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Die Erfindung betrifft einen Impulsgenerator zur Erzeugung eines stochastischen
Rauschens, bei dem die Rauschinformation von einer natürlichen Rauschquelle abgeleitet
wird.
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Fehluntersuchungen, auch bei gleichzeitiger Simulierung mehrerer Fehler,
werden im allgemeinen mit periodischen oder harmonischen Funktionen durchgeführt.
Damit kann aber ohne Veränderung der Fehlerfunktionen nach Betrag und Phase nur
der Einftuß eines mittleren Fehlers erfaßt werden. Soll die Untersuchung alle normalerweise
auftretenden Bedingungen erfassen, so müssen mit diesem Verfahren aufwendige und
zeitraubende Meßreihen durchgeführt werden, um die auftretenden Kombinationen an
physikalischen Fehlern bzw. Störgrößen simulieren zu können. Werden zur Fehlersimulierung
stocha stische Funktionen verwendet, so erfüllen sich die erwähnten Bedingungen
in Abhängigkeit von der Zeit automatisch. Damit läßt sich die Zeit vorausberechnen,
nach welcher bei gleichzeitiger Simulierung mehrerer Fehler ein bestimmter Prozentsatz
der möglichen Fehlerkombinationen auftreten wird. Derartige stochastische Funktionen
sind durch Impulsfolgen mit stochastisch verteilten Impulsen darstellbar.
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Es ist bereits ein Rauschgenerator bekannt, bei dem das Rauschen digital
in Form einer Folge von Impulsen erzeugt wird und bei dem die Rauschinformation
sowohl in der Impulsbreite als auch im Impulsabstand enthalten ist. Zur Erzeugung
der die Rauschinformation enthaltenden Impulsfolge werden aus einer periodischen
Folge Impulsgruppen in periodischer Folge nach einer Gaußschen Verteilung bei gleichzeitiger
Pulsbreitenänderung abgeleitet, wobei die Impulsbreite ein ganzzahliges Vielfaches
einer kleinsten Impulsbreite ist. Durch die periodische Auswahl wiederkehrender
Signalgruppen ist eine stochastische Rauschverteilung über längere Beobachtungszeiten
relativ zum mittleren Impulsabstand bzw. zur mittleren Impulslänge nicht mehr gewährleistet.
Es ist jedoch auch an Stelle der periodisch wiederkehrenden Impulsgruppen die Erzeugung
von Impulsen mit willkürlicher Verteilung und statistisch verteilten Amplituden
vorgesehen.
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Dieser bekannte Impulsgenerator ist sehr aufwendig und teuer in der
Herstellung, da infolge der digitalen Herleitung der stochastisch verteilten Impulse
nur verhältnismäßig kurze, voneinander unabhängige Impulsgruppen mit tragbaren Aufwand
herstellbar sind. Außerdem ist der bekannte Impulsgenerator nicht in der Lage, zwei
voneinander unaby hängige Impulsfolgen mit stochastisch verteilten Signalen zur
schaffen, wobei die beiden Impulsfolgen entgegengesetzte Polarität aufweisen. Zwei
derartige Impülsfolgen sind jedoch bei vielen Untersuchungen wünschenswert, um bei
Prüfobjekten, die Elemente mit integrierenden Eigenschaften enthalten, zu vermeiden,
daß diese integrierenden Elemente während des Prüfablaufs infolge der Integration
von Rauschimpulsen gleicher Polarität in den Sättigungsbereich wandern.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Impulsgenerator zur
Erzeugung einer Impulsfolge beliebiger Länge mit stochastisch verteilten Impulsen
zu schaffen, bei der die Rauschinformation bei gleicher Impulsbreite in dem Impulsabstand
enthalten ist. Außerdem soll der Impulsgenerator zwei voneinander unabhängige Impulsfolgen
entgegengesetzter Polarität mit stochastischer Verteilung liefern. Diese Aufgabe
wird im wesentlichen dadurch gelöst, daß einem monostabilen Multivibrator über eine
Schwellwertstufe eine Räuschquelle in Reihe vorgeschaltet ist, deren über einem
bestimmten Schwellwert liegende Rauschsignale den monostabilen Multivibrator in
eine instabile Lage triggern, und daß der monostabile Multivibrator eine die Rauschinformation
im Impulsabstand enthaltende Ausgangs-Impulsfolge gleicher Impulsbreite liefert.
Dabei findet als Rauschquelle eine im Zeuerpunkt betriebene Diode Verwendung.
