DE1287689B

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Publication number: DE1287689B
Application number: DEST21621A
Authority: DE
Priority date: 1964-01-29
Publication date: 1969-01-23
Also published as: AT274069B; NO116854B; DE1516313B2; BE659000A; NL6501143A; GB1077539A; FI45902C; DE1516313A1; FI45902B; SE317100B

Description

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Die Erfindung befaßt sich mit einer Schaltung zum so umgeformt wird, daß sie einen zeitlichen Verlauf Phasen-und Frequenzvergleich zweier Signalspannun- hat, bei dem der Spannungsspitzenwert der einen gen, von denen mindestens eine in zwei Teilspannungen Polarität wesentlich größer als der Spitzenwert der aufgespalten wird, und bei der bei übereinstimmender anderen Polarität, bezogen auf den zeitlichen Mittel-Frequenz der beiden zu vergleichenden Signalspan- 5 wert, ist, wird dies erfindungsgemäß dadurch erreicht, nungen eine phasenabhängige Richtspannung erzeugt daß je eine aus den beiden Signalspannungen herwird und bei nicht übereinstimmender Frequenz geleitete Summenspannung an je einer Basis-Emitterzwecks Erzeugung einer verstimmungsabhängigen Strecke zweier Transistoren liegt, deren Emitter-Richtspannung die sich ergebende Differenzfrequenz- Kollektor-Strecken in Serie an eine Speisespannungsspannung, deren Polarität eine Funktion der Ver- io quelle angeschlossen sind, und daß die beispielsweise Stimmungsrichtung ist, durch Speicherung ihres jeweils mittels einer Batterie oder eines i?C-Gliedes, dessen letzten Spitzenwertes so umgeformt wird, daß sie Zeitkonstante größer als die Periodendauer der einen zeitlichen Verlauf hat, bei dem der Spannungs- niedrigsten zu erwartenden Differenzfrequenz ist, spitzenwert der anderen Polarität, bezogen auf den erzeugte Vorspannung jeder Basis-Emitter-Strecke zeitlichen Mittelwert, ist. 15 kleiner als der Spitzenwert der zugeführten Summen-

Es sind bereits Phasen- und Frequenzvergleichs- spannung, jedoch größer als die Spitzenwerte der jeschaltungen bekannt, bei denen durch Umformung weiligen Einzelspannungen dieser Summenspannung der Differenzfrequenzspannung eine verstimmungs- ist, und daß bei nicht übereinstimmender Frequenz abhängige Richtspannung erzeugt wird. Beispiels- der beiden zu vergleichenden Signalspannungen das weise kann man die Umformung erzielen durch 20 an der Verbindung der beiden in Serie liegenden Differenzieren, Integrieren und anschließende Doppel- Transistoren auftretende Potential des jeweils letzten gleichrichtung und insbesondere durch Speichern des Spitzenwertes der an dieser Verbindung stehenden jeweils letzten Spitzenwertes der Differenzfrequenz- Differenzfrequenzspannung mittels einer an sich bespannung, wobei eine anschließende Doppelgleich- kannten Speichereinrichtung (wie z. B. Kondensator, richtung überflüssig ist. Eine besonders vorteilhafte 25 bistabiler Multivibrator u. dgl.) gespeichert wird, der Ausführung einer bekannten Phasen- und Frequenz- die verstimmungsabhängige Richtspannung entnomvergleichsschaltung besteht darin, die Schaltung selbst men wird.

als Speicherschaltung auszunutzen, indem jede Gleich- Mit der erfindungsgemäßen Schaltung ist es möglich,

