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Impulsentzerrer mit Start-Stop-Synchronisierung
Gegenstand dieser Erfindung ist ein Impulsentzerrer mit Start-Stop-Synchronisierung, der aus einer bistabilen Eingangskippschaltung, aus einer bistabilen Entzerrungskippschaltung und aus einem Impulsgenerator besteht.
Die Anordnung und Wirkungsweise bekannter Impulsentzerrer mit Start-Stop-Synchronisierung sind in den Fig. 1-4 dargestellt. Fig. 1 zeigt das Blockschaltbild eines bekannten Impulsentzerrers.
In Fig. 1 bedeutet : A - Eingangskreis, B - Entzerrungskreis, C-Impulsgenerator. Das Prinzip der Impulsentzerrung ist in Fig. 2 veranschaulicht, u. zw. in drei Zeitabhängigkeitsdiagrammen a, b, c, von denen a den Verlauf der ankommenden Fernschreibimpulse, c die Form und zeitliche Reihenfolge der Steuerungsimpulse und schliesslich b die Form der aus dem Entzerrungskreise austretenden Impulse darstellt.
Mit Rücksicht auf die Start-Stop-Synchronisierung muss der Generator der Steuerimpulse (Fig. 1) derart angeordnet werden, dass im Augenblicke des Synchronisiervorganges (d. h. am Anfang des Start-Impulses) dieser Generator vom Eingangskreis A angelassen wird, um dann mit einer vorbestimmten Verzögerung Tz (Fig. 2) die nötige Zahl der Steuerimpulse auszusenden, welche den Entzerrungskreis steuern. Die Verzögerungszeit wird mit Rücksicht auf die Erzielung des maximalen Spielraumes des Entzerrers gewählt, u. zw. derart, dass sich die Steuerimpulse (Diagramm b in Fig. 2) im theoretischen Mittelpunkt der Eingangsimpulse (Diagramm a in Fig. 2) befinden. Die Zahl der Steuerimpulse gleicht in der Regel der Impulszahl der StartStop-Impulsfolge. So sind z.
B. für die Entzerrung eines Fernschreibsignals sieben Steuerimpulse vorhanden (Start-Impuls, fünf Kombi-
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gleicht der Länge der Impulseinheit. Die genaue Einhaltung dieses Intervalls bestimmt die Güte der Ausgangsimpuls (Diagramm c in Fig. 2).
Der Entzerrungskreis B ist in üblicher Durchführung von einer elektronischen bistabilen Multivibratorschaltung gebildet, die derart geschaltet ist, dass sie im Augenblick des Ein- wirkens des vom Impulsgenerator kommenden Steuerimpulses in den Zustand umkippt, der mit dem Zustand des Eingangskreises übereinstimmt.
Die übliche Anordnung des Impulsgenerators c ist in Fig. 3 veranschaulicht. Der Oszillator D stellt die zeitmessende Grundeinheit der gesamten Schaltung dar. Die Ausgangsspannung des Oszillators D steuert den Impulsformerkreis E, welcher die sinusförmige Ausgangsspannung des Oszillators in rechteckförmige Impulse umwandelt. Die zugehörigen Spannungsverläufe sind in Fig. 4 nach der Zeit aufgerollt dargestellt.
Die sinusförmige Oszillatorspannung (Kurve d) wird in die rechteckförmige Spannung e mit gleicher Frequenz umgewandelt. Im Kreise F werden aus dem rechteckförmigen Spannungsverlauf die scharfen Ableitungsimpulse f heraus- geschnitten, die zeitlich mit den Stirnen des rechteckförmigen Verlaufes e übereinstimmen.
