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Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer elektrischen Impulsfolge Die
Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer elektrischen Impulsfolge,
die insbesondere für Femmessungszwecke bestimmt ist.
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Bei Fernübertragung einer Meßgröße mit Hilfe einer elektrischen Impulsfolge
hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Meßgröße in eine Impulsfolge mit einer
der Meßgröße proportionalen Periodendauer umzuwandeln, da so eine sehr schnelle
und gegen Verzerrung hochgradig unempfindliche Fernmessung erhalten wird. Um mehrere
Meßgrößen nacheinander auf einem einzigen C7bertragungskanal fernübertragen zu können,
hat sich weiter eine impulssendende Vorrichtung als wünschenswert erwiesen, die
eine Impulsserie erzeugen kann, in welcher die Impulsdauer proportional einer Meßgröße
und die Pausendauer proportional einer anderen Meßgröße ist.
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Die Erfindung bezweckt die Ausbildung einer einfachen und billigen
Schaltungsanordnung mit zwei Eingängen, die eine elektrische Impulsfolge erzeugt,
in welcher die Impulsdauer mit großer Genauigkeit proportional einer an dem einen
Eingang angeschlossenen Gleichspannung ist, während die Pausendauer mit großer Genauigkeit
proportional einer an dem anderen Eingang angeschlossenen Gleichspannung ist. Wenn
die beiden Eingänge der Vorrichtung miteinander verbunden werden und eine Gleichspannung
an die derart zusammengeschalteten Eingänge angeschlossen wird, wird dabei die Vorrichtung
offenbar eine Impulsserie erzeugen, in welcher die Periodendauer proportional der
angeschlossenen Gleichspannung ist.
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Die Vorrichtung nach der Erfindung ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet,
daß sie zwei Kondensatoren enthält, die an einer im wesentlichen konstanten Gleichstromquelle
angeschlossen sind, wobei der eine Kondensator durch eine Diode an einem Eingang
der Vorrichtung derart angeschlossen ist, daß die Diode dann leitend wird, wenn
die Spannung des Kondensators die an diesem Eingang angeschlossene Gleichspannung
übersteigt, während der andere Kondensator durch eine andere Diode in entsprechender
Weise an einem anderen Eingang angeschlossen ist, und daß Kondensatoren parallel
zu zwei Transistoren geschaltet sind, derart, daß jeder Transistor vom Strom durch
den Kondensator gesteuert wird, zu welchem der andere Transistor parallel geschaltet
ist.
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Die Transistoren sind nach der Erfindung vorteilhaft zu je einem der
Kondensatoren in Reihe mit je einer vorgespannten Diode parallel geschaltet, und
die Anordnung nach der Erfindung kann ferner ein impulssendendes Relais enthalten,
das von den Strömen durch die Transistoren gesteuert wird. Zur Erzeugung elektrischer
Impulsfolgen sind Multivibratorschaltungen bekannt, die eine Impulsfolge erzeugen,
deren Frequenz einer einzigen Steuergleichspannung proportional ist. Bei diesen
bekannten Schaltungen wird die Kippfrequenz des Multivibrators von der Entladezeit
der Kondensatoren der Multivibratorschaltung bestimmt, und diese Kondensatoren werden
gegen die variable Steuergleichspannung entladen, so daß die Entladegeschwindigkeit
von der Steuerspannung abhängig ist. Das Entladen der Kondensatoren wird weiter
dann unterbrochen, wenn die Kondensatorspannung gleich der Sperrspannung der Multivibratorröhren
wird. Eine Vorrichtung, die eine elektrische Impulsfolge erzeugt, deren Impulsdauer
und Pausendauer von je einer Gleichspannung unabhängig voneinander gesteuert werden
können, ist indessen nicht bekannt.
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Im folgenden ist die Erfindung an Hand der Zeichnung näher beschrieben,
die eine Ausführungsform der Erfindung darstellt.
