Zusatzpatent zum Hauptpatent 518 031 Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer in ihrer Frequenz modulierten Hochfrequenzschwingung hoher Frequenzgenauigkeit_ Das Hauptpatent betrifft eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer in ihrer Frequenz modulierten Hochfre- quenzschwingung hoher Frequenzgenauigkeit, mit minde stens einem Schwingungserzeuger, dessen Frequenzablage durch eine erste und eine zweite an ihn angelegte Spannung je gegenseitig unabhängig beeinflusst werden kann.
Jene Schaltungsanordnung enthält ferner eine Prüfschaltung, wel che die Frequenz der erzeugten Schwingung mit einer Soll frequenz vergleicht und eine von der diesbezüglichen Ab weichung abhängige Korrekturspannung erzeugt. Ausser- dem enthält jene Schaltungsanordnung nach einem Pro gramm gesteuerte Schalter, welche in einer ersten Phase zwecks Angleichung der vom Schwingungserzeuger erzeug ten Frequenz an die Sollfrequenz die genannte Korrektur spannung als die genannte erste Spannung dem Schwin gungserzeuger und parallel dazu einer Speicherkapazität zu führen und ein festes Bezugspotential als die genannte zweite Spannung an den Schwingungserzeuger legen.
Jene Schalter trennen in einer zweiten Phase, unter Belassung der Verbindung zwischen Schwingungserzeuger und Speicherkapazität, den Ausgang der Prüfschaltung vom Schwingungserzeuger ab und legen anstelle des genannten Bezugspotentials ein Modulationssignal an. Das ganze Schaltprogramm läuft dabei derart ab, dass die beiden Pha sen ununterbrochen miteinander abwechseln.
In der genannten ersten Phase wird somit der Schwin gungserzeuger mit grosser Genauigkeit auf eine bestimmte mittlere Frequenz eingestellt und gleichzeitig die zur Errei chung der Sollfrequenz notwendige Korrekturspannung in der genannten Speicherkapazität gespeichert. In der zweiter Phase dagegen wird die Frequenz des Schwingungserzeu gers durch eine Modulationsspannung beeinflusst, wobei seine Mittelfrequenz durch die an der Speicherkapazität lie gende Spannung bestimmt und während der Modulation sphase unverändert gehalten ist.
Sofern als Schalter zum Anlegen der Korrekturspannung an den Schwingungserzeuger und zum diesbezüglichen Ab trennen ein Transistor, z. B. ein Feldeffekt-Transistor ver wendet wird, wirkt die dort zwischen Steueranschluss und Quellen- bzw. Senkenanschluss vorhandene Kapazität stö rend, indem beim Sperren des Transistors über diese Kapazi tät die Ladung der Speicherkapazität und damit die erste, d. h. die den Schwingungserzeuger auf die genannte Mittel frequenz steuernde Spannung beeinflusst wird, so dass wäh rend der zweiten Phase die an sich mögliche Frequenzgenau- igkeit nicht erreicht werden kann.
Aus den dargelegten Zu sammenhängen ergibt sich zwar, dass durch eine Vergrösse- rung der Speicherkapazität dieser Einfluss vermindert wer den kann, da sich die Potentialänderung nach dem Verhält nis zwischen der Transistorkapazität und der Speicherkapa zität richtet. Eine Vergrösserung dieser Speicherkapazität bewirkt jedoch eine Verlängerung der Regelzeit, da der Schalttransistor im Durchlasszustand einen gewissen Wider stand besitzt. Da die zulässige Regelzeit anlagebedingt ist, sind somit einer Vergrösserung der Speicherkapazität Gren zen gesetzt.
Die vorliegende Erfindung erlaubt nun trotz des stören den Einflusses der Kapazität eines vorzugsweise als Schalter verwendeten Schalttransistors, die mittlere Frequenz des Schwingungserzeugers während der genannten zweiten Phase auf einen Wert zu bringen, der ausserordentlich wenig vom Sollwert abweicht. Sie betrifft eine weitere Aus bildung der Schaltungsanordnung nach dem Hauptpatent, welche durch einen zusätzlichen Schalter und zusätzliche, die Frequenz des Schwingungserzeugers in Abhängigkeit von den genannten Korrekturspannung beeinflussende Schal tungsmittel mit einer parallel zu ihrem Eingang liegenden Speicherkapazität gekennzeichnet ist.
Die Steilheit der durch diese zusätzlichen Schaltungsmittel bewirkten Rege lung der Frequenzablage ist dabei kleiner als die durch die Wirkung der genannten ersten Spannung auf den Schwin gungserzeuger erreichte. Ein weiteres Kennzeichen dieser Schaltungsanordnung besteht in einer derartigen Ausbildung des genannten Programms, dass zwischen die genannte erste und die genannte zweite Phase eine Zwischenphase eingeschoben ist, während welcher der genannte zusätzliche Schalter ausschliesslich die genannten zusätzlichen Schal tungsmittel zur Wirkung bringt, und dass der zusätzliche Schalter in der zweiten Phase die zusätzlichen Schaltungs mittel, unter Belassung der an deren Eingang angeschlosse nen Speicherkapazität, von der Korrekturspannung abtrennt.
Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbei- spiels erklärt, in welchem während der Zwischenphase ein einziger Schaltzustand herrscht und in welcher somit insge samt zwei Speicherkondensatoren vorhanden sind. Die Fig. stellt einen Ausschnitt aus dem Schaltungsschema einer An ordnung gemäss aem 11aur>;pstent dar, wobei dieser Aus schnitt die Schalter, die Speicherkondensatoren und die zu sätzlichen Schaltungsmittel zur Beeinflussung der Frequen- zablage des Schwingungserzeugers zeigt. Die eine solche Frequenzablage hervorrufenden Schaltungsteile des Schwin gungserzeugers sind ebenfalls dargestellt.
Der Schwingungserzeuger O weist zwei Eingänge auf, wobei am einen Eingang die Regelspannung e1 (auch erste Spannung genannt) und während der genannten zweiten Phase am andern Eingang die der Modulation dienende Spannung e2 angelegt ist. Dieser Schwingungserzeuger ent hält einen aus der Induktivität L und der Kapazität C34 be stehenden Schwingkreis, welcher einen Teil eines Clapp-Os- zillators bildet, dessen weitere Schaltelemente bei V ange schlossen, jedoch nicht dargestellt sind. Über die Kondensa toren C3 und C33 ist je eine spannungsabhängige Kapazität SKl und SK31 parallel zum Schwingkreis geschaltet.
Das Schaltelement SK31 liegt zwischen der über den Wider stand R36 zugeführten Modulationsspannung e2 und einer Plusspannung, wodurch sich dessen Kapazität und damit die Resonanzfrequenz des Schwingkreises mit der zugeführten Spannung e2 ändert. Bei der Beeinflussung der erzeugten Frequenz durch die Spannung ei liegen die Verhältnisse grundsätzlich gleich wie bei der beschriebenen Beeinflus sung durch die Spannung e2.
Ein Unterschied liegt lediglich darin, dass zwischen Eingang und spannungsabhängiger Ka pazität SK1 ausser dem Widerstand R6 noch der Feldeffekt Transistor TR3 in Quellen-Folger-Schaltung (source-follo- wer) angeordnet ist. Dieser Transistor wirkt als Gleich stromverstärker mit hochohmigem Eingang und bewirkt eine wesentliche Erhöhung des Widerstandes des Regelein ganges gegenüber dem durch die spannungsabhängige Kapa zität SKl gebildeten. Über dem Widerstand R4 entsteht eine der Spannung e1 proportionale, diese Spannung nahezu erreichende Spannung.
Der Feldeffekt Transistor TRl dient als Schalter zwi schen der über den Widerstand R1 zugeführten Korrektur spannung d und dem beschriebenen Regeleingang des Schwingungserzeugers O. In der gezeichneten Stellung des symbolisch dargestellten Schalters S1 ist die Basis des Tran sistors TR2 über den Widerstand R3 an negatives Potential gelegt, so dass dieser Transistor gesperrt ist. Über den Widerstand R2 ist dann der Steueranschluss des Transistors TR1 an das Potential der Korrekturspannung gelegt, so dass dieser Transistor leitend ist.
Legt demgegenüber der Schal ter S1 Masse an die Basis des Transistors TR2 wird dieser Transistor leitend, der Steueranschluss des Transistors TR1 wird negativ und dieser Transistor somit gesperrt. Der Tran sistor Trl1, der als früher genannter zusätzlicher Schalter verwendet ist, und der Transistor TR12 mit den Widerstän den R11, R12, R13 und dem Schalter S11 sind gleich geschal tet wie die vorher beschriebenen Transistoren und Wider stände; demgemäss sind. auch die Funktionen dieselben.
Über den Transistor TRI1 ist auch der Steueranschluss des Feldeffekt-Transistors TR13 mit. der Korrekturspannung d verbunden, so dass dessen Potential e11 mit dem Korrek turpotential übereinstimmt. Dieser Transistor ist gleich .ge schaltet wie der Transistor TR3, und somit liegt eine der Spannung d proportionale Spannung an dem aus den beiden Widerständen R14 und R15 bestehenden Spannungsteiler. Der Transistor TR13 und der Spannungsteiler stellen die ge nannten zusätzlichen Schaltungsmittel dar, welche in später erklärter Weise die Frequenzablage des Schwingungserzeu gers<B>0</B> beeinflussen.
