DE1075663B - Schal ungsanordnung zur Wiederherstellung der Flankensteilheit von Impulsen und zur I eistungsverstarkung von Impulsen - Google Patents

Description

DEUTSCHES

In der Impulstechnik, insbesondere an Übertragungsleitungen für Impulse, ist häufig die Aufgabe gegeben, die Impulse zu regenerieren, d. h. also aus Impulsen mit mehr oder weniger verschliffenen Anstiegs- und Abfallflanken wieder Impulse zu formen, die eine senkrechte Anstiegs- und vorzugsweise auch Abfallflanke besitzen. Im besonderen ist diese Aufgabe beispielsweise in der Technik der Telegrafie gegeben, und zwar beispielsweise immer dann, wenn nach einer Wechselstromübertragung der Telegrafier schritte und der Demodulation der Wechselstromimpulse Gleichstromschritte erzeugt werden sollen, die möglichst angenähert rechteckig sind. Bekanntlich werden bei der Übertragung von Impulsen mit Hilfe von Wechselspannungen oder -strömen diese Impulse schon auf der Wechselstromseite durch die Verwendung von Filtern usw. so stark in den Flanken verschliffen, daß nach der Demodulation, also nach Überführung in Gleichstromimpulse, nur mehr oder weniger trapezförmige Impulse entstehen. Für eine eindeutige Auswertung der Telegrafierschritte müssen aber möglichst rechteckige Impulse zur Verfügung stehen. Für diese Rechteckimpulse besteht außerdem die Forderung, daß sie einen bestimmten Energieinhalt besitzen müssen.

Für die genannten Aufgaben, vor allem für die Regenerierung von trapezförmigen Impulsen in rechteckförmige Impulse werden gewöhnlich monostabile oder auch bistabile Kippschaltungen verwendet, die beim Überschreiten bzw. Unterschreiten bestimmter Spannungswerte sprungartig ihren Zustand ändern, so daß auch die an diesen Kippschaltungen abgenommene Ausgangsspannung sprungartig ihren Wert ändert. Eine derartige Schaltungsanordnung ist beispielsweise auch die bekannte Multiarschaltung. Diese besteht aus einem Verstärkersystem, das mit einer positiven Rückkopplung derart ausgerüstet ist, daß die beim Ansprechen der Schaltung auftretende Rückkopplungsspannung die Steuerwirkung der Steuerspannung unterstützt. Damit diese Schaltungsanordnung bei einem ganz bestimmten Spannungswert ausgelöst wird, ist in der Steuerleitung, und zwar unmittelbar vor der Steuerelektrode, ein richtungsabhängiger Widerstand, z. B. eine Diode, angeordnet.

An Hand der Fig. 1 wird im folgenden das Prinzip einer Multiarschaltung erläutert, wobei als Verstärkersystem ein üblicher Flächentransistor TVl verwendet wird. Die Schaltungsanordnung erhält ihre Steuerspannung über den Eingang B. Der Steuereingang ist über die Primärwicklung des Übertragers Ü, dessen Sekundärwicklung in der Kollektorleitung des Transistors liegt, zur Basis geführt. Dem Eingang ist der Richtleiter Gl vorgeschaltet. Die Spannungsversorgung erfolgt kollektorseitig über den Widerstand R2 und an der Basis über den Widerstand R1. Die Aus-Schaltungsanordnung

zur Wiederherstellung

der Flankensteilheit von Impulsen

und zur Leistungsverstärkung

von Impulsen

Anmelder:
Siemens & Halske Aktiengesellschaft,

Berlin und München,
München 2, Witteisbacherplatz 2

Dr. phil. Abund Wist, München,
ist als Erfinder genannt worden

gangsspannung kann von der Klemme y4 abgenommen werden.

Die Funktion der Schaltung beruht darauf, daß, solange die Spannung am Eingang E stark negativ ist, der Richtleiter G1 gesperrt wird, so daß der Transistor, dessen Basis über den Widerstand R1 entsprechend vorgespannt ist, Strom führt. Steigt die Spannung am Eingang B in positiver Richtung an, so wird ein Punkt erreicht, bei dem der Widerstand des Richtleiters G1 bereits so niederohmig ist, daß er keine Unterbrechung der positiven Rückkopplung mehr darstellt. Zu diesem Zeitpunkt ist aber der Widerstand des Richtleiters noch so groß, daß das Potential der Basis noch nicht weit genug angehoben werden kann. In diesem Zeitpunkt verhält sich dann die Schaltung wie ein normaler Sperrschwinger, d. h., es entstehen Rechteck-Kippschwingungen, deren Frequenz außer von der allgemeinen Dimensionierung der Schaltung auch noch von dem Basispotential des Transistors abhängig ist. Steigt die Spannung am Eingang weiter in positiver Richtung an, so öffnet sich der Richtleiter vollständig, und das Basispotential verschiebt sich so weit, daß der Transistor gesperrt wird. Die nämlichen Verhältnisse gelten analog für den umgekehrten Spannungsdurchlauf am Eingang, d. h., nach einem Abfall der Spannung ins Negative um einen ganz bestimmten Betrag wird der Transistor wieder geöffnet.