Es ist ersichtlich, dass der Zeitabstand der nacheinanderfolgenden Steuerimpulse durch
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Länge der ersten Hälfte der Oszillatorspannungsperiode abgeleitet, die unmittelbar nach dem Einschalten des Oszillators folgt. Zur Ein- und Abschaltung des Oszillators dient der Schaltkreis H, der einerseits vom Eingangskreis (Eingang A), anderseits vom Impulszähler G gesteuert wird. Der Eingangskreis steuert den Schaltkreis H in dem Augenblick, in welchem die Stirn des Start-Impulses des ankommenden Fernschreibzeichens gerade vorkommt, während der Zähler, mit Hilfe des Schaltkreises H die Abstellung der Oszillatorschwingungen bewirkt, nachdem die nötige Zahl der Impulse ausgesandt wurde.
Der Impulszähler G ist entweder ein direkt zählender Binär- oder Dezimalkreis, der für die Abzählung der nötigen Impulszahl angepasst ist, oder ist dieser Kreis als zeitmessende Einheit konstruiert, welche die Messung der gesamten Zeitdauer der nötigen Zahl der Intervalle zwischen nacheinanderfolgenden Steuerimpulsen vollführt. Nach der Abschaltung beharrt der Oszillator im Ruhezustand, u. zw. bis zur nächstfolgenden Wiedereinschaltung durch einen Startimpuls.
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Aus dieser Beschreibung der Arbeitsweise des Steuerimpulsgenerators gehen die Arbeitsbedingungen des Oszillators klar hervor. Zur Erzielung der erforderlichen Güte des Ausgangsimpulses muss unbedingt ein hochwertiger Oszillator mit ausgezeichneter Frequenzstabilität benützt werden. Dabei kann die richtige Lage der Steuerimpulse im Verhältnis zu den Fernschreibimpulsen nur dann gesichert werden wenn die erste Schwingung des Oszillators mit den darauffolgenden Schwingungen übereinstimmt, was bedeutet, dass die Oszillatorschwingungen ohne etwaige Einschwingvorgänge einsetzen müssen. Die gleichzeitige Erfüllung dieser beiden Bedingungen ist ausserordentlich schwierig, da die stabilen RC-Oszillatoren jedenfalls mit Einschwingvorgängen behaftet sind.
Die vorliegende Erfindung verfolgt den Zweck, einen Impulsentzerrer mit Start-stop-Synchro- nisierung zu schaffen, bei dem die schwierigen, mit dem einschwingfreien Ein- und Abschalten des stabilen Oszillators verbundenen Arbeitsbedingungen wegfallen.
Der erfindungsgemässe Impulsentzerrer mit Start-stop-Synchronisierung, der aus einer bistabilen Eingangskippschaltung, einem in Abhängigkeit vom Erregungszustand der Eingangskippschaltung gesteuerten Impulsgenerator für kurze Rechteckimpulse, wobei die Periode der vorbestimmten Impulslänge der zu entzerrenden Impulsreihe entspricht, und aus einer bistabilen Entzerrungskippschaltung besteht, wobei der Entzerrungskippschaltung einerseits die Empfangsimpulse und anderseits die Steuerimpulse des Impulsgenerators zugeführt sind, wobei bei Koinzidenz derselben der Ausgang mit Impulsen vorbestimmter Dauer beaufschlagt ist, ist dadurch gekennzeichnet, dass der Impulsgenerator auch in den Pausen zwischen dem Empfang von Impulsreichen erregt ist und zwischen Eingangsschaltung und Impulsgenerator eine Synchronisierschaltung angeordnet ist, die aus zwei Univibratoren besteht,
von denen der erste eine Zeitkonstante gleich der vorbestimmten Dauer der zu entzerrenden Impulsreihe aufweist und der zweite eine Zeitkonstante von der Grösse des vorbestimmten Intervalles zwischen empfangenem Impuls und zugehörigem Steuerimpuls besitzt, wobei der erste Univibrator durch den ersten empfangenen Impuls in seine instabile Lage gekippt ist, der Kippimpuls desselben dem zweiten Univibrator zugeführt ist und in der instabilen Lage des letzteren der Oszillator abgeschaltet ist.
