DE2408919C3 - Circuit arrangement for stepless adjustment of the phase position of an alternating voltage over a range from 0 degrees to 360 degrees with a control voltage - Google Patents
Circuit arrangement for stepless adjustment of the phase position of an alternating voltage over a range from 0 degrees to 360 degrees with a control voltageInfo
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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 einerThe invention relates to a circuit arrangement for setting the phase position of an alternating voltage over a range from 0 ° to 360 ° with a
*5 Steuerspannung.* 5 control voltage.
In der Farbfernsehtechnik, insbesondere der Farbfernsehstudiotechnik, besteht vielfach der Wunsch, die Phasenlage «iines Farbträgers ferngesteuert einzustellen (Buch von H. Schönfelder: »Farbfernsehen3«,In color television technology, in particular color television studio technology, there is often a desire that The phase position in a color carrier can be set remotely (Book by 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-1968, Justus ν. Liebig Verlag, Darmstadt, pages 86 to 90). In large studio complexes, for example, the transit times between individual color television sets for color television signals and for color carriers are the same large that phase corrections with the help of phase
Schiebern erforderlich werden, da schon geringe Abweichungen der Phasenlagen der Farbträger zu Färb- oder Sättigungsfehlern führen.Sliders are required because there are even slight deviations in the phase positions of the color carriers Color or saturation errors.
Weiterhin ist aus der US-PS 34 75 626 bekannt, in Empfängern sehr schneller DatenübertragungssystemeIt is also known from US-PS 34 75 626, very fast data transmission systems in receivers
Phasenschieber zu verwenden, um Übereinstimmung der Phasen zwischen dem demodulierenden Träger und dem Datenträger zu erhalten.Use phase shifter to match the phases between the demodulating carrier and the disk.
Da sich die Laufzeiten durch Umschalten der Signalwege häufig ändern, sind Systeme zur automatiSince the transit times change frequently when the signal paths are switched, systems for automatic 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.see adjustment of the phase positions of different Signals become known to each other (DT-PS 19 35 445). These systems also require phase shifters that operate with the aid of supplied control voltages are adjustable.
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-From the journal "Proceedings of the IEEE", February 1968, pages 219 and 220, a circuit arrangement for phase shifting an alternating voltage is known, in which the frequency of the alternating voltage is initially doubled. From the frequency
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-double alternating voltage, two square-wave pulse signals are then derived which are inverse to one another. Every pulse signal becomes one The sawtooth generator is passed on, which converts the square-wave pulse signal into a sawtooth of the same frequency.
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 zugeführttooth signal forms. At the exits of the two Sawtooth generators can thus take two sawtooth signals that are phase-shifted by 90 °. Over a changeover switch can select one of the sawtooth signals and feed it to the input of a comparator
werden, der in Abhängigkeit von einer Steuerspannung bei bestimmten Spannungspegeln des Sägezahnsignals schaltet Mit einer nachgeschalteten bistabilen Kippstufe wird dann das am Ausgang des !Comparatorswhich depends on a control voltage at certain voltage levels of the sawtooth signal switches With a downstream bistable multivibrator, the output of the! Comparator
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.Detachable signal divided in frequency Since two to each other at the outputs of the bistable multivibrator If inverse signals are available, four overlapping areas are obtained by suitable switching with a total phase shift of the AC voltage of -25 ° to + 385 °. A stepless one Adjustment of the phase position over a range from 0 ° to 360 ° of an alternating voltage period is with this known phase shifter arrangement is not possible, since an individual area only includes a phase shift of 140 °. In addition, this is known Phase shifter arrangement not phase stable, since phase deviations cannot be corrected. in the The rest is this known phase shifter arrangement through the use of two sawtooth generators and complex phase synchronization of the bistable multivibrator, very circuit-intensive.