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Ein nach den Merkmalen der Erfindung aufgebauter Impulsgenerator bietet
den Vorteil, daß dieser in einfachster Weise aus verhältnismäßig wenigen Bauteilen
hergestellt werden kann, wobei die vom Impulsgenerator erzeugten Impulse bezüglich
einer beliebig langen Integrationszeit stochastisch verteilt sind.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung werden zur Erzeugung von
zwei voneinander unabhängigen Impulsfolgen entgegengesetzter Polarität mit stochastisch
verteilten Impulsen zwei parallele Zweige mit je einer Zenerdiode als Rauschquelle
und einem von den Rauschsignalen der Zenerdiode angesteuerten monostabilen Multivibrator
vorgesehen. Zur Phasenumkehr der von der Rauschquelle gelieferten Rauschsignalen
wird in einen Zweig vor der Ansteuerung des entsprechenden monostabilen Multivibrators
eine Phasenumkehrstufe vorgesehen.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist die Zeitkonstante der
monostabilen Multivibratoren veränderbar, so daß die Impulsbreite der die Rauschinformation
enthaltenden Ausgangs-Impulsfolgen veränderbar ist. Ferner ist vorgesehen, daß am
Eingang des monostabilen Multivibrators eine Diode in Serie geschaltet ist, deren
Durchlaßschwellenwert durch eine Gleichspannung einstellbar ist.
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Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeichnung
dargestellt; es zeigt F i g. 1 ein Prinzipschaltbild eines Impulsgenerators zur
Erzeugung von zwei voneinander unabhängigen Impulsfolgen entgegengesetzter Polarität
mit stöchastisch verteilten Impulsen, F i g. 2 ein Diagramm zur Erklärung der Ansteuerung
eines eine Impulsfolge mit stochastischer Verteilung erzeugenden monbstabilen Multivibrators.
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Der in F i g. 1 dargestellte Impulsgenerator besteht aus zwei parallelen
Zweigen, wovon jeder Zweig für sich als selbstständiger Impulsgenerator für eine
Impulsfolge finit stoehastisch verteilten Impulsen betrachtet werden kann. Abgesehen
von den für die Phasenumkehr benötigten Schaltungsteilen sind die beiden parallelen
Zweige im wesentlichen identisch aufgebaut. Die in funktioneller Hinsicht gleichen
Teile werden daher auch mit gleichen- Bezugszeichen versehen.
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Der Impulsgenerator besteht aus einer Quelle 10 zur Erzeugung eines
statistischen Rauschens, wobei die eigentlichen Rauschquellen durch Zenerdioden
12 gebildet werden, die über einen Spannungsteiler 13,14
jeweils derart vorgespannt
sind, daß sie im Zenerknickpunkt arbeiten. Die Zenerdioden liefern in der Nähe dieses
Kennlinienknicks, in welchem sich der Zenerstrom sprunghaft ändert, deutliche Rauschmaxima.
Da sich die Spannung des Zenerknickpunktes in Abhängigkeit von der Temperatur verändert,
werden die Zenerdioden 12 mit Hilfe eines Thermostaten 15 auf konstanter Temperatur
gehalten. Am Spannungsteiler.
13, 14 ist ferner je ein Ableitkondensator
17 vorgesehen, um das von den Zenerdioden erzeugte Rauschen von der positiven Spannungsquelle
18 fernzuhalten.
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Die von der Zenerdiode gelieferten Rauschsignale werden über Trennkondensatoren
20 an die Basis von NPN-Transistoren 21 und 22 angelegt. Der Transistor 21 ist als
Phasenumkehrstufe geschaltet, wogegen der Transistor 22 als Emitterfolger geschaltete
ist. Der Kollektor der Transistoren 21 und 22 ist über einen Kollektorwiderstand
23 mit einer positiven Stromquelle 24 verbunden. Der Arbeitspunkt der Transistoren
wird durch die Emitterwiderstände 25 und die Spannungsteiler 26, 27 sowie die Basiswiderstände
28 festgelegt. Die Kondensatoren 29 dienen zur Gegenkopplung. Die Phasenumkehrstufe
mit dem Transistor 21 und die Emitterfolgerstufe mit dem Transistor 22 dienen ferner
als Impedanzwandler zwischen der Rauschquelle und dem jeweils nachgeschalteten Gleichstromverstärker
30. Der Eingang des einen Gleichstromverstärkers 30 ist über einen Trennkondensator
31 mit dem Kollektor des Transistors 21 der Phasenumkehrstufe verbunden, wogegen
der Eingang des anderen Gleichstromverstärkers 30 über einen entsprechenden Trennkondensator
31 mit dem Emitter des Transistors 22 der Emitterfölgerstufe verbunden ist. Die
Irnpedanzwandler sind derart ausgelegt, daß an den Eingängen der Gleichstromverstärker
30 ein bezüglich Masse symmetrisches Signal mit entgegengesetzter Polarität anliegt.
