DE1018100B - Schaltungsanordnung zur phasenstarren Halbierung einer Impulsfolgefrequenz - Google Patents

Description

Bei der Nachrichtenübertragung mit Hilfe von Impulsen, insbesondere bei Pulsmodulationssystemen, tritt häufig die Aufgabe auf, aus einer Impulsfolge eine Rechteckspannung, eine Sinusspannung oder eine andere Impulsfolge mit einer niedrigeren Frequenz als der ursprünglichen Impulsfolgefrequenz phasenstarr abzuleiten. Zur phasenstarren Frequenzteilung eignen sich vor allem bistabile Multivibratoren, da hierbei die Kippschwingung im Arbeitspunkt größter Steilheit bei einem definierten, röhrenunabhängigen Ansprechpotential ausgelöst wird; diese Schaltungen benötigen jedoch zwei Röhren. Kippschaltungen mit nur einer Röhre — z. B. Multivibratoren mit Rückkopplung zwischen Schirmgitter und Bremsgitter oder Sperrschwinger mit Transformatorrückkopplung, bei denen die Gittervorspannung durch ein i?-C-Glied erzeugt wird — sind zur phasenstarren Frequenzteilung weniger geeignet, da hierbei der Kippzeitpunkt stark von den Röhrendaten, den Betriebsspannungen und der Amplitude der Steuerspannung abhängt.

Es ist eine als Multiar bezeichnete Sperrschwingerschaltung mit einer Röhre bekanntgeworden, die die Zeitgenauigkeit einer Multivibratorschaltung mit zwei Röhren aufweist. Bei dieser Schaltung wird der Rückkopplungsweg durch einen Gleichrichter im Steuergitterkreis geöffnet oder gesperrt. Es wurde bereits vorgeschlagen, zur Vervielfachung oder Teilung einer Impulsfolgefrequenz einen zusätzlichen Rückkopplungsweg mit einem vorzugsweise auf eine Harmonische oder Subharmonische der Impulsfolgefrequenz abgestimmten Schwingkreis vorzusehen. Da zum Sperren und EntSperren der Röhre negative und positive Steuerimpulse notwendig sind, kann nur der zeitlich genau festliegende Sperrvorgang durch einen Impuls der unipolaren Impulsfolge ausgelöst werden; das EntSperren der Röhre erfolgt frei in der Pause zwischen zwei Steuerimpulsen durch die im Schwingkreis erzeugte Schwingung. Damit die Röhre sicher durch einen Steuerimpuls und nicht durch die Eigenschwingung gesperrt wird, ist der stark gedämpfte Schwingkreis gegenüber der Ausgangsfrequenz auf eine etwas tiefere Frequenz abgestimmt. Die an der Anode entstehende Rechteckspannung hat daher ungleich lange Halbwellen, und nur ihre eine Flanke stimmt zeitlich mit dem Steuerimpuls überein. Es besteht also keine völlig phasenstarre Verknüpfung zwischen der Eingangsimpulsfolge und der Ausgangs-Rechteckspannung oder einer daraus abgeleiteten Sinusspannung.

Die Erfindung zeigt einen einfachen Weg, für den Fall der Frequenzhalbierung einer Impulsfolge eine völlige Phasenstarrheit zu erreichen. Die Erfindung ist durch eine Multiarschaltung mit einem differenzierenden und einem nicht differenzierenden Rück-Schaltungsanordnung zur phasenstarren Halbierung einer Impulsfolgefrequenz

Anmelder:
Siemens & Halske Aktiengesellschaft,

Berlin und München,
München 2, Witteisbacherplatz 2

Dipl.-Ing. Walter Arens,

Dipl.-Ing. Hans-Martin Christiansen

und Dipl.-Ing. Hermann Pfeifer, München,

sind als Erfinder genannt worden

kopplungsweg gekennzeichnet, die durch einen Gleichrichter im Steuergitterkreis geöffnet und gesperrt werden, und durch ein Eingangs-Differenzierglied, über das die zu teilende Impulsfolge dem Steuergitterkreis zugeführt wird, wobei die Zeitkonstanten der Rückkopplungswege und des Eingangs-Differenziergliedes derart gewählt sind, daß die Multiarröhre durch aufeinanderfolgende Eingangsimpulse abwechselnd geöffnet und gesperrt wird.

Die Erfindung soll an Hand der Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Die Zeichnungen zeigen in

Fig. 1 eine Schaltungsanordnung zur phasenstarren Halbierung einer Impulsfolgefrequenz,

Fig. 2 die zeitlichen Vorgänge bei der Frequenzhalbierung.

