DE2649933A1 - Gesteuerter oszillator - Google Patents
Gesteuerter oszillatorInfo
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Description
7994-76 Ks/Ri O C / Q cm
ECA 68,884- ZD ^y Cl O O
U.S. Serial No: 633,462 γλτκχτλλ walte
Filed: November 19, 1975 du. ikg. ehnbt sommkhfeld
DK. DIKTEK V. 3UiZOLD
DIPL. ING. PKTER SCHÜTZ
DIPL. ING. WOLFGANG HEUSLER
D-8 MUEN-CHEN 80
MAIUA-TIIEHKSIA-'STHASSE 22
POSTFACH 8000 08
RCA Corporation New York, N.Y., V.St.v.A.
Gesteuerter Oszillator
Die Erfindung bezieht sich auf Oszillatorschaltungen und betrifft
speziell spannungsgesteuerte Oszillatoren, deren Amplituden- und Phasenverhalten gut reproduzierbar ist und die bezüglich einer bevorzugten
Betriebsphase und -frequenz steuerbar sind.
Besonderes Anwendungsgebiet der Erfindung sind integrierte Schaltungen.
Unter einer "integrierten Schaltung" sei hier ein eine Einheit bildendes oder monolithisches Halbleitergerät oder Schaltungsplättchen
verstanden, welches das Äquivalent eines Netzwerks aus untereinander verbundenen aktiven und passiven Schaltungselementen
ist·
In verschiedensten elektrischen Geräten werden steuerbare Oszillatoren
benötigt, die einen im wesentlichen symmetrischen Steuerbereich haben und deren Verhalten von Stück zu Stück reproduzierbar
ist. Diese Eigenschaften wünscht man sich besonders bei spannungsgesteuerten
Oszillatoren, wie sie gewöhnlich im Farbartkanal eines Farbfernsehempfängers eingesetzt werden, um ein Bezugssignal
zur Demodulation der empfangenen Farbartinformation bereitzustellen,
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Solche Oszillatoren werden typischerweise mittels einer Spannung gesteuert, die proportional der Phasen- und/oder Frequenzdifferenz
zwischen dem lokal erzeugten Oszillator-Referenzsignal und der Färbsynchronkomponente ("Bursf'-Signal) des empfangenen Farbartsignals
ist«
Bekannte spannungsgesteuerte Oszillatoren enthalten häufig ein oder mehrere ohmisch-kapazitive Phasenverschiebungsnetzwerke
(RG-Phasenschieber) in der Rückkopplungsschleife des Oszillators,
um einen symmetrischen Steuerbereich für den Oszillator zu erhalten. Die Phasenschieber können entweder Komponenten mit festen
Werten aufweisen, um ein vorbestimmtes Phasenverschiebungsmaß zu bringen, oder sie können veränderliche Komponenten aufweisen,
die durch eine zugeordnete Schaltung abhängig von einem geeigneten Steuersignal beeinflußt werden, welches charakteristisch für
die gewünschte Betriebsphase und -frequenz des Oszillators ist.
Spannungsgesteuerte Oszillatoren, die RC-Phasenschieber für die oben genannten Zwecke enthalten, können unerwünschterweise einen
unsymmetrischen Steuerbereich haben. Beispielsweise kann das Betriebsverhalten des Phasenschiebers durch mancherlei Faktoren gestört
oder nachteilig beeinflußt sein, etwa infolge Belastung durch zugeordnete Schaltungen oder infolge unterschiedlicher
Toleranzen der den Phasenschieber bildenden ohmschen und kapazitiven Elemente . Letzteres macht sich besonders bei integrierten
RC-Phasenschiebern bemerkbar, da die Absolutwerte integrierter Widerstände und Kondensatoren um 30$ oder mehr vom Sollwert
abweichen können. Solche Faktoren machen es schwer, die resultierende
Phasenverschiebung und somit die unkorrigierte Oszillatorphase und -frequenz sowie den Steuerbereich des Oszillators
vorauszusagen. Alle Versuche zur Kompensierung dieser Faktoren und somit zur Erzielung eines vorhersagbaren Nennmaßes der Ausgangsphase
und eines symmetrischen Steuerbereichs für den Oszillator liefen bisher praktisch auf die Verwendung eines sogenannten
"Zentrierungspotentiometers1' hinaus, um die Schaltung für symmetrische Steuerung des Oszillators passend zu machen.
Relativ große diskrete Bauelemente wie Potentiometer und die
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notwendigen Maßnahmen zu ihrer Verstellung sind jedoch teuer
und/oder unzuverlässig und daher allgemein unerwünscht·
Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines Oszillators,
der gegenüber einer bevorzugten Bezugsphase und Betriebsfrequenz steuerbar ist und ein vorhersagbares^Verhalten
zeigt.
Die Erfindung geht aus von einem Oszillator, dessen Ausgangssignal
in seiner Phase und/oder seiner Frequenz gegenüber einer vorbestimmten Bezugsfrequenz steuerbar ist und der folgendes
enthält: Einen Verstärker mit einem Eingang und einem Ausgang; eine Reaktanzschaltung, die ein vorbestimmtes Resonanzfrequenzverhalten
hat und in einer geschlossenen Schleife zwischen den Eingang und den Ausgang des Verstärkers gekoppelt ist, um eine
genügend starke Mitkopplung zu bewirken," so daß an einem Ausgang des Oszillators ein Schwingungssignal mit einer Bezugsphase
erzeugt wird; eine Einrichtung zur Lieferung von Steuersignalen, die für den Phasen- und/oder Frequenzunterschied des Schwingungssignals gegenüber einem vorbestimmten Bezugssignal charakteristisch
sind. Erfindungsgemäß ist außerhalb des Mitkopplungskreises ein Phasenschieber angeordnet, der die Phase des Schwingungssignals um ein vorbestimmtes Maß gegenüber der Bezugsphase verschiebt, um ein phasenverschobenes Signal zu erzeugen. Mit diesem
Phasenschieber ist eine Steuerschaltung gekoppelt, die das phasenverschobene Signal empfängt, um gegenphasige Ausgangssignale
zu erzeugen, umd die auf die Steuersignale anspricht, um Teile der gegenphasigen Ausgangssignale auszuwählen. Eine Vereinigungsschaltung summiert das Schwingungssignal und die von der Steuerschaltung
gelieferten ausgewählten Teile der gegenphasigen Ausgangssignale, um ein kombiniertes Signal mit einer resultierenden
Phase zu erzeugen, das dem Verstärker zugeführt wird, um das Schwingungssignal in einer gewünschten Beziehung zum vorbestimmten
Bezugssignal zu halten.
Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel anhand
von Zeichnungen näher erläutert. - 4 -
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Fig. 1 zeigt teilweise in Blockform und teilweise im Detail einen
Teil einer mit der Erfindung ausgestatteten Signalverar-"beitungsschaltung
eines Fernsehempfängers;
Fig. 2 ist ein Diagramm zur Erläuterung der Arbeitsweise der Schaltungsanordnung
nach Fig. 1. ' *\ ^
Der in Fig. 1 dargestellte Teil eines Farbfernsehempfängers enthält
die gesamte Schaltungsanordnung zur Verarbeitung der Farbinformation in einer Ausführung, die sich auf einem einzigen monolithischen
integrierten Schaltungsplättchen 20 (mit der gestrichelten Umrahmung angedeutet) unterbringen läßt. Einzelheiten bestimmter zusätzlicher
Farbverarbeitungsschaltungen bekannter Konstruktion sind in Fig. 1 nicht gezeigt, da sie für das Verständnis der vorliegenden
Erfindung nicht wichtig sind.
Farbfernsehsignale werden von einer Antenne 21 aufgefangen und zunächst
in einem üblichen Farbfernseh-Empfangsteil verarbeitet, der
mit dem Block 22 dargestellt ist. Der Empfangsteil 22 enthält beispielsweise einen Tuner mit einem HF-Verstärker und mit Umsetzerstufen,
um die empfangenen Signale zu verstärken und in ZF-Signale umzusetzen. Die ZF-Signale werden in mehreren Verstärkerstufen,
die geeignete frequenzselektive Elemente enthalten,verstärkt und
anschließend auf einen Videodetektor gegeben. Alle diese Teile befinden sich innerhalb des Blocks 22. Den HF- und ZF-Verstärkern
sind ferner Einrichtungen zur automatischen Verstärkungsregelung zugeordnet. Innerhalb des Blocks 22 werden Synchronsignalkomponenten
des empfangenen Signals abgetrennt. Die Horizontalablenkimpulse (Zeilenablenkimpulse) werden den Schaltungen der Zeilenablenkeinheit
2J? im Empfänger zugeführt. Weitere (nicht dargestellte) Ausgangssignale
wie Tonsignale, Leuchtdichtesignale und Vertikalsynchronsignale werden ebenfalls vom Empfangsteil 22 abgeleitet
und anderen Teilen des Empfängers in der bekannten Weise zugeführt.
Die am Ausgang des Empfangsteils 22 gelieferten demodulierten Videosignale
gelangen zu einem Bandfilter 27, welches die für die Farb-
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information- charakteristischen Komponenten der demodulierten Videosignale
auswählt. Die Farbinformation besteht beispielsweise aus
Farbdifferenz-Informationen (R-T, B-Y und G-Y), die als Amplitudenmodulation
bei ausgewählten Phasen eines unterdrückten Farbhilfsträgers
vorliegt. Das Bandfilter 27 läßt außerdem die Farbsynchronimpulse (Farbbursts) des gesendeten Signals durch. Bei der in den
USA gebräuchlichen Rundfunknormen, die im vorliegenden Pall als Beispiel zugrundegelegt werden, wird der Farbburst während eines
relativ kurzen Synchronisierungsintervalls nach dem Ende jedes den Bildinhalt einer horizontalen Abtastzeile übertragenden Signals gesendet.
Der Parbburst besteht typischerweise aus acht Perioden einer unmodulierten Welle, die frequenzgleich mit einem Bezugs-Farbhilfsträger
ist (ungefähr 3,58
Der Parbburst und die Modulationskomponenten des unterdrückten Hilfsträgers gelangen vom Filter 27 zu einer Eingangsklemme 1 einer
integrierten Schaltung 20, die eine Farbartsignal-Verarbeitungsschaltung (Farbartkanal) enthält. Über eine Klemme 2 gelangen Schlüsselimpulse,
die von der Zeilenablenkeinheit 25 abgeleitet werden, zu
einer Torschaltung 29 der integrierten Schaltungsanordnung 20. Die Schlüsselimpulse sind als positiv gerichtete Impulse relativ kurzer
Dauer (z.B. entsprechend dem Zeilenaustastintervall) dargestellt, zwischen denen längere Intervalle liegen (jeweils entsprechend dem
die Bildinformation enthaltenden Teil der Zeilenabtastperiode).
Die Schaltungen innerhalb der Grenzen der integrierten Schaltungsanordnung
20 enthalten einen verstärkungsgeregelten ersten Farbsignalverstärker JO?der dazu dient, sowohl die Modulationskomponenten
des unterdrückten Hilfsträgers als auch die Farbsynchronkomponenten
(Parbbursts) des vom Bandfilter 27 kommenden Farbartgemischs in steuerbarer Weise zu verstärken. Die vom ersten Farbsignalverstärker
30 kommenden Farbbursts werden über die Torschaltung 29 auf einen Detektor 32 für automatische Frequenz- und Phasenregelung
(APPR-Detektor) und auf eine Schaltung 35 zur automatischen Farbregelung
gegeben.