Wie die Erläuterungen zeigen, arbeitet die Schaltung dann einwandfrei, wenn die am Eingang liegende Spannung zwischen dem Wert, an dem der Richtleiter G1 gerade geöffnet wird, und dem Wert, bei dem dieser Richtleiter voll durchgesteuert ist, in einem

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Zeitraum durchlaufen wird, der kleiner ist als die sehr weit erhöhen, wenn die Kennlinie des verwendeten Zeitkonstante des Rückkopplungskreises, so daß die Richtleiters besonders eindeutig geknickt ist.
Anordnung in diesem Fall nicht schwingen kann. In In vielen Fällen soll der Umschlag der Kippschaldiesem Fall liegt dann eine eindeutig arbeitende mono- tung zur Steuerung eines Relais verwendet werden, stabile Kippschaltung vor, die abhängig von dem S Dies kann in an sich bekannter Weise dadurch ge-Spannungswert am Eingang einen ganz bestimmten schehen, daß ein bistabiles Relais mit seinen beiden Zustand annimmt. Am Ausgang treten hierbei ein- Wicklungen in die beiden Kollektörzuleitungen der deutige Rechteckschwingungen auf, da je nachdem, Transistoren Tr 1 und Tr 2 eingeschaltet wird. Aus ob der Transistor TrI leitend ist oder nicht, am Wider- konstruktiven Gründen ist es hierbei besonders vorstand R2 eine große oder kleine Spannung abfällt. io teilhaft, auf dem Kern des Relais auch gleich die

Wird hingegen der kritische Spannungsbereich nur Rückkopplungswicklung für den Multiareingang anlangsam durchlaufen, dann schwingt die Schaltung, zubringen.

und das Ausgangspotential ist nicht mehr eindeutig. Die Fig. 3 zeigt eine der Darstellung nach Fig. 2

Dies ist, wie eingangs ausgeführt, z. B. bei Ausgangs- entsprechende Schaltungsausführung, jedoch mit dem

schaltungen in Telegrafiergeräten äußerst störend, da 15 Unterschied, daß die Kollektorzuleitungen zu den bei-

hierdurch Fehlauslösungen zustande kommen können. den Transistoren über die beiden Wicklungen eines

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungs- bistabilen Relais SR geführt sind. Die Rückkopplungsanordnung, mit der das Schwingen einer Multiar- wicklung ist als zusätzliche Wicklung auf dem Kern schaltung auch dann unterdrückt werden kann, wenn des Relais angebracht.

der Anstieg der Steuerspannung sehr flach verläuft. 20 Bei dem an Hand der Fig. 2 und 3 beschriebenen

Umgekehrt werden bei der Schaltungsanordnung nach Anordnungen kann ein am Eingang Hegender Einfach-

der Erfindung die Vorteile einer Multiarschaltung, die strom in einen Doppelstrom übergeführt werden, wobei

u. a. bekanntlich in der hohen Empfindlichkeit bei mit der Schaltungsanordnung sogar, wie dargestellt,

Spannungsänderungen liegen, voll ausgenutzt. Dies ein Ausgangsrelais betrieben werden kann. Die darge-

wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß das Ver- 25 stellte Anordnung hat jedoch noch den Nachteil, daß

Stärkerelement einer Multiarschaltung mit einem bei ausreichender Empfindlichkeit, die durch Ernie-

Schaltelement nach Art einer Multivibratorschaltung drigung der Versorgungsspannung erreicht werden

derart gekoppelt ist, daß die Schwingneigung des kann, die Leistung der Kippschaltung so klein wird,

Multiars unterdrückt wird. daß sie unter Umständen zur Betätigung eines Ver-

Gemäß einer Weiterbildung des Erfindungsgedan- 30 brauchers bestimmten Leistungsbedarfs nicht mehr

kens kann dies besonders einfach dadurch erreicht ausreicht.