richterstrecke mit einer Vorspannung vorgespannt eine verstimmungsabhängige Richtspannung zu gewird, die größer ist als die Spitzenwerte der Einzel- 3° winnen, die etwa gleich groß oder größer ist als die spannungen, jedoch kleiner als die Spitzenwerte der Spitzenwerte der einzelnen Signalspannungen.
Summenspannung und die Speicherung des jeweils Da bei der erfindungsgemäßen Schaltung die verletzten Spitzenwertes durch einen oder mehrere stimmungsabhängige Richtspannung nicht in der Mitte Kondensatoren erzielt wird. Dabei wird die Auflade- des Potentials der zur Umformung der Differenzzeitkonstante des Speicherkondensators sehr klein 35 frequenzspannung erforderlichen Vorspannungen ent- und die Entladezeitkonstante sehr groß gewählt. Bei nommen wird, tritt keine ungewollte Änderung des dieser bekannten Schaltung werden auch in Koinzi- Abgriffpotentials für die Richtspannung durch z. B. denzschaltung arbeitende Transistoren als vorge- Alterung der Widerstände zur Erzeugung der Vorspannte Gleichrichter verwendet. Die verstimmungs- spannung auf. Diese Vorspannungen befinden sich abhängige Richtspannung wird bei diesen Schaltungen 40 nämlich bei der erfindungsgemäßen Schaltung zwischen in der Mitte bzw. nahe der Mitte des Potentials der den Basis-Emitter-Strecken. Dadurch kann ein Einbeiden Gleichrichtervorspannungen entnommen. Da- Stellpotentiometer zur genauen Einstellung des Potendurch ergeben sich bei ungewollten Änderungen des tials der verstimmungsabhängigen Richtspannung ein-Abgriffpojtentials, z. B. durch Alterung der Wider- gespart werden, was außer einer Materialeinsparung stände, Änderungen der Impulsamplitude u. dgl., 45 eine Einsparung an Abgleicharbeit mit sich bringt,
erhebliche Veränderungen des Potentials der ver- Die verstimmungsabhängige Richtspannung, die mit

stimmungsabhängigen Richtspannung. dieser Schaltung gewonnen werden kann, ist relativ zur

Die verstimmungsabhängige Richtspannung ist bei Speisespannung der beiden in Serie liegenden Trandiesen bekannten Schaltungen immer wesentlich sistoren groß, z. B. beträgt sie mindestens ein Viertel kleiner, z. B. 10- bis 20mal kleiner, als die zugeführten 5° bis ein Drittel dieser Spannung im Gegensatz zu einzelnen Signalspannungen. einem Zehntel bis einem Zwanzigstel bei der be-

Die Erfindung stellt sich nun die Aufgabe, eine kannten Schaltung.

Phasen- und Frequenzvergleichsschaltung zu schaffen, An Hand der Schaltungsbeispiele der Zeichnungen

bei der die Potentialänderung der verstimmungs- sei die Erfindung näher erläutert,
abhängigen Richtspannung vermieden, zumindest 55 F i g. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Schaltung mit jedoch so weit reduziert wird, daß diese Änderung einem npn-Trasistor 1 und einem pnp-Transistor 2. unerheblich ist. Die Kollektoren beider Transistoren sind miteinander

Bei einer Schaltung zum Phasen- und Frequenz- verbunden. Die Serienschaltung der beiden Tranvergleich zweier Signalspannungen, von denen min- sistoren liegt an einer Spannungsquelle 3. Der Basis destens eine in zwei Teilspannungen aufgespalten wird 60 des Transistors 1 wird von der Klemme 4 über den und bei der bei übereinstimmender Frequenz der Koppelkondensator 5 die eine Summenspannung und beiden zu vergleichenden Signalspannungen eine der Basis des Transistors 2 von der Klemme 6 über phasenabhängige Richtspannung erzeugt wird und bei den Koppelkondensator 7 die andere Summenspannicht übereinstimmender Frequenz zwecks Erzeugung nung zugeführt. 8 und 9 sind die Basisableitwidereiner verstimmungsabhängigen Richtspannung die 65 stände. Der Kondensator 7 muß mit dem Widerstand 9 sich ergebende Differenzfrequenzspannung, deren und der Kondensator5 mit dem Widerstände eine Polarität eine Funktion der Verstimmungsrichtung ist, Zeitkonstante bilden, die wesentlich größer als die durch Speicherung ihres jeweils letzten Spitzenwertes größte zu erwartende Periodendauer der Differenz-