Der AFPR-Detektor 32 empfängt außerdem ein Bezugsschwingungssignal
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von einer Oszillator schaltung 55· Der AFPR-Detektor 32 kann beispielsweise
von der in der USA-Patentschrift 3 740 456 beschriebenen
Bauart sein. Er liefert ausgangsseitig Steuersignale, die
charakteristisch für die relative Phasen- und/oder Frequenzlage zwischen dem gesendeten Farbburst und dem vom spannungsgesteuerten
Oszillator 55 gelieferten Bezugssignal sind. Gefilterte Äusgangssignale
des Ai1PR-Detektors 32 werden einer Steuerstufe 90 des
spannungsgesteuerten Oszillators 55 züge führt ,v deren Arbeitsweise
weiter unten ausführlicher beschrieben wird.
Die Schaltung 35 zur automatischen Farbregelung empfangt ebenfalls
die von der Torschaltung 29 kommenden Farbburst und liefert eine
Steuerspannung zur Beeinflussung der Verstärkung des ersten Farbsignalverstärkers
30- Die von der Farbregelungsschaltung 35 gelieferte
Steuerspannung wird außerdem einer Farbsperrschaltung 40
zugeführt, die ein Steuersignal erzeugt, welches einen zweiten Farbsignalverstärker 44 während der Übertragung von Schwarzweiß-Signalen
oder von Signalen mit schwacher Farbinformation abschaltet, um den Empfänger an der Wiedergabe ungewollter Farben zu hindern.
Die Modulationskomponenten des Farbhilfsträgers, die an einem
zweiten Ausgang der Torschaltung 29 erscheinen, werden im zweiten Farbsignalverstärker 44 weiter verstärkt. Ein Steuereingang des
zweiten Farbsignalverstärkers 44 ist über eine Klemme 3 mit dem
Schleifer eines Potentiometers 4-5 verbunden, an welches eine Betriebsspannung
von etwa +11,2 Volt gelegt ist. Das Potentiometer 45 gestattet dem Fernsehzuschauer, die Sättigung (Färbintensität)
der auf der Bildröhre (nicht dargestellt) des Fernsehempfängers
wiedergegebenen Bilder zu steuern.
Eine Farbton-Steuerschaltung 50 dient dazu, die Phase des vom spannungsgesteuerten
Oszillator 55 gelieferten Bezugssignals vor dessen Zuführung zu einem Farbdemodulator 53 zu beeinflussen. Die von der
Farbton-Steuerschaltung 50 bewirkte Phasenverschiebung kann mittels
eines Potentiometers 52 geändert werden, welches an einer Betriebsspannung
von etwa +11,2Kliegt und dessen Schleifer über eine Klemme
4- mit einem Eingang der Schaltung 50 verbunden ist. Das Potentiometer
52 kann vom Fernsehzuschauer verstellt werden, um die relative
- 7-
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Phasenlage zwischen der Eurstkomponente und dem vom gesteuerten
Oszillator 55 auf den Demodulator 53 gegebenen Bezugssignal zu
verändern und dadurch den Farbton des wiedergegebenen Bildes entsprechend seinen persönlichen Vorstellungen zu ändern.
Der Farbdemodulator 53 e*mpf ängt außerdem verstärkte IFarbtiilfsträgersignale
vom zweiten Farbsignalverstärker 4-4·. Der Farbdemodulator
53 (der geeignete Matrixschaltungen enthalten kann) liefert an den
Klemmen 5* 6 und 7 Farbdifferenzsignale R-Y, G-Y und B-Y. Diese
Farbdifferenzsignale werden schließlich mit dem Leuchdichtesignal
Y kombiniert, um das Rotsignal R, das Grünsignal G und das Blausignal B zu erzeugen, die in bekannter Weise über geeignete Ansteuerschaltungen
(nicht dargestellt) der Bildröhre des Fernsehempfängers zugeführt werden.
Der in der Farbartsignal-Bearbeitungsschaltung 20 enthaltene und insgesamt mit 55 bezeichnete spannungsgesteuerte Oszillator ist
gemäß der Erfindung ausgebildet. Er enthält eine rückgekoppelte Schwingstufe 60 und eine gesonderte Phasensteuerstufe 90.
Die Schwingstufe 60 ist so ausgelegt, daß sie ein Signal in Form einer ungedämpften Welle mit der Nennfrequenz des Farbhilfsträgers
liefert (z.B. etwa 3»58 MHz gemäß der USA-Fernsehnorm). Die Schwingstufe
60 enthält einen Verstärker in Form emittergekoppelter Transistoren 61 und 62 zur Verstärkung und Begrenzung von Signalen in
der Oszillatorschleife sowie eine äußere frequenzbestimmende Resonanzschaltung
63, die zwischen den Klemmen 8 und 9 liegt. Die Resonanzschaltung 63 besteht aus einer Reihenschaltung eines die
Bandbreite bestimmenden Widerstands 64, eines Schmalband-Kristallfilters
65 und eines veränderbaren Stimmkondensators 66, die alle zwischen .die Klemmen 8 und 9 geschaltet sind. Zwischen dem Widerstand
64- und Masse liegt ein Siebkondensator 67· Ein Stromquellentransistor
68 ist mit seiner einen Seite an die zusammengekoppelten Emitter der Verstarkertransistoren 61 und 62 angeschlossen und
mit seiner anderen Seite über einen Vorspannungswiderstand 79 an
einen Punkt mit Bezugspotential (Masse) angeschlossen. Zwischen Kollektor des Transistors 61 und einem an der Klemme 10 zugeführten
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Versorgungspotential von etwa +11,2 Volt liegt ein Lastwiderstand 69- Der Kollektor des Transistors 62 ist direkt mit dem Versorgungspotential
verbunden. Eine Rückkopplungsschleife, die einen als Emitterfolger geschalteten Transistor 70 als Puffer- oder Trennstufe,
die Resonanzschaltung 63 und einen aus Emitterfolger geschalteten
zweiten Transistor 71 als Puffer- oder Trenns'tufe enthält,
bildet eine Wechselstrom-Mitkopplung zur Aufrechterhaltung von Schwingungen. Die Basis des Transistors 70' ist mit dem Kollektorausgang
des Verstärkertransistors 61 verbunden, um die am Lastwiderstand 69 entwickelten Signale zu empfangen, während der Emitter
des Transistors 71 mit dem Basiseingang des Verstärkertransistors 62 verbunden ist. An die Klemme 8 ist ein Vorspannungswiderstand
81 angeschlossen, der den Emitter des Transistors 70 nach Masse koppelt.