Ein Beispiel der erfindungsgemässen Anordnung ist in Fig. 5,6 und 7 veranschaulicht. Die Fig. 5 zeigt das Blockschaltbild der erfindungsgemässen Schaltung, in Fig. 6 ist die ausführliche Schaltung des mit Transistoren bestückten Entzerrers gezeichnet und die Fig. 7 zeigt schliesslich die Spannungsvorläufe in einigen wichtigen Punkten der erfindungsgemässen Schaltung.
Ähnlich wie bei den bisher bekannten Impulsentzerrern wird auch bei dem erfindungsgemässen Entzerrer ein Entzerrungskreis B benützt, der derart geschaltet ist, dass er in dem Augenblicke, in welchem der im Impulsgenerator erzeugte Steuerimpuls an seinen Eingang gelangt, in einen solchen Zustand umkippt, der mit dem Zustand des Eingangskreises übereinstimmt. Das Intervall zwischen den nacheinander folgenden Impulsen des Impulsgenerators entspricht der Länge der Impulse, die entzerrt werden. Im Gegensatz zu bekannten Anordnungen ist der Oszillator des Impulsgenerators dauernd eingeschaltet, so dass die Steuerimpulse ununterbrochen dem Entzerrungskreise zugeführt werden. Der Vorteil dieser Anordnung besteht darin, dass die stetige Impulsfolge eine dauernde Kopplung zwischen der Eingangs- und Ausgangstelegraphieleitung vermittelt.
Eine solche Kopplung kann nun die beständigen Kriterien der telegraphischen Verbindung übertragen, was natürlich bei dem bisher üblichen abwechselnd ein-und abgeschalteten Impulsgenerator nicht der Fall ist, wo z. B. der Übergang vom Zeichen- in den Trennzustand verloren gehen kann, wenn dieser Übergang in dem Augenblicke der Abzählung der nötigen Impulszahl stattfindet, d. i. in dem Augenblicke, in welchem die Aussendung der Steuerimpulse vom Steuergenerator gerade endet.
Ein weiterer Vorteil der beständigen Abgabe der Steuerimpulse besteht darin, dass über dem Fernschreibentzerrer auch andersartige und von den Fernschreibimpulsen unterschiedliche Impulse übertragen werden können, solange nur die Länge solcher Impulse dem ganzzahligen Vielfachen des Intervalls zwischen den Steuerimpulsen entspricht. Es sind dies z. B. die Wahlimpulse 40 : 60 ms bei einem Intervall von 20 ms, für die Telegraphiergeschwindigkeit von 50 Band.
Eine Impulssynchronisierung des Oszillators wurde darum gewählt, weil diese Art von Synchronisierung leichter zu erzielen ist als die abwechselnde Ein- und Abschaltung des Oszillators. Wie bereits oben ausgeführt, arbeiten die stabilen Oszillatoren gewöhnlich mit einem sinusförmigen Verlauf der Ausgangsspannung, u. zw. mit minimalem Gehalt von Harmonischen. Wenn derartige Oszillatoren ein-bzw. ausgeschaltet werden, kommt es, bei der Einschaltung, zu Ladungsvorgängen an den Kopplungskondensatoren, die zur zeitabhängigen Veränderung der Arbeitsbedingungen des Oszillators führen. Das alles hat zur Folge, dass sich die Schwingungsdauer des Oszillators im Laufe der ersten Schwingungen ändert.
Falls der Oszillator nur für kurze Zeit (praktisch nicht länger als für eine Periode) abgeschaltet wird, können die Arbeitsbedingungen infolge der Kondensatorentladung nicht ver- ändert wrrden. In diesem Falle wird der Oszillator unter Wirkung des kurzen Schaltimpulses bloss in eine bestimmte, von dem Ende des Schaltimpulses abgeleitete Phasenlage gebracht.
