DE1802235B2 - Verzoegerungsschaltung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Verzögerungsschaltung, bestehend aus einer aus Längs- und Querimpedanzelementen aufgebauten Abzweigschaltung mit Mehrfacheinspeisung durch zwischen dem Eingang und dem Ausgang der Abzweigschaltung angeschlossene Signalquellen.

Es sind Verzögerungsschaltungen bekannt, die im allgemeinen aus einer Verzögerungsleitung mit Induktivitäten als Längsimpedanzelementen und Kapazitäten als Querimpedanzelementen bestehen. Bei derartigen Verzögerungsschaltungen kann die Verzögerung dadurch verändert werden, daß die Kapazitäten als Kapazitätsdioden ausgebildet sind, oder dadurch, daß die Induktivitäten aus Spulen bestehen, die um ein magnetisches Material gewickelt sind, dessen magnetische Eigenschaften auf elektrischem Weg veränderbar sind. Auf diese Weise kann man einen Verzögerungsbereich erzielen, der um etwa 5 bis 10⁰/o um einen Mittelwert schwankt.

Aus »Proceedings of the Institution of Electrical Engineers«, Vol. 112 (September 1965), Nr. 9, S. 1SOO bis 1814, ist eine iür einen Analogrechner geeignete Verzögerungsschaltung mit einstellbarer Verzögerung bekannt, die eine Abzweigschaltung mit aktiven RC-Güedern und aktive Rückkopplungskreise enthält. Die Einstellung der Verzögerung erfolgt durch Änderung der Zeitkonstanten der flC-Glieder. Hierbei lassen sich jedoch nur geringe Verzögerungszeiten und kleine Einstellbereiche erzielen. Berechnungsmethoden für die Dimensionierung aktiver /?C-Glicder sind aus »Proceedings of the Institution of Electrical Engineers«. Vol. 110 (September 1963), Nr. 9, S. 1607 bis 1616, bekannt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verzögerungsschaltung zu schaffen, die einen Verzögerungsbereich von hohen Verzöger· ingswerten bis herab zu der Verzögerung Null aufweist.

Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß wenigstens zwei der Mehrfacheinspeisung dienende Signalquellen vorgesehen sind, die von dem Eingangssignal abgeleitete Spannungen entgegengesetzter Polarität abgeben und von denen die eine über jeweils zumindest einen Teil eines Querimpedanzelements mit dem aus-

(..■.r.iisMeitigen Ende wenigstens eine* Längsimpedanzc!-'iiciHs \erblinden ist und von denen die andere hui dem ausgangsseitigen Ende wenigstens eines Längsinipedanzelements verbunden ist.

Auiführungsheispiele der Erfindung werden nachstehend an Hand der F i g. 1 his 7 erläutert. Es zeigt !- i g. 1 eine Wrzögerungsschallung gemäß der Erfindung, bei der die Abzweigschaltung aus LC-Gliedern besteht,

I- i g. 2 und 3 eine Abwandlung der Ausführungsi'orm der Fig. 1. bei der die /.C-Glieder voneinander getrennt sind und die Signaleinspeisung der LC-Glieder gesondert erfolgt,

F i g. 4 eine Abwandlung der Ausführungsform der I- i g. I mit gemeinsamer, veränderlicher Signalcinspeisung für die LC-Glieder,

F i g. 5 eine Verzögerungsschaltung, bei der die Abzweigschaltung aus RC-Gliedern aufgebaut ist, und mit einer gemeinsamen, veränderlichen Signaleinspeisung der flC-Glieder,

F i g. 6 eine graphische Darstellung der Pole und der Nullstellen der Übertragungsfunktion in der komplexen Frequenzebene der Verzögerungsschaltung gemäß der Erfindung und

F i g. 7 eine Verzögerungsschaltung mit RC-GWedern.

