DE2408919B2 - Schaltungsanordnung zur stufenlosen einstellung der phasenlage einer wechselspannung ueber einen bereich von o grad bis 360 grad mit einer steuerspannung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Einstellung der Phasenlage einer Wechselspannung über einen Bereich von 0° bis 360° mit einer SteuLTspannung.

In der Farbfernsehtechnik, insbesondere der Farbfernsehstudiotechnik, besteht vielfach der Wunsch, die Phasenlage eines Farbträgers ferngesteuert einzustellen (Buch von H. Schönfelder: »Farbfernsehen3«, 1968, Justus v. Liebig Verlag, Darmstadt, Seiten 86 bis 90). Bei großen Studiokomplexen sind beispielsweise die Laufzeiten zwischen einzelnen Farbfemseheinrichtungen für Farbfernsehsignale sowie für Farbträger so groß, daß Phasenkorrekturen mit Hilfe von Phasenschiebern erforderlich werden, da schon geringe Abweichungen der Phasenlagen der Farbträger zu Färb- oder Sättigungsfehlern führen.

Weiterhin ist aus der US-PS 34 75 626 bekannt, in Empfängern sehr schneller Datenübertragungssysteme Phasenschieber zu verwenden, um Übereinstimmung der Phasen zwischen dem demodulierenden Träger und dem Datenträger zu erhalten.

Da sich die Laufzeiten durch Umschalten der Signalwege häufig ändern, sind Systeme zur automatischen Anpassung der Phasenlagen von verschiedenen Signalen zueinander bekanntgeworden (DTPS 19 35 445). Diese Systeme erfordern ebenfalls Phasenschieber, die mit Hilfe zugeführter Steuerspannungen einstellbar sind.

Aus der Zeitschrift »Proceedings of the IEEE«, Februar 1968, Seiten 219 und 220, ist eine Schaltungsanordnung zur Phasenverschiebung einer Wechselspannung bekannt, bei der die Frequenz der Wechselspannung zunächst verdoppelt wird. Aus der frequenzverdoppelten Wechselspannung werden sodann zwei rechteckförmige Impulssignale abgeleitet, die zueinander invers sind. Jedes Impulssignal wird zu einem Sägezahngenerator weitergeleitet, der aus dem rechteckfönnigen Impulssignal ein gleichfrequentes Sägezahnsignal formt. An den Ausgängen der beiden Sägezahngeneratoren sind somit zwei Sägezahnsignale abnehmbar, die um 90° phasenverschoben sind. Über einen Umschalter kann eines der Sägezahnsignale gewählt und dem Eingang eines Komparator zugeführt werden, der in Abhängigkeit von einer Steuerspannung bei bestimmten Spannungspegeln des Sägezahnsignals schaltet. Mit einer nachgeschalteten bistabilen Kippstufe wird dann das am Ausgang des Komparator

abnehmbare Signal in der Frequenz geteilt Da an den Ausgängen der bistabilen Kippstufe zwei zueinander inverse Signale zur Verfugung stehen, erhält man durch geeignetes Umschalten vier sich überlagernde Bereiche mit einer Gesamtphasenverschisbung der Wechselspannung von -25° bis +385°. Eine stufenlose Einstellung der Phasenlage über einen Bereich von 0° bis 360° einer Wechselspannungsperiode ist mit dieser bekannten Phasenschieberanordnung nicht möglich, da ein einzelner Bereich jeweils nur eine Phasenverschie bung von 140° umfaßt Außerdem ist diese bekannte Phasenschieberanordnung nicht phasenstabil, da Phasenabweichungen nicht ausgeregelt werden können. Im übrigen ist diese bekannte Phasenschieberanordnung durch die Verwendung zweier Sägezahngeneratoren und aufwendiger Phasensynchronisierung der bistabilen Kippstufe sehr schaltungsaufwendig.

Bei anderen bekannten Phasenschieberanordnungen bereitet die stufenlose Einstellung der Phasenlage über einen Bereich von 0° bis 360° deshalb Schwierigkeiten, weil zwischen der Amplitude der Wechselspannung und der eingestellten Phasenlage Abhängigkeit besteht. Außerdem sind andere bekannte Phasenschieberanordnungen nicht genügend temperaturstabil und nicht über große Entfernungen fernbedienbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eint Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art anzugeben, welche sowohl fernbedienbar uls auch phasen- und temperaturstabil ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der erfindungsgemäuen Schaltungsanordnung sind den Kennzeichen der Unteransprüche zu entnehmen.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung weist den Vorteil auf, daß neben der sicheren Fernbedienbarkeit der Phasenlage der Wechselspannung sich auch eine hohe Temperaturstabilität der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung durch die Verwendung eines Fhaseiidiskrirninators und eines Differenzverstärkers ergibt. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung besteht darin, daß zwischen der Steuerspannung und der mit der Steuerspannung einstellbaren Phasenlage ein proportionaler, d. h. linearer Zusammenhang besteht. Außerdem kann bei einer Schaltungsanordnung nach der vorliegenden Erfindung auf Abgleichmaßnahmen verzichtet werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung und eine Weiterbildung der erfindungsgemäßen Schaltungsan-Ordnung wird anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung,

