DE807697C - Schaltung zum Synchronisieren eines Oszillators mit Hilfe einer Synchronisierwechselspannung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung zum Synchronisieren eines Oszillators, insbesondere eines Kristalloszilators, mit Hilfe einer Synchronisierwechselspannung, bei der das Synchronisiersignal über einen den Kristall enthaltenden Kreis zugeführt wird.

Bei derartigen Schaltungen tritt die Erscheinung auf, daß die Amplitude der vom Oszillator erzeugten Schwingungen in dem Maße zunimmt, wie die Frequenz der Synchronisierwechselspannung sich der Eigenfrequenz des Oszillators nähert. Außerdem tritt bei Synchronisierung eines Kristalloszillators, bei dem das Synchronisiersignal über einen den Kristall enthaltenden Kreis zugeführt wird, noch der folgende Nachteil auf.

Ist die Frequenz des Synchronisiersignals gleich oder nahezu gleich der Eigenfrequenz des Kristallos'zillators, so kann der den Kristall durchsetzende Wechselstrom wesentlich stärker sein, als es beim freien Schwingen der Fall ist. Diese Stromzunahme ist um so größer, je größer der Qualitätsfaktor Q des Kristalls ist.

Diese größere Stromstärke hat zur Folge, daß der Kristall einer Temperatursteigerung ausgesetzt ist. Wird nun die Synchronisierspannung ausgeschaltet, so ist infolge der Temperaturerhöhung die Eigenfrequenz des Oszillators verschoben. Der übliche Frequenzwert wird erst wieder nach Abkühlung des Kristalls erreicht, was besonders bei im Vakuum angeordneten Kristallen längere Zeit dauern kann.

Auf diese Weise wird also die Frequenzstabilität infolge der Synchronisierung beeinträchtigt.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß

die Amplitude des Synchronisiersignals um so größer sein muß, je größer der Frequenzunterschied zwischen der Frequenz der Synchronisierspannung und der Eigenfrequenz des Oszillators ist. Ist dieser Frequenzunterschied Null, so braucht kein Synchronisiersignal zugeführt zu werden.

Die Schaltung nach der Erfindung weist das Merkmal auf, daß die Amplitude des dem Oszillator zugeführten Synchronisiersignals entsprechend dem

ίο Unterschied zwischen der Eigenfrequenz des Oszillators und der Frequenz der Synchronisierwechselspannung geregelt wird.

Diese Regelung erfolgt gemäß einer Ausführungsform der Schaltung nach der Erfindung vorzugs- weise derart, daß bei Gleichheit der erwähnten Frequenzen dem Oszillator kein Synchronisiersignal zugeführt wird.

Durch eine derartige Regelung bleibt die Amplitude der vom Oszillator erzeugten Schwingungen über den ganzen Synchronisierbereich nahezu konstant, und bei Anwendung der erwähnten Synchronisationsart eines Kristalloszillators ist auch der den Kristall durchsetzende Wechselstrom in diesem Bereich nahezu konstant.

Der Synchronisierbereich kann wesentlich ausgedehnt werden, da keine abnormale Temperatursteigerung oder sogar ein Springen des Kristalls zu befürchten ist.

Die Schaltung nach der Erfindung und ihre weiteren Ausführungsformen werden an Hand der in Fig. ι und 2 dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Bei der Schaltung nach Fig. 1 wird die Synchroiiisierwechselspanmfng den Klemmen 1 und 2 der Primärwicklung des Transformators 3 zugeführt. Die Sekundärwicklung dieses Transformators ist in Reihe mit einem Widerstand 4 in den Steuergitterkreis der Röhre 5 aufgenommen. Die Ausgangsspannung dieser Röhre wird über ein phasendrehendes Xetzwerk, das die Sekundärwicklung des Transformators 6, den Regelwiderstand 7 und den Kondensator C enthält, dem Steuergitter der Röhre 8 zugeführt.

Das Übersetzungsverhältnis des Transformators 3 und die Betriebsspannungen der Röhre 5 werden auf bekannte Weise derart gewählt, daß die Ausgangsspannung der Röhre 5 innerhalb weiter Grenzen nahezu unabhängig von der Amplitude der Spannung an den Klemmen 1,2 ist. Der Widerstand 4 im Steuergitterkreis der Röhre 5 dient dabei zur Begrenzung des auftretenden Steuergitterstroms.