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frequenz ist. Die größte zu erwartende Periodendauer andere Signalspannungsquelle. Mit den i?C-Gliedern der Differenzfrequenz hängt bekanntlich ab von der 25,26 und 27,28 wird die mit den Transformatoren 19 Größe der geforderten Störbefreiung. Je größer die übertragene Spannung 23 in zwei gegeneinander Störbefreiung ist, um so geringer ist der normale, phasenverschobene Spannungen aufgeteilt, die gegenallein durch den Phasenvergleich erreichbare Fang- 5 einander um mehr als 0° und weniger als 180° phasenbereich, der durch die verstimmungsabhängige Rieht- verschoben sind. Die Klemmen 6 und 4 sind wieder spannung erheblich erweitert werden soll. Durch diese identisch mit den entsprechenden Klemmen der F i g. 1 besonders großen Zeitkonstanten soll erreicht werden, und 2. Die von der Signalspannungsquelle 24 komdaß die Basisvorspannung größer als die Einzelsignal- mende Spannung wird der Mittelanzapfung der Sespannungen, jedoch kleiner als die Summenspannungen io kundärwicklung des Transformators 19 zugeführt. Man sind. Voraussetzung dafür ist, daß zusätzlich die Auf- kann die beiden um mehr als 0°, aber weniger als 180° ladezeitkonstante sehr klein ist, die von der Größe des verschobenen Teilspannungen auch auf andere beKondensators 5 bzw. 7 und der Größe des Quell- kannte Weise aus der Spannung 23 gewinnen. Besonwiderstandes der Signalquellen abhängt. Diese Vor- ders vorteilhaft ist es dabei, in ebenfalls an sich bespannungen kann man auch, insbesondere bei relativ 15 kannter Weise die beiden Teilspannungen mit einer hochohmigen Signalquellen, z. B. durch Batterien oder mehreren Allpaßschaltungen zu gewinnen, wood, dgl. erzeugen. Zwischen dem Verbindungspunkt durch erreicht wird, daß die Teilspannungen auch bei der beiden Transistoren und Masse liegt der Speicher- großen Frequenzänderungen der Signalspannung 23 kondensator 10, der zur Speicherung des Potentials gleich groß bleiben.

des jeweils letzten Spitzenwertes der Differenzfrequenz- ao In Fig. 3 wird nur die Spannung 23 in zwei Teilspannung bei ungleicher Frequenz der beiden zu ver- spannungen aufgeteilt und diese Teilspannungen mit gleichenden Signale dient. An Stelle dieses Konden- der Spannung 24 zu zwei Summenspannungen addiert, sators können auch andere bekannte Speichereinrich- die an den Klemmen 4 und 6 liegen. Man kann auch tungen, wie z. B. bistabiler Multivibrator, verwendet die Spannung 24 in zwei phasenverschobene Teilwerden. Mit dem Siebglied 11,12,13 wird die bei über- 25 spannungen aufspalten und diese beiden phaseneinstimmender Frequenz der beiden Signale ent- verschobenen Teilspannungen mit je einer von der stehende phasenabhängige Richtspannung auch bei Spannung 23 hergeleiteten Teilspannung zu zwei nicht übereinstimmender Frequenz die durch die Summenspannungen addieren. Dabei muß allerdings Speicherung des Potentials des jeweils letzten Spitzen- beachtet werden, daß die Phasenverschiebung W₁ der wertes entstehende verstimmungsabhängige Rieht- 30 beiden von der Spannung 23 hergeleiteten Teilspannung gesiebt. Für den Fall, daß eine getrennte spannungen und die Phasenverschiebung <x₂ der beiden Speichereinrichtung, z. B. ein bistabiler Multivibrator, von der Spannung 24 hergeleiteten Teilspannungen an Stelle des Kondensators 10 zur Speicherung ver- zusammen größer als 0° und kleiner als 180° sind. Die wendet wird, muß die verstimmungsabhängige Rieht- Phasenverschiebung, die größer als 0° und kleiner als spannung diesem getrennten Speicher und die phasen- 35 180° sein soll, wird man vorzugsweise größer als 45° abhängige Richtspannung nach wie vor der Verbindung und kleiner als 135 ° wählen, um eine möglichst große der beiden Transistoren entnommen werden, und, verstimmungsabhängige Richtspannung zu gewinnen, wenn erforderlich, können beide Richtspannungen in Das Bezugspotential der mit den Schaltungen nach an sich bekannter Weise addiert werden. F i g. 1 und 2 gewonnenen Richtspannungen liegt hier