werden, daß die von dem zusätzlichen Verstärker- Gemäß einer Weiterbildung des Erfindungsgedan-

element abgeleitete Spannnung an dem an dem Eingang kens kann auch noch diesem Nachteil dadurch abge-

der Multiarschaltung liegenden Vorspannungswider- holfen werden, daß durch den aus der Multiarschaltung

stand angelegt ist. 35 und dem zusätzlichen Verstärkerglied bestehenden

Die Schaltungsanordnung nach der Erfindung sowie Auslösekreis eine weitere Kippstufe gesteuert wird,

vorteilhafte Einzelheiten werden an Hand der in den Da die Leistungsaufnahme einer derartigen Kippschal-

Fig. 2 und 3 dargestellten Schaltungsausführungen im tung im Verhältnis zu der eines Relais gering ist, kann

folgenden erläutert: die Empfindlichkeit der ersten Kippschaltung voll-

In der Fig. 2 ist eine Anordnung dargestellt, bei 40 ständig ausgenutzt werden.

der im linken Teil eine Multiarschaltung nach Fig. 1 Die Fig. 4 zeigt hierzu ein Ausführungsbeispiel. Der wiedergegeben ist, die gemäß der Erfindung um einen Auslösekreis besteht wiederum aus der den Transistor Transistor Tr2 nach Art einer bistabilen Kippschal- TrI enthaltenden Multiarschaltung, die wie die Antung erweitert ist. Die gemäß der Erfindung gestellte Ordnung gemäß Fig. 2 durch einen zweiten Transistor Aufgabe, das Schwingen der Multiarschaltung beim 45 Tr 2 nach Art einer Multivibratorschaltung ergänzt ist, Anlegen einer bestimmten Spannung zu verhindern, wobei zusätzlich in der Verbindungsleitung zwischen wird über den Koppelwiderstand i?3 erreicht, über den den beiden Emittern ein Widerstand Th mit negativem die Versorgungsspannung an der Basis des Transistors Temperaturkoeffizienteneingeschaltetist.Abhängigvon Tr 1 beim Ansprechen der Multiarschaltung aufgetastet der Lage dieses Auslösekreises wird eine zweite Kippwird. Je nachdem, ob die angelegte Spannung sich 50 schaltung, die u. a. aus den beiden Transistoren Tr 3 am oberen oder unteren Rand des Schwingbereiches und Tr 4 aufgebaut ist, gesteuert. Die gesamte Doppelbefindet, wird der Transistor Tr 2 geöffnet oder ge- kippschaltung arbeitet als monostabile Kippschaltung sperrt und somit die Multiarschaltung gesperrt oder in gleicher Weise wie an sich der Auslösekreis. Um feigegeben. Die dargestellte Schaltungsanordnung eine einwandfrei monostabile Funktion dieser Dopzeigt gewisse Ähnlichkeiten mit einer normalen bi- 55 pelkippschaltung zu erreichen, ist es vorteilhaft, die stabilen Kippschaltung. Im Gegensatz zu einer der- Koppelwiderstände zwischen den einzelnen Transistorartigen Schaltung kann sie aber, wie erwähnt, mit paaren, also die Widerstände WX und W 3, fFlQ beliebig abgeflachten Spannungsimpulsen ausgesteuert und fF"14, W12 und W16, stark asymmetrisch zu werden, während bistabile Kippschaltungen, insbeson- machen. Um die Asymmetrie der Schaltung zu erreidere wenn sie aus Transistoren aufgebaut sind, mit 60 chen, sind auch die einzelnen Kollektorwiderstände der sehr steilen Spannungsimpulsen ausgesteuert werden Transistoren 7V3 und Tr4 aufgeteilt (W12 und W13 müssen, wenn ein einwandfreies Arbeiten der Kipp- bzw. PFlöund fF17).

schaltung gewährleistet sein soll. Die Ausgangsspan- Bei gesperrtem Transistor 7>2 kehrt der Basisstrom nung wird in dem dargestellten Ausführungsbeispiel dieses Transistors sein Vorzeichen um. Diese Stromvon dem Kollektor des Transistors 7V2 abgenommen. 65 umkehr führt zu einem Spannungsabfall am Basis-Sie kann selbstverständlich ebensogut vom Kollektor widerstand W6. Bei Anwachsen des Stromes, insbesondes Transistors TrI abgenommen werden. dere bei höheren Temperaturen, kann die an diesem

Die Empfindlichkeit der dargestellten Anordnung Widerstand abfallende Spannung so groß werden, daß

läßt sich durch Vergrößerung des Widerstandes R3 der Transistor TV2 nicht mehr gesperrt bleibt. Um

und Erniedrigung der Versorgungsspannungen dann 70 eine eindeutige Sperrung zu erreichen, ist es notwen-

dig, den Emitter des Transistors Tr 2 sehr stark negativ vorzuspannen. Dies wird gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel dadurch erreicht, daß der Emitter an den Anschlußpunkt zwischen den beiden Widerständen JV& und WS angeschlossen ist.