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Die in der Zeichnung dargestellte Vorrichtung enthält zwei Kondensatoren
1 und 2, die in Reihe mit je einem großen Widerstand 3 und 4 an einer konstanten
Gleichspannung bei 5 angeschlossen sind. Der Kondensator 1 ist über eine
Diode 6 mit dem einen Eingangsklemmenpaar 7 und der Kondensator 2 über eine
Diode 8 mit dem anderen Eingangsklemmenpaar 9 der Anordnung verbunden. Die Anordnung
enthält weiter zwei Transistoren 10 und 11,
die in Reihe mit je
einer Diode 12 und 13 parallel zu je einem der Kondensatoren 1 und
2 angeschlossen sind. Der Basiskreis des Transistors 10 ist parallel zu einer
Diode 14 geschaltet, die mit dem Kondensator 1
reihengeschaltet ist,
während der Basiskreis des Transistors 11 parallel zu einer Diode 15 geschaltet
ist, die mit dem anderen Kondensator 2 reihengeschaltet ist. Die Dioden 12 und 13
sind dadurch vorgespannt, daß eine bei 16 angeschlossene Gleichspannung durch die
beiden Wicklungen 17' und 17" eines polarisierten Relais 17 und die Widerstände
18 und 19 mit den Verbindungspunkten 20 und 21. zwischen
den Dioden 12, 13 und Transistoren 10, 11 verbunden ist. Das Relais
17 hat einen Kontakt 17 a zur Aussendung einer Impulsreihe auf der ausgehenden Leitung
29. Weiter sind die Transistoren 10, 11 mit je einem Kondensator 22,
23 parallel geschaltet und ihre Basiselektroden sind durch Widerstände 24, 25 an
einer positiven Gleichspannung bei 26 angeschlossen. Schließlich sind zwei Kondensatoren
27 und 28 parallel zu je einem der Eingänge 7 und 9 der Vorrichtung geschaltet.
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Bei der folgenden Beschreibung der Funktion der Vorrichtung ist vorausgesetzt,
daß zwei Gleichspannungen El und E, an je einem der Eingänge 7 und 9 der Vorrichtung
angeschlossen sind und daß diese Gleichspannungen kleiner als die bei 16 angeschlossene
Spannung sind. Weiter ist angenommen, daß in einem gewissen Augenblick der Kondensator
1 durch einen Gleichstrom von 5 durch den Widerstand 3 geladen wird. Ein Teil dieses
Ladestromes fließt durch den Transistor 10, während der übrige Teil durch
den Widerstand 24 zur Klemme 26 fließt. Der durch den Transistor
10 fließende Teil des Ladestromes des Kondensators 1 hält den Transistor
10
voll leitend, weshalb seine Kollektorelektrode, d. h. der Punkt 20, annähernd
das Potential Null annimmt. Die Diode 12 wird also auch leitend, und der Kondensator
2 ist folglich durch die Diode 12 und den Transistor 10 kurzgeschlossen.
Da dabei kein Ladestrom durch den Kondensator 2 fließt, wird der Transistor nicht
völlig leitend gehalten, weshalb seine Kollektorelektrode, d. h. der Punkt 21, annähernd
das Potential -26V annimmt. Dies hat zur Folge, daß auch die Diode 13 nichtleitend
ist, solange die Spannung des Kondensators 1 nicht - 26 V übersteigt, weshalb kein
Teil des Stromes durch den Widerstand 3 durch die Diode 13 und den Transistor 11
fließen kann. Solange die Spannung des Kondensators 1 die an dem Eingang 7 angeschlossene
Spannung El nicht übersteigt, ist auch die Diode 6 nichtleitend, weshalb der Ladestrom
des Kondensators 1 von der Spannung bei 5 und dem Widerstand 3 eindeutig bestimmt
ist. Da der Transistor 10 völlig leitend ist, fließt ein Strom von 16 durch die
Relaiswicklung 17', den Widerstand 18 und den Transistor
10 zur Erde. Durch die andere Relaiswicklung 17" fließt dagegen nur der Leckstrom
des Transistors 11, weshalb der Kontakt 17a des Relais geschlossen ist und ein Gleichspannungsimpuls
auf der ausgehenden Leitung 29 der Vorrichtung ausgesendet wird. Der Leckstrom des
Transistors 11 fließt durch den Widerstand 25 zu 26, wodurch er verhindert wird,
den Transistor 11 zu steuern, der folglich effektiv nichtleitend gehalten wird.
