DE2408919C3 - Schaltungsanordnung zur stufenlosen Einstellung der Phasenlage einer Wechselspannung über einen Bereich von O Grad bis 360 Grad mit einer Steuerspannung - Google Patents
Schaltungsanordnung zur stufenlosen Einstellung der Phasenlage einer Wechselspannung über einen Bereich von O Grad bis 360 Grad mit einer SteuerspannungInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Einstellung der Phasenlage einer Wechselspannung über einen Bereich von 0° bis 360° mit einer
*5 Steuerspannung.
In der Farbfernsehtechnik, insbesondere der Farbfernsehstudiotechnik, besteht vielfach der Wunsch, die
Phasenlage «iines Farbträgers ferngesteuert einzustellen
(Buch von H. Schönfelder: »Farbfernsehen3«,
1968, Justus ν. Liebig Verlag, Darmstadt, Seiten 86 bis
90). Bei großen Studiokomplexen sind beispielsweise die Laufzeiten zwischen einzelnen Farbfernseheinrichtungen für Farbfernsehsignale sowie für Farbträger so
groß, daß Phasenkorrekturen mit Hilfe von Phasen-
Schiebern 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 automati
sehen Anpassung der Phasenlagen von verschiedenen
Signalen zueinander bekanntgeworden (DT-PS 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 frequenzver-
doppelten Wechselspannung werden sodann zwei rechteckförmige Impulssignale abgeleitet, die zueinander invers sind. Jedes Impulssignal wird zu einem
Sägezahngenerator weitergeleitet, der aus dem rechteckförmigen Impulssignal ein gleichfrequentes Säge-
zahnsignal 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 !Comparators 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 !Comparators
abnehmbare Signal in der Frequenz geteilt Da an den Ausgängen der bistabilen Kippstufe zwei zueinander
inverse Signale zur Verfügung stehen, erhält man durch geeignetes Umschalten vier sich überlagernde Bereiche
mit einer Gesamtphasenverschiebung der Wechsel- S spannung 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 Phasenverschiebung 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, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art
anzugeben, welche sowohl fernbedienbar als 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 erfindungsgemäßen 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
Phasendiskriminators 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- so
Ordnung wird anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigt
F i g. 1 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung,
Fig.2 Spannungs-Zeit-Diagramme zur Erläuterung
des Blockschaltbildes nach F i g. 1,
Fig.3Vektor-Diagramme eines konjugiert-komplexen Farbträgersignals,
F i g. 4 ein Blockschaltbild nach einer Weiterbildung der Erfindung zur Erzeugung eines konjugiert-komplexen Farbträgersignals.
Der Schaltungsanordnung nach F i g. 1 wird über eine
Klemme 1 eine Wechselspannung mit 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 Funktionsgenerator 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
Funk'ionsgenerators 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 5 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 nichtinvertiertem
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 F i g. 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 2 T (Fig.2b)
abnehmbar. Das Signal nach Fig.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 (F i g. 2c) kontinuierlich einstellbar ist. Der Amplitudenbereich A umfaßt auf der positiven Rampe des
Sägezahnsignals (F i g. 2c) mindestens die Periodendauer T einer an der Klemme 1 liegenden Wechselspannung. Die strichpunktierte Linie in Fig. 2c soll
beispielsweise den Umschaltpunkt des Schwellenschalters 5 kennzeichnen. F i g. 2d zeigt die Schaltspannung
am Ausgang des Schwellenschalters S. Ein positiver Spannungspegel (F i g. 2d) erscheint immer dann, wenn
die sägezahnförmige Spannung den zuvor bestimmten Spannungspegel des Schwellenschalters 5 überschreitet.
Die Schaltspannung nach F i g. 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 F i g. 2c) ergibt sich eine Phasenverschiebung von φ
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 — Yund auf der Abzisse »reell« das Farbdifferenzsignal
U= B— Y aufgetragen. Beim PAL-Farbfernsehverfahren wird ein in diesem Koordinatensystem
eingezeichneter Farbträger F= F ■ &<p zeilenweise
alternierend (konjugiert-komplex) zu einem Farbträger F* = F-e-Jq>
umgeschaltet. Einrichtungen zur Umwandlung eines Farbträgers Fin F* oder F'in Fwerden
als Farbträgermodifikatoren bezeichnet.
Ein neuartiger Farbträgermodifikator nach einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung
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" zugeführt 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 Steuereingänge 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
ίο gepolten sägezahnförmigen Spannungen erhält man
nach entsprechender Aufbereitung mit den Impulsformern T bzw. 7" und den Frequenzverdopplem 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)
1. Schaltungsanordnung zur stufenlosen Einstellung der Phasenlage einer Wechselspannung Ober
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 frequenzgeteilten 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 (Q 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 (f) einem
zweiten Eingang eines Phasendiskriminators (3) zugeführt ist, daß die am Ausgang des Phasendiskriminators (3) abnehmbare Regelspannung einem
Eingang eines Differenzverstärkers (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', 7") und Frequenzverdoppier (8*. 8")
nachgeschaltet sind.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Gewinnung eines konjugiert-komplexen Farbträgersignals ein in der Fre-
quenz geteiltes Farbträgersignal einem Funktionsgenerator (4') zur Erzeugung einer sägezahnförmigen Spannung zugeführt ist, daß der Ausgang des
Funktionsgenerators (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 (S', 5") Impulsformer (7', 7") und Frequenzverdoppier (8',
8") nachgeschaltet sind.
5. Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 3 oder 4, gekennzeichnet durch die Verwendung als
Farbflächengenerator.
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Publications (3)
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