Die Betriebsvorspannung für die Verstärkertransistoren 61, 62 des Oszillators wird von einer Anordnung erzeugt, bestehend aus einem
Doppelemitter-Vorspannungstransistor 72, dessen Kollektor mit dem Versorgungspotential verbunden ist und dessen Basis über einen Vorspannungswiderstand
73 an eine Vorspannungsquelle (etwa +5»4- Volt)
angeschlossen ist und dessen Emitter mit der Basis des Verstärkertransistors 61 verbunden ist. Die Vorspannungsquelle ist außerdem
über einen Vorspannungswiderstand 74- mit der Basis des Transistors
71 verbunden. Die Vorspannungsanordnung enthält ferner einen Vorspannungstransistor
75» dessen Basis mit der Basis des Stromquellentransistors 68 verbunden ist und dessen Kollektor an den Emitter
des Transistors 72 angeschlossen ist und dessen Emitter über einen Vorspannungswiderstand 76 mit Masse- verbunden ist· Ein weiterer
Vorspannungstransistor 77 liegt mit seinem Kollektor am Emitter des Puffertransistors 71, mit seiner Basis an der Basis des Stromquellentransistors
68 und mit seinem Emitter über einen Vorspannungswiderstand 78 an Masse. Die Basiselektroden der Transistoren
68, 75 und 77 sind mit einer Gleichvorspannungsquelle (+1,2 Volt)
verbunden, um in diesen Transistoren Ruheströme fließen zu lassen.
Vom Emitter des Transistors 71 werden Schwingungssignale, deren
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Phase und Frequenz mit der Farbsynchronkomponente (Burstkomponente)
des empfangenen Farbartsignals in Beziehung stehen, an die Farbton-Steuerschaltung
50 und an den AFPR-Detektor 32 geliefert. Schwingungssignale
ähnlicher Phasenlage werden vom Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand 64 und dem Kondensator 67 einem externen Phasenschieber
80 zugeführt;, der sich außerhalb der·,Mitkoppiungsschleife
der Schwingstufe 60 befindet.
Der Phasenschieber 80 enthält eine Induktivität 82, die mit ihrem
einen Ende an den Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand 64 und
dem Kondensator 67 angeschlossen ist. Zwischen dem anderen Ende der Induktivität 82 und Masse liegt ein Kondensator 83, dem eine
Reihenschaltung aus einem Widerstand 85 und einem Kondensator 86
parallelgeschaltet ist. Der Phasenschieber 80 hat eine relativ *« kleine Gütezahl Q von etwa 1 und bewirkt für das von der Schwingstufe
60 gelieferte Signal eine Phasenverzögerung von etwa 90° bei Resonanzfrequenz (z.B. 3,58 MHz).
Die vom Phasenschieber 80 gelieferten phasenverschobenen Signale, die im folgenden als Quadratursignal bezeichnet werden, werden über
die Klemme 11 und einen als Emitterfolger geschalteten Transistor 88 (Puffer- oder Trenntransistor) auf die Phasensteuerstufe 90 des
spannungsgesteuerten Oszillators 55 gegeben sowie der Farbton-Steuerschaltung 50 und der Schaltung 35 zur automatischen Farbregelung
zugeführt (Anschluß A).
Die Phasensteuerstufe 90 besteht aus einem Gegentaktverstärker, der
zwei gleich ausgebildete Paare von in Differenzialschaltung angeordneten Transistoren 91, 92 und 93, 94 aufweist, die auf vom AFPR-Detektor
32 kommende Steuersignale ansprechen, sowie ein drittes Paar in Differenzialschaltung angeordneter Transistoren 95» 96, die
das Quadratursignal vom Emitter des Transistors 88 empfangen. Die
Transistoren 91 und 92 sind mit ihren Emitterelektroden zusammengekoppelt
und mit ihren Kollektorelektroden an die Kollektoren der Transistoren 94 und 93 angeschlossen.Die miteinander verbundenen
Kollektoren der Transistoren 92 und 93 sind direkt an das Versor-
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gungspotential angeschlossen, und die miteinander verbundenen
Kollektoren der Transistoren 91 und. 94 sind an den Lastwiderstand
69 angeschlossen. Die Basiselektroden der Transistoren 91 und 93
sind gemeinsam an einen Steuersignalausgang des AFPR-Detektors 32 angeschlossen, und die Basiselektroden der Transistoren 92 und
94 sind gemeinsam an einen Vorspannungsausgang des AFPR-Detektors
angeschlossen.
V.
Die Transistoren 95 und 96 sind an ihren Emittern zusammengekoppelt.
Der Kollektor des Transistors 95 ist mit den zusammengekoppelten
Emittern der Transistoren 91 und 92 verbunden, und der Kollektor des Transistors 96 ist mit den zusammengekoppelten Emittern der
Transistoren 93 und 94- verbunden. Die Kollektor-Emitter-Strecke
eines Stromquellentransistors 97 verbindet die zusammengekoppelten Emitter der Transistoren 95 und 96 über einen Vorspannungswiderstand
98 mit Masse. Die Basis des Transistors 97 ist mit einer Gleichvorspannungsquelle
von etwa +1,2 Volt verbunden, um den Ruhestrom zu bestimmen. Die Basis des Transistors 96 empfängt eine Betriebsvorspannung aus der +5,4 Volt-Vorspannungsquelle über den Kollektor
des Transistors 75» und die Basis des Transistors 95 empfängt ihre
Betriebsvorspannung aus der gleichen Quelle über den Transistor 88, die Induktivität 82 und den Widerstand 74. Die Basis des Transistors
95 empfängt außerdem das Quadratursignal vom Emitter des Transistors
88.
Es sei nun die Arbeitsweise des in Fig. 1 dargestellten spannungsgesteuerten
Oszillators 55 beschrieben.