F i g. 1 der Zeichnung zeigt eine Verzögerungsschaltung mit einer Abzweigschaltung aus drei LC-Gliedern. Die Induktivitäten 103, 104, 105 bilden die Längsimpedanzelemente und die Kapazitäten 106, 107. 108 die Querimpedanzelemente. Die Verzögerungsschaltung ist mittels eines Schalters / an eine Signalquelle e₀ auf der Eingangsseite angeschlossen. Das Eingangssignal der Signalquelle e₀ gelangt über die Verzögerungsschaltung und einen Pufferkreis in Form eines als Emitterfolger geschalteten Transistors Tr mit einer bestimmten Verzögerung an die Ausgangsseite U. Der Emitter des Transistors Tr liegt über einen Widersland 12 an einer negativen Spannungsquelle und an der Ausgangsseite U der Verzögerungsschaltung und der Kollektor liegt an einer positiven Spannungsquelle. Die von den Verzweigungspunkten der Abzweigschaltung abgwandten Klemmen der Kapazitäten 106. 107. 108 sind miteinander und mit einer Signalquclle 101 mit niedriger Impedanz und einem Ausgangssignal C_n verbunden; die Ausgangsklemme der Abzweigschaltung liegt über einen Anschlußwiderstand 10 ar einer Signalquelle 102 und einem Ausgangssignal C₀ mit niedriger Impedanz. Auf diese Weise wird einerseits ein Signal mit der gleichen Größe und der gleichen Polarität, wie sie das Eingangssignal aufweist, und andererseits ein Signal von derselben Größe, wie sie das Eingangssignal aufweist, aber mit entgegengesetzter Polarität wie dieses an die Abzweigschaltung gelegt. Dadurch ergeben sich Nullstellen in der Übertragungsfunktion der Verzögerungsschaltung (die Wurzeln des Zählerpolynoms), die auf der rechten Seite der komplexen Frequenzebene symmetrisch angeordnet sind (s. F i g. 6, in der die Pole der Übertragungsfunktion [die Wurzeln des Nennerpolynoms] mit .v und die Nullstellen der Übertragungsfunktion mit ο bezeichnet sind). Bekanntlich ist die Verzögerung einer Verzögerungsschaltung gleich der Ableitung der Phasenfunktion und nimmt mit der Anzahl der Pole zu. Da die Nullstellen im vorliegenden Fall den gleichen Beitrag zu der Phasenfunktion liefern wie die Pole, erhält man mit dieser Schalteine Verdoppelung, der Verzögerung.

Das Resultat ist das gleiche, wenn, wie in l· i g. 2, jedes Polpaar getrennt von einem LC-Glied verwirklicht wird, das durch einen Ohmsehen Widerstand abgeschlossenen und von dem nächsten LC-Glied durch eine Trennschaltung 22 getrenn¹ ist. Sowohl bei der Verzögerungsschaltung nach F i g. 1 als auch bei der nach F i g. 2 kann die Anzahl der LC-Glieder erhöhl werden.

Die Verzögerungsschaltung nach F i g. 3 weist eine

ίο Signaleinspeisung in jedes einzelne Glied auf, die durch eine Signalquelle 3) mit niedriger Impedanz, die an eine Kapazität 33, die das Querimpedanzelement eines LC-Gliedes darstellt, angeschlossen ist, und aus einer Signalquelle 32 mit hoher Impedanz.

die an den Ohmschen Abschlußwiderstand 10 angeschlossen ist. Die Signalquellen 31 und 32 können so gesteuert werden, daß ihre Ausgangssignale von einem Maximalwert auf den Wert Null kontinuierlich verringert werden können. Dadurch '.önnen sich die

entsprechenden Nullstellen der Übertragungsfunktion (F i g. 6) parallel zu der imaginären Achse in der komplexen Frequenzebene bis nach Unendlich bewegen, d. h., daß die Verzögerung in der Endstellung ausschließlich durch die Pole bestimmt wird. Wird dann die Signalquelle 31 mit der niedrigen Impedanz so eingeregelt, daß ihr Ausgangssignal kontinuierlich größer wird, dann werden sowohl der Kondensator 33 als auch der Ohmsche Widerstand 10 in dem gleichen LC-Glied mit dem gleichen Signal beaufschlagt, und die Nullstellen bewegen sich in der linken Hälfte der komplexen Frequenzebene vom Wert Unendlich bis zu der Stelle, an der sie mit den Polen in dem Moment zusammenfallen, in dem das Signal in das Querimpedanzelement hinein genauso groß ist wie das

Eingangssignal dieses LC-Gliedes. Die Übertragungsfunktion F hat dann den Wert 1 und die Verzögerung beträgt Null. Auf diese Weise ist es möglich, den Betrag der Verzögerung von einem Maximum bis auf den Wert Null kontinuierlich zu ändern. Ein Impuls, der auf die Verzögerungsschaltung gegeben wird, erscheint dann an der Ausgangsseile U mit einer Verzögerung, die durch das Signal auf das Querimpcdanzelement bestimmt wird.

