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Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer amplitudenmodulierten Sägezahnimpulsfolge
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Erzeugung einer Folge von Sägezahnimpulsen, deren Amplituden im Takte einer Modulationsspannung moduliert sind, wobei die Modulationsspannung in Form einer Gleichspannung und einer Folge äquidistanter gleicher Impulse über einen Gleichrichter einem Kondensator zugeführt werden, durch dessen Entladung eine lineare Sägezahn-Span- nungscharakteristik gebildet wird.
Derartige Schaltungen werden z. B. in Impulsmodulatoren verwendet, die zur Erzeugung von längenmodulierten Impulsen und weiter zur Er- zeugung von phasenmodulierten Impulsen dienen. Zur Erzeugung von phasenmodulierten Impul-
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man diese amplitudenmodulierten Sägezähne über eine Begrenzerschaltung, dann erhält man eine dauermodulierte Impulsfolge und daraus durch Differentiation und anschliessende Unterdrückung der positiven oder negativen Impulsspitzen eine phasemnodulierte Impulsfolge.
Nachteilig an dieser bekannten Schaltung ist, dass die phasenmodulierte Impulsfolge erst nach mehrmaliger Impulsumformung entsteht. Infolge dieser mehrmaligen Umwandlung in verschiedene Impulsformen ist der Aufwand bei einem derartigen Modulator und damit gleichzeitig die Störanfälligkeit sehr gross, umsomehr als im allgemeinen zwischen den einzelnen Umformerstufen Verstärker vorgesehen sein müssen, welche die entstehenden Verluste wieder ausgleichen.
Es ist ferner bereits eine Schaltung bekannt, bei welcher die Modulationsspannung mit einer äquidistanten Impulsfolge überlagert wird und bei welcher die Modulation direkt dauermodulierten Im- pulsen aufgeprägt wird. Diese bekannte Schaltung sowie deren Wirkungsweise sollen nachstehend an Hand der Fig. 1 und 2 erläutert werden. In Fig. 1 ist mit 1 ein Übertrager bezeichnet, über den die Modulationsspannung zugeführt wird, mit 2 eine Gleichspannungsquelle und mit 3 ein weiterer
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sich gleicher und äquidistanter Impulse dient. Die SekundärwickLungen der beiden übertrager 1 und 3 sind durch zwei niederohmig Widerstände 4 und 5 überbrückt. Über einen Gleichrichter 6, z.
B. eine Diode, sind die Sekundärwicklun-
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Übertrager Belegung eines Kondensators 7, der mit seiner anderen Belegung an Masse liegt, verbunden. Die an
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des Kondensators 7 ist über einen hochohmigen Widerstand 8 mit einer an, die Klemme 9 angeschlossenen Spannungsquelle und mit dem Gitter einer Begrenzerröhre 10 verbunden. Zwischen der Kathode der Röhre 10 und Masse liegt ein RC-Glied zur Vorspannungserzeugung für die Röhre 10, bestehend aus einem Widerstand 11 und einem Kondensator 12.
Die Wirkungsweise dieser Schaltung soll an Hand der in Fig. 2 dargestellten Impulsdiagramme erläutert werden. Dem Übertrager 3 wird eine Folge unter sich gleicher, äquidistanter Rechteckimpulse (Fig. 2a), dem Übertrager 1 die Modulationsspannung (Fig. 2b) zugeführt, während die Spannungsquelle 2 eine Gleichspannung abgibt, die mindestens so gross wie die grösste auftretende Modulationsspannung ist, so dass also die Summe von Modulationsspannung und Gleichspannung stets entweder positiv oder negativ ist. Die Polung der Gleichspannungsquelle 2 und der über den übertrager 3 zugeführten Impulsfolge ist gleich zu wählen.
Die Summe dieser drei Spannungen, wie sie an der Kathode der Diode 6 auftritt, ist in
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Klemme 9 angeschlossenen Spannungsquelle ist gleich der Polung der zugeführten Impulsfolge bzw. gleich der Polung der an 2 angelegten Span- nungsquelle. Von der Klemme 9 Hiesst dann über den ohmschen Widerstand 8 dem Kondensator 7 eine Ladung zu, die an der Anode der Diode 6
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den Spannungsschwankungen entspricht, wie sie an der Kathode der Diode 6 herrschen. Dabei fliessen über die Diode 6 kleine Ströme, die an den ohmschen Widerständen 4 und 5 einen zusätzlichen Spannungsabfall erzeugen.
