DE2020784A1 - Schaltungsanordnung zur Erzeugung von der Phasendifferenz und/oder von der Differenzfrequenz abhaengigen Groessen zwischen zwei Oszillatorschwingungen - Google Patents

Description

• Schaltungsanordnung zur Erzeugung von der Phasendifferenz und/oder von der Differenzfrequenz abha~ngigen Orössen zwischen zwei Oszillatorschwingungen.
• Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung von der Phasendifferenz und/oder von der Differenzfrequenz abhängigen Grössen zwischen zwei Oszillatorschwingungen, wobei die beiden in ihrer Amplitude gleichgrossen, rechteckförmigen Oszillatorschwingungen-3e einem Eingang einer Phasenvergleichsvorriohtung mit einem. nachgeschalteten Glättungsglied zugeführt werden.
• Bei vielen Anordnungen zum Phasen- und Frequenzvergleich werden die frequenzabhängigen Eigenschaften von Schwingkreisen ausgenutzt. Bei diesen Anordnungen erhält man eine Gleichspannung, die näherungsweise proportional der Abweichung einer unbekannten Frequenz von einer Bezugsfrequenz ist.
• Diese Beziehung gilt nur in einem engen Bereich der Bezugsfrequenz.
• Eine Vorveröffentlichung (DT-AS 1 107 269) betrifft eine Schaltungsanordnung zum Synchronisieren einer Oszillatorschwingung auf eine Steuerschwingung, bei der mittels eines Diskriniinators eine der Phasendifferenz zwischen beiden Schwingungen etwa proportionale Grösse erzeugt und über ein Glättungsglied zur Nachregelung der Eigenfrequenz des Oszillator zugeführt wird. Parallel zu den Eingängen des Diskriminators ist eine weitere Einrichtung geschaltet, an deren Ausgang eine Spannung auftritt, deren Grösse unabhängig von der Richtung der Phasenverschiebung wenigstens annähernd dem absoluten Betrag der Phasenverschiebung zwischen den zugeführten Schwingungen proportional ist.
• Nach einer weiteren Vorvero#ffentlichung (DT-AS 1 169 506) wird zur Frequenz-oder Phasenregelung eines Oszillators eine in einem integrierenden Glied gespeicherte und durch einen Frequenz- oder Phasendiskriminator erzeugte Regelgrösse verwendet. Hierbei ist als Speicher ein Transfluxor vorgesehen, dessen Steuerwicklung die Jeweils auftretende Regelgrösse nach Überschreiten eines vorgegebenen Schwellwertes als Gleichstrom zugeführt wird und dessen Ausgangswicklung als Steuerglied für die Nachstimmung des zu regelnden Oszillators geschaltet ist.
• Diese bekannten Schaltungsanox##nungen haben den Nachteil, dass zur Auswertung der Richtung der Verstimmung besondere Einrichtungen erforderlich sind.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine wirtschaftliche Schaltungsanordnung zur Ermittlung von phasen- und frequenzabhängigen Steuergrössen zwischen zwei voneinander unabhängig erzeugten Oszillatorschwingungen zu erstellen, die die Richtung der Phasen und Frequenzverschiebung zwischen der einen und der anderen Oszillatorschwingung direkt vorzeichenrichtig beinhaltes. Diese Aufgabe wird erfindungs##mas#s dadurch gelöst, dass-als Phasenvergleichsvorrichtung eine bistabile Kippstufe verwendet wird, deren Setzeingang die eine Oszillatorschwingung und deren Rückstelleingang die andere Oszillatorschwingung zugeführt werden, und dass die bei verschiedenen Frequenzen der Oszillatorschwingungen am Ausgang der bistabilen Kippstufe auftretende Rechteckspannung mit variablem Tastverhäitnis durch ein Tiefpassfilter derartig geglättet winde dass am Ausgang des Tiefpassfilters eine sägezahnförmige Spannung entsteht# deren Frequenz proportional der Differenz frequenz und deren Amplitudenan#derung proportional der Phasendifferenz zwischen den beiden Oszillatorschwingungen ist.
• Nach einem weiteren Meriunal der Erfindung wird zur Ermittlung der Differenzfrequenz die am Ausgang des Tiefpassfilters anliegende sägezahnförmige Spannung einem Differenzierglied zugeführt, die danach in einer Digitalvorrichtung ausgewertet wird.
