DE923492C - Schaltung zur Integration einer differenzierten Impulsspannung - Google Patents

Description

Das Patent 884655 betrifft eine Schaltungsanordnung zur Integration einer differenzierten Impulsspannung, bei welcher zwei Diodenstrecken vorgesehen sind, deren eine Kathode und deren andere Anode zusammengeschaltet und mit dem einen Beleg eines mit seinem anderen Beleg an Masse liegenden Kondensators verbunden sind. Diese Schaltung arbeitet in der Weise, daß die Impulse der einen Art, z. B. die positiven Impulse der Anode der einen Diodenstrecke zur Aufladung des Kondensators auf den Spitzenwert des an ihm auftretenden Impulses, und die Impulse der anderen Art, z. B. die negativen Impulse zur Entladung bzw. Umladung des Kondensators auf ein durch diese Impulsreihe bedingtes Potential über die andere Diodenistrecke deren Kathode zugeführt werden. Die an dem Ladekondensator entstehenden Impulse stellen dann die gewünschten integrierten Impulse dar. Sie können beispielsweise mittels einer durch die Impulse gesteuerten nachfolgenden Röhre oder auch direkt über einen hohen Verbraucherwiderstand abgegriffen werden. Es ist vorteilhaft, die Kapazität des der ständigen Umladung unterworfenen Kondensators so klein zu wählen, daß seine Lade- und Entladezeitkonstante in der Größen-Ordnung der Impulsdauer liegt, da nur in diesem Falle eine volle Ausnutzung der Impulsamplitude gewährleistet ist. Ist die Ladezeitkonstante beispielsweise zu groß, so wird der Kondensator während der Dauer eines der Schaltung zugeführten

Impulses nur auf einen Bnuchteil der Amplitude der an ihn gelangenden Impulse aufgeladen.

Wie im Hauptpatent ausgeführt ist, kann diese Schaltung sowohl zur Integration einer Impulsfolge verwendet werden, welche aus abwechselnd positiven und negativen Impulsen besteht, als auch zur Integration von zwei zeitlich gegeneinander verschobenen¹ Impulsfolgen verschiedener Polarität. Letztere Aufgabe tritt beispielsweise bei der Um-Wandlung von zeitmodulierten Impulsen in breitenmodulierte Impulse auf.

Bei einem im Hauptpatent dargestellten Ausführungsbeispiel wenden .die zu integrierenden Impulse einer solchen Schaltungsanordnung über je ein mit den Diodenstrecken in Serie liegendes und die Diodenstrecken vorspannendes-RC-Glied zugeführt. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch richtige Dimensionierung dieser RC-Glieder optimale Verhältnisse zu schaffen. Besitzt die durch die RC-Glieder bewirkte Vorspannung einen zu geringen Betrag, so treten, wie noch gezeigt wird, von der rechteckigen Form abweichende Impulsformen an dem Ladekondensator in Erscheinung, die für viele Zwecke ungünstig sind. Wenn· sich dagegen die Vorspannungen für die beiden Diodenstrecken oberhalb eines mittleren Spannungswertes befinden, entstehen integrierte Impulse, mit nahezu rechteckförmigem zeitlichem Verlauf an dem Ladekondfensator. Diese haben, wie man sich leicht überzeugt, eine um so kleinere Amplitude aufzuweisen, je größer die Vorspannung gewählt ist. Optimale Verhältnisse bekommt man daher, wenn die Vorspannung genau diesem mittleren Spannungswert entspricht. Es ergeben sich dann Impulse, welche, ohne eine Veränderung ihrer ursprünglich rechteckigen Form zu erleiden, eine maximal mögliche Amplitude besitzen.

Um das Auftreten von Impulsen mit nicht rechteckförmigem Verlauf an dem Ladekondensatoc zu vermeiden, wird daher erfindungsgemäß vorgeschlagen, d'ieVorspanniungswerte für jede der beiden Diodenstrecken in dieser Schaltung derart zu wählen, daß ihre Summe höchstens gleich der Impulsamplitude der der Schaltung zugeführten Impulse ist.

Bei einer Schaltungsanordnung, wie sie im Hauptpatent vorgeschlagen ist, bei welcher die Vorspannung der beiden Diodenstrecken auf selbsttätige Weise mit Hilfe von RC-Gliedern erzeugt wird, ist diese Forderung in einfacher Weise durch geeignete Bemessung dieser RC-Glieder zu erfüllen. Die erforderliche Vorspannung kann aber auch mit Hilfe von Spannungsquellen herbeigeführt werden, deren Spannungswerte geeignet gewählt sind,, und welche mit richtiger Polung in Reihe mit den beiden Diodenstrecken liegen.