In einer normalen Betriebsweise zur richtigen Demodulation des empfangenen Farbartsignals soll das von der Schwingstufe 60 an der
Klemme 9 gelieferte Ausgangssignal gleiche Frequenz wie die empfangene
Burstkomponente (Farbsynchronsignal) und eine gegenüber dieser Komponente um 90° versetzte Phasenlage haben, also in Phasenquadratur
mit dieser Komponente sein. Diese gewünschte Beziehung zwischen den Signalen wird mittels der Phasensteuerstufe 90 im Zusammenwirken
mit der Schwingstufe 60 auf folgende Weise hergestellt.
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Die Transistoren 61 und 62 der Schwingstufe 60 sind für einen eigenbegrenzenden
Betrieb vorgespannt, so daß das Schwingungssignal am Lastwiderstand 69 eine vorbestimmte Amplitude erreichen kann. Dieses
Signal wird mit relativ niedriger Ausgangsimpedanz vom Emitter des als Emitterfolger geschalteten Transistors 70 auf den Schwingkreis
63 gegeben. Der Wert, auf den die Begrenzung erfolgt, bestimmt
die Spitze-Spitze-Spannung des Schwingungssignals an der Klemme 9·
V.
Der Kristall 65 hat eine Resonanzfrequenz, die ungefähr der Farbhilfstragerfrequenz
von 3 »58 MHz entspricht und durch Justierung des veränderbaren Kondensators 66 genauer eingestellt wird. Der
Kristall 65 filtert außerdem die Harmonischen höherer Ordnung des
an der Klemme 8 erscheinenden rechtecktförmigen Schwingungssignals
aus, um an der Klemme 9 eine Sinuswellenform zu erhalten (die nachstehend als "In-Phase-Signal" bezeichnet wird). Dieses Signal wird
in der Schaltung 80 um praktisch 90° phasenverschoben.
Dies ergibt das Quadratursignal in Form einer ungedämpften Welle,
welches über die Klemme 11 und den Transistor 80 dem dritten als Differenzialschaltung angeordneten Transistorpaar 95, 96 zugeführt
wird, um gleichstarke aber gegenphasige Ausgangssignale zu erzeugen, die über die aus den Transistoren 91 bis 94- bestehende Schaltung
dem Lastwiderstand 69 zugeführt werden. Diese Signale werden durch Änderung der Leitfähigkeit der Transistoren 91 "bis 94- als
Funktion des Betrags der vom Ausgang des AFPR-Detektors 32 gelieferten
Steuersignale gesteuert. Der AFPR-Detektor 32 empfängt das
Burstsignal von der Torschaltung 29 und das In-Phase-Signal von der Schwingstufe 60, um Steuersignale zu erzeugen, die für den
Phasen- und/oder Frequenzunterschied zwischen dem In-Phase-Signal und dem Burstsignal charakteristisch sind. Die Arbeitsweise des
AFPR-Detektors 32 ist ausführlicher in der oben genannten USA-Patentschrift
3 74-0 4-56 beschrieben.
Wenn das Bezugsschwingungssignal an der Klemme 9 und das empfangene
Burstsignal hinsichtlich Phase und Frequenz die richtige Beziehung zueinander haben (d.h. gleiche Frequenz und Phasendifferenz
- 12 709822/090S
von 90°), dann erzeugt der AFPR-Detektor 32 an beiden Ausgängen Steuersignale gleichen Betrags. Die Transistoren 91 und 94- leiten
daher jeweils gleich große aber entgegengesetzt gerichtete Signalströme,
die dem von den Transistoren 95 und 96 gelieferten Quadratursignal
entsprechen und sich bei ihrer Vereinigung im Widerstand
ν · V
69 gegenseitig auslöschen. Wenn also das Ausgangssignal der Schwingstufe
60 die vorgeschriebene Phasenlage und Frequenzgleichheit mit
dem Burstsignal hat, dann beeinflußt die Phasensteuerstufe 90 das Ausgangssignal der Schwingstufe 60 nicht. Wenn aber die gewünschte
Beziehung zwischen dem Oszillatorsignal und dem Burstsignal nicht besteht, dann liefert der AFPR-Detektor 32 an seinen Ausgängen
Steuersignale unterschiedlich großen Betrags. Die Transistoren 91 und 94- leiten dann verschieden große Beträge an Quadratursignalströmen,
so daß am Widerstand 69 eine resultierende Quadratursignalkomponente
entsteht, deren Betrag und Polarität durch die relativen Beträge und Polaritäten der vom AFPR-Detektor 32 gelieferten Steuersignale
bestimmt ist. Auf diese Weise werden je nach Betrag und
der
Polarität den Basiselektroden der Transistoren 91, 92 und 93, 94-vom AFPR-Detektor 32 gelieferten Steuersignale positive oder negative Teilbeträge des Quadratursignals am Widerstand 69 erscheinen. Durch die Gegentaktverstärkerwirkung der Phasensteuerstufe 90 wird eine symmetrische Steuerung erreicht.
Polarität den Basiselektroden der Transistoren 91, 92 und 93, 94-vom AFPR-Detektor 32 gelieferten Steuersignale positive oder negative Teilbeträge des Quadratursignals am Widerstand 69 erscheinen. Durch die Gegentaktverstärkerwirkung der Phasensteuerstufe 90 wird eine symmetrische Steuerung erreicht.