Fig.2 Spannungs-Zeit-Diagramme zur Erläuterung des Blockschaltbildes nach F i g. 1.

F i g. 3Vektor-Diagramme eines konjugiert-komplexen Farbträgersignals,

Fig. 4 ein Blockschaltbild nach einer Weiterbildung der Erfindung zur Erzeugung eines konjugiert-komplc- ho xen Farbträgersignals.

Der Schaltungsanordnung nach F i g. 1 wird über eine Klemme 1 eine Wechselspannung mii gegebener Phasenlage zugeführt. Die Wechselspannung wird einem Frequenzteiler 2 und einem Eingang eines (><, Phasendiskriminators 3 zugeführt. Am Ausgang des Frequenzteilers 2 ist eine in der Frequenz geteilte Wechselspannung abnehmbar, welche einem Funktion·.

generator 4 zugeführt wird. Dieser Funktionsgenerator

4 formt aus der frequenzgeteilten Wechselspannung eine sägezahnförmige Spannung. Bei bekannten Funktionsgeneratoren wird beispielsweise ein Kondensator durch den Strom einer Konstantstromquelle aufgeladen und schlagartig wieder entladen. Der Ausgang des Funktionsgenerators 4 ist mit dem Eingang eines Schwellenschalters 5 verbunden, welcher über einen Steuereingang 6 verfügt Schwellenschalter schalten beim Überschreiten eines vorgegebenen Spannungspegels vom nichtleitenden in den leitenden Zustand. Der Spannungspegel, bei welchem der Umschaltvorgang erfolgt ist mit einer Steuerspannung am Steuereingang 6 des Schwellenschalters S kontinuierlich einstellbar. Mit einem Impulsformer 7 wird das Schaltsignal am Ausgang des Schwellenschalters 5 in ein impulsförmiges Signal mit konstantem Tastverhältnis umgeformt und zum Eingang eines Frequenzverdopplers 8 weitergeleitet. Am Ausgang des Frequenzverdopplers 8 mit Klemme 9 ist dann wieder eine Wechselspannung gleicher Frequenz wie an Klemme 1 abnehmbar, jedoch anderer Phasenlage. Um die auf diese Schaltungsanordnung einwirkenden Temperatureinflüsse zu eliminieren, wird ein Teil der Wechselspannung an Klemme 9 abgegriffen und einem zweiten Eingang des Phasendiskriminators 3 zugeführt. Am Ausgang des Phasendiskriminators 3 ist eine Regelspannung abnehmbar, welche sich proportional mit den durch Temperatureinflüsse bedingten Phasenabweichungen ändert. Die Regelspannung wird dem invertierenden Eingang eines Differenzverstärkers 10 zugeführt, an dessen nichlinvertiertem Eingang über Klemme 11 die Steuerspannung zugeführt ist. Am Ausgang des Differenzverstärkers 10 liegt eine Spannung, die der Differenz der dem Differenzverstärker 10 zugeführten Spannung entspricht. Die Differenzspannung wird über den Steuereingang 6 dem Schwellenschalter 5 zugeführt. Selbstverständlich ist es auch möglich, die an Klemme 11 liegende Steuerspannung direkt dem Steuereingang des Schwellenschalters

5 zuzuführen.

