DE2429183A1 - Schaltungsanordnung mit einem synchronisierten oszillator - Google Patents

Description

PHILIPS PATENTVERWALTUNG Gr-IBH., 2 Hamburg 1, Steindamm 94

"Schaltungsanordnung mit einem synchronisierten. Oszillator"

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zum Erzeugen einer synchronisierten periodischen Spannung mit einem Oszillator, dessen Frequenz von einem (ersten) Gleichstromwert praktisch linear abhängt, und mit einem Diskriminator, dessen abgegebene Regelgrösse bei konstanter Frequenz und Phase praktisch linear von einem (zweiten) Gleichstromwert abhängt.

Bei einer bekannten Schaltung dieser Art (vgl. VALVO entwicklungs-mitteilungen Nr. 56) werden die beiden Gleichstromwerte, die entweder als Gleichstrom oder als Gleichspannung vorliegen können, mit an sich bekannten Mitteln, wie Spannungsteilern und Stromgeneratoren, getrennt erzeugt. Dadurch sind sie z\irar weitgehend voneinander unabhängig und können getrennt eingestellt werden. Untersuchungen, die zur Erfindung geführt haben, haben jedoch gezeigt, daß dadurch unterschiedliche Abhängigkeiten, insbesondere gegenüber Änderungen der Umgebungstemperatur oder der speisenden Gleichspannung, auftreten können; daraus ergibt sich, daß die statische Gesamt-Regelsteilheit nicht in dem erwünschten Maße konstant ist.

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— V" ^,

Es ist nämlich die Nachstimmsteilheit S des Oszillators df/f

² ^

wobei f die Sollfrequenz, df die Frequenzabweichung und dG die einer bestimmten Änderung der Oszillatorfrequenz zugeordnete Änderung des Gleichstromwertes - einer Spannung oder eines Stromes - ist.

Die statische Regelsteilheit S des Phasendiskriminators ist ^Sp ⁼

p ⁼ dT/T_o '

wobei T_Q die Periode der Solifrequenz f ist und dT die Phasenverschiebung innerhalb einer Periode bedeutet, die eine Änderung dG des als Regelgröße verwendeten Gleichstromwertes - Spannung oder Strom - hervorruft.

Die statische Gesamt-Regelsteilheit S ergibt sich daraus durch Multiplikation:

df/f_o

_o
^So * ^Sp ^{= S =} dT/T

Die Gesamt-Regelsteilheit S entspricht also dem Verhältnis der relativen Frequenzänderung gegenüber der relativen Phasenänderung.

Wenn S von Änderungen der Umgebungstemperatur und/oder der Betriebsspannung oder auch anderer Größen unabhängig werden soll, müssen die im Zähler und im Nenner der Formel (3) stehenden relativen Änderungen die gleiche Äbhänigkeit von der betreffenden Größe aufweisen, damit sich diese Abhängigkeiten in ihrer Auswirkung auf die Regelsteilheit S kompensieren.

Bei einer Schaltungsanordnung der eingangs erwähnten Art wird dies erreicht, wenn gemäß der Erfindung der zweite Gleichstromwert proportional aus dem ersten Gleichstromwert abgeleitet ist.

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Infolge der proportionalen Gleichstromabhängigkeit der Oszillatorverstimmung einerseits und der proportionalen Gleichstromabhängigkeit der Regelgröße eines Schalterdiskriminators andererseits sind Zähler und Nenner des rechten Ausdruckes der Formel (3) in gleicher Weise vom zugeführten Strom abhängig, so daß diese Abhängigkeit aus der Gesamt-Regelsteilheit S eliminiert werden kann, wenn beide Ströme zueinander proportional gehalten werden.