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.In other known phase shifter arrangements, the stepless setting of the phase position prepares a range from 0 ° to 360 ° because of difficulties between the amplitude of the alternating voltage and the set phase position is dependent. In addition, other known phase shifter arrangements are not sufficiently temperature-stable and not over remotely controllable over long distances.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art anzugeben, welche sowohl fernbedienbar als auch phasen- und temperaturstabil ist.The invention is based on the object of providing a circuit arrangement of the type mentioned at the beginning indicate which can be remote controlled as well as phase and temperature stable.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.This object is achieved according to the invention by the features specified in the characterizing part of claim 1.
Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung sind den Kennzeichen der Unteransprüche zu entnehmen.Advantageous developments and refinements of the circuit arrangement according to the invention are the Refer to the characteristics of the subclaims.
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.The circuit arrangement according to the invention has the advantage that, in addition to the secure remote control, the phase position of the alternating voltage also changes a high temperature stability of the circuit arrangement according to the invention through the use of a A further advantage of the invention results in a phase discriminator and a differential amplifier The circuit arrangement consists in that between the control voltage and the control voltage adjustable phase position a proportional, d. H. there is a linear relationship. In addition, at a circuit arrangement according to the present invention can be dispensed with balancing measures.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung und eine Weiterbildung der erfindungsgemäßen Schaltungsan- so Ordnung wird anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigtAn embodiment of the invention and a further development of the circuit arrangement according to the invention Order is explained in more detail with reference to the figures. It shows
F i g. 1 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung,F i g. 1 is a block diagram of the circuit arrangement according to the invention,
Fig.2 Spannungs-Zeit-Diagramme zur Erläuterung des Blockschaltbildes nach F i g. 1,Fig. 2 voltage-time diagrams for explanation of the block diagram according to FIG. 1,
Fig.3Vektor-Diagramme eines konjugiert-komplexen Farbträgersignals,3 vector diagrams of a complex conjugate color carrier signal,
F i g. 4 ein Blockschaltbild nach einer Weiterbildung der Erfindung zur Erzeugung eines konjugiert-komplexen Farbträgersignals.F i g. 4 shows a block diagram according to a development of the invention for generating a complex conjugate color carrier signal.
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.The circuit arrangement according to FIG. 1 will have a Terminal 1 is supplied with an alternating voltage with a given phase position. The alternating voltage is a frequency divider 2 and an input of a phase discriminator 3 supplied. At the exit of the Frequency divider 2, an alternating voltage which is divided in frequency and which is fed to a function generator 4 can be removed. This function generator 4 forms a sawtooth-shaped voltage from the frequency-divided alternating voltage. In known function generators, a capacitor is used, for example charged by the current of a constant current source and suddenly discharged again. The outcome of the Function generator 4 is connected to the input of a threshold switch 5, which via a Control input 6 has threshold switches that switch from the non-conductive to the conductive state when a specified voltage level is exceeded. the The voltage level at which the switchover takes place is with a control voltage at the control input 6 of the threshold switch 5 continuously adjustable. With a pulse shaper 7, the switching signal is on Output of the threshold switch 5 in a pulse-shaped Signal with constant duty cycle converted and forwarded to the input of a frequency doubler 8 At the output of the frequency doubler 8 with At terminal 9, an alternating voltage of the same frequency as at terminal 1 can be removed, however different phase position. In order to eliminate the temperature influences acting on this circuit arrangement, part of the AC voltage is tapped at terminal 9 and fed to a second input of the phase discriminator 3. At the output of the phase discriminator 3, a control voltage can be removed, which changes proportionally with the phase deviations caused by temperature influences. The control voltage is fed to the inverting input of a differential amplifier 10, to its non-inverted one The control voltage is supplied to the input via terminal 11. At the output of the differential amplifier 10 is a Voltage which corresponds to the difference in the voltage supplied to the differential amplifier 10. The differential voltage is via the control input 6 the Threshold switch 5 supplied. Of course, it is also possible to apply the control voltage on terminal 11 directly to the control input of the threshold switch 5 feed.