Durch geeignete Schaltung des Synchronisierkreises wurde erreicht, dass der Oszillator nur in dem Augenblicke synchronisiert wird, der
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mit der Stirn des Start-Impulses zusammenfällt. Dabei ist die Länge des synchronisierenden Schaltimpulses derart gewählt, dass nach der Synchronisierung der erste Steuerimpuls ausgesandt wird, u. zw. mit der Verzögerung, welche der Hälfte der Schwingungsdauer gleich ist.
In Zusammenhang mit Fig. 5 wird nun die Schaltung und Arbeitsweise des Entzerrers beschrieben, der zur Entzerrung der Fernschreibimpulse bei einer Telegraphiergeschwindigkeit
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in Fig. 1, und 2 K stellt den Entzerrungskreis entsprechend dem Teil B in Fig. 1 dar. In praktischer Durchführung ist die Synchronisier- einrichtung als eine Schaltung zweier mono- stabiler Multivibratoren 3 K und 4 K angeordnet.
Beim Einlangen des ersten Zwischenimpulses aus der Eingangsleitung wird der Eingangskreis lK in die Lage 1 umgekippt. Dabei wird gleichzeitig ein Impuls in den Multivibrator 3 K abgesandt.
Multivibrator 3 K kippt auch in die Lage 1 um und verbleibt in dieser Lage während der
Dauer seiner Zeitkonstante, d. i. ungefähr 120 ms mit der entsprechenden Toleranz. Im Augen- blicke, in welchem der Multivibrator 3 K um- kippt, wird auch der nächstfolgende monostabile
Multivibrator 4 K in die Lage 1 umgeschaltet.
Der Kreis 4 K beharrt in dieser Lage 5-15 ms.
Diese Verzögerungszeit ist von 5 bis 15 ms deswegen einstellbar, um stets die optimale relative Lage der Steuerimpulse in bezug auf die ankommenden Fernschreibzeichen mit Rück- sicht auf den maximalen Spielraum zu erzielen.
Solange sich der Multivibrator 4 K im Zustand 1 befindet, ist der Oszillator im Impulsgenerator G I abgestellt und erst nachdem der Multivibrator 4 K in den Ruhezustand zurückgekehrt ist, kommen die Oszillatorschwingungen wieder zur Geltung.
Mit Rücksicht darauf, dass die Dauer der Oszilla- torabstellung nur kurz ist, wird der Oszillator nur in die richtige Phasenlage in bezug auf den
Augenblick der Start-Impulsstirn synchronisiert.
Der monostabile Multivibrator 3 K ist dazu erforderlich, dass die übrigen negativen Impulse unterdrückt werden, die aus den Zeichen der ankommenden Fernschreibimpulse entstehen, wel- che zur Synchronisierung nicht benützt werden sollen.
Die Schaltung des erfindungsgemässen Ent- zerrers mit Transistoren ist in Fig. 6 gezeigt.
Die Entzerrungskette ist wie folgt geschaltet : als Eingangskreis 1 K ist das polarisierte Eingangs- relais E angeordnet. Die bistabile Kippschal- tung 2 K besteht aus dem Kippkreis mit Voraus- bestimmung, in welchem die Transistoren T 1 und T 2 benützt werden. Dieser bistabile sym- metrische Kreis ist mit Hilfe der Widerstände R 5 und R 6 derart modifiziert, dass er im Augenblick des Steuerimpulses den durch den Kontakt er des polarisierten Relais ER bestimmten Zustand übernimmt. Die Transistoren T 3 und T 4 welche das Ausgangs-Übertragungsrelais SR steuern, dienen zur Verfolgung und Verstärkung der Zustände des Kippkreises 2 K. Der Verlauf der ankommenden Fernschreibimpulse ist im Diagramm 1 K in Fig. 7 veranschaulicht. Es handelt sich dabei um die Spannung an dem Kontakt a in der Lage T.
Der Verlauf der Steuerimpulse ist im Diagramm T 5 gezeigt.