Die Erfindung ist.besonders vorteilhaft anwendbar dann, wenn Oszillator und Phasendiskriminator zur gleichen integrierten Schaltung gehören. Dann kann nämlich z.B. die Stromspeisung des Diskriminators innerhalb dieser Schaltung von dem dem Oszillator zugeführten Strom abgeleitet werden, so daß äussere Verbindungen nicht erforderlich sind und der sonst verwendete äussere Anschluß für andere Zwecke benutzt werden kann.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert, die in

Fig. 1 eine Blockschaltung zeigt, in der die Erfindung verwirklicht ist, während

Fig. 2 den Verlauf der Spannung U am Kondensator zeigt.

Fig. 3 zeigt den Strom i₇, der am Ausgang des Schalterdiskriminators auftritt.

Fig. 4 zeigt eine temperaturstabilisierte Schaltung für die Erzeugung mehrerer zueinander proportionaler Ströme,

In Fig. 1 deutet die gestrichelte Umrandung 1 an, daß die darin aufgezeigten Schaltungsteile innerhalb einer integrierten Schaltung angebracht sind. Diese sind überwiegend von bekannter Art.

Ein Stromgenerator 2 erzeugt einen Strom i,. von 0,5 mA, der über den Anschluß 3 einem außen gegenüber Erde eingeschalteten Widerstand R zugeführt wird und so groß ist, daß der Spannungsabfall am Widerstand R praktisch proportional, zweckmäßig exakt

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gleich, ist gegenüber einer dem Stromgenerator 2 zugeführten Referenzspannung IL. Diese Referenzspannung kann einem der durch Pfeile angedeuteten Abgriffe eines in der integrierten Schaltung angeordneten Spannungsteilers entnommen werden, der zwischen dem positiven Pol der Speisequelle +IL und ihrem anderen an Erde angeschlossenen Pol zwischen den Anschlüssen 4 und 5 angeschaltet ist und der aus in geeigneter Größe gewählten Widerständen 6 bis 13 besteht. Grundsätzlich können die einzelnen Spannungswerte auch Spannungsteilern entnommen werden, die aus "weniger, ggf. nur zwei, Widerständen bestehen, die zwischen +IL und Erde eingeschaltet sind. Die Proportionalität der abgegriffenen Spannungen untereinander ist jedoch ganz besonders groß, wenn sie von einem einzigen Spannungsteiler abgeleitet werden.

Der Strom i^ fließt auch in einem Strominverter 15 (Stromspiegel, current mirror), der zwei Ströme i£ und i^ liefert, die vom steuernden Generator 2 her gesehen in entgegengesetzter Richtung zu i. in die nachfolgende Schaltung hineinfließen. Der Strom i-* beträgt 0,47 mA und der Strom ic 0,94 mA.

Der Strom i-? wird über den Anschluß 16 einem Kondensator C als

Ladestrom zugeführt, so daß an diesem eine gegenüber Erde positive Spannung entsteht. Die Ströme i^, ip und i, werden einer positiven Quelle, in Fig. 1 der Speisequelle +U, , entnommen.

Der Strom ip speist einen zweiten Strominverter 18, der Ströme ii und i,- aufnimmt, also Ströme -i^ und -ic liefert. Der Strom -i,- wird einem Schalter S,. zugeführt, der im Takte einer von einem Rechteckgenerator 19 gelieferten Steuergröße geöffnet und geschlossen wird. Der Absolutbetrag des Stromes i,- ist größer als der des Stromes 1-, im erwähnten Beispiel doppelt so groß. Wenn der Schalter S^ geschlossen ist, überwiegt also der Entladestrom ic, und die Spannung U am Kondensator C nimmt zeitproportional ab. Ist der Schalter S^ geöffnet, so wird der Kondensator C mittels des Stromes i·* zeitproportional geladen.

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Ist der Strom i^ doppelt so groß wie der Strom i^, so ist die Steilheit der Spannung U am Kondensator C beim Anstieg und "beim Abfall von gleicher Größe. Bei einem Ausführungsbeispiel war die Periode der Sägezahnspannung gleich der Zeilenperiode von 64/US eines Fernsehempfängers.