In der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 stellen der Gleichrichter Gl und der differenzierende Rückkopplungsübertrager Tl (Kathode—Gitter) die für die Multiarschaltung typischen Schaltelemente dar. Ein zweiter Rückkopplungsweg (Anode—Gitter) wird durch den nicht differenzierenden Übertrager T 2 gebildet. Es ist auch möglich, die Primärwicklungen der beiden Rückkopplungsübertrager in Reihe zu schalten und sie entweder in die Kathoden- oder in die Anodenzuleitung zu legen. Die zu teilende Impulsfolge gelangt über b und das Differenzierglied Cl, Rl in den Steuergitterkreis. Die Ausgangsspannung kann am Außenwiderstand i?4 über / abgenommen werden. Zur Einstellung eines positiven Kathodenpotentials

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gegen Erde dient der Widerstand R 2 in der Kathodenzuleitung, der durch einen Kondensator C 2 überbrückt ist. Die Anodenspannungsquelle ist zwischen +Al und Erde geschaltet, das Gitter der Röhre erhält über den Widerstand RZ vorzugsweise ein positives Potential (+A2) gegen die Kathode.

Zur Erklärung der Wirkungsweise der Schaltungsanordnung sind in Fig. 2 die Strom- und Spannungsverläufe an den kenntlich gemachten Punkten dar- stante des differenzierenden Übertragers T1 wird so gewählt, daß sie zwar klein gegen den Abstand der Eingangsimpulse ist, jedoch immerhin noch so groß, daß die in den Gitterkreis transformierten Schaltimpulse (Fig. 2, Zeile k) genügend langsam abklingen, und die Zeitkonstante des Differenziergliedes Cl, Rl hat eine solche Größe, daß die differenzierten Impulse nur wenig unter ihre Nullinie durchschwingen, so daß im Zeitpunkt der Impulsruckflanke U2>U1 ist

gestellt. Der jeweilige Zustand des Gleichrichters Gl io (Fig. 2, Zeilen«? und c). Durch richtige Einstellung

— durchlässig oder gesperrt — ist in der untersten Zeile durch einen geschlossenen oder offenen Schalter angedeutet.

Die Röhre sei zunächst stromführend; dabei fließt der Kathodenspannung Uk mit Hilfe des Widerstandes R2 läßt sich in jedem Fall erreichen, daß die Röhre so lange stromführend bleibt, bis sie durch die Rückflanke des folgenden Impulses 3 wieder gesperrt wird

über R3 und die Gitter-Kathoden-Strecke ein kleiner 15 (Zeitpunkt i3). Damit ist ein Zyklus durchlaufen. Gitterstrom, so daß das Gitterpotential annähernd Es entsteht also ein rechteckförmiger Anodenstrom

Uk). - -

mit der halben Impulsfolgefrequenz der Steuerimpulse. Zeitlich stimmen die steile abfallende Flanke des Anodenstroms mit der Rückflanke eines Steuer

gleich dem Kathodenpotential ist (Ug ä* Uk). Der
Kathodenwiderstand R 2 bewirkt ein positives Potential (Uk) der Kathode gegen Erde. Die Summe der
im Gitterkreis auftretenden Spannungen im Punkt e 20 impulses und die etwas flacher ansteigende Flanke ist positiv und überwiegt die Kathodenspannung Uk des Anodenstroms mit der Vorderflanke des folgenden (Fig. 2, Zeilen e und g); der Gleichrichter Gl ist also Steuerimpulses überein. Das Tastverhältnis (Impulsgesperrt, dauer zu Impulsabstand) für den Anodenstrom ist Die Zeitkonstante Cl-Rl des am Eingang b etwas größer als 1:2, da die Dauer des Stromflusses liegenden Differenziergliedes liegt in der Größenord- 25 um die doppelte Dauer der Steuerimpulse größer ist nung der Dauer der ankommenden Impulse, so daß die als die Strompause.

mit positiver Polarität ankommenden Impulse am Soll anstatt der Rechteckschwingung am Ausgang

Punkt c die in Fig. 2, Zeile c, dargestellte Spannungs- deren sinusförmige Grundschwingung abgenommen form erhalten. Der quasidifferenzierte Impuls 1 be- werden, so ist der Anodenwiderstand i?4 durch eine wirkt, daß die Spannung im Punkt e zunächst ansteigt 30 Filteranordnung mit einem möglichst frequenzunab-

und dann abfällt, und zwar sinkt sie wegen des abfallenden Impulsdaches unter die Kathodenspannung Uk (Fig. 2, Zeilen e und g). Dadurch wird der Gleichrichter Gl leitend und öffnet die beiden Rückkopplungswege, wodurch die Röhre augenblicklich gesperrt wird. In diesem Zeitpunkt ti der Impulsrückflanke treten folgende Spannungen auf: Der Übertrager T 2 transformiert die Anodenspannung Ua mit umgekehrtem Vorzeichen in den Gitterkreis, wo durch hängigen Wellenwiderstand zu ersetzen.