Es sei erwähnt, daß sich unter Ruhebedingungen für die Phasensteuerstufe
90 der vom Stromquellentransistor 97 gelieferte Strom im wesentlichen zu gleichen Teilen zwischen den gleich vorgespannten
Transistoren 95 und 96 aufteilt. Bei gleichen Ruhewerten an den
Ausgängen des AFPR-Detektors 32 (d.h. ohne Fehlersignal) teilen sich die Kollektorströme der Transistoren 95 und 96 jeweils zu gleichen
Teilen in die Transistoren 91, 92 bzw. 93, 94- der nachfolgenden in Differenzialschaltung angeordneten Transistorpaare auf. Die
Kollektorströme der Transistoren 91 und 94· vereinigen sich im Lastwiderstand
69 und ergeben dort einen Lastruhestrom, der halb so groß wie der über den Transistor 97 gelieferte Strom ist. Außerdem
sei bemerkt, daß wenn die Schwingstufe 60 korrekt auf die Farbhilfsträgerfrequenz
abgestimmt ist, der AFPR-Detektor und die Phasen-
- 13 709822/0909
steuerstufe 90 in den Ruhezustand ("kein Fehler") zurückkehren,
sobald am Lastwiderstand 69 das Signal mit der korrekten Phase
erscheint.
Im Diagramm nach Fig. 2 ist dargestellt, wie sich die Vereinigung der von der Schwingstufe 60 und von der Phasensteuerstufe 90 gelieferten
Signale auswirkt.
V .
Die Fig. 2 ist ein Zeigerdiagramm, welches den Bereich der Phasenänderung
des am Widerstand 69 entwickelten kombinierten Signals veranschaulicht. Ein Zeiger Rq stellt das Ausgangssignal der
Schwingstufe 60 mit einer Nennbezugsphase von 0° dar. Der Betrag
des Schwingungssignals Rq ist im wesentlichen konstant gemäß der
Begrenzerwirkung des Oszillatorverstärkers 61, 62. Beim vorliegenden Beispiel entspricht das Signal Rq auch demjenigen Signal, welches
am Widerstand 69 entsteht, wenn von der Phasensteuerstufe 90 kein Quadratursignal geliefert wird (d.h. wenn das empfangene Burstsignal
und das Bezugssignal von der Schwingstufe 60 in Phasenquadratur zueinander stehen).
Ein Zeiger Px, stellt das Quadratursignal von der Phasensteuerstufe
90 für den Fall dar, daß die Beziehung zwischen dem Burstsignal und dem von der Schwingstufe 60 gelieferten Signal gegenüber der
Norm in der einen Richtung extrem abweicht (d.h. hier ist die Steuergröße am Ausgang des AFPR-Detektors 32 maximal in der einen
Richtung). Unter dieser Bedingung ist der Betrag des Quadratursignals
Px, beispielsweise gleich demjenigen des Schwingungssignals
Rq, und wenn die Signale P^ und RQ im Widerstand 69 kombiniert
werden, entsteht ein resultierendes Signal Rx., dessen Phase um einen
Winkel Qx. von etwa +4-5 gegenüber dem Signal R0 abweicht. Wenn eine
kleinere Phasen/Frequenz-Abweichung in derselben Richtung wie oben
existiert, dann liefert ä.ex AFPR-Detektor 32 ein kleineres Steuersignal,
und wenn das Oszillatorsignal Rq und ein kleinerer Teil P~
des Quadratursignals miteinander kombiniert werden, dann entsteht
ein resultierendes Signal R2 mit einem Phasenwinkel §2m Wenn die
Abweichung zwischen dem Burstsignal und dem Oszillatorsignal in das andere Extrem geht, dann liefert die Phasensteuerstufe 90 ein
709822/0909
Quadratursignal P, entgegengesetzter Polarität. Unter dieser Bedingung
ist der Betrag des Signals P^ beispielsweise gleich demjenigen
des Oszillatorsignals Rq, und bei Vereinigung der Signale
P-z und Rr1 entsteht ein resultierendes Signal R-,- dessen Phase um
< ° ο ο
einen Winkel Θ, von etwa -45 gegenüber dem Signal Rn versetzt ist.
■) > ·.- .. ν
Infolge der oben beschriebenen Arbeitsweise laßt sich die Phase des am Widerstand 69 entwickelten kombinierten Signals über einen
vorhersagbaren und im wesentlichen symmetrischen Steuerbereich von etwa 90° (d.h. +^5 )steuern. Das kombinierte Signal wird über den
Transistor 70 auf den Resonanzkreis 63 der Schwingstufe 60 gekoppelt
und dient zur Verstellung der Betriebsfrequenz und -phase der Schwingstufe 60. Die Änderung der Betriebsfrequenz hängt ab
von der Bandbreite des Resonanzkreises 63 und vom Maß der in der Oszillatorschleife bewirkten Phasenverschiebung, die durch das am
Widerstand 69 entwickelte kombinierte Signal bestimmt wird. Die Frequenzänderung (Af) der Schwingstufe 60 läßt sich mathematisch
folgendermaßen ausdrücken:
Af = I B-tan θ
B = Bandbreite des Resonanzkreises 63
θ = Phasenwinkel des am Widerstand 69 entwickelten kombinierten Signals.
Die Betriebsfrequenz der Schwingstufe 60 bleibt unverändert, solange
dem Widerstand 69 von der Phasensteuerstufe 90 kein Quadratursignal
zugeführt wird, d.h. wenn das Oszillator-Schwingungssignal und das Burstsignal im wesentlichen gleiche Frequenz haben. Das am Widerstand
69 erzeugte und dem Resonanzkreis 63 zugeführte Signal entspricht dann dem Oszillator-Bezugssignal bei der vorgeschriebenen
Bezugsphase von 0 . Positive oder negative Abweichungen von der gewünschten Frequenz führen zu entsprechenden positiven und negativen
Beträgen des von der Phasensteuerstufe 90 gelieferten Quadratursignals,
so daß bei Vereinigung des Quadratursignals und des Be-
- 15 709822/0909
zugssignals im Widerstand 69 ein resultiertendes Signal entsteht,
dessen Phasenwinkel θ ein für die Frequenzabweichung charakteristisches Maß ist. Die Betriebsfrequenz der Schwingstufe 60 wird gemäß
der obigen Gleichung verändert, bis sie der Frequenz des Burstsignals entspricht, und das Gesamtmaß der Phasenverschiebung über
die Rückkopplungsschleife der Schwingstufe bleibt auf-.O,''um die
Schwingung aufrecht zu erhalten.
V.