Die Alisführungsform der Verzögerungsschaltung in F i g. 4 enthält eine Abzweigschaltung mit drei LC-Gliedern ohne Trennschaltungen und mit einer gemeinsamen Signaleinspeisung, die durch eine Signalquelle 41 mit niedriger Impedanz und eine Signalquelle 42 mit hoher Impedanz erfolgt und dazu dienen, die ^cignale auf die die Querimpedanzelemente bildenden Kapazitäten und den Ohmschen Abschlußv idcrstand 43 n\ geben. Für eine ähnliche Änderung der Signale aus diesen Signalquellen bewegen sich einige der Nullstellen der Übertragungsfunktion in radialer Richtung nach Unendlich, während andere Nullstellen der Übertragungsfunktion durch die imaginäre Achse hindurchgehen und sich in der anderen Hälfte der Frequenzebene nach Unendlich bewegen. Dies bedeutet im Fall eines Impulssigtials, daß auf der Ausgangsseite der Verzögerungsschaltung drei Impulse erhalten werden, von denen einer dem Maximalwert der Verzögerung entspricht, einer der Hälfte der maximalen Verzögerung und ein dritter mit dem Eingangssignal zusammenfällt. Werden nun die Signale aus den Signalquellen mit der hohen Impedanz und mit der niedrigen Impedanz in der angegebenen Weise geändert, dann erscheint zunächst nur der maximal verzögerte Impuls auf der Ausgangsseite, dessen

Amplitude verringert ist. während ein Impuls mit dem halben Wert der maximalen Verzögerung größer wird und den vollen Wert erreicht, wenn die Nullstellen der Übertragungsfunktion sich im Unendlichen befinden. Dieser Impuls wird dann verringert, während ein anderer Impuls ohne Verzögerung vergrößert wird und den vollen Betrag erreicht, sobald die Nullstellen und die Pole der Übertragungsfunktion zusammenfallen. Ist die Gesamtverzögerung kleiner als die Breite des Impulses, dann wird der Impuls auf einer Flanke während der Signaländerung verkleinert, während ein entsprechender Teil auf der anderen Flanke zunimmt, derart, daß der Impuls verschoben ist. Man kann also auf diese Weise zwei verschiedene Arten einer veränderlichen Verzögerung verwirklichen.

Die Verzögerungsschaltung nach F i g. 5 umfaßt zwei /?C-Glieder mit Widerständen 56, 57 und Kapazitäten 54. 55 und weist eine Signaleinspeisung auf, die ähnlich der Sianaleinspeisung in F i g. 4 ist. Es wird ein positives Signal aus der Signalquelle 51 mit niedriger Impedanz und ein negatives Signal aus der Signalquelle 52 mit hoher Impedanz auf je eine ein Querimpedanzelement bildende Kapazität 54. 55 gegeben; mit Hilfe dieser Signale kann die Verzögerung kontinuierlich von einem Maximalwert bis herunter auf den Wert Null geändert werden. Außerdem liegt noch ein Kondensator 53 zwischen dem Verbindungspunkt der ΛΓ-Giieder und dem Emitter des Verstärkers Tr: er ermöglicht die Verwirklichung komplexer ToIe ohne die Verwendung von Induktivitäten. Der besondere Vorteil von Verzögerungsschaltungen mit S /?C-Gliedern im Vergleich mit solchen mil I.C-Gliedern ist darin zu sehen, daß sie außerordentlich klein in integrierter Form ausgeführt werden können. Nachstehend wird ein praktisches Beispiel für die Dimensionierung einer Verzögeriingsschaltung nach

ίο Fig. 1, jedoch mit vier /X'-Gliedern, angegeben. Die Größe der Induktivitäten beträgt von links nach rechts: 237, 132, 90,3 und 41.2 μΗ, die Größe der Kapazitäten 161. IU. 66,9 und 13,9 pF. Der Widerstandswert des Ohmschen Abschlußwiderstandes beträgt 1000 Ω.

Bei den Ausführungsformen der Fig. I bis 4 werden Signale in die entsprechenden Impedanzglieder eingespeist, dabei haben die Signale für die maximale Verzögerung den gleichen absoluten Wert wie das Signal, welches in das Impedanzglied eingespeist wird und in der Phase um 180° im Verhältnis zu jenen verschoben ist. Bei der Verzögeriingsschaltung nach F i g. 5 besteht eine andere Beziehung. Die Signalquelle 51 liefert die Spannung e_n und die Signalquelle 52

»5 die Spai.iiung —A- · e₀. In der Verzögerungsschaltung nach F i g. 7 haben die Stromkreiselemente für die Ohmschen Widerstände und die Kapazitäten folgende Werte:

C₁ = 795 pF
Λ,' = 18,7 Ω

A₁" = 103 Ω
R₁'"= 27,4 Ω

C₂ = 287 pF
R₁' = 342 Ω
R₂" = 134,5 Ω

C, = 194 pF
A₃' = 103,5 Ω
R₃" = 2,76 kΩ

C₁ = 229 pF
R_t' = 12.95 ki2
R₄" = 2.33 kii

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Verzogerimgsschaltimg, bestehend aus einer aus Längs- und Querimpedanzelementen aufgebauten Abzweigschaltung mit Mehrfacheinspeisimg (.lurch zwischen dem Eingang urd dem Ausgang der Abzweigschaltung angeschlossene Signalquelien, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei, der Mehrfacheinspeisung dienende Signalquellen (101, 102: e_a. -<?„. e_x. ^e₁: 3L 32: 41. 42: SI. 52: 71. 72) vorgesehen sind, die von dem Eingangssignal abgeleitete Spannungen entgegengesetzter Polarität abgeben und von denen die eine über jeweils zumindest einen Teil eines Querimpedanzelements (106. 107. 108: 33: 55: Λ.,", R₁") mit dem ausgangsseiligen Ende wenigstens eines Längsimpedanzelements (103, 104, 105; 57; C₂) verbunden ist und von denen die andere mit dem ausgangsscitigen Ende wenigstens eines Längsimpedanzelements (105; 56; C₁, C₃) verbunden ist.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Signalquellen verstellbar sind, daß die eine (101: 31: 41; 51: 71) der beiden Signalquellen eine relativ niedrige Impedanz aufweist und ein Signal abgibt, das die gleiche Polarität wie das Eingangssignal der Verzögerungsschaltung aufweist, und daß die andere Signalquelle (102; 32: 42: 52: 72) eine relativ hohe Impedanz aufweist.

3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsimpedanzelemente Induktivitäten (103. 104, 105) ur j die Querimpedanzelemente Kapazitäten (106. 107, 108) sind (F i g. 1 bis 4).

4. Schaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalquelle mit niedriger Impedanz (101) mit wenigstens einer Kapazität (106. 107. 108) und die Signalquelle mit hoher Impedanz mittels eines Abschlußwiderstandes (10) der Abzweigschaltung mit einer Induktivität (105) verbunden ist (F ig. 1).

5. Schaltung nach Anspruch 3. dadurch gekennzeichnet, daß jedes durch ein Längs- und Querim_Kedan/clcnicnt gebildete LC-Glied durch einen Widerstand abgeschlossen ist, daß die einzelnen LC-Glicder durch Trennschaltungen (21) getrennt sind, und daß für jedes /.C-Glied zwei Signalquellen zur Mehrfacheinspeisung vorgesehen sind, von denen die eine mit der Kapazität und die andere 5" mit dem Abschlußwiderstand eines /.C-Glicds verbunden ist (Fi g. 2).

6. Schaltung nach Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet, daß die Längsimpedanzelemente Widerstände (56.57) und die Querimpedanzelemente Kapazitäten (54. 55) sind, daß die Signalquelle (52) mit hoher Impedanz mit der Kapazität (54) des dem Eingang am nächsten liegenden /?C-Glieds und die Signalquelle (51) mit niedriger Impedanz mit der Kapazität (55) des nächstfolgenden RC-Glieds verbunden ist (Fig. 5).

7. Schaltung nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsimpedanzelemente Kapazitäten (C, bis C₄) und die Qucrimpedanzelemente Widerstände sind (F i g. 7).

H. Schaltung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstände in mehrere Teilwiderstände (R₁', R₁". /?,'"; R₂', R₂"; R₃, R₃":

R₁', R₁") aufgeteilt sind, und daß beide Signalquellen mit einem Teilwiderstand [R₁", R,i": Λ.,". R₁") zweier verschiedener WC-Glieder verbunden sind (F i g. 7).

9. Schaltunu nach einem der Ansprüche ! bis 8. gekennzeichnet durch einen Verstärker (Tr) am Ausgang der Abzweigschaltung, der als Emitterfolger ausgebildet ist.

10. Schaltung nach Anspruch 6 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker durch einen Kondensator (53) auf den Verbindungspunkt zweier /?C-Glieder rückgekoppelt ist (Fig. 5).

11. Schaltung nacl. Anspruch 8 und 9. dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker mittels Teilwiderständen (R/. R₂', R_:i') der Querimpedanzelemenie rückgekoppelt ist.

12. Schaltung nach Anspruch 7. S, 9 oder 11. dadurch gekennzeichnet, daß Teilwiderstände (A₁'", R₄') der Querimpedanzelemente zweier nicht aufeinanderfolgender /?C-Glieder am Bezugspotential der Verzögerungsschaltung liegen (F i g. 7).