- hängigkeit von der Zeit t, wobei allerdings zum Zeitpunkt der Einstellung der Frequenz f. der Oszillator auf der weit entfernten Frequenz f, schwingt. Es sei noch erwähnt, daß der Vergleich in den Stufen 7, bis 7, sowie die Umschaltung der Widerstände in der Totzeit des Zählers vorgenommen wird. über die Leitung 10 werden die in den Vergleichsstufen gespeicherten, vom Meßergebnis herrührenden Werte zu Beginn jeder neuen Zählung gelöscht.
Es ist auch möglich, die Widerstände R" bis Re bzw._IZ" bis R, jeweils in Reihe zu schalten und die Schalter S" bis Se bzw. S" bis S, parallel zu den Widerständeii zu legen. Auch hiermit kann das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden.
Man kann das erfindungsgemäße Verfahren sowie die zur Durchführung des Verfahrens angegebene Anordnung auch zur Konstanthaltung der Frequenz des Oszillators benutzen, wenn dieser von Hand eingestellt wird. Ein solcher Anwendungsfall ist bei Empfängern gegeben, die von Hand auf einen interessierenden Sender abgestimmt werden, deren eingestellte Einpfangsfrequenz und damit auch die Oszillatorfrequenz dann konstant gehalten werden muß. Hierzu ist es lediglich notwendig, während der Handabstimmung die rechts vom Speicherkondensator 3 dargestellte Anordnung von diesem abzuschalteil, was mit Hilfe des Schalters 11 durchgeführt werden kann. Dafür wird dem Ladekondensator 3 über das Potentiometer 12 eine von Hand regelbare Spannung zwecks Abstimmung zugeführt. Nach Auffinden einer interessierenden Frequenz wird deren Wert im Zähler 4 bestimmt. An die einzelnen Ausgänge 5 sind Speicherglieder 13 an# geschaltet. Iiii vorliegenden Ausführungsbeispiel sind zwanzig Speicherglieder 13 vorgesehen, von denen der Eijifachheit halber nur eines eingezeichnet ist. In diesen Speichergliedern wird also der festgestellte Wert der eingestellten Frequenz gespeichert. Um zu verhindern, daß den Speichern 13 immer wieder neue Werte zugeführt werden, wird nach Ab- stimmung des Oszillators 1 auf die interessierende Frequenz der Schalter 15 betätigt. Dieser bewirkt also, daß die Speicherglieder den vom Zähler gerade gemessenen Frequeüzwerte festhalten. Die in den Speichergliedern 13 gespeicherten Werte werden null an Stelle der in den Gliedern 9 gespeicherten Werte zum Vergleich herangezogen, indem die Schalter 14, von denen auch mit einer dargestellt ist, in die gestrichelt gezeichnete Lage gebracht werden. Als Vergleichsfrequenz wird also nunftlehr die auf Grund der Einstellung des Oszillators 1 gemessene Frequenz benutzt. Nach Erreichen der interessierenden Frequenz wird der Schalter 11 wieder in die ursprängliehe Stellung gebracht, also die rechts vom Ladekondensator3 eingeschaltete Anordnung wieder mit diesem verbunden. Die Schalterll und 15 können miteinander gekuppelt werden, da beide nach Ab- stimmung des Oszillators auf die interessierende Frequenz betätigt werden müssen. Damit hält die Gesamtanordnung den Oszillator auf dem von Hand eingestellten, in den Speichergliedem 13 gespeicherten Frequenzwert fest.
Bei der Verwendung der zusätzlichen Speicherglieder 13 ist es also nicht notwendig, den bei der Handabstimmung gefundenen Frequenzwert auf die Einstellglieder 9 von Hand zu übertragen. Vielmehr ist diese Frequenzübertragung durch die zusätzliche Anordnung automatisiert.

Claims

Patentansprüche: 1. Verfahren zur Einstellung der Frequenz und Konstanthaltung (der eingestellt-en Frequenz eines elektronisch abstimmbaren Oszillators, bei dem die Frequenz in einem dekadisch arbeitenden elektronischen Zähler bestimmt wird, danach das in digitaler Form vorliegende Meßergebnis für die einzelnen Ziffern des Frequenzwertes mit Hilfe von Digifal-Analogwandlem in analoge Spannungswerte umgewandelt wird, danach diese Spannungswerte mit den sich auf Grund der Einstellungder Sollfrequenz für die einzelnen Ziffern ergebenden Spannungswerte verglichen werden und schließlich aus dem Vergleich bei Nichtübereinstimmung. der verglichenen Spannungswerte eine Steuerspannung für die Nachstimmung des Oszillatorkreises abgeleitet wird, d a d u r c h #e k a n n z e i c h n e t, daß jeweils auf einem der beiden Ausgänge der Vergleichsstufen, und zwar abhängig davon, ob der auf Grund der Messung sich ergebende Spannungswert gegenüber dem ,durch die Einstellung gegebenen Spannungswert größer oder kleiner ist, ein Ausgangssignal abgegeben wird und daß jeweils dieses Ausgangssignal der betrachteten Vergleichsstufe unter Zuhilfenahme von Schaltern dazu benutzt wird, einen von zwei jeder Vergleichsstufe zugeordneten und an verschiedene Potentiale angeschalteten Widerständen anzuschalten, wodurch der Ladezustand für das Speicherglied, dessen Spannungszustand die Frequenz des Oszillators bestimmt, geändert wird.
2. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hälfte der den n Vergl#eichsstufen zugeordneten 2n Widerstände zwischen dem einen Potentialpunkt und dem Speicher und die andere Hälfte zwischen dem anderen Potentialpunkt und dem Speicher parallel eingeschaltet sind und daß die Schalter mit den zugehörigen Widerständen in Reihe liegen. 3. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hälfte der den n Vergleichsstufen zugeordneten 2n Widerstände zwischen den einen Potentialpunkt und den Speicher und die andere Hälfte zwischen den anderen Potentialpunkt und den Speicher in Reihe geschaltet sind, und daß die Schalter mit den zugehörigen Widerständen parallel geschaltet sind. 4. Anordnung nach Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet durch die Verwendung von Halbleiterschaltern. 5. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 sowie der zur Durchführung des Verfahrens angegebenen Anordnungen nach einem der Ansprüche 2 bis 4 zur Konstanthaltung der auch von Hand einstellbaren Frequenz des Oszillators in der Weise, daß während der Oszillatoreinstellung das Speicherglied von den Widerständen abgeschaltet wird und dafür eine von Hand regelbare Spannung dem Speicherglied zugeführt wird, daß nach Einstellung einer interessierenden Frequenz das im Zähler festgestellte Meßergebnis zusätzlichen Speichergliedern zugeführt wird, daß deren Ausgangssignale an Stelle der Ausgangssignale der Einstellglieder für die Sollfrequenz zum Vergleich herangezogen werden und daß nach Auffinden der interessierenden Frequenz die Widerstände wieder an das Speicherglied angeschaltet werden.