Der erste Anschluss eines ersten Speicherkondensators C2 ist an die erste die Frequenz des Schwingungserzeugers O beeinflussende Spannung e1 gelegt, während sein zweiter Anschluss an den Abgriff des aus den Widerständen R14 und R15 bestehenden Spannungsteilers angeschlossen ist. Ein zweiter Speicherkondensator C12 liegt am Eingang der genannten zusätzlichen Schaltungsmittel und ist über den Transistor TRl l mit der Korrekturspannung verbunden. So fern die beiden Transistoren TRl und TRl l leitend sind, ist somit der Kondensator C12 mit der vollen und der Konden sator C2 mit einem Teil der Korrekturspannung d aufgela den. Diese Teilspannung entspricht ungefähr der über dem Widerstand R14 liegenden Spannung.
Im Zustande, in welchem die beiden Schalter S1 und S11 umgelegt haben und somit die beiden Transistoren TR1 und TRl l gesperrt sind, sind die Verbindungen zwischen dem Transistor TRl und TR3 bzw. TR11 und TR13 beidseitig hochohmig von weitern Stromkreisen abgetrennt. Damit können sich die Ladungen der beiden Speicherkondensato ren C2 und C12 nicht mehr verändern. Infolgedessen bleibt auch das Potential e11 am Steueranschluss des Transistors TR13 unverändert, so dass sich auch der im Spannungsteiler 1114, R15 fliessenden Strom nicht ändert und das Potential an seinem Abgriff gleich bleibt.
Ebenso bleibt die erste Re gelspannung e1 erhalten.
Infolge der zwischen dem Steueranschluss des Transi stors TRl und seiner Quellen- bzw. Senkenelektrode vorhan denen Kapazität fliesst bei der Einleitung der Sperrung die ses Transistors, d. h. beim Anlegen von Sperrpotential an seinen Steueranschluss, ein Verschiebungsstrom von Masse über den Widerstand R15, den Speicherkondensator C2, den Transistor TRl, Kollektor und Emitter des Transistors TR2 an den negativen Pol der Spannungsquelle. Durch diesen Impuls wird die Ladung des Speicherkondensators C2 und damit das Potential am Eingang e1 verändert, und zwar hängt das Mass dieser Änderung vom Verhältnis der beiden in Serie liegenden Kapazitäten ab.
Nach der Sperrung des Transistors TRl kann zwar die Ladung des Kondensators C2 und damit die Frequenz des Schwingungserzeugers über diesen Transistor nicht mehr beeinflusst werden, aber der während der Einleitung des Sperrzustandes auftretende Po tentialsprung zerstört die vorherige genaue Übereinstim mung zwischen dem Potential d und dem Potential e1. Durch die Anordnung der in der Grössenordnung der ge nannten Transistor-Kapazität liegenden Kapazität<B>Cl</B> ist nun die Auswirkung der störenden Transistor-Kapazität minde stens angenähert kompensiert. Bei der Umlegung des Schal ters S1 von der dargestellten Ruhe- in die Arbeitsstellung wechselt das zwischen dem Schalter S1 und dem Wider stand R3 auftretende Potential
e3 im positiven, d. h. in dem der Änderung am Steueranschluss des Transistors TRI ent gegengesetzten Sinne. Dieser positive Spannungssprung wird nun mittels des Kondensators Cl auf den ersten Ein gang des Schwingungserzeugers O übertragen, wobei die dabei auftretende Polarität derjenigen des durch die Kapazi tät des Transistors TRl erzeugten Potentialsprungs entge- gengerichtet ist. Da die Kapazität des Transistors TRl keine feste Grösse ist, sondern von Spannung und Temperatur ab hängt, gelingt die Kompensation allerdings nicht vollkom men.
Die Genauigkeit der Kompensation kann immerhin durch genaue Einstellung gesteigert werden, wenn entweder ein einstellbarer Kondensator Cl verwendet wird oder sein nach der Spannung e3 führender Anschluss mit dem Abgriff eines verstellbaren, an der Spannung e3 liegenden Span- nungsteilers verbunden ist.
Durch die Betätigung des Umschalters S11 entsteht in gleicher Weise wie bei der Betätigung des Schalters S1 ein Potentialsprung auf der Verbindung zwischen dem Transi- stor TR11 und dem Steueranschluss des Transistors TR13, welcher mit Hilfe des Kondensators C11 ebenfalls angenä hert kompensiert wird.
Beim Ablauf des Programms mit abwechslungsweiser Frequenzeinstellung und Modulation schaltet nun die nicht dargestellte Programmsteuerung in einer ersten Phase die beiden Schalter S1, S11 in die dargestellte Stellung, so dass die Korrekturspannung d einerseits am Regeleingang des Schwingungserzeugers O und damit am ersten Anschluss des Kondensators C2 und andererseits am Steueranschluss des Transistors TR13 und damit am Kondensator C12 liegt.