• Es kann Jedoch auch zweckmässig sein, zur Ermittlung der Differenzfrequenz die am Ausgang des Tiefpassfilters anliegende sägezahnförmige Spannung einem Differenzierglled mit einem nachgeschalteten Begrenzer zuzuführen und die am Ausgang des Begrenzers anliegenden Impulse über ein weiteres Tiefpassfilter in eine der Differenzfrequenz analoge Gleichspannung umzuwandeln.
• Werden die erzeugten Steuergrössen zum Synchronisieren zweier Oszillatorschwingungen verwendet, so werden nach einem weiteren Merkmal der Er'findung zum Synchronisieren der einen Oszillatorschwingung abhängig von der anderen Oszillatorschwingung die Grösse der Differenzfrequenz zum Grobnachstimmen und der Wert der Phasendifferenz zum Feinnachstimmen verwendet.
• Die Erfindung sei anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführrngsbeispiels näher erläutert.
• Es zeigen: Fig. 1 ein Blockschaltbild der erfindungsgemässen Schaltungsanordnung und Fig. 2 Spannungsformen an den in der Fig. 1 bezeichneten Punkten.
• Der Ausgang A der in der Fig. 1 dargestellten bistabilen Kippstufe mit dynamischen Eingängen S uffd R ist auf den Eingang des als Tiefpassfilter ausgebildeten Glättungsgliedes TP1 geschaltet. Das am Ausgang dieses Glättungsgliedes anliegende Signal kann über ein Differenzierglied D, einen Begrenzer B und ein weiteres Tiefpassfilter TP2 weitergeleitet werden. Die an den einzelnen Verbindungspunkten anliegenden Spannungsformen sind durch die Hinweiszahlen 1 bis 6 in den Zeilen 1 bis 6 der Fig. 2 beispeisweise dargestellt.
• Die beispielsweise in Rechteokform 1 und 2 auftretenden Schwiniingsfrecuen zen fx und fo steuern ueber den Setz- 5 und Rückstelleingang R die bistabile Kippstuf WF. Liegen an dem Setz- bzw. dem RUckstefleingang beispielsweise die in den Zeilen 1 bzw. 2, Fig. 2, dargestellten unterschiedlichen Schwingungsfrequenzen fx bzw. fo, Fig. 1, an, so wird am Ausgang A der Kippstufe FF eine Rechteckspannung mit variablem Tastverhältnis nach Zeile 3, Fig. 2, erzeugt. Die Pfeile in den Zeilen 1 bis 3 zeigen an, mit welchen Flanken der rechteckförmigen Schwingungsfrequenzen die bistabile Kippstufe FF umgesteuert wird und welche entsprechenden Spannungsspriinge am Ausgang A auftreten.
• Der Mittelwert der am Ausgang A anliegenden Spannung ist proportional der Phasenverschiebung zwischen der Schwingung fx und der Schwingung fo. Die Bildung des Mittelwertes geschieht durch ein Tiefpassfilter TP1. Am Ausgang dieses Filters TP1 tritt dann eine sägezahnförmige Spannung auf, deren Frequenz gleich der Differenzfrequenz zwischen den beiden Oszillatorschwingungen, nämlich den Schwingungsfrequenzen fx und fo, ist.
• Ist die Schwingungsfrequenz z.B. fx am Setzeingang S der bistabilen Kippstufe FF kleiner als die Frequenz fo am Rückstelleingang R, so tritt am Ausgang des Tiefpassfilters TP1 eine sagezahnförmige Spannung in der Form nach Zeile 4, Fig. 2, auf. Ist dagegen die Frequenz der Schwingung fx grös ser als die der Schwingung fo, so weist die sägezahnförmige Spannung am Ausgang des Tiefpassfilters TP1 einen langsamen Anstieg und einen schnellen Abfall auf. Die Steigung ist dabei proportional der Phasengeschwindigkeit.
• Soll die Differenzfrequenz zwischen den beiden Schwingungsfrequenzen fx und fo digital ausgewertet werden, so kann die am Ausgang des Tiefpassfilters anstehende Spannung einem Differenzierglied D zugeführt werden.