Da der Ladestrom des Kondensators 1 annähernd konstant ist, steigt die Spannung
des Kondensators 1 linear mit der Zeit an, bis sie denselben Wert wie die an dem
Eingang 7 angeschlossene Spannung El erreicht. Der auf der ausgehenden Leitung 29
ausgesandte Impuls bekommt folglich eine Dauer, die proportional der am Eingang
7 angeschlossenen Spannung El ist.
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Wenn die Spannung des Kondensators 1 denselben Wert wie die Spannung
El erreicht, wird die Diode 6 leitend. Dabei übernimmt der Kondensator 27 unmittelbar
einen großen Teil des Stromes durch den Widerstand 3, weshalb der Ladestrom des
Kondensators 1 annähernd augenblicklich auf einen kleinen Wert sinkt. Da die bei
26 angeschlossene Spannung und der Widerstand 24 derart bemessen sind, daß dieser
Reststrom durch den Widerstand 24 zu 26
fließt, wird gleichzeitig der
Transistor 10 abgedrosselt. Dabei nimmt seine Kollektorelektrode, d. h. der
Punkt 20, ein negatives Potential an, weshalb auch die Diode 12 gesperrt
wird. Ein Ladestrom fängt folglich an von 5 durch den Widerstand 4 zum Kondensator
2 zu fließen, der jetzt geladen wird. Dieser Ladestrom steuert den Transistor 11
aus, der also leitend wird, wobei seine Kollektorelektrode, d. h. der Punkt 21,
das Potential Null annähernd annimmt. Auch die Diode 13 wird dabei leitend, weshalb
der Kondensator 1 von der Diode 13 und dem Transistor 11 kurzgeschlossen und folglich
entladen wird. Der Entladestrom, der durch die Diode 14 fließt, verursacht ein niedriges
positives Potential an der Basiselektrode des Transistors 10, so daß dieser
Transistor mit Sicherheit völlig nichtleitend wird. Dadurch daß der Transistor 10
nichtleitend wird, sinkt der Strom durch die Relaiswicklung 17', bis nur der Leckstrom
des Transistors 10 durch die Wicklung fließt, während der Strom durch die andere
Relaiswicklung 17" zunimmt, da der Transistor 11 leitend wird. Der
Relaiskontakt 17a öffnet folglich, und eine Pause wird auf der Leitung 29 gesendet,
welche Pause so lange dauert, wie der Kondensator 2 geladen wird.
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Die Ladung des Kondensators 2, dessen Spannung annähernd linear mit
der Zeit zunimmt, geht weiter, bis die Spannung des Kondensators denselben Wert
wie die am Eingang 9 angeschlossene Spannung E., erreicht. Die Dauer der auf der
Leitung 29 ausgesandten Pause wird folglich direkt proportional der an dem Eingang
9 angeschlossenen Spannung E.,. Wenn die Spannung des Kondensators 2 den Wert E.,
erreicht, wird die Diode 8 leitend, wobei der Kondensator 28 annähernd augenblicklich
einen großen Teil des Stromes durch den Widerstand 4 übernimmt. Dabei spielt sich
ein dem oben beschriebenen Vorgang entsprechender Verlauf ab mit der Folge, daß
die Diode 13 und der Transistor 11 nichtleitend werden, so daß die Ladung des Kondensators
1 wieder anfängt, während die Diode 12 und der Transistor 10 leitend werden und
den Kondensator 2 kurzschließen, der entladen wird. Dabei schaltet das Relais 17
noch einmal, so daß sein Kontakt 17a geschlossen und ein neuer Impuls ausgesendet
wird.