Das Diagramm 2 Kin Fig. 7 zeigt den Verlauf der Zustände des Entzerrungskreises T. Es ist dies die Kollektorspannung des Transistors T 1. Dieser Verlauf stimmt auch mit dem Verlaufe der abgehenden Fernschreibzeichen überein.
Der Steueroszillator des Impulsgenerators G I ist durch die Oszillatorschaltung des Transistors T9 mit einem selektiven doppelten T-Glied verwirklicht. Mit Rücksicht darauf, dass die Dämpfung des doppelten T-Gliedes für die Räsonanzfrequenz ihr Maximum erreicht, ist der Oszillator-Verstärker als Schaltung mit einer frequenzunabhängigen positiven Rückkopplung und gleichzeitig mit einer negativen Rückkopplung ausgelegt. Dabei ist in dem Kanal der negativen Rückkopplung ein selektiver Verlust-Vierpol eingereiht. Aus der Zusammenwirkung beider Rückkopplungen ergibt sich dann eine selektive positive Rückkopplung, deren Maximum mit der Räsonanzfrequenz des selektiven VerlustVierpols übereinstimmt. Zur Erzielung der positiven Rückkopplung dient der Transformator Tr 1.
Die negative Rückkopplung ist unmittelbar durch das doppelte T-Glied verwirklicht (Wiederstände R 37-R 41, Kondensatoren C 5-C 7).
Die negative Rückkopplung wirkt dabei zwischen dem Kollektor und der Basis des Transistors T 9.
Die Schaltung enthält noch die Stabilisierungswiderstände in dem Kollektorkreise (R 35) und im Kreise der positiven Rückkopplung (R 36).
Im doppelten T-Glied sind die veränderlichen Widerstände R 40 und R 41 geschaltet, die zur genauen Einstellung der Frequenz in engen Grenzen dienen. Die Oszillator-Ausgangsspannung (der Verlauf,, 0" in Fig. 7) wird im Transistor T 8 verstärkt, und in dem aus den Transistoren T 6 und T 7 bestehenden bistabilen Multivibrator auf einen rechteckigen Verlauf transformiert. Der Verlauf der Kollektorspannung des Transistors T 6 ist im Diagramm T 6 (Fig. 7) veranschaulicht. Die im Kreise des Kondensators C 3 und des Widerstandes R 27 erzeugten Ableitungsimpulse werden im Transistor T 5 verstärkt (Diagramm T 5 in Fig. 7) und mittels des Kopplungskondensators C 2 zum Entzerrungskreis 2 K (Transistoren T 1 und T 2) weitergeführt.
Die Synchronisierkette besteht aus dem Tastungstransistor T 10, aus dem monostabilen Multivibrator 4 K (Transistoren T 11, T 12) und aus dem monostabilen Multivibrator 3 K (Transistoren T 13, T 14). Nach der Umlegung des Relaiskontaktes er in die Lage Z wird ein an der Differentierschaltung des Widerstandes R 60 und des Kondensators C 12 erzeugter positiver Impuls durch den Widerstand R 58 und die Diode D 1 dem Kollektor des Transistors
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T 14 zugeführt, um von hier über den Kopplungskondensator C 10 auf die Basis des Transistors T14 zu geraten.
Falls sich dieser Kreis im Ruhezustand befindet (in diesem Falle ist der Transistor T 13 geöffnet), wird er unter Wirkung des eben erwähnten positiven Impulses aus diesem Ruhezustand umgekippt, da der Transistor T 13 gesperrt wird. Während dieses angeregten Zustandes ist der Transistor T 14 geöffnet, die Impedanzverhältnisse in dem Kollektorkreis des Transistors T 14 sind verändert, und die darauffolgenden, von der Lage Z des Relaiskontaktes er abgeleiteten Impulse sind nicht imstande, den Zustand des Multivibrators 3 K zu ändern. Die Dauer des angeregten Zustandes des Multivibrators 3 K ist darum nur durch dessen Zeitkonstante (C 10, R 54) bestimmt. Der Verlauf der Kollektorspannung des Transistors T 13 ist durch das Diagramm T 13 in Fig. 7 veranschaulicht.