Zur Erläuterung der Erfindung wird auf das bereits im Hauptpatent beschriebene Ausführungsbeispiel Bezug genommen, dessen Schaltung in der Abb. ι nochmals dargestellt ist. Mit dieser Schaltungsanordnung soll beispielsweise die in Abb. 2 a dargestellte Impulsfolge integriert werden, d. h. es sollen Rechteckimpulse gebildet werden, deren Dauer gleich dem zeitlichen Abstand zwischen je einem positiven und -dem darauffolgenden negativen Impuls dieser Folge ist (vgl. Abb. 2b). Zu diesem - Zweck wird die Impulsfolge gemäß Abb. 2a sowohl über das RC-Glied 1,5 als gleichzeitig auch über das R/C-Glied 3,6 der Schaltung zugeführt. Die linke Diodenstrecke der Doppeldiode 2 läßt dann entsprechend ihrer Durchlaßrichtung jeweils nur die positiven Impulse der gegebenen Impulsfolge passieren, während die rechte Diodenstrecke nur die negativen Impulse verarbeiten kann. Man kann in diesem Falle einfacher aber auch so verfahren, daß man die beiden Eingänge der Schaltung miteinander verbindet (in Abb. 1 durch die gestrichelte Linie angedeutet) und die aus positiven und negativen Impulsen bestehende Impulsfolge nun lediglich an dem gemeinsamen Verbindungspunkt 7 der Schaltung zugeführt wird.

Die Wirkungsweise der Schaltung ist folgende: Im stationären Zustand haben sich die Kondensatoren ι und 3 der Schaltung je auf einen Spannungswert aufgeladen, dessen Größe außer durch die Kapazitäten 1. und 3 auch durch die Widerstände 5 und 6 gegeben ist. Diese Spannung stellt für jede der beiden Diodenstrecken eine Vorspannung dar, die von den ankommenden Impulsen überwunden werden muß, und zwar bekommt die Anode der linken Diodenstrecke der Doppeldiode 2 ein negatives Vorspannungspotential, während die Kathode der rechts befindlichen Diodenstrecke positives Potential erhält. Zur Vereinfachung der Betrachtungsweise sei angenommen, daß die positiven und negativen Impulse der gegebenen Impulsfolge den gleichen Amplitudenwert besitzen, der im folgenden mit Uj bezeichnet sei (vgl. Abb. 2a). Ferner sei für die folgenden Betrachtungen die Ladespannung des Kondensators 1 mit U₁ und diejenige des Kondensators 3 mit U₃ bezeichnet. Gelangt nun ein positiver Impuls über das RC-Glied 1,5 an die Diode 2; so ruft nur der Teil des Impulses in dieser einen Stromnuß hervor, der die durch den Kondensator ι bedingte Vorspannung übersteigt. Der Kondensator 4 wird daher durch jeden positiven Impuls auf den positiven Spannungswert Uj— U₁ aufgeladen. Man erkennt, daß die Amplitude des Ladeimpulses um so kleiner sein wird, je größer die die Diode sperrende Vorspannung ist. Ist die durch das RC-Glied 3,6 bedingte Vorspannung der anderen Diodenstrecke mindestens ebenso groß, was vorausgesetzt sei, so kann eine Entladung des Kondensators 4 über diese Strecke nicht erfolgen. Da außerdem an dem Kondensator 4 kein Ableitwiderstand vorgesehen ist (allenfalls ein sehr großer), so bleibt seine Ladung jeweils so lange auf einem konstanten Wert gespeichert, bis ein über die andere Diodenstrecke auf den Kondensator 4 gelangender negativer Impuls den Kondensator auf den Wert

■ (Uj— U₃) umlädt. Das Ergebnis ist daher die in Abb. 2b dargestellte Rechteckspannung, welche an dem Kondensator 4 in Erscheinung tritt. Eine rechteckige Impulsform tritt aber, wie gesagt, nur dann auf, wenin die Vorspannung der beiden Diodensfrecken genügend hoch gewählt ist, so daß

der über die eine Diodenstrecke aufgeladene Kondensator sich nicht selbsttätig über die andere Diodenstrecke wieder entladen kann.