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Die oben beschriebene Umschaltung von der Ladung des einen Kondensators
zu der Ladung des anderen geschieht sehr schnell, weshalb die Dauer der erzeugten
Impulse und Pausen mit großer Genauigkeit proportional den an den Eingängen angeschlossenen
Gleichspannungen wird. Natürlich ist es nicht notwendig, daß die erzeugte Impulsserie
mit Hilfe eines Relais entnommen wird, sondern sie kann z. B. als der Spannungsabfall
über einem der Widerstände 18 und 19 entnommen werden.
Die
vorgespannten Dioden 12 und 13 haben in erster Linie zur Aufgabe, zu verhindern,
daß der durch den nichtleitenden Transistor fließende Leckstrom von der Spannungsquelle
5 durch einen der Widerstände 3 und 4 fließt, wodurch die Ladung der Kondensatoren
1 und 2 weniger genau werden würde. Die Dioden 12 und 13 haben indessen
auch zur Folge, daß die Spannungen der Kondensatoren die bei 16 angeschlossene Spannung
nicht übersteigen können, und dienen deshalb auch als überspannungsschutz der Kondensatoren
1 und 2 und der Transistoren 10 und 11. Sie bewirken auch, daß, wenn keine Spannung
an den Eingängen 7 und 9 angeschlossen ist oder eine Unterbrechung in den Eingängen
entsteht, die Vorrichtung fortsetzt, eine Impulsserie zu erzeugen mit einer Impuls-
und Pausendauer, die proportional der an 16 angeschlossenen Gleichspannung ist.
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Die Kondensatoren 27 und 28 haben, wie erwähnt, zur
Aufgabe, einen Teil des durch den Widerstand 3 bzw. 4 fließenden Stromes unmittelbar
zu übernehmen, wenn die Dioden 6 und 8 leitend werden, so daß ein momentanes kräftiges
Herabsetzen des Ladestromes der Kondensatoren 1 und 2 und damit ein schnelles und
genaues Umschalten erhalten wird. Ohne die Kondensatoren 27 und 28 würden die Ladeströme
der Kondensatoren 1 und 2, wenn die Dioden 6 und 7 leitend werden, verhältnismäßig
langsam mit einer Zeitkonstante sinken, die von der Größe der Kondensatoren 1 und
2 und von den normalerweise verhältnismäßig großen inneren Widerständen der an den
Eingängen 7 und 9 angeschlossenen Spannungsquellen bestimmt ist, weshalb das Umschalten
verhältnismäßig langsam und weniger genau durchgeführt und die Genauigkeit der Vorrichtung
verschlechtert werden würde. Die Kondensatoren 27 und 28 bewirken auch eine Abflachung
der an den Eingängen 7 und 9 angeschlossenen Spannungen, wenn diese eine Wechselspannungskömponente
enthalten.
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Die Dioden 14 und 15 haben zur Aufgabe, die Ladeströme durch die Kondensatoren
1 und 2 dazu zu zwingen, durch die Transistoren 10 und 11 zu fließen und diese dadurch
völlig leitend zu halten. Gleichzeitig bieten sie einen sehr kleinen Widerstand
für die Entladeströme der Kondensatoren, so daß die Kondensatoren mit Sicherheit
zwischen jeder Ladung völlig entladen werden. Die Kondensatoren 22 und 23 haben
zur wesentlichen Aufgabe, die Transistoren 10 und 11 gegen die Überspannungen zu
schützen, die bei den Schaltungen des Relais 17 entstehen. Gleichzeitig verhindern
sie, daß kurze Störungen an den Eingängen 7 und 9 ein fehlerhaftes Umschalten von
Ladung des einen Kondensators zu Ladung des anderen verursachen können.