Dieser Spannungsabfall ändert jedoch nichts daran, dass die Spannung an der Anode der Diode 6 im Takte
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schwankt,Widerstand H des RC-GIiedes 11, 12 zwischen Kathode und Masse der Begrenzerröhre 10 ist so gross zu wählen, dass die Begrenzerröhre 10 für die bei Nichtvorhandensein der Impulsfolge maximal am Kondensator 7 auftretenden Spannungen stets
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zusätzlich die Impulsfolge (Fig. 2a) zu, dann ent- steht, wie bereits erwähnt, an der Kathode der
Diode 6 ein Spannungsverlauf. wie er in Fig. 2c dargestellt ist.
Ist die Zeitkonstante des aus dem
Widerstand 8 und dem Kondensator 7 bestehen- den RC-GIiedes so gross, dass die Ladung des Kon- densators 7 den schnellen Schwankungen, wie sie beim Eintreffen einer Impulsvordedlanke aurtre- ten, nicht folgen kann, dann steigt die Spannung am Kondensator 7 und damit an der Anode der
Diode 6 mit dem Eintreffen der Impulsvorder- Ranke, beginnend, nach einer e-Funktion an. Der e-förmige Spannungsanstieg am Kondensator 7 endet mit dem Eintreffen der jeweiligen Impuls- rückflanke, da in diesem Fall plötzlich die Span- nung an der Anode der Diode 6 wesentlich höher ist als an der Kathode dieser Diode. Die Diode 6
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des Kondensators 7 nach Masse ab.
Wenn man zudem die Spannung der an die Klemme 9 angeleg- ten Spannungsquelle gross im Vergleich zu den angelegten Impulsen wählt, dann wird beim e-förmigen Anstieg der Spannung an der Anode der Diode 6 nur ein kurzer und damit weitgehend linearer Spannungsanstieg durchlaufen. An der Anode der Diode 6 entsteht also ein Spannungverlauf wie er in Fig. 2d dargestellt ist. In Fig. 2d ist zusätzlich noch als gestrichelte Linie die Span-
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und sperrt wieder, sobald die Kondensatorspannung unter diesen Schwellenwert absinkt. Am Ausgang der Röhre 10 entstehen demnach dauermodulierte Impulse, wie sie in Fig. 2e dargestellt sind.
Der den dauermodulierten Impulsen aufgepräg- te Nachrichteninhalt wird bei dieser bekannten Schaltung der Modulationsspannung zu Zeiten entnommen, bei welchen die am Kondensator 7 liegende Spannung den Spannungswert V übersteigt. Wie man aus Fig. 2d sehr gut erkennen kann, liegen diese Zeitpunkte nicht in äquidistanten Abständen. Infolge der nicht äquidistanten Entnahme des Nachrichteninhaltes aus der Modu-
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einen Übertrager macht jedoch in der Praxis Schwierigkeiten, da ein Übertrager Impulse stets differenziert. Je grösser die Dauer eines übertragenen Impulses ist, umso grösser ist demnach der Abfall des Impulsdaches und umso grösser ist auch der bei der Differentiation entstehende Impulsschwanz. Es versteht sich von selbst, dass derartig verformte Impulse eine weitere Modulationsverzerrung verursachen.
Ein weiterer Nachteil dieser bekannten Schal-
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liegt darin, dassgross bemessen und demnach auch der Übertrager 1 für relativ grosse Leistungen ausgelegt sein.
Die Nachteile der bekannten Anordnung wer- den vermieden, indem erfìndungsgemäss die Ampli- tude der Modulationsspannung ebenso gross oder grösser ist als die Gleichspannung, dass die zugeführten Impulse gegenüber der Gleichspannung entgegengesetztes Vorzeichen und mindestens die gleiche Amplitudenhöhe wie die maximale Mo- dulationsspannung aufweisen, dass ein Gleichrichter dem Kondensator parallel angeordnet und über einen Widerstand mit einer Spannung verbunden ist, die das gleiche Vorzeichen aufweist wie die Gleichspannung, wobei für die Dauer der zuge- führte-u Impulse der vor dem Kondensator angeordnete Gleichrichter leitend ist und der dem Kondensator parallel angeordnete Gleichrichter sperrt, und dass die,
beiden Gleichrichter beim 1 Auftreten der Impulsflanken ihren Schaltzustand ändern.