Die Gleichstromverstärker 30 besitzen ungefähr die Verstärkung 100, so daß am Ausgang
jedes Gleichstromverstärkers Signale mit gleicher Amplitude und entgegengesetzter
Polarität anliegen.
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Mit dem Ausgang der Gleichstromverstärker 30 ist je eine Diode 34
bzw. 35 in Serie geschaltet. Die Diode 34 im negativen Signalweg ist mit ihrer Kathodenseite
mit dem Ausgang des Gleichstromverstärkers 30 verbunden, wogegen die im positiven
Signalweg liegende Diode 35 mit der Anodenseite mit dem Ausgang des Verstärkers
30 verbunden ist. Der Durchlaßpunkt der Dioden 34 und 35 wird durch eine Spannungsteilerschaltung
36, 37 und 38 festgelegt, wobei das Potentiometer 38 die Einstellung des Schwellwertes
für den Durchlaßbereich ermöglicht. Durch diese Dioden wird eine Vorauswahl der
für die Ansteuerung der Multivibratören 41 und 42 nötigen positiven bzw. negativen
Rauschsignale bewirkt. Die negativen Rauschsignale werden über die Leitung 40 dem
monostabilen Multivibrator 42 und die positiven Signale über die Leitung 39 dem
monostabilen Multivibrator 41 zugeführt. Der monostabile Multivibrator 41 besteht
aus den PNP-Transistoren 43 und 44, deren Emitter an einem gemeinsamen Emitterwiderstand
45 liegt. Die Kollektoren der Transistoren 43 und 44 sind über Kollektorwiderstände
46 bzw. 47 und 48 mit einer negativen Stromquelle 49 verbunden. Die Basis der jeweiligen
Transistoren 32 und 44 liegt über einstellbare Widerstände 50 bzw. 51 ebenfalls
an der negativen Stromquelle 49.
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Durch das Potentiometer 51 läßt sich der Ansteuerschwellwert des monostabilen
Multivibrators 41 einstellen. Damit wird der monostabile Multivibrator von dem über
den Trennkondensator 53 an der Basis des Transistors 44 wirksamen negativen Impuls
in den instabilen Zustand gesteuert, sobald dieser den Schwellwert an der Basis
des Transistors 44 übersteigt. Durch den monostabilen Multivibrator 41 werden Rechteckimpulse
gleicher Impulsbreite und gleicher Impulshöhe geformt, deren Impulsbreite durch
die Zeitkonstante des Multivibrators bestimmt ist. Diese aus dem Kondensator 75,
dem Widerstand 47 und dem veränderlichen Widerstand 50 gebildete Zeitkonstante des
monostabilen Multivibrators ist entsprechend der Änderung der Werte des Kondensators
75 und des Widerstandes 50 einstellbar.
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Die am Ausgang des Multivibrators auftretende Impulsfolge soll mit
der am Eingang anliegenden Impulsfolge korreliert sein, d. h., die Einstellung der
Impulsbreite durch Verändern der Zeitkonstante des Multivibrators muß derart einstellbar
sein, daß sie genügend kurz ist, damit der Multivibrator auf jedes am Eingang liegende
Rauschsignal anspricht.
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Der monostabile Multivibrator 42 ist in derselben Weise wie der monostabile
Multivibrator 41 aufgebaut, jedoch finden an Stelle der PNP-Transistoren 43 und
44 NPN-Transistoren 55 und 56 Verwendung, so daß das negative Rauschsignal auf der
Leitung 40 in derselben Weise wie das positive Rauschsignal auf der Leitung 39 in
den monostabilen Multivibrator eingespeist werden kann. Am Ausgang des monostabilen
Multivibrators 41 erscheint somit eine mit der negativen Signalfolge am Eingang
korrelierte Impulsfolge konstanter Impulsbreite, wogegen am Ausgang des monostabilen
Multivibrators 41 eine positive Impulsfolge zur Verfügung steht, die mit den positiven
Rauschsignalen am Eingang des Multivibrators korreliert ist.
