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Verfahren zur Erzeugung einer Richtspannung, die eine Funktion der
Phasendifferenz zweier Wechselspannungen ist Die Erfindung befaßt sich mit einem
Verfahren zur Erzeugung einer Richtspannung, die eine Funktion der Phasendifferenz
zweier Wechselspannungen ist, bei dem aus beiden eine Summen- oder Differenzspannung
gewonnen wird, deren Zeitfunktion auf Grund der Zeitfunktionen dieser einzelnen
Wechselspannungen derart ist, daß das Verhältnis der beiden Spitzenwerte, nämlich
der positiven und negativen Amplituden, dieser Summen- oder Differenzspannung in
bezug auf deren zeitlichen Mittelwert eine Funktion der Phasendifferenz der beiden
zu vergleichenden Spannungen ist.
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Durch die deutschen Patentschriften 940 908 und 905 383 sind bereits
Phasenvergleichsschaltungen mit zwei Dioden bekannt, mit denen man aus der Phasendifferenz
zweier im allgemeinen nicht sinusförmiger Spannungen eine Richtspannung herleitet,
die vorzugsweise zur Phasennachstimmung Verwendung findet.
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Dem älteren deutschen Patent 1104 031 liegt die Aufgabe zugrunde,
den Aufwand dieser bekannten Phasenvergleichsschaltungen zu verringern. Dies geschieht
bei der durch dieses ältere Recht vorgeschlagenen Schaltungsanordnung zur Erzeugung
einer von der Phasenlage zweier zu vergleichender Spannungen abhängigen Regelspannung
dadurch, daß parallel zu einer Diode, der die zu vergleichenden Impulsspannungen
zugeführt werden, eine Serienschaltung aus einem linearen und einem nichtlinearen
Widerstand liegt. Dabei dient die Diode zur Erzeugung der phasenabhängigen Richtspannung.
Der nichtlineare Widerstand hat die Aufgabe, die abgehende Regelspannung relativ
zur Masse zu Symmetrieren, so daß bei Soll-Phasenlage die Regelspannung 0 Volt abgegeben
wird. Bei diesem älteren Recht wird durch Anwendung eines nichtlinearen Widerstandes
eine Diode der bekannten Phasenvergleichsschaltung eingespart.
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Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, den Schaltungsaufwand noch
weiter zu vermindern und den Phasenvergleich nur mit einem einzigen Zweipolelement
durchzuführen. Um die Anwendung eines Zweipolelementes zu ermöglichen, stellt sich
die Erfindung weiterhin die Aufgabe, ein Verfahren zur Erzeugung einer Richtspannung
zu schaffen, die eine Funktion der Phasendifferenz zweier Wechselspannungen ist,
bei dem durch Addition oder Subtraktion eine einzige Spannung zur Speisung dieses
Zweipolelementes gewonnen wird und das Verhältnis der beiden Spitzenwerte dieser
einzigen Spannung in bezug auf deren zeitlichen Mittelwert eine Funktion der Phasendifferenz
der beiden zu vergleichenden Spannungen ist. Dies wird bei einem Verfahren zur Erzeugung
einer Richtspannung, die eine Funktion der Phasendifferenz zweier Wechselspannungen
ist, bei dem aus beiden eine Summen- oder Differenzspannung gewonnen wird, deren
Zeitfunktion auf Grund der Zeitfunktionen dieser einzelnen Wechselspannungen derart
ist, daß das Verhältnis der beiden Spitzenwerte, nämlich der positiven und negativen
Amplituden, dieser Summen- oder Differenzspannung in bezug auf deren zeitlichen
Mittelwert eine Funktion der Phasendifferenz der beiden zu vergleichenden Spannungen
ist, nach der Erfindung dadurch erreicht, daß diese Summen-oder Differenzspannung
einem polarisationsunabhängigen Element mit nichtlinearer Stromspannungscharakteristik
zugeführt wird, das die Richtspannung liefert.
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Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, daß ein nichtlineares
polarisationsunabhängiges Element, vorzugsweise ein VDR-Widerstand, nicht nur eine,
sondern zwei Dioden ersetzt.
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Außer diesem wirtschaftlichen Vorteil hat das Verfahren den Vorzug
schaltungstechnischer Einfachheit. Ein anderes nichtlineares polarisationsunabhängiges
Element ist z. B. eine symmetrische Glimmstrecke. Wenn man beispielsweise eine rohrförmige
Glimmstrecke wählt, kann man sogar aus dem Verhältnis der Glimmstreckenlängen zueinander
zusätzlich optisch die Phasenlage ablesen.