F i g. 2 zeigt eine erfindungsgemäße Schaltung mit 40 in der Mitte zwischen Masse und der Plusspannung 3. zwei gleichartigen (npn-) Transistoren 14 und 15. Auch Für den Fall, daß eine auf Masse bezogene phasenhier liegen beide Transistoren an einer Speisespannungs- bzw. verstimmungsabhängige Richtspannung erquelle 3. Der Kollektor des Transistors 14 ist mit dem wünscht ist, werden an Stelle der einen Speisespan-Emitter des Transistors 15 verbunden. An dieser Ver- nung 3 zwei gleich große Speisespannungen verwendet, bindungssteile liegen wieder der Speicherkonden- 45 derart, daß dem Emitter der Transistoren 1 bzw. 14 sator 10 und das Siebglied 11, 12 und 13. Die von der eine negative Spannung und dem Emitter des Tran-Klemme 4 kommende Summenspannung wird über sistors 2 bzw. dem Kollektor des Transistors 15 eine den Kondensator 16 und den Kondensator 5 der gleich große positive Spannung zugeführt wird.
Basis des Transistors 14 zugeführt. Die an der Klem- In den F i g. 1 und 2 wurden die Summenspannunme 6 liegende Summenspannung wird über den Kon- 50 gen den beiden Basis-Emitter-Strecken zugeführt, indensator 18 der Basis des Transistors 15 zugeführt. Der dem die Summenspannungen den beiden Basen zuKondensator 18 und der Widerstand 19 bilden eine geführt werden und die beiden Emitter an einem Frequenzweiche, derart, daß die Zeitkonstante 18, 19 Potential liegen, welches für Signalspannungen idensehr klein gegenüber der Periodendauer der größten tisch mit Masse ist. Eine andere Möglichkeit, Summenzu erwartenden Differenzfrequenz, aber sehr groß 55 spannungen an die Emitter-Basis-Strecken zu legen, gegenüber der Periodendauer der Signalspannungen besteht darin, z. B. der Basis die eine Einzelspannung ist. Der Kondensator 7 und der Widerstand 9 dienen und dem dazugehörenden Emitter die andere Einzelzur Erzeugung einer Vorspannung für die Basis des spannung zuzuführen. Diese Schaltungen haben den Transistors 15, und der Kondensator 5 in Verbindung Vorteil, daß kein Transformator 19 angewendet werden mit dem Widerstände dient zur Erzeugung der Vor- 60 muß; sie haben dafür den Nachteil, daß die jeweilige spannung für die Basis des Transistors 14. Das Spannungsquelle, die einen Emitter ansteuert, besoni?C-Glied 16, 17 hat etwa die gleiche Zeitkonstante ders niederohmig sein muß.

wie das i?C-Glied 18,19. Es soll hier nur dazu dienen, Mit den F i g. 4 bis 6 soll die Arbeitsweise der erähnliche Verhältnisse zu schaffen wie am Eingang des findungsgemäßen Schaltungen für den Fall, daß die Transistors 15. Es kann in vielen Fällen fortgelassen 65 Frequenzen der beiden Signalspannungen nicht überwerden, einstimmen, näher erläutert werden. F i g. 4 a zeigt die

F i g. 3 zeigt eine mögliche Ansteuerschaltung. teilweise gestrichelte Hüllkurve der der Basis des

Darin ist 23 die eine Signalspannungsquelle und 24 die Transistors 2 bzw. 15 zugeführten Summenspannung,