Wenn der spannungsgesteuerte Oszillator 55 in einem Farbfernsehempfänger
verwendet wird, dann erhält man neben einem vorhersagbaren und symmetrischen Steuerbereüi auch noch auf bequeme Weise
das In-Phase- und das Quadratur-BezugsSchwingungssignal (I-Signal
und Q-Signal) zur Demodulation der Farbdifferenzsignale B-Y und R-Y. Im vorliegenden Fall wird das zur Demodulation des Farbdifferenzsignals
R-Y dienende Bezugssignal von der Schwingstufe 60 und das zur Demodulation des Farbdifferenzsignals B-Y dienende Bezugssignal vom Phasenschieber 80 geliefert. Natürlich kann auch mit
anderen Phasenbeziehungen gearbeitet werden. Beispielsweise kann
das Ausgangssignal der Schwingstufe 60 um 90° verschoben werden, indem man den Eingang des AFPR-Detektors 32 mit dem Ausgang des
Phasenschiebers 80 verbindet.
Der Widerstand 64- ist so dimensioniert, daß sich für den Resonanzkreis
63 eine Bandbreite von etwa 1000 Hz (zentriert um die Oszillatornennfrequenz von 3»58 MHz) zwischen den -3-db-Punkten der Resonanzkurve
ergibt. Die Bandbreite von 1000 Hz bringt für die » Schwingstufe 60 einen Mitziehbereich+500 Hz , der völlig ausreicht,
um die typischen Auswanderungen des Oszillators, die beispielsweise durch die Einflüsse von Temperatur- und Feuchtigkeitsänderungen
auf den Kristall 65 hervorgerufen werden, zu kompensieren. Eine solche Bandbreite erlaubt außerdem einen genügenden Verstärkungsfaktor
der Schaltung, ohne die Bildung von Störsignalen befürchten zu müssen. Der Widerstand 64- führt in Verbindung mit dem
Kondensator 67 außerdem zu einer Dämpfung höherer Harmonischer oder Oberwellen, die u.a. als Folge des Vorhandenseins einer
parasitären Kapazität zwischen den Anschlüssen des Kristalls 65 entstehen können. Eine solche Dämpfungsanordnung verhindert nach-
- 16 709 822/0909
teilige Einflüsse von Oberwellenschwingungen, ohne die Verstärkung
der Rückkopplungsschleife zu beeinträchtigen.
Es sei ferner angemerkt, daß der Phasenschieber 80 je nach den
Anforderungen des Geräts,mit dem der gesteuerte Oszillator verwendet
wird, auch für ändere Phasenverschiebungen als 9O^ ausgelegt
werden kann. Ein Phasenschieber 80 der beschriebe-nen Art hat
die wünschenswerte natürliche Eigenschaft, daß er bei Resonanz ein vorbestimmtes Maß an Phasenverschiebung liefert, welches unabhängig
von der Belastung des Phasenschiebers durch nachfolgende Schaltungen ist. Der Phasenschieber 80 bringt einen minimalen Einfügungs-Phasenfehler
und ist daher in allen Schaltungen vorteilhaft, wo eine vorgeschriebene Phase eingehalten werden muß.
Die Induktivität 82 des Phasenschiebers 80 ist relativ billig und leicht erhältlich. Die Anforderungen an die Toleranz der Induktivität
82 sind nicht hoch, und Änderungen des Induktivitätswerts infolge von Alterung und Temperaturschwankungen können toleriert
werden.
Der für den Phasenschieber 80 gewählte relativ niedrige Q-Wert
(im vorliegenden Fall ungefähr 1) gibt dem Phasenschieber eine Bandbreite, die wesentlich größer als die Bandbreite des mit hoher
Gütezahl Q ausgelegten Resonanzkreises 63 ist. Der Phasenschieber 80 bewirkt daher keine unerwünschten Blindkomponenten in der Phasenverschiebung,
die den Betrieb der Schwingstufe 60 beeinträchtigen könnten. Eine weitere angenehme Folge der Breitbandigkeit
des Phasenschiebers 80 besteht darin, daß der Kondensator 67 eventuelle vom Kristall 65 erzeugte Harmonische ausfiltern kann,
ohne eine zusätzliche unerwünschte Phasenverschiebung einzuführen.
Das Prinzip der Erfindung kann auch mit anderen Anordnungen als
der vorstehend beschriebenen speziellen Schaltung realisiert werden. Beispielsweise können statt des beschriebenen Widerstands 69 zur
Kombination der Signale aktive Signalvereinigungsschaltungen verwendet werden, und statt des beschriebenen LC-Netzwerkes 80 können
auch andere Anordnungen zur Erzeugung des phasenverschobenen Sig-
- 17 709822/0909
nals (d.h. des Quadratursignals) verwendet werden. Außerdem kann
den Transistoren 95 un(i 96 der Phasensteuerstufe 90 das Steuersignal
in Eintakt- oder in Gegentaktform zugeführt werden. Ferner können die Bollen der oberen und unteren Teile der Phasensteuerstufe
90 vertauscht werden.
Es ist auch möglich, den Phasenschieber 80 in den Resonanzkreis
63 zu legenu.zumTeil dieses Kreises zu machen, z.B. indem man zwischen
die Klemmen 8 und 9 der integrierten Schaltung zwei 90°- Phasenschieber in Kaskade schaltet und die Klemme 11 direkt mit
dem Verbindungspunkt der beiden Phasenschieber verbindet.