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In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird aus den beiden Wechselspannungen
eine Summen- oder Differenzspannung gewonnen, die einen solchen zeitlichen Verlauf
hat, daß bei erwünschter Phasenlage die beiden Spannungsspitzenwerte (der negative
und der positive) dieser Summen- bzw. Differenzspannung, bezogen auf den Mittelwert,
gleich groß sind, und daß bei Abweichung von dieser Phasenlage in die eine
oder
andere Richtung jeweils der eine oder andere Spitzenwert größer bzw. kleiner wird.
Diese Summen-bzw. Differenzspannung, deren zeitlicher Verlauf eine Funktion der
Phasendifferenz der beiden Einzelspannungen ist, wird zur Gleichrichtung dem nichtlinearen,
polarisationsunabhängigen Element zugeführt. Die so gewonnene Gleichspannung ist
die gewünschte phasenabhängige Richtspannung.
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Als erstes Ausführungsbeispiel einer Anordnung zur Durchführung des
Verfahrens wird eine Phasenvergleichsschaltung zur Synchronisation eines Horizontalablenkgenerators
eines Fernsehempfängers an Hand von F i g. 1 beschrieben. In der abgebildeten Schaltung
wird den Klemmen 1, 2 die Synchronisierimpulsspannung zugeführt. An den Klemmen
3, 4 liegt die bekanntlich ebenfalls impulsförmige Spannung der Horizontalablenkung.
Diese Spannung wird im Ausführungsbeispiel mit dem Widerstand 5 und dem Kondensator
6 integriert (sie könnte z. B. auch differenziert werden). An dem Kondensator 6
stellt sich durch diese Integration eine sägezahnförmige Spannung ein. Mit dem Kondensator
7 und dem Widerstand 8 werden die Synchronisierimpulse differenziert (sie könnten
z. B.- auch integriert werden). Es entsteht also am Punkt 9 eine Summenspannung
aus differenzierten Synchronisierimpulsen und integrierter Ablenkspannung. Diese
Summenspannung wird über den Koppelkondensator 12 dem VDR-Widerstand 13 zugeführt.
Die sich einstellende Richtspannung wird mit dem Widerstand 14 abgeleitet und mit
dem Kondensator 15 gesiebt.
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F i g. 2 zeigt eine andere Schaltungsvariante, in der -der VDR-Widerstand
zwischen der differenzierten Synchronisierspannung und der integrierten Ablenkspannung
liegt, so daß an ihm die Differenzspannung ; von beiden liegt. Die Schaltelemente
haben jeweils die gleichen Aufgaben wie in F i g. 1 und sind deshalb gleich beziffert.
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Die Schaltung kann derart ausgeführt werden, daß eine der Zuführungen
über einen Widerstand mit Masse oder einer festen oder auch verstellbaren Vorspannung
verbunden ist, während von der anderen Zuführung über einen Widerstand die Richtspannung
abgenommen wird.
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Gelegentlich kann es vorteilhaft sein, daß zwei im Gegentakt arbeitende
phasenabhängige Richtspannungen erzeugt werden. Um dies zu erreichen, wird die Schaltung
derart ausgeführt, daß die beiden Zuführungen über vorzugsweise gleich große Widerstände
mit Masse verbunden sind und von den beiden Zuführungen über zwei weitere Widerstände
zwei in ihrer Polarität entgegengesetzte Richtspannungen abgenommen werden.
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F i g. 3 zeigt die Summenspannung. Dabei ist 10 die Sägezahnspannung
und 11 der differenzierte Synchronisierimpuls. Die Phasenlage der beiden Spannungen
ist so gezeichnet, wie sie erwünscht ist. Es sind in diesem Fall die beiden Spitzenwerte,
bezogen auf den Mittelwert, der in dieser Figur mit der Zeitachse zusammenfällt,
gleich groß. Folglich wird, wenn man diese Spannung einem VDR-Widerstand zuführt,
ebenso wie bei der Zuführung einer Sinusspannung, keine Richtspannung entstehen.
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Fig. 4 zeigt eine Phasenlage, bei der die Synchronisierspannung voreilt.