die in F i g. 4 nur durch einen kurzen Wechselspannungszug 29 bzw. 30 angedeutet ist. Die Hüllkurve zeigt, wie diese Summenspannung mit Differenzfrequenz in ihrer Amplitude schwankt. Nur die in der Figur stark ausgezogenen Spitzenwerte der mit Differenzfrequenz schwankenden Summenspannung offenen den Transistor. In F i g. 4b wird die Hüllkurve für die andere Summenspannung gezeigt, die der Basis des Transistors 1 bzw. 14 zugeführt wird. Die strichpunktierten waagerechten Linien der F i g. 4 a und 4b zeigen die durch Basisgleichrichtung gewonnene Basisvorspannung, durch die erreicht wird, daß nur die Spitzenwerte der mit Differenzfrequenz pulsierenden Summenspannung die Transistoren öffnen. Die Polarität dieser Vorspannung hängt selbstverständlich davon ab, ob der jeweilige Transistor ein npn- oder ein pnp-Transistor ist. Die Figuren sind so zu verstehen, daß die unter der Abszisse liegenden Spannungen jeweils den Transistor sperren und die über der Abszisse liegenden Spannungen den Transistor öffnen. Der Betrag der Vorspannungen ist größer als die Spitzenwerte der Einzelspannungen, aus denen die jeweilige Summenspannung gebildet ist. In den F i g. 4 a und 4 b werden jeweils gleich große Einzelspannungen vorausgesetzt, was man daran erkennt, daß die Minima der Schwebungen gleich Null sind. Die Einzelspannungen können aber auch ungleich groß sein. Die Spitzenwerte der Einzelspannungen sind also in diesen Figuren genau halb so groß wie die Spitzenwerte der Summenspannungen. Da mindestens eine Einzelspannung der Summenspannung gegenüber der vom gleichen Signal hergeleiteten Einzelspannung der anderen Summenspannung eine Phasenverschiebung aufweist, besteht auch eine Phasenverschiebung φ zwischen den Schwebungsperioden der beiden Summenspannungen. F i g. 4 zeigt diese Phasenverschiebung φ. Durch diese Phasenverschiebung wird wechselweise der obere und anschließend der untere Transistor der F i g. 1 und 2 geöffnet bzw. geschlossen.

F i g. 5 zeigt den Fall für eine Frequenzabweichung des einen Signals relativ zum anderen in die eine Richtung und F i g. 6 in die andere Richtung.

Bei F i g. 5 liegt während der Zeit t_x das Potential des Verbindungspunktes der beiden Transistoren auf Massepotential. Nach Ablauf der Zeit Z₁ beginnt der Transistor 2 bzw. 15 der F i g. 1 bzw. 2 zu leiten, da die in Fig.4a gezeigte Basisspannung den Transistor 2 bzw. 15 öffnet. Dadurch wird während der Zeit t₂ der Kondensator 10 der F i g. 1 und 2 auf Pluspotential aufgeladen. Dieses Potential bleibt während der Zeit t_s erhalten. Nach Ablauf der Zeit t_s wird zusätzlich der Transistor 1 bzw. 14 der F i g. 1 bzw. 2 durch den Spitzenwert der in F i g. 4b gezeigten Spannung geöffnet. Dadurch wird das Potential des Verbindungspunktes und somit die Spannung am Kondensator 10 während der Zeit i₄ wieder auf Massepotential zurückgeführt. Nach Ablauf der Zeit t_t bleibt der Transistor 1 bzw. 14 während der Zeit t₅ geöffnet, wie aus F i g. 4b zu ersehen ist. Nach Ablauf dieser Zeit t₅ folgt der Bereich t₆, währenddem beide Transistoren geschlossen sind. Während dieses Zeitbereiches wird das Potential des Verbindungspunktes mit dem Kondensator 10 der F i g. 1 und 2 gespeichert. In F i g. 5 wird auf diese Weise das Massepotential gespeichert, weil der jeweils letzte Spitzenwert der in F i g. 5 gezeigten Spannung am Verbindungspunkt der beiden Transistoren auf Massepotential liegt. In F i g. 6 liegt dagegen der letzte Spitzenwert dieses Potentials auf Pluspotential, so daß während der Zeit t_s die Plusspannung mit dem Kondensator 10 gespeichert wird.

Der zeitliche Mittelwert dieser mit Differenzfrequenz pulsierenden Spannung am Kondensator 10 hat

gegenüber dem Bezugspotential -~- einen negativen

Wert -U₂.