Die Spannung U des Kondensators C wird auch zwei Spannungsprüfern 20 und 21 zugeführt. Diese vergleichen die Kondensatorspannung U mit einer Spannung U₂ von 7,6 V bzw. U, von 4,4 V, die je einer Anzapfung des Spannungsteilers 6 bis 13 entnommen ist. Sobald die Kondensatorspannung U einen oberen Wert erreicht (Zeitpunkt t₂), der durch die Spannung Up im Grenzwertschalter 20 bedingt ist und z.B. diesem gleich ist, und sobald die Spannung U einen unteren Wert erreicht, der der Spannung tJU am Grenzwertschalter 21 entspricht, wird der Schalteinheit 19 eine Steuergröße zugeführt, die den Schalter S^ betätigt und zwischen Aufladung und Entladung des Kondensators C durch (i^-ic) und I^ umschaltet, so daß eine in Fig. 2 dargestellte sägezahnförmige Spannung U entsteht, die in dieser Figur gleiche Länge und Steilheit der ansteigenden und abfallenden Flanken aufweist, da Ladestrom und Entladestrom gleiche Größe haben.

Ein Strom -L von 2,1 mA wird vom Strominverter 18 einem Schalterdiskriminator zugeführt. Dieser enthält einen durch synchronisierende Impulse 22, z.B. die aus einem Fernsehsignal abgetrennten Zeilenimpulse, betätigten Schalter S2; dieser läßt den Strom -ir nur während des Auftretens der Synchronimpulse 22 zwischen den Zeitpunkten t^ und tg hindurch zu einem Umschalter S^₅. In der gezeichneten einen Lage des Umschalters S, wird (bei geschlossenem Schalter S₂) ein Strom -ig (der hier dem Strom -i^ gleich ist, der aber auch eine abweichende Größe haben könnte) weitergeleitet und als i^ über eine Klemme 32 einem Kondensator 23 von 10 nF zugeführt, so.daß dieser entladen wird. Wenn der Schalter S, im Zeitpunkt t^ die andere Lage annimmt, wird der zugeführte Strom ir zunächst einem Strominverter 24 (ig) und dann mit gleicher Größe, aber

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entgegengesetztem Vorzeichen (+2,1 mA) dem Kondensator 23 zugeführt, so daß dieser aufgeladen wird. Es ist zweckmäßig, aber nicht notwendig, daß der Ausgangsstrom des Inverters 24 in seinem Betrag gleich groß ist gegenüber dem zugeführten Strom (-i^). Wie Fig. 3 zeigt, wird dem Kondensator 23 also ein Strom Xj zugeführt, dessen Amplitude zwischen den Werten -ig und +ig wechselt.

Die Betätigung des Schalters S^ im Zeitpunkt t,- erfolgt durch einen Schalter S^, der in der dargestellten Lage für den Schalter S-z ein Umschaltkriterium überträgt, wenn die Spannung U am Kondensator C einen Wert von +6,6 V erreicht, bei dem ein Schalter 25, dem eine Vergleichsspannung U, zugeführt wird, bei dem betreffenden Grenzwert ein Signal abgibt.

Wenn also zwischen den Zeitpunkten t^ und tg durch einen Synchronimpuls 22 der Schalter S^ geschlossen ist, fließt zunächst ein negativer Strom -ig zum Kondensator 23 (vgl. Fig. 3). Im Zeitpunkt tj- erreicht die Spannung U den Grenzwert U^, so daß dann der Schalter S^₅ umgelegt und nunmehr ein positiver Strom +ig dem Kondensator 23 zufließt. Es entsteht also im Strom iy zum Kondensator 23 ein im allgemeinen Fall unsymmetrischer Doppelimpuls mit wechselndem Vorzeichen. Daraus ergibt sich im Mittelwert ein Gleichstrom, der die Spannung am Kondensator 23 speist und ggf. verändert. Von dieser Spannung wird über einen Widerstand 27 von 82 kOhm ein Regelstrom i zum Anschluß 3 geführt. Infolge der oben beschriebenen Wirkung des Stromgenerators 2, die die Spannung am Widerstand R konstant hält, wird der Strom i. um einen entsprechenden Betrag vergrößert (bzw. bei positiver Richtung des Stromes i_r vermindert), so daß der Ladestrom für den Kondensator C entsprechend geändert und die Steilheit des Anstieges der Spannung U korrigiert wird. Da die Spannungsgrenzen Ug und U^ festliegen, bedeutet das, daß die Umschaltzeitpunkte der Dreieckspannung U näher zusammen (oder weiter auseinander) rücken, so daß sich die Frequenz entsprechend erhöht (bzw. vermindert). Dies geschieht solange,