Damit liegt auch eine der Korrekturspannung proportionale und angenähert deren Wert erreichende Spannung an dem aus den Widerständen R14 und R15 bestehenden Spannungs- teiler. Durch die Spannung e1 wird die Frequenz des Schwingungserzeugers O im Sinne ihrer Angleichung an eine Sollfrequenz beeinflusst, wobei am Ende der ersten Phase ein stabiler Zustand erreicht wird und die beiden Kondensatoren C2 und C12 einen bestimmten Ladezustand aufweisen. Nach Ablauf der ersten Phase wird eine Zwi schenphase eingeleitet, indem der Schalter S1 umgelegt und damit der Transistor TRl gesperrt wird.
Wie bereits kurz erwähnt, wird dabei die Spannung e1 und damit die Ladung des Kondensators C2 trotz der kompensierenden Wirkung des Kondensators Cl leicht geändert, was sich auch auf die vom Schwingungserzeuger abgegebene Frequenz auswirkt. Infolge des sich in dieser Zwischenphase noch in der Ruhe stellung befindlichen Umschalters S11 ist die an dem aus den Widerständen R14 und R15 bestehenden Spannungstei- ler liegende Spannung immer noch von der Korrekturspan nung abhängig. Die beschriebene, beim Übergang zwischen erster Phase und Zwischenphase auftretende leichte Ver stimmung der erzeugten Frequenz bewirkt nun auch die Än derung der Korrekturspannung und damit des Potentials am Abgriff des Spannungsteilers.
Da der Kondensator C2 in folge des gesperrten Transistors TR1 seine Ladung nicht verändern kann, werden die Änderungen des Potentials am Abgriff des Spannungsteilers als Änderungen auf das Poten tial e1 übertragen, welches somit weiterhin von Änderungen der Korrekturspannung abhängig ist, so dass eine erneute Einstellung der vom Schwingungserzeuger erzeugten Fre quenz auf die Sollfrequenz erfolgen kann. Bei dieser neuen Einstellung ist jedoch infolge der Wirkung des Spannungstei- lers die Steilheit der Beeinflussung der Frequenzablage durch die Korrekturspannung kleiner als während der ersten Phase.
Gegen das Ende der Zwischenphase hat sich die vom Schwingungserzeuger erzeugte Frequenz wiederum der Soll frequenz angeglichen. Die Ladung des Kondensators C2 ent spricht dann einer Grobkorrektur der erzeugten Frequenz und der Unterschied der Ladungen der Kondensatoren C2 und C12 einer Feinkorrektur.
Nach Beendigung der Zwischenphase wird durch Umle gen des Schalters S11 die zweite Phase eingeleitet, wodurch der Steuereingang des Transistors TR13 von der Korrektur spannung getrennt ist, so dass sein Potential und damit das Potential am Abgriff des Spannungsteilers nur noch durch die Ladung des Kondensators C12 bestimmt ist. Der durch die Wirkung der Kapazität des Transistors TR11 erzeugte Spannungssprung wird durch den Kondensator C11 zum Teil kompensiert. Infolge der Wirkung des Spannungsteilers ist nun aber der Einfluss des verbleibenden Spannungs sprungs auf die erzeugte Frequenz in einem durch das Ver hältnis der Regelsteilheiten bestimmten Masse kleiner als bei dem durch die Kapazität des Transistors TRl hervorge rufenen Spannungssprung.
Der verbleibende Frequenzfehler kann auf diese Weise sehr klein gehalten werden. Die wäh rend der zweiten Phase erzeugte Frequenz richtet sich nun einerseits nach der Spannung e1 am Regeleingang und an- derseits nach der während dieser Phase am Modulations- eingang angelegten Spannung e2.
Der Vorteil der Einschaltung einer Zwischenphase zwi schen die erste und- die zweite Phase liegt darin, dass einer seits durch die grosse Steilheit in der ersten Phase auch ein ziemlich stark von der Sollfrequenz abgewichener Schwin gungserzeuger mit einer verhältnismässig kleinen Korrektur spannung auf die Sollfrequenz zurückgeführt wird, wodurch der Fangbereich gross ist, während durch die kleine Steilheit in der Zwischenphase die Auswirkung der Abschaltung die ser Phase stark vermindert werden kann. Der damit verbun dene kleine Fangbereich genügt, indem beim Beginn der Zwischenphase die erzeugte Frequenz sehr wenig von der Sollfrequenz abweicht. Sofern die Regelung phasenstarr durchgeführt ist, hat die verminderte Steilheit auch keinen Einfluss auf die Regelgenauigkeit.
Es ist natürlich grundsätzlich auch möglich, die Regelung in mehr als zwei Phasen durchzuführen, wodurch die Ge nauigkeit fast beliebig hoch gesteigert werden kann.