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Der vom Kollektor des Transistors 43 im monostabilen Multivibrator
41 abgehende Ausgang liegt an der Basis eines nachgeschalteten Emitterfolgers mit
dem PNP-Transistor 57, dessen Kollektor über einen Kollektorwiderstand 58 an der
negativen Stromquelle 49 liegt. Der Emitter ist über einen Emitterwiderstand 59
an Masse gelegt, dem eine Diode 60 derart parallel geschaltet ist, daß alle Signale,
die einen durch den Emitter-Ableitwiderstand 59 festgelegten Wert übersteigende
Spannung nach Masse ableitet. Entsprechend ist der Emitterfolger am Ausgang des
monostabilen Multivibrators 42 aufgebaut, jedoch wird auf Grund der negativen Ausgangsimpulse
ein NPN-Transistors 61 verwendet. Die dem Emitter-Ableitwiderstand 59 parallelgeschaltete
Diode 62 ist derart geschaltet, daß alle am Ausgang des Emitterfolgers auftretenden
Signale, die positiver als ein durch die Spannung am Emitterwiderstand 59 festgelegter
Wert sind, nach Masse abgeleitet werden. Durch die Dioden 60 und 62 wird somit eine
Entkopplung der Ausgänge des Impulsgenerators geschaffen. Die vom Impulsgenerator
erzeugte negative Impulsfolge mit stochastischer Verteilung wird über den Trennkondensator
64 und einen Spannungsteiler aus dem Widerstand 63 und dem Potentiometer 65 an den
Ausgang 67 des Impulsgenerators angelegt. Entsprechend wird die positive Impulsfolge
mit stochastisch verteilten Impulsen über diesen Spannungsteiler am Ausgang 47 zugeführt.
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Die Auswahl der für die Triggerung der Multivibratoren verwendeten
Rauschsignale erfolgt, wie bereits erwähnt, mit Hilfe der Festlegung des Schwellwertes
für den Durchlaßbereich der Dioden 34 und 35. Die dadurch bedingte Auswahl der Rauschsignale
ist an Hand von F i g. 2 dargestellt, in welcher ein Rauschspektrum R und je zwei
Schwellwerte S1 und S2 für die Auswahl der positiven Rauschsignale und
zwei
Schwellwerte S3 und S4 für die Auswahl der negativen Rauschsignale eingezeichnet
ist.
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Die den Schwellwert S1 übersteigenden positiven Rauschsignale werden
dem Eingang des monostabilen Multivibrators 42 zugeführt. Sie erzeugen am Ausgang
eine Impulsfolge, die mit den triggernden Rauschsignalen korreliert ist. Diese Impulsfolge
ist in F i g. 2 mit S 11 bezeichnet. Wenn der Schwellwert höher gelegt wird, d.
h. dem Wert S 2 entspricht, wird die Diode 34 nur noch bei einer geringeren diesen
Schwellwert S2 übersteigenden Auswahl von Rauschsignalen leitend, und somit entstehen
am Ausgang des monostabilen Multivibrators 42 nur noch die entsprechende Impulsfolge
S21. Wie bereits erwähnt, kann die Impulslänge der von den Multivibratoren erzeugten
Impulse durch Änderung der Zeitkonstante des aus den Teilen 50, 75 und 47 bestehenden
RC-Gliedes eingestellt werden. Eine derartige Folge von Ausgangsimpulsen mit größerer
Impulsbreite ist in F i g. 2 mit S22 bezeichnet. Da sie von denselben Rauschsignalen
erzeugt werden, ist die Verteilung der Impulse die gleiche wie bei der Impulsfolge
S21. Aus der Gegenüberstellung dieser beiden Impulsfolgen kann man jedoch entnehmen,
daß bei einer zu starken Verbreiterung der Impulse gewisse Pulse ineinander übergehen.
Wenn dies vermieden werden soll, inuß der Schwellwert zur Verringerung der Impulsbreite
entsprechend höher gelegt werden, wodurch allerdings die Häufigkeit der triggernden
Rauschsignale pro Zeiteinheit geringer wird.
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Entsprechend werden von den den Schwellwert S3 der Diode 35 übersteigenden
negativen Rauschsignalen der monostabile Multivibrator 41 getriggert, so daß an
dessen Ausgang die Impulsfolge S31 anliegt. Wird der Schwellwert an der Diode 35
durch die Verstellung des Potentiometers 38 auf den Wert S4 angehoben, so triggert
eine geringere Anzahl von Rauschsignalen den monostabilen Multivibrator 41, so daß
an dessen Ausgang eine mit den triggernden Rauschsignalen korrelierte Impulsfolge
S41 zur Verfügung steht.
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Durch entsprechende Einstellung der Schwellwerte kann erreicht werden,
daß am Ausgang 67 des Impulsgenerators zwei voneinander unabhängige Impulsfolgen
mit stochastischer Verteilung und entgegengesetzter Polarität zur Verfügung stehen.
Durch Verändern der Schwellwerte ist es möglich, die Anzahl der Impulse jeder Impulsfolge
unter Beibehaltung der stochastischen Verteilung zu verringern. Außerdem kann, wenn
eine stetige Integrierbarkeit nicht erforderlich ist, der Schwellwert im einen oder
anderen Zweig so hoch gelegt werden, daß nur noch entweder eine positive oder eine
negative Impulsfolge am Ausgang 67 zur Verfügung steht.