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bis die Frequenzen der Synchronimpulse 22 und der Sägezahnspannung U gleich sind, wobei sich gegenüber dem Sollwert eine Phasenverschiebung ΔΤ ergibt, bei der der erzielte Regelstrom die erforderliche Frequenzänderung &£ gegenüber einer bei unverändertem Strom i^ erhaltenen Frequenz f_Q bewirkt.

Die Rückschaltung des Schalters S-, könnte grundsätzlich auch allein mit Hilfe des Grenzwertschalters 25 auf der abfallenden Flanke zwischen T2 und T^ erfolgen; dann steht dieser Umschaltpunkt aber in einer festen, nicht veränderbaren Beziehung zur Umschaltung am Grenzwert U^ auf der ansteigenden Flanke.

Der Umschalt-Zeitpunkt ty ist, z.B. zum Festlegen einer Phasenbeziehung gegenüber der Dreieckspannung, frei wählbar, wenn, wie in Fig. 1 dargestellt, ein zweiter Grenzwertschalter 26 gegenüber einer am Spannungsteiler 6 bis 13 abgegriffenen Spannung Ucvon 5,4 V vorhanden ist, der mittels eines im Zeitpunkt tp betätigten Umschalters Sr wirksam gemacht wird, z.B. durch den Rechteckgenerator 19. Infolgedessen wird danach das Zurückschalten durch die Spannung U₅ bedingt.

Auch der Grenzwertsehalter 25 schaltet natürlich zurück, wenn die Spannung U an dem Wert U. nach unten vorbeiläuft; dies wirkt sich aber infolge des umgelegten Schalters Sr nicht auf den Schalter S^ aus.

Im Zeitpunkt t^, sind beide Grenzwertschalter 25 und 26 zurückgeschaltet, und durch den Rechteckgenerator 19 wird der Umschalter Sr wieder in die dargestellte Lage gebracht. Beim nächsten Spannungsanstieg ist also wieder der Grenzwertschalter 25 bei der Spannung U, im Zeitpunkt t,- des folgenden Intervalles wirksam.

In den Zeilenimpulsen eines Fernsehsignales treten während des Bildwechsels Impulse der doppelten Zeilenfrequenz, aber mit halber Breite auf. Diese fallen in den Bereich der abfallenden Flanke der Dreieckspannung U nach Fig. 2, so daß auch

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dort zwischen Zeitpunkten to¹ und tg^f ein Strom dem Phasendiskriminator zufließt. Durch geeignete Wahl der Spannung U₁= des Grenzwertschalters 26 kann der Zeitpunkt t₇ geeignet gewählt werden. Man könnte ihn z.B. so legen* daß er außerhalb dieser zusätzlichen Impulse doppelter Frequenz fällt, so daß diese nicht .wirksam werden. Dann ergibt sich aber dennoch eine Beeinflussung der Regelspannung. Im Bildwechsel-Intervall sind nämlich die Synchronimpulse 22 schmaler derart, daß sie zv/ar zu einem Zeitpunkt t^¹ beginnen, der gegenüber den Vorderflanken t. der Zeilenimpulse um Vielfache der Zeilenperiode äquidistant ist. Seine Dauer ist jedoch kürzer, so daß der Zeitpunkt tg¹ der Rückflanke gegenüber entsprechenden Zeitpunkten tg der normalen Zeilenimpulse verschoben ist. Da die Umschalt-Zeitpunkte t,- und t~ unverändert bleiben, ändern sich die Ladungsmengen, die dem Kondensator 23 durch die Ströme -ig bzw. +ig vor und nach den erwähnten Umschaltzeitpunkten zugeführt werden, wobei sich sogar das Vorzeichen des mittleren Stromes iy umkehren kann.