Die Ausgangsspannung der Röhre 8 wird über einen Transformator 9 und die Reihenschaltung des Kontaktes A₁ des Wechselkontaktrelais A und des Kontaktes S₁ des Schalters S dem Widerstand 10 zugeführt.

Dieser Widerstand 10 ist in die Schaltung eines Kristalloszillators aufgenommen, der die Röhren und den Kristall 12 enthält. Der Kristall 12 ist in Reihe mit dem veränderlichen Kondensator 13 in den Steuergitterkreis der Röhre 11 aufgenommen, und parallel zu dieser Reihenschaltung liegt die Reihenschaltung eines Kondensators 14, einer Drosselspule 15 und eines Widerstands. Die Reihenschaltung der Drosselspule 15 und des Widerstands dient zur Bildung eines Gleichstromkreises für die Röhre n, da die Kathodenleitung einen weiteren Kondensator 16 enthält. In die Kathodenleitung der Röhre ist die Primärwicklung eines Transformators 17 eingeschaltet, und an die Sekundärwicklung ist eine Widerstandslampe 18 angeschlossen, wodurch eine stabilisierende Gegenkopplung entsteht.

In den Ausgangskreis der Röhre 11 ist die Reihenschaltung der Transformatoren 19 und 20 aufgenommen. Der an die Sekundärwicklung des Transformators 19 angeschlossenen Belastung 21, die hier schematisch durch einen Widerstand dargestellt ist, werden die vom Oszillator erzeugten Schwingungen zugeführt.

Ein Teil der Ausgangsspannung wird über den Transformator 20 der Phasenvergleichsvorrichtung 22 zugeführt, deren Zweck noch näher erläutert wird.

Das am Widerstand 10 auftretende Synchronisiersignal gelangt über die Reihenschaltung des Kondensators 13 und des Kristalls 12 an das Gitter der Röhre 11, hierbei wird es vom Kristall 12 gefiltert.

Bei synchronisierten Oszillatoren ist der Phasenunterschied zwischen der Synchronisierspannung und dem Strom im Ausgangskreis des Oszillators vom Unterschied zwischen der Eigenfrequenz des Oszillators und der Frequenz des Synchronisiersignals abhängig.

Diese Eigenschaft wird nun zur Regelung der Amplitude des Synchronisiersignals entsprechend dem erwähnten Frequenzunterschied benutzt.

Das Ausgangssignal des Oszillators wird zu diesem Zweck über den Transformator 20 in Gegentakt den Gleichrichtern der als Modulatorschaltung ausgebildeten Phasenvergleichseinrichtung 22 zugeführt, und einer dritten Wicklung 23 des Transformators 6 wird eine Synchronisierspannung entnommen, die den Gleichrichtern der Modulatorschaltung im Gleichtakt zugeführt wird.

Würde der Oszillator frei schwingen, was der Fall ist, wenn der Kontakt S, des Schalters 8 geschlossen ist, wobei also das Synchronisiersignal einem Widerstand 24 zugeführt wird, so würde zwischen den Ausgangsklemmen 25, 26 der Modulatorschaltung eine Wechselspannung entstehen, deren Frequenz gleich dem Frequenzunterschied zwischen der Synchronisierspannung und der Eigenfrequenz des Oszillators ist.

Bei Synchronisierung des Oszillators, bei geschlossenem Kontakt S₁, tritt jedoch zwischen den Klemmen 25, 26 eine Gleichspannung auf, deren Größe und Polarität von dem Phasenunterschied der demModulator zugeführtenSpannungen abhängig ist.

Diese Spannung wird über einen Widerstand 27 einem Gleichrichter 28 zugeführt, zu dem ein Kondensator 29 und ein Widerstand 30 parallel geschaltet sind.

Der Gleichrichter 28 ist derart geschaltet, daß das Ende 31 des Widerstands 27 nur ein negatives

Potential annehmen kann. Dieses Ende ist mit der Mittelanzapfung der Wicklung 32 des Transformators 6 verbunden. Infolgedessen ist die am Kondensator 29 auftretende Spannung über den Widerstand 7 als negative Regelspannung am Steuergitter der Röhre 8 wirksam, und wird der Verstärkungsgrad dieser Röhre entsprechend dem Phasenunterschied zwischen den dem Modulator zugeführten Spannungen geregelt.

to Schnelle Ausgangsspannungsänderungen der Modulatorschaltung werden mit Hilfe des Widerstands 27 und des Kondensators 29 abgeflacht.

Die Polarität und die Größe der dem Modulator zugeführten Spannungen werden nun derart gewählt, daß die Röhre 8 nicht verstärkt, wenn kein Phasenunterschied zwischen diesen Spannungen auftritt, und die Verstärkung erst bei einem Phasenunterschied von etwa 75° aufzutreten anfängt und bei etwa 85° ihren vollen Wert erreicht. Die Phasendrehung des Netzwerks 7, C wird derart eingestellt, daß bei Gleichheit der Frequenzen und bei ausgeschalteter Regelung, d. h. bei Unterbrechung der Spannungs'zuführung von der Sekundärseite des Transformators 9 zum Widerstand 10, der Phasenunterschied zwischen den Eingangsspannungen des Modulators nahezu Null ist. Auf diese Weise wird bewirkt, daß während der Synchronisierung die Phasendrehung etwas kleiner als etwa 90⁰ ist, so daß die Synchronisierspannung etwas höher, als für die Synchronisierung erforderlich, ist.

Da die Verstärkung der Röhre 8 entsprechend dem Frequenzunterschied zwischen der Eigenfrequenz des Oszillators und der Frequenz der Synchronisierspannung geregelt wird, ist der Anodenstrom der Röhre von diesem Frequenzunterschied abhängig.

Der Anodengleichstrom der Röhre 8 durchfließt die Reihenschaltung der Erregerwicklung des Relais A und des Milliamperemeters 33. Nach Eichung des Milliamperemeters ist von diesem also unmittelbar der Frequenzunterschied ablesbar.

Das Relais A kann derart eingestellt werden, daß es bei einer bestimmten Stromstärke erregt wird, wodurch sich der Kontakt A₁ öffnet und der Kontakt A₂ schließt. Der Widerstand 24 ist dann in den Ausgangskreis der Röhre 8 eingeschaltet, und die Synchronisierung des Oszillators wird unterbrochen.

Das Relais A kann noch mit weiteren Kontakten versehen werden, mit denen eine Alarmierungsschaltung oder die 'Umschaltapparatur auf einen anderen Oszillator betätigt werden können.

Das Relais A ist verzögert wirksam, was auf bekannte Weise auf thermischem, elektrischem oder mechanischem Wege durchführbar ist.

Infolgedessen verursacht eine etwaige kurze Unterbrechung keinen Alarm, und außerdem entsteht noch ein anderer Vorteil: Wenn die Synchronisierung bei einem zu großen Frequenzunterschied unterbrochen ist, liefert der Modulator eine Wechselspannung, deren Frequenz gleich diesem Frequenzunterschied ist, so daß auch der Anodenstrom der Röhre 8 in diesem Rhythmus schwankt. Infolgedessen würde auch das Relais A stets¹ erregt werden und wieder abfallen. Wird die Verzögerung des Relais A ,hinreichend groß gewählt, so bleibt der Kontakt A₂ geschlossen, solange der Frequenzunterschied zu groß ist, und es wird der Kontakt A₁ nur dann wieder geschlossen, wenn der Frequenzunterschied bis innerhalb des Synchronisierbereichs absinkt.

.Bei der Schaltung nach Fig. 2 erfolgt die Regelung der Amplitude des Synchronisiersignals¹ auf andere Weise. Dabei wird die Tatsache benutzt, daß die Amplitude der im Oszillator auftretenden Wech- ⁷^ seiströme und Wechselspannungen von dem Frequenzunterschied zwischen der Eigenfrequenz des Oszillators und der Frequenz des zugeführten Synchronisiersignals abhängig ist.

Bei der Schaltung nach Fig. 2 wird die Synchronisierwechselspannung über die Klemmen 34, 35 der Primärwicklung des Transformators 36 zugeführt, dessen Sekundärwicklung 37 in den Steuergitterkreis der Röhre 38 aufgenommen ist. Dem Ausgangskreis der Röhre 38 wird über einen Transformator 39 und den Schalter T die Synchronisierspannung für den Kristalloszillator entnommen, die am Widerstand 40 auftritt.