Solange am Eingang der gesamten Schaltungsanordnung, als am Eingang der Multiarschaltung, keine Spannung oder eine sehr negative Spannung anliegt, führt der Transistor Tr 1 Strom. Dadurch wird der Transistor Tr 2 über den Widerstand W 3 gesperrt, ίο· Außerdem ist der Transistor Tr 3 wegen des kleinen negativen Kollektorpotentials am Transistor Tr 1, das das Basispotential des Transistors Tr 3 negativer als seine Emitterspannung macht, gesperrt. Das Kollektorpotential dieses Transistors ist damit sehr stark negativ, so daß der Transistor Tr 4 geöffnet wird. Die Auf tastung des Transistors Tr 4 wird noch durch den Zustand des Transistors Tr 2 unterstützt, da an diesem Transistor Tr 2 eine große negative Kollektorspannung auftritt, wobei andererseits die relativ kleine ao Kollektorspannung am Transistor Tr 4 die an sich kleine negative Kollektorspannung des Transistors Tr 1 noch mehr in den negativen Bereich verschiebt und dadurch den Transistor Tr 2 sicher im Sperrgebiet hält. Wird am Eingang eine langsam anstei- as gende Spannung angelegt, so verlagert sich die Spannung am Kollektor des Transistors Tr 1 so lange in den negativem Bereich, bis über den Widerstand Wi der Transistor Tr 2 geöffnet wird. Durch diese Potentialveiiagerung am Kollektor des Transistors Tr 1 und ■die gegenläufige Potentialverlagerung am Kollektor des Transistors Tr 2 wird der Transistor Tr 3 geöffnet und der Transistor 4 gesperrt, wobei diese Umschaltung zwischen den beiden Transistoren über die Widerstände WIl und W15 unterstützt wird. Ahnliehe Überlegungen gelten für den Vorgang beim Zurückkippen. Durch die gegenseitige Beeinflussung eines Transistors durch die drei anderen ergibt sich eine große Stabilität der Schaltungsanordnung.

Die Fig. 5 zeigt, daß es gemäß der Erfindung mit Vorteil auch möglich ist, mit Hilfe einer zweiten Diode und einer zusätzlichen Rückkopplungswicklung eine bistabile Kippschaltung mit zwei gleichwertigen Eingängen aufzubauen, die ebenso empfindlich ist, wie die an Hand der Fig. 2 bis 4 erläuterten monostabilen Kippschaltungen. Die Schaltungsanordnung ist im übrigen analog zu der Anordnung nach Fig. 4 aufgebaut und arbeitet auch entsprechend.

Die beiden Eingänge der bistabilen Kippschaltung können zusammengefaßt werden, und zwar empfiehlt ■es sich, sofern die Schaltungsanordnung mit Doppelstromzeichen ausgesteuert werden soll, eine Zusammenfassung nach Fig. 6, also unter Verwendung eines Potentiometers, vorzunehmen, an dessen Abgriff das Mittenpotential, vorzugsweise der Massenanschluß der Kippschaltung gelegt wird. Durch die Verwendung •eines Potentiometers ergibt sich ein Doppelstromeingang mit einfacher Symmetriermöglichkeit.

Die Fig. 7 zeigt eine Ausführungsmöglichkeit der Zusammenfassung der beiden Eingänge einer bista-Teilen Kippschaltung nach Fig. 5, die dann vorteilhaft gewählt wird, wenn man die Schaltungsanordnung als Frequenzteilerstufe verwenden will.

Die Fig. 8 zeigt eine vorteilhafte Weiterbildung einer an Hand der Fig. 6 erläuterten Doppelstromein-' gangsschaltung. Bei dem dargestellten Ausführungs-"beispiel ist ein Doppelpotentiometer DP vorgesehen, über deren Abgriffe den beiden Eingängen eine einstellbare Vorspannung über zwei Richtleiter G 2 und ■G 3 zugeführt wird. Mit der dargestellten Doppel-Stromeingangsschaltung können nicht nur Unsymmetrien der Kippschaltung selbst ausgeglichen werden, sondern die Art der Potentiometeranschaltung ermöglicht die Ansprechwerte der Kippschaltung beliebig zu verändern. Darüber hinaus wird bei dieser Schaltungsausführung der Doppelstromeingang nicht belastet.