- 18 -
70 982 2/0909
Claims (9)
- PatentansprücheOszillatorschaltung, deren Ausgangssignal in seiner Phase und/oder seiner Frequenz gegenüber einer vorbestimmten Bezugsfrequenz steuerbar ist, mit einem einen Eingang und einen Ausgang aufweisenden Verstärker, ferner mit einer Reaktanzschaltung, die ein vorbestimmtes Resonanzfrequenzverhalten hat und in einer geschlossenen Schleife zwischen dem Eingang und dem Ausgang des Verstärkers zur Bildung einer Mitkopplung ausreichender Stärke angeordnet ist, um an einem Ausgang der Oszillatorschaltung ein Schwingungssignal mit einer Bezugsphase zu erzeugen, sowie mit einem Steuersignalgeber zur Erzeugung von Steuersignalen, die charakteristisch für die Phasen- und/oder !Frequenzlage des Schwingungssignals gegenüber einem vorbestimmten Bezugssignal sind, gekennzeichnet durch einen mit dem besagten Ausgang der Oszillatorschaltung gekoppelten Phasenschieber (80), der die Phase des Schwingungssignals um ein vorbestimmtes Maß (-90°) gegenüber der Bezugsphase verschiebt, um ein phasenverschobenes Signal zu erzeugen; eine mit dem Phasenschieber (80) gekoppelte Steuerstufe (90), die das phasenverschobene Signal empfängt, um gegenphasige Ausgangssignale (Px, und P5 ) zu erzeugen, und die auf die Steuersignale anspricht, um Teile der gegenphasigen Ausgangssignale auszuwählen; ein Vereinigungsglied (69)» welches unter Vereinigung der von der Steuerstufe ausgewählten Signalteile mit dem Schwingungssignal ein kombiniertes Signal mit einer resultierenden Phase erzeugt und dieses kombinierte Signal dem Verstärker (60) zuführt, um das Schwingungssignal in einer gewünschten Beziehung zu dem vorbestimmten Bezugssignal zu halten.- 19 -709822/0909 original inspbctsdι,
- 2. Oszillatorschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Phasenschieber (80) und die Steuerstufe (90) außerhalb der geschlossenen Rückkopplungsschleife des Verstärkers (60) angeordnet sind.
- 3. Oszillatorschaltung nach Anspruch 1, dadurch^ gekennzeichnet, daß die Steuerstufe (90) einen Gegentaktverstärker aufweist, der einen Signaleingang (Basis von 95» 96; zum Empfang des phasenverschobenen Signals, einen Steuereingang (Basis von 91, 92) zum Empfang der Steuersignale sowie einen Ausgang (Kollektor von 91» 94·) hat, um abhängig von den Steuersignalen gesteuerte Beträge des phasenverschobenen Signals zu liefern.
- 4-. Oszillatorschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegentaktverstärker (90) folgendes enthält: Einen ersten Verstärker (91) mit einem Signaleingang (Basis von 91) und einem Ausgang (Kollektor von 91); einen dem ersten Verstärker ähnlichen zweiten Verstärker (9*0 mit einem Signaleingang (Basis von 94) und einem Ausgang (Kollektor von 94-); einen dritten Verstärker (95» 96), der einen mit dem phasenverschobenen Signal beaufschlagten Eingang (Basis von 95) und gegenphasige Signalausgänge aufweist, deren einer mit dem Signaleingang des ersten Verstärkers (91) und deren zweiter mit dem Signaleingang des zweiten Verstärkers (94) gekoppelt ist; eine Anordnung (Verbindungen) zum Anlegen der Steuersignale an den ersten und den zweiten Verstärker (91, 94), um deren Leitfähigkeiten relativ zueinander zu verändern; eine Anordnung (Verbindung der Kollektoren von 91 und 94), welche die zueinander gegenphasigen Ausgänge des ersten und zweiten Verstärkers (91» 94) summiert, um ein kombinier-' tes Ausgangssignal des Gegentaktverstarkers (90) zu erzeugen, welches einem Teil des phasenverschobenen Signals mit einem Betrag und einer Polarität entspricht, die durch den Betrag und die Polarität der Steuersignale bestimmt sind.- 20 -709822/0909
- 5. Oszillatorschaltung nach Anspruch 4-, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Verstärker ein aus einem ersten Transistor (91) und einem zweiten Transistor (92) gebildetes emittergekoppeltes erstes Transistorpaar enthält; daß der zweite Verstärker ein aus einem dritten Transistor (93) und einem vierten Transistor (94-)" gebildetes zweites emittergekopp'eltes Tr'ansistorpaar enthält; daß die Kollektoren des zweiten und des dritten Transistors miteinander und mit einem Versorgungspotential verbunden sind; daß der dritte Verstärker ein aus einem fünften Transistor (95) und einem sechsten Transistor (96) gebildetes emittergekoppeltes drittes Transistorpaar enthält, deren Kollektoren mit den zusammengekoppelten Emittern der Transistoren des ersten bzw. des zweiten Transistorpaars verbunden sind und deren Emitter gemeinsam an eine Quelle für einen Betriebsgleichstrom angeschlossen sind und die ähnlich vorgespannte Basiselektroden haben, von denen mindestens eine mit dem phasenverschobenen Signal beaufschlagt wird; daß die Anordnung zum Anlegen der Steuersignale an den ersten und den zweiten Verstärker aus einer Verbindung der Basiselektroden des ersten und des dritten Transistors und einer Verbindung der Basiselektroden des zweiten und vierten Transistors besteht, wobei mindestens eine der miteinander verbundenen Basiselektrodenpaare mit dem Steuersignal beaufschlagt wird; daß die Summierungsanordnung aus einer Verbindung der Kollektorelektroden des ersten und vierten Transistors besteht.
- 6. Oszillatorschaltung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß das Vereinigungsglied aus einer breitbandigen Impedanz (69) besteht.
- 7. Oszillatorschaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Vereinigungsglied aus einem Widerstand (69) besteht.
- 8. Oszillator schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Phasenschieber für das Schwingungssignal aus einer LC-Serienresonanzschaltung besteht.- 21 -709822/09G9
- 9. Oszillatorschaltung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die LC-Schaltung (80) eine Induktivität (82) enthält, der an ihrem einen Ende das Schwingungssignal zugeführt wird, sowie eine Parallelschaltung eines Widerstands (85) und einer Kapazität (83) aufweist, die mit dem anderen Ende der Induktivität verbunden is'.t, um eine Resonanzschaltung mit Einern relativ niedrigen Q-Wert zu bilden.V .709822/0909
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