Die Wirkungsweise der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 wird im folgenden an Hand der Spannungs-Zeit-Diagramme der F i g. 2 erläutert. An Klemme 1 (F i g. 1) liegt beispielsweise eine sinusförmige Wechselspannung der Periodendauer T. F i g. 2a zeigt diese sinusförmige Wechselspannung. Der Frequenzteiler 2 (Fig. 1) teilt die sinusförmige Wechselspannung in der Frequenz im Verhältnis 2 :1. Am Ausgang des Frequenzteilers 2 ist somit ein Signal der Periodendauer IT (Fig. 2b) abnehmbar. Das Signal nach F i g. 2b steuert den Funktionsgenerator 4 derart, daß am Ausgang des Funktionsgenerators 4 ein sägezahnförmiges Signal nach F i g. 2c abnehmbar ist. Das sägezahnförmige Signal nach Fig. 2c wird dem Schwellenschalter 5 zugeführt, dessen Schaltschwelle mit einer Steuerspannung am Steuereingang 6 in einem Amplitudenbereich A (Fig. 2c) kontinuierlich einstellbar ist. Der Amplitudenbereich A umfaßt auf der positiven Rampe dr.~ Sägezahnsignals (F i g. 2c) mindestens die Periodendauer 7"einer an der Klemme I liegenden Wechselspannung. Die strichpunktierte Linie in Fig. 2c soll beispielsweise den Umschaltpunkt des Schwellenschalters 5 kennzeichnen. Fig. 2d zeigt die Schaltspannung am Ausgang des Schwellenschalters 5. Ein positiver Spannungspegel (Fig. 2d) erscheint immer dann, wenn die sägezahnförmige Spannung den zuvor bestimmten Spannungspegel des Schwellenschalters 5 überschreitet. Die Schaltspannung nach Fig. 2d wird mit dem

Impulsformer 7 in ein impulsförmiges Signal mit konstantem Tastverhältnis umgeformt. Durch Frequenzverdopplung des Signals nach F i g. 2e mit dem Frequenzverdoppler 8 (Fig. 1) erhält man wieder eine sinusförmige Wechselspannung (F i g. 2f) gleicher Frequenz, die sich jedoch durch eine Phasenverschiebung gegenüber der Phasenlage der sinusförmigen Wechselspannung nach F i g. 2a unterscheidet. Bei der gezeichneten Spannungsschwelle (strichpunktierte Linie in Fig.2c) ergibt sich eine Phasenverschiebung von φ ίο zwischen den Phasenlagen der Wechselspannungen nach F i g. 2f und F i g. 2a.

In F i g. 3 ist ein Koordinatensystem zur Darstellung konjugiert-komplexer Farbträgervektoren dargestellt. Auf der Ordinate ist »imaginär« das Farbdifferenzsignal V= R— Vund auf der Abzisse »reell« das Farbdifferenzsignal U=B- Y aufgetragen. Beim PAL-Farbfernsehverfahren wird ein in diesem Koordinatensystem eingezeichneter Farbträger F= F ■ β>φ zeilenweise alternierend (konjugiert-komplex) zu einem Farbträger F* = F ■ e-Jqp umgeschaltet. Einrichtungen zur Umwandlung eines Farbträgers Fin F'oder F"in Fwerden als Farbträgermodifikatoren bezeichne-t.

Ein neuartiger Farbträgermodifikator nach einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Schaltungsan-Ordnung ist in F i g. 4 dargestellt. Über die Klemme 1 wird ein Farbträgersignal dem Frequenzteiler 2 zugeführt. Das am Ausgang des Frequenzteilers 2 in der Frequenz geteilte Farbträgersignal wird je einem Eingang eines Funktionsgenerators 4' bzw. 4" zügeführt. Die Funktionsgeneratoren 4' bzw. 4" unterscheiden sich durch die abgeleiteten Sägezahnspannungen.