Das Ausführungsbeispiel einer ernndungsgemä-
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nachstehend an Hand der Fig. 3 und 4 näher erläutert werden.
Zur Zufù. l1rung der Modulationsspannung, ist ein Übertrager 13, zur Zuführung einer äquidistanten Impulsfolge ein Übertrager 14 vorgesehen. In Serie zu den Sekundärwicklungen der bei den 1
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ohmschen Widerstandes und eines Kondensators ersetzt werden kann, an welcher durch Spannungsabfall eine Gleichspannung entsteht. Parallel zur
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des übertragers 14 ein ohmscher Widerstand 17. Dieser bis jetzt beschriebene Schaltungsteil ist über
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Belegung an Masse liegt. In gleicher Weise wie bsi der bekannten Schaltung ist auch hier die mit der Diode 18 verbundene Belegung des Kondensators 19 über einen hochohmigen Widerstand 20 mit einer Klemme 21 verbunden, an die eine Quelle hoher Spannung angeschlossen ist.
Parallel zum Kondensator 19 liegt ein weiterer Gleichrichter 22, und zwar derart gepolt, dass er sich für die über den Gleichrichter 18 fliessenden Ströme im Sperrzustand befindet.
Die Wirkungsweise der ernndungsgemässen Schaltung, die gewisse Ahnlichkeiten mit der bekannten Schaltung (Fig. 1) aufweist, die sich jedoch, insbesondere bezüglich ihrer Wirkungsweise,
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nachstehend an Hand der in Fig. 4 dargestellten Impulsdiagramme erläutert werden. Die von der Spannungsquelle 15 gelieferte Spannung ist mindestens so gross zu wählen wie die maximale Amplitude der Modulationsspannung, die Polung
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15.spannung und der Gleichspannung 15 ist. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 3, bei dem die nega- tive Klemme der Gleichspannungsquelle 15 an Masse liegt, weisen die zugeführten Impulse negative Polung auf. In diesem Fall liegt an der Kathode der Diode 18 eine Spannung, wie sie in Fig. 4c darstellt ist.
Nimmt man zunächst ver- einfachend an, dass über den Übertrager 14 keine
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Kathode der Diode 18 stets positive Spannung herrscht, an der Anode der Diode 18 praktisch Nullpotential, da sich die an die Klemme 21 an-
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stand 20 und die Diode 22 nach Masse entlädt.
Wird nun zusätzlich zu der Modulationsspannung und der Gleichspannung die Impulsfolge über den Übertrager 14 zugeführt, dann wird während der Dauer der Impulse die Kathode der Diode 18 negativ gegenüber der Anode dieser Diode. Die Diode 18 leitet demnach während dieser Zeit und lädt den Kondensator 19 auf eine negative Spannung auf, deren Höhe von der beim Eintreffen des Impulses herrschenden Modulationsspannung abhängig ist. Die an der Anode der Diode 18 lie- gende Belegung des Kondensators 19 wird demnach negativ gegenüber der Massebelegung, wodurch eine Sperrung der Diode 22 bewirkt wird.
Da nun der Strom der an die Klemme 21 angeschlossenen Gleichspannungsquelle nicht mehr
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tion, von der nur ein kleiner und damit weitgehend linearer Abschnitt durchlaufen wird, wenn die Spannung der an 21 angeschalteten Spannungsquelle sehr hoch gegenüber den am Kondensator 19 auftretenden Spannungen gewählt ist. Der Kondensator 19 entlädt sich etwa auf die Spannung Null, da dann, wenn die Anode der Diode 18 bzw. die Anode der Diode 22 wieder Nullpotential annimmt, die an 22 angeschaltete Spannungsquelle über die Diode 22 wieder Masseverbindung hat.