Es ist leicht einzusehen, daß im einfachsten Falle einer symmetrischen Anordnung, d. h. einer Anordnung, bei welcher sowohl die Kondensatoren ι und 3 als auch die Widerstände 5 und 6 gleich bemessen sind, die Spannung an den Koppelkondensatoren nicht niedriger als Uj ₂ werden darf, wenn die rechteckige Gestalt der am Kondensator 4 entstehenden, integrierten Impulse gewährleistet sein soll. Wenn nämlich beispielsweise der Kondensator 1 und der Kondensator 3 je eine Spannung von U_J/st —Δ U hat, wobei Δ U eine gegen Uj kleine Spannungsgröße ist, dann wird der Kondensator 4 über die links befindliche Diodenstrecke auf einen Wert Uj —(Uj/2 — Δ U) = Uj₁₂ + Δ U aufgeladen. Da die andere Diodenstrecke jedoch voraussetzungsgemäß nur die Vorspannung U'_ΐΆ-—Δ U an ihrer Kathode besitzt, wird der Kondensator 4 nach Verschwinden des Ladeimpulses seine Spannung nicht bis zum Eintreffen des nächsten negativen Impulses ,auf der ursprünglichen Ladespannung halten können, sondern sich sofort wieder über die andere Diodenstrecke entladen, und zwar so lange, bis er ebenfalls die Spannung Uj,₂ — Δ U angenommen hat. Erst dieses Potential, welches also um den Betrag 2 Δ U niedriger liegt als das ursprüngliche Ladepotential, wird dann bis zum Eintreffen des nächsten negativen Impulses beibehalten, der den Kondensator umlädt, und den gleichen. Vorgang in umgekehrter Richtung einleitet. Es entsteht daher am Kondensator 4 die in Abb. 2 c gezeigte Spannung, deren Form nicht mehr dem gewünschten rechteckigen Verlauf entspricht.

Die Vorspannungswerte der beiden Kondensatoren ι und 3 sollten also im Falle einer symmetrischen Schaltung zweckdienlich nicht kleiner als die halbe Impulsamplitude gewählt werden, was man in allgemeinerer Formulierung auch so ausdrücken kann, daß die Summe der beiden absolut genommenen Vorspannungswerte höchstens gleich dem absoluten Betrag der Impulsamplitude sein darf. In mathematischer Form lautet dies:

Es leuchtet nach diesen Ausführungen ohne weiteres ein, daß man in praktischen Fällen, sofern keine anderen Erwägungen dagegenstehen, stets bestrebt sein wird, den Fall des Gleichheitszeichens zu verwirklichen. In diesem Falle haben dann die am Ladekondensator 4 auftretenden integrierten Impulse unter Beibehaltung ihrer rechteckförmigen Gestalt die maximal mögliche Amplitude, was mit einem Gewinn an Verstärkung gleichbedeutend ist.

Ähnliche Überlegungen lassen sich auch für den Fall ungleicher Amplituden der positiven und negativen Impulse sowie für den Fall einer unsymmetrischen Anordnung der Schaltung gemäß Abb. 1 anstellen. Alle diese mit einem größeren mathematischen Aufwand durchführbaren Überlegungen führen ebenfalls zu derselben in obiger Gleichung ausgedrückten Bedingung. Im Falle, daß die positiven und negativen Impulse ungleiche Höhe haben, ist allerdings zu beachten, daß die Spannung am Ladekondensator 4 höchstens so groß werden kann wie der kleinere der beiden Impulse, was unmittelbar einleuchtet, weil dieser Impuls nur eine Spannung am Kondensator 4 umladen kann, die kleiner ist als der Impuls selbst.

Die in Abb. 3 dargestellte Schaltungsanordnung zeigt eine weitere Ausführungsform, bei welcher die Vorspannung der beiden Diodenstrecken mit Hilfe von zwei Batterien oder anderen Spannungsquellen erfolgt. Diese den Kondensatoren entsprechenden, ebenfalls mit den Bezugszeichen 1 und 3 versehenen Schaltelemente müssen mit einer solchen Polarität vor die beiden Diodenstrecken geschaltet sein, daß die Anode der linken Diodenstrecke ein negatives Vorspannungspotential und die Kathode der rechten Diodenstrecke ein positives Vorspannungspotential erhält. Die in Abb. 1 mit 5 und 6 bezeichneten Widerstände erübrigen sich natürlich hier.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Integration einer differenzierten Impulsspannung nach Patent 884 655, bei welcher die Impulse verschiedener Polarität über zwei entsprechend vorgespannte Diodenstrecken einen Kondensator kleiner Kapazität abwechselnd auf- und entladen bzw. umladen, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannungswerte für jede der beiden Diodenstrecken derart gewählt sind, daß ihre Summe höchstens gleich der Impulsamplitaide der der Schaltung zugeführten Impulse ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur selbsttätigen Herstellung der Vorspannung entsprechend dimensionierte RC-Glieder vorgesehen sind.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der Vorspannung entsprechend dimensionierte Spannungsquellen vorgesehen sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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