Bei Umkippen des Kreises 3 K (Transistoren T 13 und T 14) aus dem Ruhezustand entsteht am Kollektor des Transistors T 13 ein negativer Impuls, der mittels des Kreises R 55, C 13 auf die Basis des Transistors T 12 des zweiten monostabilen Multivibrators 4 K (Transistoren T 11, T 12) übertragen wird. Unter Wirkung dieses negativen Impulses wird der Multivibrator 4 K aus dem Ruhezustand in den angeregten Zustand umgekippt, wobei die Dauer des angeregten Zustandes durch die Zeitkonstante des Kreises C 9, R 44, R 45 bestimmt ist. Der Tastungstransistor T 10 wird vom Kollektor des Transistors T 11 mittels des Kopplungskondensators C 8 gesteuert. Die Kollektorspannung des Transistors T 11 ist durch das Diagramm T 11 in Fig. 7 veranschaulicht.
Dieses Diagramm zeigt zugleich die Länge der Zeitspannen während welchen der Oszillator durch den Synchronisierimpuls abgestellt wird. Die Abstelldauer des Oszillators kann in gewissen Grenzen mit dem Widerstand R 44 geregelt werden.
Die eben beschriebene Schaltung kann mit Messgeräten zur Strom- und Spannungsüberwachung ergänzt werden. In diesem Falle ist der Entzerrer als selbständige Einheit anwendbar, die ohne weiteres in die Vierleiter-Tele- graphie-Fernleitung eingereiht werden kann.
Im Vergleich mit den bisher bekannten Ausführungen von Impulsentzerrern bietet der erfindungsgemässe Entzerrer folgende Vorteile : a) Die Möglichkeit der Übertragung der Gleichstrom-Kriterien und der Wahl. b) Bessere Frequenzstabilität. c) Leichte Einstellung der realtiven Lage der Steuerungsimpulse in bezug auf die ankommenden Fernschreibzeichen (die Einstellung der richtigen Phasenlage hat keinen Einfluss auf die Frequenz).
PATENTANSPRÜCHE :
1. Impulsentzerrer mit Start-Stop-Synchronisierung, der aus einer bistabilen Eingangskippschaltung (1 K), einem in Abhängigkeit vom Erregungszustand der Eingangskippschal- tung (1 K) gesteuerten Impulsgenerator (G I) für kurze Rechteckimpulse, wobei die Periode der vorbestimmten Impulslänge der zu entzerrenden Impulsreihe entspricht, und aus einer bistabilen Entzerrungskippschaltung (2 K) besteht, wobei der Entzerrungskippschaltung einerseits die Empfangsimpulse und anderseits die Steuerimpulse des Impulsgenerators zugeführt sind, wobei bei Koinzidenz derselben der Ausgang mit Impulsen vorbestimmter Dauer beaufschlagt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Impulsgenerator (G I)
auch in den Pausen zwischen dem Empfang von Impulsreihen erregt ist und zwischen Eingangsschaltung (1 K) und Impulsgenerator (G I) eine Synchronisierschaltung angeordnet ist, die aus zwei Univibratoren (3 K, 4 K) besteht, von denen der erste (3 K) eine Zeitkonstante gleich der vorbestimmten Dauer der zu entzerrenden Impulsreihe aufweist und der zweite (4 eine Zeitkonstante von der Grösse des vorbestimmten Intervalls zwischen empfangenem Impuls und zugehörigem Steuerimpuls besitzt, wobei der erste Univibrator (3 K) durch den ersten empfangenen Impuls in seine instabile Lage gekippt ist, der Kippimpuls desselben dem zweiten Univibrator (4 K)
zugeführt ist und in der instabilen Lage des letzteren der Oszillator abgeschaltet ist.