Die Schaltung des Kristalloszillators entspricht im wesentlichen derjenigen nach Fig. 1. Sie ist davon bloß insoweit verschieden, daß in die Kathodenleitung der Röhre 41 ein Transformator 42 aufgenommen ist, wobei an einen Teil der Sekundärwicklung eine Widerstandslampe 43 angeschlossen ist und die an der ganzen Wicklung auftretende Spannung einer Gleichrichterschaltung mit Widerstand 44, Kondensator 45 und Gleichrichter 46 zugeführt wird.

Die am Kondensator 45 auftretende Gleichspannung wird in Reihe mit der von der Batterie 47 stammenden, als Schwellenspannung dienenden Gleichspannung entgegengesetzter Polarität, mit negativer Polarität dem Steuergitter der Röhre 38 zugeführt.

Die Widerstandslampe 43 wirkt an erster Stelle stabilisierend, infolge der bewirkten Gegenkopplung.

Die Größe der gleichgerichteten Spannung ist von dem erwähnten Frequenzunterschied abhängig. Die Schwellenspannung (Batterie 47) sorgt dafür, daß beim Auftreten der normalen Amplitude der erzeugten Schwingungen dem Steuergitter der Röhre 38 keine negative Spannung zugeführt wird.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   ι. Schaltung zum Synchronisieren eines Oszillators, insbesondere eines Kristalloszillators, mit Hilfe einer Synchronisierwechselspannung, bei iao der das Synchronisiersignal über einen den Kristall enthaltenden Kreis zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitude des dem Oszillator zugeführten Synchronisiersignals entsprechend dem Unterschied zwischen der Eigenfrequenz des Oszillators und der Fre-

   quenz der Synchronisierwechselspannung geregelt wird.

   2. Schaltung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß bei Gleichheit dieser Frequenzen dem Oszillator kein Synchronisiersignal zugeführt wird.

   3. Schaltung nach Anspruch ι oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Synchronisierwechselspannung einem Steuergitter einer Entladungsröhre zugeführt wird und dem Ausgangskreis dieser Röhre das dem Oszillator zugeführte Synchronisiersignal entnommen wird und daß die Verstärkung der Röhre in Abhängigkeit von dem erwähnten Frequenzunterschied geregelt wird.

   4. Schaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Synchronisierwechselspannung und ein Teil der Ausgangsspannung des Oszillators einer Schaltung zugeführt werden, deren*Ausgangsspannung von dem Phasenunterschied zwischen den beiden zugeführten Spannungen abhängig ist, und daß dieser letztgenannten Ausgangsspannung eine negative Steuergitterspannung für die Entladungsröhre entnommen wird.

   5. Schaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Synchronisierwechselspannung in der Amplitude begrenzt wird und darauf über ein Phasendrehungsnetzwerk mit einstellbarer Phasendrehung einem Steuergitter der Entladungsröhre zugeführt wird.

   6. Schaltung nach den Ansprüchen 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangswechselspannung der Entladungsröhre über die Kontakte eines verzögert arbeitenden Wechselkontaktrelais entweder dem Oszillator oder einer Belastungsimpedanz zugeführt und die Erregerwicklung des Relais vom Ausgangsgleichstrom d.r Entladungsröhre durchflossen wird.

   7. Schaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkung der Entladungsröhre mit Hilfe einer Regelspannung geregelt wird, die von der Amplitude der vom Oszillator erzeugten Schwingungen abhängig ist.

   8. Schaltung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß in die Kathodenleitung einer in die Oszillatorschaltung aufgenommenen Entladungsröhre (41) die Primärwicklung eines Transformators eingeschaltet ist und parallel zu einem Teil der Sekundärwicklung ein von der Stromstärke abhängiger Widerstand geschaltet ist und die über die Sekundärwicklung auftretende Spannung gleichgerichtet wird, worauf die gleichgerichtete Spannung in Reihe mit einer positiven Schwellenspannung als Regelspannung einem Steuergitter der Verstärkerröhre für die Synchronisierwechselspannung (38) zugeführt wird.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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