• Am Ausgang dieses Gliedes D erhält man dann die Spannungsform nach der Zeile 5, Fig. 2. Diese Spannung ist der Differenzfrequenz proportional und von Nadelimpulsen überlagert. Die Frequenz dieser Nadelimpulse ist gleich der Differenzfrequenz zwischen den beiden Schwingungsfrequenzen fx und fo, wobei die Polarität der Nadelimpulse das Vorzeichen der Differenzfrequenz angibt, d.h. fx <fo oder fx> fo. Bei einer digitalen Frequenzmessung können nun diese Impulse z.B. von einem Zähler weiterverarbeitet werden.
• Um eine der Differenzfrequenz proportionale Gleichspannung zu erhalten, kann man die am Ausgang des Differenziergliedes D anliegenden Nadelimpulse in ihrer Höhe nach Zeile 6, Fig. 2, in einem Begrenzer B begrenzen und anschliessend diese Impulse in einem weiteren Tiefpassfilter TP2 glätten oder mit einer Abtastsshaltwlg in geeigneten Zeitpunkten eine Abfrage vornehmen.
• Die Schaltungsanordnung kann auch zur Synchronisation eines in der Frequenz veränderlichen Oszillators verwendet werden. Hierbei wird die Führungsfrequenz, z.t3. fo, mit der Oszillatorfrequenz, z.B. fx, verglichen und das am Ausgang des Begrenzers anliegende Differenzfrequenzsignal der Form nach Zeile 6, Fig. 2, zur Grobnachstimmung und das am Ausgang les Tiefpassfilters TP1 anliegende Phasensignal in Form der Zeile 4, Fig. 2, zur Feinnachstimmung der Oszillatorfrequenz fx auf die Fuhrungsfrequenz fo verwendet.
• Patentansprüche 2 Bl. Zeichnungen mit 2 Fig.-

Claims (4)

1. Patentansprüche Ist Schaltungsanordnung zur Erzeugung von der Phasendifferenz und/oder von der Differenzfrequenz abhängigen Grössen zwischen zwei Oszillatorschwingungen, wobei die beiden in ihrer Amplitude gleichgrossen, rechteckförmigen Oszillatorschwingungen je einem Eingang einer Phasenvergleichsvorrichtung mit einem nachgeschalteten Glättungsglied zugeführt werden, dadurch gekerizeichnet> dass als Phasenvergleichsvorrichtung eine bistabile Kippstufe (FF, Fig. 1) verwendet wird, deren Setzeingang (S) die eine Oszillatorschwingung (fx) und deren RUckstelleingang (R) die andere Oszillatorschwingung (fo) zugeführt werden, und dass die bei verschiedenen Frequenzen der Oszillatorschwingungen (fx und fo) am Ausgang (A) der bistabilen Kippstufe (FF) auftretende Rechteckspannung mit variablem Tastverhältnis (z.B. in der Form nach Zeile j, Fig. 2) durch ein Tiefpassfilter (TP1, Fig. 1) derartig geglättet wird,- dass am Ausgang des Tiefpassfilters (TP1) eine sägezahnförmige Spannung (z.B. in der Form nach Zeile 4, Fig. 2) entsteht, deren Frequenz proportional der Differenzfrequenz und deren Amplitudenänderung proportional der Phasendifferenz zwischen den beiden Oszillatorschwingungen (fx und fo, Fig. 1) ist.
2. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung der Differenzfrequenz die am Ausgang des Tiefpassfilters (TP1, Fig. 1) anliegende sägezabziförmige Spannung (Zeile 4, Fig. 2) einem Differenzierglied (D,Fig. 1) zugeführt wird, die danach in einer Digitalvorrichtung ausgewertet wird.
3. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch l, dadurch gekennzeiebnet, dass zur Ermittlung der Differenzfrequenz die am Ausgang des Tiefpassfilters (TPi, Fig. 1) anliegende sägezahnförmige Spannung einem Differenzierglied (D) mit einem nachgeschalteten Begrenzer (B) zugeführt wird und die am Ausgang des Begrenzers (B) anliegenden Impulse (z.B. in der Form nach Zeile 6, Fig. 2) über ein weiteres Tiefpassfilter (TP 1) in eine der Differenzfrequenz analoge Gleichspannung umgewandelt werden.
4. 4. Schaltungsarordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zum Synchronisieren der einen Oszillatorschwingung (z.B. fx, Fig. 1) abhängig von der anderen Oszillatorschwingung (fo) die Grösse der Differenzfrequenz zum Grobnachstimmen und der Wert der Phasendifferenz zum Feinnachstimmen verwendet werden.