Wählt man nun die Spannung U₅ derart, daß die Differenz zwischen den Umschaltzeitpunkten t,- und ty genau der halben Periode der Sägezahnspannung U entspricht, so ergibt sich während dieser zusätzlichen Impulse im Bereich t_Q' bis tg¹ ein Beitrag zur Regelspannung, der genau entgegengesetzt gleich ist dem Beitrag in dem (verengten) Bereich t^' bis tg¹. Es wird dann also während des Bildrücklaufes keine Regelspannungsänderung am

nicht

Kondensator 23 erzeugt und die Regelung/durch einen Strom iy verändert.

Das Regelverhalten kann in bekannter Weise noch beeinflußt werden durch RC-Glieder im Regelkreis, z_eB. durch die Reihenschaltung eines Widerstandes 28 von 1,2 kOhm und eines Kondensators 29 von 47/uF parallel zum Regelkondensator 23.

Um eine Übersteuerung, insbesondere im nicht synchronsierten Zustand und beim Einfangen zu vermeiden, sind noch Begrenzerstufen 30 und 31 angebracht, die mit Referenzspannungen Ug

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von 8,2 V bzw. U₇ von 3,8 V am Spannungsteiler 6 bis 13 verbunden sind und die verhindern, daß die Spannung am Kondensator 23 oberhalb oder unterhalb von Grenzwerten liegt, die durch die Spannungen Ug und Uy bedingt werden.

Nach der Erfindung ist der Strom -i^, der dem Schalter S₂ zugeführt wird, über den Strominverter 18 und den Strominverter dem Lade- und dem Entladestrom (i^-i^) bzw. -i-, des Kondensators C proportional. Dadurch wird erreicht, daß bei etwaigen Änderungen des Stromgenerators 2 sowohl die Kondensator-Umladung wie auch die Impulse des Stromes i~ für den Kondensator 23 in gleichem Sinne verändert werden, so daß die oben erwähnte Regelsteilheit S erhalten bleibt.

Dies läßt sich insbesondere auch dann ausnutzen, wenn eine Umschaltung der erzeugten Frequenz erforderlich ist, was z.B. durch Ändern des Kondensators C oder des Widerstandes R bewirkt werden kann. Auch bei der neuen Frequenz bleibt dann die Regelsteilheit S erhalten.

Fig. 4 zeigt die Schaltung eines Strominverters, dessen prinzipieller Aufbau bei der Erfindung, z.B. für die Schaltungsstufen 15, 18, 24, benutzt werden kann.

Dieser Strominverter ist als integrierte Schaltung aufgebaut, was durch die gestrichelte Begrenzungslinie 33 angedeutet ist. Einer Eingangsklemme 34 wird von einer Stromquelle 35 ein Eingangsstrom i zugeführt, der entsprechend der Pfeildarstellung bei Transistoren einen positiven Strom von außen in den Inverter 3 hinein andeutet. Dieser Strom fließt zu Basis und Kollektor eines, somit als Diode geschalteten npn-Transistors 36 und von dessen Emitter über einen Widerstand 37 nach Erde. An den Elementen 36, 37 entsteht ein Spannungsabfall, der die Basis eines nachgeschalteten Transistors 38 steuert, dessen Emitter über einen Widerstand 39 an Erde und damit dem anderen Pol der Stromquelle 35 liegt. Durch die Stromverstärkungseigenschaften des Transistors 38 ergibt sich in dessen Kollektorzweig an der Ausgangsklemme 40 bei angeschal-

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teter positiver Spannung ein Ausgangsstrom i , der dem Eingangsstrom i proportional ist. Mit diesem Strom kann eine nachgeschaltete Stufe 43, die mit dem positiven Pol einer Speisequelle U^ verbunden ist, gesteuert werden. Während also der Eingangsstrom i in eine nachgeschaltete Stufe, z.B. 33, hinein gerichtet ist, fließt der vom Inverter 33 gelieferte Ausgangsstrom i_& aus einer nachgeschalteten Stufe, z.B.33, heraus. Er ist also umgekehrt oder gespiegelt.