Der Spannungsverlauf, wie er in der oben beschriebenen Weise am Kondensator 19 entsteht, ist in Fig. 4d dargestellt. An diese erfindun. gsge- mäss ( : Schaltung kann dann in an sich bekannter Weise eine Begrenzerschaltung angeschaltet'wer- den, welche die erhaltenen sägezahnförmigen amplitudenmodulierten Impulse in längenmodulierte Impulse umwandelt, wie sie in Fig. 4e dar-
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An Stelle der Entladevorrichtung, die aus der an die Klemme 21 angeschalteten Spannungquelle und dem ohmschen Widerstand; 20 besteht, kann zur Entladung des Kondensators beispielsweise auch ein sogenannter Miller-Integrator Verwendung finden, in der Weise, dass der Kondensator 19 als Rückkopplungskondensator für den
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und mit Masse verbunden ist.
Der parallel zum Kondensator 29 liegende Gleichrichter 22 kann auch durch die Gitter-Kathodenstrecke einer Verstärkerröhre ersetzt werden.
Besonders geeignet hiefür ist die erste Röhre der Begrenzerschaltung, wodurch praktisch der Gleichrichter 22 eingespart wird. Es ist jedoch in diesem Fall darauf zu achten, dass das Gitter einer Verstärkerröhre, deren Gitter-Kathodenstrecke als Gleichrichter wirksam ist, nicht gegen Masse vorgespannt sein darf, sondern direkt mit Masse zu verbinden ist.
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richteninhalt zu äquidistanten Zeitpunkten aus der Modulationsspannung entnommen. Diese äquidistanten Zeitpunkte entsprechen den Zeitpunk-
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werden, für die Praxis hat sich eine Impulsdauer 1 als günstig erwiesen, die etwa um eine Grössenordnung kleiner ist als die maximale Dauer der entstehenden Sägezahnimpulse.
Durch die kurze Dauer dieser Impulse ist die Gewähr gegeben, dass durch den Impulsübertrager 14 keine wesentliche 1
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Gleichspannungsverhältnisse zu schaffen. Die Grö- : sse des Kondensators 16 ist so zu wählen, dass sie durch die Kapazität des Kondensators 16 und die Induktivität des Übertragers 13 gebildete Impedanz für die ankommende Modulationsspannung
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Parallelresonanzverhalten aufweist.
Hiedurch kommt man dem für die Praxis erwünschten Zustand eines unendlich hohen Eingangswiderstandes und damit maximaler Eingangsspannung sehr nahe, so dass die zugeführte Spannung relativ klein sein kann, und dass dementsprechend der Modulationsspannungsübertrager nur für kleinere Leistung ausgelegt zu sein braucht. Die durch den Kondensator 16 und den Übertrager 13 gebildete
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führte Modulationsspannung, falls sie einen sehr breiten Frequenzbereich einnimmt, nicht immer den gleichen Eingangswiderstand vorfindet. Es wird deshalb weiterhin vorgeschlagen, die Modulationsspannung über ein Tiefpassfilter zuzuführen, das einen definierten Eingangswiderstand für die
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menden Frequenzband darstellt.
Beim vorstehenden Ausführungsbeispiel wurden eine positiv gepolte Gleichspannungsquelle 15 und eine positiv gepolte, an die Klemme 21 angeschlos- sene, Gleichspannungsquelle vorgesehen, während die zugeführte Impulsfolge negativ gepolt war.
Selbstverständlich können diese Polungen jeweils
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richter 18 und 22 ebenfalls mit entgegengesetzter Polung einzuschalten sind.
PATENTANSPRÜCHE : 1. Anordnung zur Erzeugung einer Folge von Sägezahnimpulsen, deren Amplituden im Takte
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die Modulationsspannung, eine Gleichspannung und eine Folge äquidistanter, gleicher Impulse über einen Gleichrichter einem Kondensator zu- geführt werden, durch dessen Entladung eine lineare Sägezahn-Spannungscharakteristik gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Amplitude der Modulationspannung ebenso gross oder grösser ist als die Gleichspannung (15), dass die zugeführten Impulse gegenüber der Gleichspannung entge-
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Vorzeichentionsspannung aufweisen, dass ein Gleichrichter (22) dem Kondensator (19) parallel angeordnet und über einen Widerstand (20)
mit einer Spannung (21) verbunden ist, die das gleiche Vorzeichen aufweist wie die Gleichspannung (15), wobei für die Dauer der zugeführten Impulse der vor dem Kondensator (19) angeordnete Gleichrich-
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die beiden Gleichrichter beim Auftreten der Im- pulsHanken ihren Schaltzustand ändern.