In F i g. 6 werden die umgekehrten Verhältnisse gezeigt bei umgekehrter Frequenzabweichung. Bei Frequenzabweichungen in die andere Richtung tritt eine Phasenverschiebung φ in die andere Richtung auf, wodurch der in F i g. 6 gezeigte Verlauf entsteht. Dieser in F i g. 6 gezeigte Verlauf hat einen strichpunktiert gezeichneten Mittelwert, der relativ zu dem gestrichelt

gezeichneten Bezugspotential -γ- um den Betrag +CZ₂ positiver ist. Die Spannung —1/₂ bzw. + U₂ ist die verstimmungsabhängige Richtspannung, die hinter dem Siebglied 11, 12, 13 abgenommen werden kann. Selbstverständlich ist diese Ausgangsspannung mit der

mittleren Gleichspannung -~ additiv überlagert. Wie

bereits erwähnt, kann diese mittlere Gleichspannung dadurch eliminiert werden, daß man an Stelle einer Batteriespannung zwei Batteriespannungen verwendet, wodurch eine dem Emitter des Transistors 1 bzw. 14

so zugeführt wird, daß das Potential -γ- mit Massepotential identisch ist.

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltung zum Phasen- und Frequenzvergleich zweier Signalspannungen, von denen mindestens eine in zwei Teilspannungen aufgespalten wird und bei der bei übereinstimmender Frequenz der beiden zu vergleichenden Signalspannungen eine phasenabhängige Richtspannung erzeugt wird und bei nicht übereinstimmender Frequenz zwecks Erzeugung einer verstimmungsabhängigen Richtspannung die sich ergebende Differenzfrequenzspannung, deren Polarität eine Funktion der Verstimmungsrichtung ist, durch Speicherung ihres jeweils letzten Spitzenwertes so umgeformt wird, daß sie einen zeitlichen Verlauf hat, bei dem der Spannungsspitzenwert der einen Polarität wesentlich größer als der Spitzenwert der anderen Polarität, bezogen auf den zeitlichen Mittelwert, ist, dadurch gekennzeichnet, daß je eine aus den beiden Signalspannungen hergeleitete Summenspannung an je einer Basis-Emitter-Strecke zweier Transistoren liegt, deren Emitter-Kollektor-Strecken in Serie an eine Speisespannungsquelle angeschlossen sind, und daß die beispielsweise mittels einer Batterie oder eines jRC-Gliedes, dessen Zeitkonstante größer als die Periodendauer der niedrigsten zu erwartenden Differenzfrequenz ist, erzeugte Vorspannung jeder Basis-Emitter-Strecke kleiner als der Spitzenwert der zugeführten Summenspannung, jedoch größer als die Spitzenwerte der jeweiligen Einzelspannungen dieser Summenspannung ist, und daß bei nicht übereinstimmender Frequenz der beiden zu vergleichenden Signalspannungen das an der Verbindung der beiden in Serie liegenden Transistoren auftretende Potential des jeweils letzten Spitzenwertes der an dieser Verbindung stehenden

Differenzfrequenzspannung mittels einer an sich bekannten Speichereinrichtung (wie z. B. Kondensator, bistabiler Multivibrator u. dgl.) gespeichert wird, der die verstimmungsabhängige Richtspannung entnommen wird.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Signalspannungen in zwei gegeneinander phasenverschobene Teilspannungen aufgeteilt wird, deren Phasenverschiebung größer als 0° und kleiner als 180° ist und vorzugsweise zwischen 45 und 135° liegt, und durch Addition jeder dieser Teilspannungen und der anderen Signalspannung zwei Summenspannungen gebildet werden.

3. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Signalspannungen in je zwei gegeneinander phasenverschobene Teilspan-

nungen aufgeteilt werden, und die Summe der Phasenwinkel der beiden Phasenverschiebungen größer als 0° und kleiner als 180°, vorzugsweise größer als 45° und kleiner als 135° ist, und durch Addition jeweils zweier nicht von der gleichen Signalspannung hergeleiteter Teilspannungen zwei Summenspannungen gebildet werden.

4. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein npn- und ein pnp-Transistor zur Anwendung kommen und die beiden Kollektoren der Transistoren verbunden sind.

5. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei gleichartige Transistoren verwendet werden und daß dem Transistor, dessen Emitter mit dem Kollektor des anderen Transistors verbunden ist, die Summenspannung über eine Frequenzweiche zugeführt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen 909 504/1497