Mit dem Funktionsgenerator 4' wird ein Sägezahn mit positiver Rampe und mit dem Funktionsgenerator 4" eine sägezahnförmige Spannung mit negativer Rampe erzeugt. Den Funktionsgeneratoren 4' und 4" ist je ein Schwellenschalter 5' bzw. 5" nachgeschaltet. Die zugehörigen Steucreingänge 6' bzw. 6" sind parallel geschaltet, d. h.. den Steuereingängen der Schwellenschalter 5' und 5" wird gleichzeitig das an Klemme 11 liegende Steuersignal zugeführt. Durch die verschieden gepolten sägezahnförmigen Spannungen erhält man nach entsprechender Aufbereitung mit den Impulsformern T bzw. 7" und den Frequenzverdopplern 8' bzw. 8" an den Klemmen 9' bzw. 9" Farbträgersignale, die sich in der Phasenlage wie zwei konjugiert-komplexe Vektoren verhalten. Die zweite Einrichtung (Funktionsgenerator 4") kann auch als Inverter geschaltet sein, wenn dann diesem Inverter die am Ausgang des Funktionsgenerators 4' liegende sägezahnförmige Spannung zugeführt wird. Die gleichzeitige Änderung der Steuerspannung an den Steuereingängen 6' und 6" bewirkt, daß der Vektor des Farbträgers an Klemme 9' und der Vektor des Farbträgers an Klemme 9" proportional um einen Winkel φ gedreht werden. Das konjugiert-komplexe Farbträgersignal läßt sich nach einer weiteren Ausgestaltung des neuartigen Farbträgermodifikators auch als Signalquelle für einen Farbträgergenerator verwenden. Hierzu ist an den Klemmen 9' und 9" ein elektronischer Umschalter anzuschließen, dessen Kontaktstrecke zeilenweise umgeschaltet wird. Die Farbart ist mit Hilfe der Steuerspannung einstellbar.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur stufenlosen Einstel-. lung der Phasenlage einer Wechselspannung über S einen Bereich von 0° bis 360°,mit einer Steuerspannung, dadurch gekennzeichnet, daß die Wechselspannung (a) dem Eingang eines Frequenzteilers (2) zugeführt ist, an dessen Ausgang eine frequenzgeteilte Wechselspannung (b) abnehmbar ist, daß die frequenzgeteilte Wechselspannung (b) dem Eingang eines an sich bekannten Funktionsgenerators (4) zugeführt ist, an dessen Ausgang eine sägezahnförmige Spannung (c) abnehmbar ist, deren Frequenz der frequenzgetcilten Wechselspannung entspricht, daß die sägezahnförmige Spannung (c) dem Eingang eines Schwellenschalters (5) zugeführt ist, dessen Schwelle mit der Steuerspannung einstellbar ist und an dessen Ausgang beim Überschreiten der Schwelle durch die sägezahnförmige Spannung ein Schaltsignal (d) abnehmbar ist, daß das Schaltsignal (d) dem Eingang eines Impulsformers (7) zugeführt ist, an dessen Ausgang ein Impulssignal (e) abnehmbar ist, dessen Tastverhältnis konstant ist und dessen Impulsfolgefrequenz der frequenzgeteilten Wechselspannung (b) entspricht, und daß das Impulssignal (e) dem Eingang eines Frequenzverdopplers (8) zugeführt ist, an dessen Ausgang eine Wechselspannung (f) abnehmbar ist, welche in Abhängigkeit der Steuerspannung gegenüber der eingangsseitigen Wechselspannung (a) von 0° bis 360° in der Phase verschiebbar ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Frequenzteiler (2) zugeführte Wechselspannung (a) einem ersten Eingang und die am Ausgang des Frequenzverdopplers (8) abnehmbare Wechselspannung (!) einem zweiten Eingang eines Phasendiskriminators (3) zugeführt ist, daß die am Ausgang des Phasendiskriminators (3) abnehmbare Regelspannung einem Eingang eines Differenzverstärker (10) und die Steuerspannung einem anderen Eingang des Differenzverstärkers (10) zugeführt ist und daß der Ausgang des Differenzverstärkers (10) mit einem Steuereingang (6) des Schwellenschalters (5) verbunden ist

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Gewinnung eines konjugiert-komplexen Farbträgersignals ein in der Frequenz geteiltes Farbträgersignal einmal einem ersten Funktionsgenerator (4'), der eine sägezahnförmige Spannung mit positiver Rampe erzeugt, und zum anderen einem zweiten Funktionsgenerator (4"), der eine sägezahnförmige Spannung mit negativer Rampe erzeugt, zugeführt ist, daß der Ausgang des ersten Funktionsgenerators (4') mit dem Eingang eines ersten Schwellenschalters (5') und der Ausgang des zweiten Funktionsgenerators (4") mit dem Eingang eines zweiten Schwellenschalters (5") verbunden ist, daß den Steuereingängen (6', 6") des ersten und zweiten Schwellenschalters (5', 5") die Steuerspannung zugeführt ist und daß jedem Ausgang der Schwellenschalter (5', 5") Impulsformer (?', 7") und Freqiienzverdoppler (8'. 8") nachgeschaltet sind.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß zur Gewinnung eines konjueiert-komplexen Farbträgersignals ein in der Frequenz geteiltes Farbträgersignal einem Funktionsgenerator (4') zur Erzeugung einer sägezahnförmigen Spannung zugeführt ist, daß der Ausgang des Funktionsgenerator» (4') mit dem Eingang eines Inverters verbunden ist, daß der Ausgang des Funktionsgenerators (4') ferner mit dem Eingang eines ersten Schwellenschalters (5') und der Ausgang des Inverters (4") mit dem Eingang eines zweiten Schwellenschalters (5") verbunden ist, daß den Steuereingängen der ersten und zweiten Schwellenschalter (5', 5") die Steuerspannung zugeführt ist und daß jedem Ausgang der Schwellenschalter (5', 5") Impulsformer (7', 7") und Frequenzverdoppler (8^f, 8") nachgeschaltet sind.

5. Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 3 oder 4, gekennzeichnet durch die Verwendung als Farbflächcngenerator.