Es ist jetzt der positive Spitzenwert wesentlich größer als der negative Spitzenwert,
beide bezogen auf den Mittelwert. Die strichpunktierten Linien in den Figuren sollen
jeweils die Spannung angeben, von der ab der VDR-Widerstand merklich Strom zieht.
Da kein geschlossener Gleichstromweg vorhanden ist, muß der zeitliche Mittelwert
des den VDR-Widerstand durchfließenden Stromes Null sein. Die Spannung am VDR-Widerstand
stellt sich also so ein, daß beide Spitzenwerte gleich weit die jeweilige strichpunktierte
Linie überschreiten, so daß eine negative Mittelwertspannung entsteht. Sie wird
durch die gestrichelte Linie angegeben.
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F i g. 5 zeigt den entgegengesetzten Fall, bei dem sich eine positive
Richtspannung einstellt. Es ist zweckmäßig, die differenzierte Spannung größer als
die Sägezahnspannung zu wählen, um zu vermeiden, daß auch die Spitzenwerte der Sägezahnspannung
zusätzlich zur Gleichrichtung beitragen.
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Wie bereits gesagt, ist die Richtspannung bei richtiger Phasenlage
Null. Auch bei fehlenden Synchronisierimpulsen ist sie Null, d. h., es handelt sich
um eine symmetrische Richtspannungserzeugung mit ihren bekannten Vorteilen. Diese
Symmetrie wird dadurch erreicht, daß die beiden Einzelspannungen einen derartigen
zeitlichen Verlauf haben, daß sie allein, ohne die zusätzliche Anwesenheit der anderen
mit einem VDR-Widerstand bzw. einem anderen nichtlinearen polarisationsunabhängigen
Element, nicht gleichgerichtet werden können. Bei impulsförmigen Spannungen ist
das, wie gezeigt wurde, durch Integrierung oder Differenzierung zu erzielen.
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Es ist daher zweckmäßig, daß der positive Spitzenwert jeder der beiden
zu vergleichenden, dem nichtlinearen polarisationsunabhängigen Element zugeführten
Spannungen, bezogen auf deren jeweiligen zeitlichen Mittelwert, gleich groß wie
der zugehörige negative Spitzenwert ist.
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Bei höherer Frequenz bzw. kurzen Impulszeiten der zu vergleichenden
impulsförmigen Spannungen ist es zweckmäßig, zur Symmetrierung beide Spannungen
zu integrieren und die Differenzspannung zu bilden, denn bei Integration beider
Spannungen kann die Eigenkapazität des VDR-Widerstandes nicht stören, da sie sich
lediglich zur Kapazität der Integrationskondensatoren addiert.
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Da die Addition zweier Sinusspannungen gleicher Frequenz, ebenso wie
ihre Subtraktion, wieder eine Sinusspannung ergibt, Sinusspannungen aber keine Richtspannungen
an VDR-Widerständen hervorrufen, ist mit dem Verfahren ein Phasenvergleich zweier
Sinusspannungen unmittelbar nicht möglich. Man kann jedoch durchaus diese Schwierigkeit
überwinden, indem man in einer vorhergehenden Verstärkerstufe eine der beiden zu
vergleichenden Sinusspannungen frequenzverdoppelt, denn ein Phasenvergleich einer
Sinusspannung mit einer Sinusspannung doppelter Frequenz ist auch mit diesem Verfahren
ohne Schwierigkeit möglich.
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F i g. 6, 7 und 8 zeigen die sich ergebende Summenspannungsform in
Abhängigkeit von der Phasenlage der beiden Spannungen zueinander.
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Auf diesem Weg ist es auch möglich, eine Frequenzdiskriminatorschaltung
für Sinusspannungen zu realisieren.
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F i g. 9 zeigt im Prinzip eine solche Schaltungsanordnung. Dabei ist
16 ein Begrenzer und Verzerrer, der auch geradzahlige Oberwellen abgibt. Er liefert
einen Strom, der die beiden Kreise 17 und 18 durchfließt. Einer der beiden Kreise
ist auf die Grundwelle und der zweite Kreis auf die doppelte Frequenz abgestimmt.
Es trägt zur Erhöhung der Steilheit und
Linearität der sich ergebenden
Diskriminatorkurve bei, wenn man die Güte des Grundwellenkreises wesentlich höher
als die Güte des Oberwellenkreises wählt.
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Eine solche Anordnung kann sowohl zur Gewinnung einer Nachstimmspannung
als auch zur Demodulation eines frequenzmodulierten Signals herangezogen werden.