Bei der Erläuterung der Wirkungsweise wurde jeweils davon ausgegangen, daß die Schaltung als Spannungsindikator Verwendung finden soll. Selbstverständlich kann mit Hilfe einer entsprechend gewählten Vorspannung die Schaltung auch ohne Änderung als sehr empfindlicher Null-Indikator verwendet werden. Die Erfindung kann auch noch in anderer Weise als erläutert realisiert werden. Insbesondere ist es möglich, die Schaltungsanordnung aus npn-Transistoren aufzubauen und nicht, wie dargestellt, aus pnp-Transistoren. In diesem Fall kehren sich die Potentiale der A^ersorgungs- und Steuerspannungen entsprechend um. Selbstverständlich kann die gesamte Schaltungsanordnung auch aus Röhren aufgebaut werden. Auch in diesem Fall ist die Schaltungsanordnung besonders empfindlich.

Bei der Verwendung einer weiteren Kippstufe als Gleichstromverstärkerglied ist es, wie erläutert, besonders vorteilhaft, die Rückkopplung für den MuI-tiareingang vom Kollektorkreis der zweiten Kippstufe abzunehmen, und zwar deshalb, weil in diesem Kollektorkreis im Regelfall mindestens eine Relaiswicklung angeordnet ist, von der diese Spannung unmittelbar induktiv abgegriffen werden kann, ohne daß zusätzlich ein Übertrager vorgesehen werden müßte. Selbstverständlich kann die Rückkopplungsspannung für den Multiareingang auch vom Kollektorkreis eines Transistors in der Auslösestufe abgenommen werden. In diesem Fall wird sogar eine etwas größere Empfindlichkeit der Schaltungsanordnung erreicht, doch bedingt diese höhere Empfindlichkeit den Mehraufwand eines zusätzlichen Übertragers.

Claims (12)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Schaltungsanordnung zur Wiederherstellung der Flankensteilheit und zur Leistungsverstärkung von Impulsen, dadurch gekennzeichnet, daß das Verstärkerelenient (TrT) einer Multiarschaltung mit einem zweiten Verstärkerelement (Tr 2) nach Art einer Multivibratorschaltung derart gekoppelt ist, daß die Schwingneigung des Multiars bei flach ansteigender Steuerspannung unterdrückt wird.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die von dem zusätzlichen Verstärkerglied (TV 2) abgeleitete Spannung über einen Widerstand (R3) an den Eingang der Multiarschaltung (Steuerelektrode des rückgekoppelten Verstärkergliedes TrI) angelegt ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Kollektorkreis des in der Multiarschaltung enthaltenen Transistors (TrI) und dem zusätzlichen Transistor (Tr2) je eine Wicklung eines bistabilen Relais (Telegrafenrelais) eingeschaltet ist und daß die Rückkopplungsspannung des Multiars induktiv von einer dieser Wicklungen abgegriffen wird.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß von dem aus Multiar und zusätzlichem Verstärkerglied bestehenden Auslösekreis eine weitere Kippstuf & (Tr 3 und Tr 4) gesteuert wird.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch. 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Versorgungsspannungen für den Auslösekreis (TrI und Tr 2) von

der zusätzlichen Kippstufe (Tr 3 und Tr4) abgeleitet werden.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Versorgungsspannung für den Multiar und das zusätzliche Verstärkerglied über zwei verschiedene Widerstände (WlO und W14) von den beiden Basisspannungen der zusätzlichen Kippstufe abgeleitet werden, derart, daß ein Schwingen der Anordnung sicher vermieden wird.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungen des bistabilen Relais (Telegrafenrelais) in den Kollektorkreisen der zusätzlichen Kippstufe angeordnet sind.

8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückkopplungswicklung mit den in der zusätzlichen Kippstufe angeordneten Wicklungen des bistabilen Relais gekoppelt ist.

9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslösestufe (Tr 1 und Tr 2) symmetrisch aufgebaut ist, indem auch an der Basis des zusätzlichen Transistors (Tr 2) ein über eine Rückkopplungswicklung geführter Eingang angeschlossen ist.

10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Ansteuerung mit Doppelstromzeichen die beiden Eingänge über ein Potentiometer miteinander verbunden werden, dessen Abgriff an dem Zwischenpotential, vorzugsweise Masse, der Doppelkippschaltung liegt.

11. Schaltungsanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß bei Steuerung mit Einfachstromzeichen die beiden Eingänge unmittelbar miteinander verbunden werden.

12. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen beiden Emittern der Auslösestufe ein Widerstand mit negativem Temperaturkoeffizienten eingeschaltet ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Britische Patentschrift Nr. 583 553.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen