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Impulsformerschaltung zur Umwandlung von einseitigen Impulsen beliebiger
Richtung in einseitige Impulse vorgegebener Richtung mit Unterdrückung von Störimpulsen
und Rauschen Die Erfindung betrifft eine Impulsformerschaltung zur Umwandlung von
einseitigen Impulsen beliebiger Richtung in einseitige Impulse vorgegebener Richtung
mit Unterdrückung von Störimpulsen und Rauschen, insbesondere zur Verwendung als
Leseschaltung einer Speichervorrichtung, indem eine Eingangssignalquelle an der
Primärwicklung eines Transformators liegt, dessen über ihrem Mittelabgriff von einem
Abtastimpulsgenerator angesteuerte Sekundärwicklung von zwei gegensinnig hintereinandergeschalteten
Dioden überbrückt ist, deren Verbindungspunkt als Ausgang dient.
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Bekannte Schaltungsanordnungen dieser Art besitzen insofern wesentliche
Nachteile, als einmal außer den lediglich als Gleichrichter wirkenden Dioden ein
geordneter Verstärker vorgesehen werden muß, um Signale ausreichender Amplitude
bereitstellen zu können, und zum anderen zwar Störimpulse von der Speichervorrichtung
selbst außerhalb der Abtastzeitintervalle nicht übertragen werden können, aber auf
den Verstärkereingang direkt einwirkende Störungen ohne weiteres nicht auszuschalten
sind. Ganz abgesehen davon wird während eines Abtastzeitintervalls keine Diskriminierung
nach Signalimpulsamplituden vorgenommen, so daß dann während eines solchen Intervalls
auch Störsignale auf den Verstärkereingang übertragen werden.
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Andererseits ist vorgeschlagen worden, eine Leseschaltung unter Verwendung
von Tunneldioden zu schaffen, bei der ein erster Taktimpulsgenerator an die Primärwicklung
eines Transformators angeschlossen ist, dessen sekundärseitiger Mittelabgriff an
der Steuerspannungsquelle liegt. Die Steuerspannungsquelle ist andererseits an den
Verbindungspunkt in Reihe geschalteter Tunneldioden angeschlossen, deren ungleichnamige
Elektroden miteinander verbunden sind und die an den Enden der Sekundärwicklung
liegen. Der Verbindungspunkt beider Tunneldioden ist außerdem über eine Induktivität
an festes Potential angelegt. Damit nun entsprechend den angelegten Steuersignalen
Ausgangssignale mit größerer Impulsdauer erzeugt werden, wird dieser Induktivität
eine zweite Taktimpulsfolge mit gegenüber der ersten halber Folgefrequenz ebenfalls
über Tunneldioden, deren ungleichnamige Elektroden miteinander verbunden sind, zugeführt.
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Diese Schaltung ist sehr aufwendig und erfordert, daß die Frequenzbezi.ehung
zwischen den beiden Taktimpulsfolgen ziemlich genau eingehalten wird.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Impulsformerschaltung
bereitzustellen, die bei geringstmöglichem Aufwand die von einem Generator erzeugten,
verzerrten und mit Störimpulsen behafteten Impulse beliebiger Vorzeichenrichtung
in einseitige Impulse vorgegebener Vorzeichenrichtung umwandelt und dabei Störimpulse
und Rauschen weitgehend ausschaltet.
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Bekannte Schaltungen, die dieser Aufgabe gerecht werden, sind jedoch
sehr aufwendig, da sie hierzu z. B. Differentialverstärker, Gleichrichterstufen
und weitere Verstärkerstufen benötigen.
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Die Impulsformerschaltung gemäß der Erfindung löst die gestellte Aufgabe
unter einem relativ geringen Aufwand, indem der Abtastimpulsgenerator einerseits
in an sich bekannter Weise am Mittelabgriff der Sekundärwicklung liegt, jedoch andererseits
über einen als Ausgangslast wirkenden Widerstand mit dem Verbindungspunkt der beiden
durch Tunneldioden dargestellten Dioden verbunden ist, wobei der
Widerstand
so bemessen ist, daß im unbelasteten Zustand der Impulsformerschaltung die Charakteristik
beider Tunneldioden durch die vom Widerstand festgelegte Widerstandsgerade in drei
Punkten geschnitten wird.
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Vorteilhafterweise ist gemäß einem weiteren Erfindungsgedanken eine
Steuerschaltung zur zeitlichen Steuerung sowohl des Abtastspannungsgenerators als
auch des Generators für die zu verarbeitenden Impulse vorgesehen.
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Die Impulsformerschaltung besitzt eine verriegelnde Wirkung, da der
Ausgangsimpuls unabhängig von der Dauer des Eingangsimpulses bestehenbleibt, solange
die Abtastspannung zugeführt wird.
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Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung, die an Hand eines Ausführungsbeispiels mit Hilfe der Zeichnungen die
Erfindung näher erläutert, und aus den Patentansprüchen. Es zeigt F i g. 1 ein Prinzipschaltbild
der Impulsformerschaltung gemäß der Erfindung und F i g. 2 eine graphische Darstellung
der Tunneldiodencharakteristik mit Widerstandsgeraden zur Erläuterung der Wirkungsweise
der erfindungsgemäßen Impulsformerschaltung.
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Die Schaltung gemäß der Erfindung besteht aus einem Paar von Tunneldioden
10, 12, die parallel geschaltet sind zwischen einer gemeinsamen Klemme 14 und den
Klemmen 16 und 18 der Sekundärwicklung 20 eines Übertragers 22. Die Transformatorwicklung
20 hat einen Mittelabgriff 24, der den beiden parallelen Stromkreisen durch die
Dioden 10 und 12
gemeinsam zugeordnet ist. Die Austastspannung wird
von einem Austastspannungsgenerator 28 über einen Belastungswiderstand 26 der gemeinsamen
Klemme 14 zugeführt. Die Rückleitung von dem gemeinsamen Mittelabgriff 24 der Sekundärwicklung
20 zum Austastspannungsgenerator 28 erfolgt über Erde.
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Die Signalzuführung zur Schaltung erfolgt über die Primärwicklung
40 des Transformators 22, die an die Klemmen 42 und 44 der Signalquelle, z. B. der
Ausgangsleseleitung einer Speichermatrix 46, angeschlossen ist. Der Speicher 46
möge von bekannter Bauart sein und enthalte Schalteinheiten, die in der Lage sind,
die Speicherelemente zur Erzeugung eines Signals an den Klemmen 42 und 44 entsprechend
den gespeicherten Werten abzufragen. Besonders in den Fällen bekannter Speicher,
die durch koinzidente Ströme abgefragt werden, möge die Polarität des Signals, die
eine logische Eins darstellt, ohne Bedeutung sein, und eine logische Null möge durch
Abwesenheit eines Signals dargestellt werden.
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Die Anordnung gemäß der Erfindung fühlt die an den Klemmen 42 und
44 auftretenden Spannungen zu bestimmten Zeiten entsprechend der Arbeitsweise der
Speichermatrix 46 ab, um eine entsprechende Ausgangsspannung an der Ausgangsklemme
50 zu liefern. Dementsprechend sind Schaltmittel vorgesehen, um die Arbeitsweise
des Austastspannungsgenerators 28 in Zusammenarbeit mit den Abfühlstromkreisen des
Speichers 46 zu steuern. Die Zusammenarbeit des Austastspannungsgenerators mit der
Speichermatrix 46 möge beispielsweise durch eine zentrale Steuerschaltung 52 des
Speichersystems überwacht werden.
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Die Pfeile 60, 62 geben die Richtungen der Austastströme an, die beim
Fehlen eines Abfühlsignals in der Primärwicklung 40 in gleicher Stärke von der gemeinsamen
Klemme 14 durch die Dioden 10 bzw. 12 und die zugeordneten Hälften der Sekundärwicklung
20 zur gemeinsamen Erdklemme 24 fließen. Die Größe dieser Ströme wird bestimmt durch
die Spannung des Austastimpulses, der von der Klemme 54
des Austastspannungsgenerators
28 geliefert wird, dem Wert des Lastwiderstandes 26 und durch den Spannungsabfall
an den Dioden 10 und 12. Da diese Ströme 60 und 62 in entgegengesetzter Richtung
durch die Sekundärwicklung 20 von den Klemmen 16 bzw.18 zum Mittelabgriff 24 fließen,
entsteht im Kern des Transformators kein magnetischer Fluß.
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Wenn ein Strom in der Richtung des Pfeils 64 durch die Primärwicklung
des Transformators fließt, wird eine Spannung in der Sekundärwicklung des Transformators
erzeugt, der von der Sekundärwicklung 20
in Richtung des Pfeils 66 über die
Klemme 16, die Tunneldiode 10, die Klemme 14, die Tunneldiode 12 und die Klemme
18 zur Sekundärwicklung 20 zurückfließt. Wenn dieser Strom in Richtung des Pfeils
66 fließt, so muß er durch die eine Tunneldiode 10 in Sperrichtung und durch die
andere Tunneldiode 12 in Durchlaßrichtung fließen. Fließt der Strom in der Primärwicklung
40 in entgegengesetzter Richtung, so wird der Strom in der Sekundärwicklung ebenfalls
in entgegengesetzter Richtung, d. h. in Durchlaßrichtung durch die Diode 10 und
in Sperrichtung durch die Diode 12 fließen. Wie noch später in Verbindung mit F
i g. 2 erläutert wird, sind die Parameter der Schaltung so bemessen, daß die Austastströme
60, 62 und der Strom 66 des Abfühlimpulses die Tunneldioden 10 und 12 in ihren im
wesentlichen linearen Gebieten mit niedriger Impedanz betreiben, so daß keine gegenseitige
Beeinflussung der beiden Dioden auftritt und daß somit das Potential an der Klemme
14 praktisch auf Erdpotential bleibt. Dementsprechend entsteht an der Ausgangsklemme
50 kein Ausgangssignal.
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Wenn jedoch ein Austastsignal an der Klemme 54 während des Auftretens
von Abfühlsignalen an der Primärwicklung 40 erscheint, wird der Arbeitspunkt der
einen Tunneldiode in den Bereich ihres negativen Widerstandes gebracht, und die
daraus resultierende Verschiebung des Austaststromes zur anderen Tunneldiode treibt
diese ebenfalls in ihren negativen Widerstandsbereich, so daß beide Tunneldioden
sehr schnell einen neuen, stabilen Arbeitspunkt annehmen, mit einem festen Spannungsabfall
an den Dioden, der als Ausgangsspannung an der Klemme 50 erscheint. Die Richtung
der Abfählspannung in der Primärwicklung 40 bestimmt lediglich die Richtung des
Stromes 66 in der Sekundärwicklung und bestimmt auf diese Weise nur, welche der
beiden Dioden 10 und 12 zuerst schalten. Der Abfühlstrom hat in seiner Größe keinen
Einfluß auf das Ausgangssignal an der Klemme 50.
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Die Arbeitsweise der Schaltung ist in F i g. 2 dargestellt, in der
die Kurve 70 die Stromspannungskennlinie der Dioden 10 und 12 darstellt.
Wenn weder ein Abfühleingangssignal an der Primärwicklung 40
noch ein Austastsignal
an der Klemme 54 vorliegt, leiten die Dioden keinen Strom und befinden sich in ihrem
stabilen Punkt A der Kurve. Wenn ein Strom 64 in der Primärwicklung 40 auftritt,
fließt der dadurch erzeugte Strom 66 in der Sekundärwicklung in Vorwärtsrichtung
durch die Tunneldiode 12, wodurch ihr Arbeitspunkt zum Punkt B auf der Kurve 70
verschoben wird, und in Rückwärtsrichtung durch
die Diode 10, wie
durch den Pfeil 66' angedeutet ist, um ihren Arbeitspunkt zum Punkt C auf der Kurve
70 zu verschieben.
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Wenn ein Austastimpuls allein auftritt, fließen die zugeordneten Ströme
60 und 62 in Vorwärtsrichtung durch die zugeordneten Tunneldioden 10 und
12, um ihre Arbeitspunkte in den Punkt D zu verschieben, dem ersten Schnittpunkt
der Kurve 70 mit der Widerstandsgeraden 72, deren Lage durch die angelegte Spannung
an der Klemme 54 und durch den o'hmschenWiderstand des Widerstandes 26 bestimmt
wird.
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Es ist ersichtlich, daß wegen der weitgehenden Linearität des Abschnitts
B bis C der Kennlinie, der vom Arbeitspunkt infolge eines Abfühlsignals durchlaufen
wird, und andererseits durch die symmetrische Anordnung der Schaltung praktisch
kein Ausgangssignal an der Klemme 50 durch das Abfühlsignal an den Klemmen 42 und
44 erzeugt wird. Andererseits ist die durch die Verschiebung des Arbeitspunktes
von A nach D infolge eines Austastimpulses allein erzielte Spannung
an der Ausgangsklemme 50 vernachlässigbar.
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Jedoch, wenn die beiden Eingangsimpulse gleichzeitig auftreten, überlagern
sich die Arbeitsverschiebungen von A nach B nach D, wodurch
der Maximalwert E der Kennlinie der Dioden (Diode 12) für die angenommene Stromrichtung
überschritten wird, so daß die Diode in den negativen Bereich ihrer Kennlinie 74
übergeht.
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Aus diesem Grund kann die Diode 12 ihren Anteil des Austaststromes
nicht länger übernehmen, und ein Teil dieses Stromes wird über die andere Diode
10
geleitet. Diese Diode 10, die sonst den Arbeitspunkt F aufweisen würde,
entsprechend dem Austaststromanteil A bis D minus den Abfühlstromanteil
A bis C ist nun selbst gezwungen, über den Maximalwert E durch den zusätzlichen
Austaststrom anzusteigen. Da das Schaltverhalten der Tunneldioden sehr schnell ist,
erreicht der Arbeitspunkt der Dioden den Schnittpunkt G der Kennlinie mit der Widerstandsgeraden
72 auf den positiven ansteigenden Ast 76 der Kennlinie sehr schnell. Die Widerstandskennlinie
kann die Lage der Linie 78 einnehmen, je nachdem, welche Eigenschaften die Ausgangsschaltung
aufweist, die an die Ausgangsklemme 50 angeschlossen ist, so daß der Arbeitspunkt
bei H zu liegen kommt. Die Widerstandsgerade 78 veranschaulicht z. B. die Wirkung
des Basisstromes eines an die Ausgangsklemme 50
angeschlossenen. Transistors.
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Wenn der Abfühlstrom 64 aufhört zu fließen, verbleiben die Arbeitspunkte
der beiden Dioden noch beim Punkt H, so daß die Ausgangsspannung an der Ausgangsklemme
zur Verfügung steht, solange der Austaststrom bestehenbleibt. In dieser Hinsicht
hat die Schaltung eine verriegelnde Wirkung. Sobald der Austaststrom aufhört zu
fließen, kehren die Arbeitspunkte der Tunneldioden zum Punkt A zurück.
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Bei den beschriebenen Schaltvorgängen wirken eine Anzahl von Faktoren
in etwas komplizierter Form zusammen. Wenn das Gleichgewicht der Ströme durch die
beiden Dioden gestört wird, nicht nur durch den Abfühlstrom, sondern auch durch
die Sperrung einer Diode, so daß die andere den Strom übernimmt, steigt das Potential
an der Ausgangsklemme 14 steil an. Wenn die erste Diode schaltet und den umlaufenden
Strom 66 zu sperren beginnt, neigt das Potential an den Klemmen 42 und 44 entsprechend
der Widerstandscharakteristk der Signalquelle in der Speichermatrix 46 ebenfalls
dazu, anzusteigen. Die Induktivität der Primärwicklung 20 hat das Bestreben, den
Stromfluß durch die erste Diode aufrechtzuerhalten, wenn diese umschalten will,
und erzeugt auf diese Weise einen höheren Spannungsabfall an der Diode. Durch den
Einfluß auf die Umschaltung der ersten Diode unterstützt die Induktivität die Umschaltung
der zweiten Diode. Es hat den Anschein, daß der Transformator 22 nicht nur als gleichstromsperrendes
und als ein die Impedanz anpassendes Schaltmittel wirkt, sondern es beschleunigt
auch die Arbeitsweise der Schaltung. Die Schaltung gemäß der Erfindung läßt sich
weitgehend an die verschiedenen Arbeitsbedingungen und die besonderen ausgewählten
Bauelemente anpassen. Es folgen einige Angaben und Meßergebnisse für ein praktisch
ausgeführtes Beispiel:
| Spannung an den Klemmen 42, 44 ............. Logische
» 1 « ± 12 mV |
| (bei fehlendem Austastimpuls) ................. Logische
»0« ± 3 mV |
| Sekundärwicklung: Strom 66 .................. Logische
»1« 200 RA |
| (bei fehlendem Austastimpuls) ................. Logische
»0« 50 RA |
| Impedanz der Abfühlleitung der Speichermatrix 46 6 Ohm |
| Widerstand der Stromschleife 66 mit einer Diode |
| nahe am Maximalwert E ...................... 150 Ohm |
| Austastspannung an den Klemmen 54 .......... 4,7 Volt |
| Austastspannung Anstiegszeit .................. 50 nsec |
| Widerstand 26 ................. . .............
6100 Ohm |
| Schnittpunkt der Widerstandsgeraden mit der |
| Ordinate (I) ................................. 380 p,A |
| Dioden ...................................... 1N 2928A
oder HT90A |
| Maximalwert der Dioden-Kennlinie ............ 470 #tA,
etwa 67 mV |
| Transformator 22 |
| Primärwicklung .......................... 10 Windungen |
| Sekundärwicklung ........................ 50 Windungen,
etwa 25 @M |
Die ausgeführte Schaltung ermöglichte eine einwandfreie Unterscheidung zwischen
dem Nutzsignal und dem Räuschen. Zweckmäßigerweise werden die Austastsignale so
gewählt, daß sie in die relativ rauschfreien Zeiten des Abfühlsignals fallen. Starke
Rauschsignale können tatsächlich eine Umschaltung der Dioden bewirken, aber ohne
den Austastimpuls tritt keine verriegelnde Wirkung ein, und aus diesem
Grund
kehrt der Arbeitspunkt jeweils sehr schnell zu seinem Arbeitspunkt A auf der Diodenkennlinie
70 zurück. Solche momentanen unverriegelten Schaltvorgänge dauern nur eine so kurze
Zeit, daß die Ausgangsschaltung an der Ausgangsklemme 50 leicht gegenüber diesen
unempfindlich gemacht werden kann. Diese Störimpulse sind z. B. sehr kurz im Vergleich
zur Anstiegzeit eines Transistors in der Ausgangsschaltung. Darüber hinaus sind
solche Störimpulse, die von Rauschsignalen ohne Austastsignal herrühren, von so
geringer Energie, daß sie den Arbeitspunkt der Tunneldiode nicht sehr weit auf dem
ansteigenden Ast 76 der Kennlinie vorantreiben können.
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Es ist unter Umständen zweckmäßig, Ausgangsspannungen von einem Abgriff
im Lastwiderstand 26 abzunehmen, besonders wenn die Ausgangsspannung der Basis eines
Transistors in Emittersehaltung zugeführt werden soll. In einer solchen Schaltung
liefert z. B. die vom Abgriff des Lastwiderstandes genommene Ausgangsspannung eine
Vorspannung an die Basis eines Transistors, bevor die Tunneldiode schaltet, und
bewirkt damit eine gewisse Vorbereitung des Transistors fär ein schnelles Ansprechen
auf die von der Schaltung gelieferten Impulse. Ein weiterer Vorteil ergibt sich
noch daraus, daß der Lastwiderstand 26 dann als Spannungsteiler im Hinblick auf
die Rauschsignale wirkt, wenn die Ausgangsklemme 54 des Austastspannungsgenerators
28 auf Erdpotential liegt.