Der Strominverter 33 kann weitere umgekehrte Ausgangsströme liefern dadurch, daß an die Basis des Transistors 38 die Basis wenigstens eines weiteren Transistors 44 angeschlossen ist, der über einen Emitterwiderstand 45 an Erde liegt und an seinem Kollektor ebenfalls einen umgekehrten, dem Eingangsstrom i aber proportionalen Ausgangsstrom liefert.

Wenn der Strominverter nach Fig. 4 Ströme anderer Polarität aufnehmen bzw. liefern soll, muß er mit pnp-Transistoren aufgebaut sein, wobei die Widerstände 37, 39, 45 gegenüber einer positiven Spannungsquelle, z.B. der Speisespannung +U^, eingeschaltet sind.

Durch Wahl der Emitterwiderstände, z.B-, 39 und 45, kann die Größe der Eingangsströme und damit der Proportionalitätsfaktoren zum Eingangsstrom i auf einen gewünschten, z.B. den gleichen oder einen unterschiedlichen, Wert gebracht werden. Ähnliche Abweichungen sind möglich, wenn die Geometrie der Transistoren, d.h. die Fläche ihrer Elektroden auf dem Halbleiterkörper, unterschiedlich ist. Vorzugsweise wird bei unterschiedlichen Ausgangsströmen die Geometrie derart gewählt, daß die Emitterstromdichte gleich ist. Dann sind auch die Emitter-Basis-Spannungen der einzelnen für die Ausgangsströme maßgebenden Transistoren gleich, so daß sie auch praktisch übereinstimmende Abhängigkeiten, z.B. gegenüber der Temperatur, aufweisen. Durch einen Basis-Vorwiderstand 46 des Transistors 36 kann der Einfluß der endlichen Stromverstärkungsfaktoren der Transistoren kompensiert werden.

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Claims (5)

1. _ _ΛΛ PHD-74-099

   Patentansprüche

   (Λ J Schaltungsanordnung zum Erzeugen einer synchronisierten '" periodischen Spannung mit einem Oszillator, dessen Frequenz von einem (ersten) Gleichstromwert praktisch linear abhängt, und mit einem Diskriminator, dessen abgegebene Regelgröße bei konstanter Frequenz und Phase praktisch linear von einem (zweiten) Gleichstromwert abhängt, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Gleichstromwert proportional aus dem ersten Gleichstromwert abgeleitet ist.
2. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, mit einem Oszillator, bei dem innerhalb einer Periode ein Kondensator durch einen Ladestrom von einer ersten Schwellwertspannung auf eine zweite Schwellwertspannung aufgeladen und anschließend durch einen, dem Ladestrom proportionalen Entladestrom bis zur ersten Schwellwertspannung wieder entladen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Gleichstromwert proportional zum Ladestrom ist, insbesondere praktisch gleiche Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur und/oder der Speisespannung aufweist*
3. 3· Schaltungsanordnung nach Anspruch 2 mit einem Schalterdiskriminator, bei dem ein Diskriminatorstrom während eines impulsförmigen Intervalles einer synchronisierenden Schwingung zu dem die Regelgröße liefernden Ausgang durchgelassen und bei einem bestimmten Zeitpunkt (Phase) der Oszillatorschwingung in der Polarität umgeschaltet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der zugeführte Diskriminatorstrom dem Ladestrom proportional ist, insbesondere praktisch gleiche Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur und/oder der Speisespannung aufweist.
4. 4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Gleichstromwert mit Hilfe wenigstens eines Strominverters aus dem ersten Gleichstromwert abgeleitet ist.
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