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 demThe mode of operation of the circuit arrangement according to FIG. 1 is shown below on the basis of the voltage-time diagrams in FIG. 2 explained. For example, a sinusoidal alternating voltage with a period duration TF i g is applied to terminal 1 (FIG. 1). 2a shows this sinusoidal alternating voltage. The frequency divider 2 (Fig. 1) divides the sinusoidal alternating voltage in frequency in a ratio of 2: 1. At the output of the frequency divider 2, a signal of the period duration 2 T (FIG. 2b) can thus be tapped. The signal according to FIG. 2b controls the function generator 4 in such a way that a sawtooth-shaped signal according to FIG. 2c is removable. The sawtooth-shaped signal according to FIG. 2c is fed to the threshold switch 5, the switching threshold of which can be continuously adjusted with a control voltage at the control input 6 in an amplitude range A (FIG. 2c). The amplitude range A comprises at least the period T of an alternating voltage applied to terminal 1 on the positive ramp of the sawtooth signal (FIG. 2c). The dash-dotted line in FIG. 2c is intended to identify the switching point of the threshold switch 5, for example. F i g. 2d shows the switching voltage at the output of the threshold switch S. A positive voltage level (FIG. 2d) always appears when the sawtooth-shaped voltage exceeds the previously determined voltage level of the threshold switch 5. The switching voltage according to FIG. 2d is combined with the
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.Pulse shaper 7 is converted into a pulse-shaped signal with a constant pulse duty factor. By doubling the frequency of the signal according to FIG. 2e with the frequency doubler 8 (FIG. 1) one again obtains a sinusoidal alternating voltage (FIG. 2f) of the same frequency, which, however, is distinguished by a phase shift with respect to the phase position of the sinusoidal alternating voltage according to FIG. 2a differs. The voltage threshold shown (dash-dotted line in FIG. 2c) results in a phase shift of φ between the phase positions of the alternating voltages according to FIG. 2f and 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.In Fig. 3 shows a coordinate system for representing complex conjugate color carrier vectors. The "imaginary" color difference signal V = R - Y is plotted on the ordinate and the color difference signal U = B - Y is plotted "real" on the abscissa. In the PAL color television process, a color carrier F = F ■ &<p drawn in this coordinate system is switched line by line alternating (conjugate-complex) to a color carrier F * = Fe-Jq> . Devices for converting a color carrier Fin F * or F'in F are referred to as color carrier modifiers.
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.A novel color carrier modifier according to a further development of the circuit arrangement according to the invention is in Fig. 4 shown. A color carrier signal is sent to the frequency divider 2 via terminal 1 fed. The color carrier signal divided in frequency at the output of the frequency divider 2 is one each The input of a function generator 4 'or 4 "is supplied. The function generators 4' and 4" differentiate through the derived sawtooth voltages.
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 verschiedenWith the function generator 4 'a sawtooth with a positive ramp and with the function generator 4 " generates a sawtooth-shaped voltage with a negative ramp. The function generators 4 'and 4 "is each one Threshold switch 5 'or 5 "connected downstream. The associated control inputs 6' and 6" are parallel switched, d. This means that the control inputs of the threshold switches 5 'and 5 "are connected to terminal 11 at the same time lying control signal supplied. Through the different
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.ίο polarized sawtooth-shaped voltages are obtained after appropriate processing with the pulse formers T or 7 "and the frequency doublers 8 'or 8" at the terminals 9' or 9 "color carrier signals that behave like two complex conjugate vectors in their phase position. The second device (function generator 4 ″) can also be connected as an inverter if the sawtooth-shaped voltage at the output of the function generator 4 'is then fed to this inverter. The simultaneous change in the control voltage at the control inputs 6 'and 6 "causes the vector of the color carrier at terminal 9' and the vector of the color carrier at terminal 9" to be rotated proportionally by an angle φ. According to a further embodiment of the novel color carrier modifier, the complex conjugate color carrier signal can also be used as a signal source for a color carrier generator. For this purpose, an electronic changeover switch must be connected to terminals 9 'and 9 ", the contact path of which is switched line by line. The color type can be set with the aid of the control voltage.
Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings
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