Aus dem rechteckförmigen Anodenstrom kann auch eine andere. Impulsfolge mit beliebiger Impulsdauer abgeleitet werden, wenn an Stelle des Anodenwider-Standes RA ein stromgespeistes pulsformendes Netzwerk gesetzt wird. Dabei werden die gewünschten Impulse mit Vorteil aus den steilen Abschaltflanken des Anodenstroms gewonnen.

Wird anstatt einer Triode eine Pentode verwendet,

Überlagerung mit den quasidifferenzierten Impulsen 40 so wird deren Bremsgitter zweckmäßig auf Schirmeine Spannungsform entsteht, wie sie in Fig. 2, Zeile d, gitterpotential gelegt. Dies ergibt einen kleinen, für wiedergegeben ist. Der Übertragern transformiert die Leistungsabgabe der Röhre maßgeblichen Innendie an der Kathode auftretenden Sperrimpulse (Fig. 2, widerstand R_iL; außerdem bewirkt ein hoher Anoden-Zeile £) gleichphasig in den Gitterkreis, so daß sich widerstand durch Anodenreststrombegrenzung eine durch Überlagerung mit der Spannung am Punkt d die 45 von den Röhrendaten weitgehend unabhängige in Fig. 2, Zeile e, gezeichnete Spannungsform ergibt. Anodenrechteckspannung. Über den leitenden Gleichrichter Gl tritt am Gitter g·
eine große negative Spannungsspitze auf, die die
schnelle Sperrung der Röhre bewirkt. Da die Zeitkonstante des Übertragers T 2 groß gegen den Im- ₅₀
pulsabstand gewählt ist, bleibt die Spannung am
Punkt d und damit auch die Gitterspannung bis zum
Eintreffen des nächsten Impulses genügend negativ, so
daß sich die Röhre nicht selbst entsperren kann.

Beim Eintreffen von Impuls 2 im Zeitpunkt i2 wird die Röhre wieder entsperrt, und zwar auf folgende Weise: Die Vorderflanke des Impulses ergibt einen Anstieg der Gitterspannung auf positive Werte, so daß Anodenstrom zu fließen beginnt. Da die Spannung am Punkt e die Spannung am Gitter g übersteigt, werden der Gleichrichter Gl und damit auch die beiden Rückkopplungswege gesperrt. Da die Rückkopplung beim Stromanstieg unwirksam, beim Stromabfall dagegen wirksam ist, so ist auch die Steilheit der Vorderflanke der Anodenstromimpulse etwas geringer als die Steillieit der Rückflanke.

Damit die Rückflanke von Impuls 2 die Röhre nicht sofort wieder sperrt, darf die Spannung am Punkt e nicht unter die Kathodenspannung Uk absinken. Dies läßt sich folgendermaßen verhindern: Die Zeitkon-

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur phasenstarren Halbierung einer Impulsfolgefrequenz, gekennzeichnet durch eine Multiarschaltung mit einem differenzierenden und einem nicht differenzierenden Rückkopplungsweg, die durch einen Gleichrichter im Steuergitterkreis geöffnet und gesperrt werden, und durch ein Eingangs-Differenzierglied, über das die zu teilende Impulsfolge dem Steuergitterkreis zugeführt wird, wobei die Zeitkonstanten der Rückkopplungswege und des Eingangs-Differenziergliedes derart gewählt sind, daß die Multiarröhre durch aufeinanderfolgende Eingangsimpulse abwechselnd geöffnet und gesperrt wird.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückkopplung mittels Übertrager erfolgt und daß die Zeitkonstante des differenzierenden Übertragers (Tl) klein, die Zeitkonstante des nicht differenzierenden Übertragers (T 2) groß gegen den Abstand der Eingangsimpulse ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsimpulse aus den steilen Abschaltflanken des Anodenstroms mit Hilfe eines pulsformenden Netzwerkes abgeleitet werden.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Aussiebung der sinusförmigen Grundschwingung aus der rechteckförmigen Anodenspannung eine Filteranordnung mit möglichst konstantem Wellenwiderstand dient.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen