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Sender für Signalübertragung durch Impulskodemodulation
Die Erfindung betrifft einen Sender für Signalübertragung durch Impulskodemodulation, wobei der
Sender mit einem an die Steuersignalquelle in Form eines Steuerimpulsgenerators angeschlossenen Impuls- kodemodulator versehen ist, dessen Ausgangsimpulse die Ausgangssignale herverrufen und ausserdem einen Vergleichskreis mit einem darin enthaltenen, die Signalfrequenzen integrierenden Netzwerk zur
Erzeugung eines Vergleichssignals zugeführt werden, das gemeinsam mit dem zu übertragenden Signal dem Impulskodemodulator zur Erzielung eines den Impulskodemodulator steuernden Differenzsignals zugeführt wird.
Das vorerwähnte Impulskodemodulationsverfahren ist bekannt unter dem Namen Deltamodulation und ist z. B. in der österr. Patentschrift Nr. 181293 beschrieben.
Die Erfindung bezweckt, eine andere Bauart eines Senders der erwähnten Art zu schaffen, wobei ausser einer vorzüglichen Übertragungsqualität eine auffällige Vereinfachung des Aufbaues bewerkstelligt wird, und der Sender ausserdem vorteilhaft für sehr hohe Impulsfrequenzen anwendbar ist.
Die Vorrichtung nach der Erfindung hat das Merkmal, dass der Impulskodemodulator mit zwei Zweipolelementen versehen ist, deren Widerstandskennlinie beim Überschreiten eines kritischen Wertes des
Steuersignals einen negativen Wert aufweist, wobei das Differenzsignal an miteinander verbundenen ungleichnamigen Elektroden der Zweipolelemente zugeführt wird, während diesem an ungleichnamige Elektroden der Zweipolelemente angeschlossenen Kreis ausserdem die Ausgangsimpulse des Impulskodemodulators entnommen werden und an ungleichnamige Elektroden der Zweipolelemente die Steuersignalquelle zur Zuführung von gleichzeitig gegenphasigen Steuerimpulsen angeschlossen ist, welche die Einstellung der beiden Zweipolelemente jeweils nach dem negativen Widerstandswert verschiebt.
Bei der Vorrichtung nach der Erfindung können sowohl Zweipolelemente, die beim Überschreiten eines gewissen, kritischen Spannungswertes, als auch Elemente, die beim Überschreiten eines gewissen kritischen Stromwertes eine negative Widerstandskennlinie aufweisen, verwendet werden ; ein Beispiel von Zweipolelementen der erstgenannten Art ist die sogenannte Tunneldiode, die bekanntlich eine pn-Diode mit einem engen Übergangsbereich und verhältnismässig stark verunreinigten p- und n-Gebieten ist ; als Beispiel der Elemente der zweiten Art können pnpn-Dioden erwähnt werden.
Gemäss einer weiteren Ausbildung der Erfindung lässt sich die beschriebene Sendevorrichtung für hohe Impulsfrequenzen, z. B. zum Übertragen von Fernsehsignalen, noch weiter vereinfachen durch Verwendung von zwei Zweipolelementen, die beim Überschreiten eines kritischen Spannungswertes einen negativen Widerstandswert aufweisen, da der an den Verbindungspunkt der beiden Zweipolelemente angeschlossene Vergleichskreis aus einem durch ein Zweipolnetzwerk gebildeten integrierenden Netzwerk besteht, das aus der Reihenschaltung eines Reihenwiderstands und einer Integrationsspule zusammengesetzt ist.
Die Erfindung und ihre Vorteile werden nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert. Fig. 1 zeigt eine Sendevorrichtung nach der Erfindung. Fig. 2 und Fig. 3 zeigen Zeitdiagramme und StromSpannungskennlinien zur Erläuterung der Vorrichtung nach der Erfindung. Fig. 4 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform einer Vorrichtung nach der Erfindung, die vorteilhaft bei sehr hohen Impulsfrequenzen anwendbar ist. Fig. 5 zeigt eine Abart der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Sendevorrichtungen. Fig. 6 zeigt eine zugehörige Strom-Spannungskennlinie und Fig. 7 zeigt eine besonders vorteilhafte Abart der in Fig. 4 dargestellten Vorrichtung.
Die in Fig. 1 dargestellte Sendevorrichtung für Impulskodemodulation nach der Erfindung eignet sich zur Übertragung von Gesprächssignalen im Bereich von z. B. 300 bis 3400 Hz, wobei die einem Mikrophon 1 entnommenen Gesprächssignale über ein Gesprächsfilter 2 zur weiteren Verarbeitung in einem Impulskodemodulator 3 einem Niederfrequenzverstärker 4 zugeführt werden. An den Impulskodemodulator 3 ist ein Steuerimpulsgenerator 5 angeschlossen. Der Steuerimpulsgenerator 5 liefert z. B. äquidistante Impulse mit einer Wiederholungsfrequenz von 80 kHz, wobei die Ausgangsimpulse des Impulskodemodulators 3 ausgesandt und ausserdem einem Vergleichskreis 6 mit einem der Phasen- umkehrung dienenden Verstärker 7 zugeführt werden, welchem ein aus Widerständen und Kondensatoren zusammengesetztes, die Signalfrequenzen integrierendes Netzwerk 8 z.
B. mit einer Zeitkonstante von
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10 m/sec folgt. In dem Vergleichskreis 6 wird ein Vergleichssignal erzeugt, das gemeinsam mit dem zu übertragenden Gesprächssignal dem Impulskodemodulator 3 zugeführt wird, um ein Differenzsignal zu erzielen, das den Impulskodemodulator steuert. Gegebenenfalls kann das die Signalfrequenzen integrierende
Netzwerk gemäss der österr. Patentschrift Nr. 177160 ausgebildet werden.
Um einen besonders einfachen Impulskodemodulator mit vorzüglicher Wiedergabequalität zu erzielen, wird der Impulskodemodulator durch zwei Zweipolelemente in Form von zwei Tunneldioden 9, 10 gebildet, die, wie dies aus den in Fig. 3 dargestellten Strom-Spannungskennlinien ersichtlich ist, beim Überschreiten eines gewissen, kritischen Spannungswertes Vk einen negativen Widerstandswert aufweisen. Einerseits sind ungleichnamige Elektroden der beiden Tunneldioden 9, 10 miteinander verbunden, während an den
Verbindungspunkt über Widerstände 11, 12 der Vergleichskreis 6 und der Gesprächskreis 4 angeschlossen sind und diesem Verbindungspunkt über die Leitung 13 ausserdem die Ausgangsimpulse des Impuls- kodemodulators 3 entnommen werden.
Anderseits werden den weiteren ungleichnamigen Elektroden der
Tunneldioden 9, 10 jeweils gleichzeitig die vom Steuerimpulsgenerator 5 stammenden Steuerimpulse über einen Gegentakttransformator 14 mit geerdeter Mittelanzapfung zugeführt, wodurch der Transfor- mator die Einstellung der beiden Tunneldioden 9, 10 jeweils in Richtung nach dem negativen Widerstands- wert verschiebt.
In der beschriebenen Vorrichtung wird den beiden Tunneldioden 9, 10 über jeden der Widerstände 11, 12 ein Strom zugeführt, wobei in Abhängigkeit von der Polarität der Differenz der beiden durch die Wider- stände 11, 12 fliessenden Ströme (weiter Einstellstrom genannt) entweder die Tunneldiode 9 in der Durchlassrichtung und die Tunneldiode 10 in der Sperrichtung oder die Tunneldiode 10 in der Durchlassrichtung und die Tunneldiode 9 in der Sperrichtung eingestellt werden.
Je nach dem Augenblickswert der Vergleichsspannung an dem integrierenden Netzwerk 8, welcher entweder grösser oder kleiner als die
Gesprächsspannung am Ausgang des Gesprächsverstärkers 4 ist, entsteht ein positiver oder ein negativer Einstellstrom für die Tunneldioden 9, 10 wobei unter der Steuerung der Polarität dieses Einstellstromes wie dies noch an Hand der Fig. 3 erläutert wird, die von dem Steuerimpulsgenerator 5stammenden Impulse, mit positiver oder negativer Polarität an die Leitung 13 weitergeführt werden.
Jeweils beim Auftreten eines positiven bzw. negativen Impulses in der Ausgangsleitung 13 wird in der beschriebenen Vorrichtung die Ladung des integrierenden Kondensators um einen bestimmten Wert erhöht bzw. verringert. Die ausgesandten Impulse sind z. B. durch die in Fig. 2 b angedeutete Impulsreihe vertreten ; in diesem Falle entsteht an dem integrierenden Netzwerk die in Fig. 2 a dargestellte, stufenförmige Kurve a, welche eine quantisierte Annäherung des zu übertragenden Gesprächssignals b bildet. Die in Fig. 2 b dargestellten Impulse werden über einen Impulsverstärker 15 mit einem darin enthaltenen Begrenzer, welcher die negativen Impulse unterdrückt, einem Impulsmodulator 16 mit zugehörendem Trägerfrequenzoszillator 17 zugeführt und durch eine Sendeantenne 18 ausgesandt.
Der beschriebene Impulskodemodulator wird nachstehend an Hand der in Fig. 3 dargestellten StromSpannungskennlinien der Tunneldioden näher erläutert, wobei Fig. 3 a die Strom-Spannungskennlinie der Tunneldiode 9 und Fig. 3 b die Strom-Spannungskennlinie der Tunneldiode 10 darstellen. Aus den Kennlinien ist ersichtlich, dass diese Tunneldiodenkennlinien hinter der Spitze T mit einem kritischen Spannungswert Vk ein Gebiet negativen differentiellen Widerstandes aufweisen.
Wenn an einem bestimmten Zeitpunkt die Tunneldiode 9 durch den Einstellstrom z. B. im Punkt P in der Durchlassrichtung und die Tunneldiode 10 im Punkt Q in der Sperrichtung vorgespannt ist, werden die über den Transformator 14 den Tunneldioden 9, 10 zugeführten gegenphasigen Steuerimpulse die Einstellpunkte P und Q der beiden Tunneldioden 9, 10 gleichzeitig in Richtung nach der negativen Widerstandskennlinie verschieben, wobei die Spitze T der Kennlinie zuerst durch die Tunneldiode 9 wegen ihrer Voreinstellung P in der Durchlassrichtung erreicht wird. Beim Passieren der Spitze der Kennlinie folgt die Tunneldiode 9 ihrer Strom-Spannungskennlinie nach kleineren Stromwerten, während die Tunneldiode 10 an einem Punkt vor der Spitze T der Kennlinie verriegelt wird.
Die gegenphasigen Steuerimpulse stellen die Tunneldiode 10 in den Punkt 0'der Kennlinie vor der Spitze T und die Tunneldiode 9 in den Punkt P'in den flachen Bereich der Kennlinie hinter der Spitze T ein, wobei, wie dies aus der Figur ersichtlich ist, der Widerstand der Tunneldiode 10, der durch den Quotienten der dem Einstellpunkt QI zugehörenden Spannungs- und Stromwerte bedingt wird, um einen bestimmten Faktor kleiner ist als der Widerstand der Tunneldiode 9, der durch den Quotienten der deren Einstellpunkt P'entsprechenden Spannungs- und Stromwerte bedingt wird.
Gemeinsam bilden die beiden Tunneldioden 9, 10 einen Spannungsteiler parallel zum Transformator 14, wobei der negative, über der mit der Tunneldiode 10 verbundenen Transformatorhälfte auftretende Impuls über den sehr niedrigen Widerstand der Tunneldiode 10 auf die Ausgangsleitung 13 übertragen wird.
Umgekehrt, wenn die Tunneldiode 10 in der Durchlassrichtung und die Tunneldiode 9 in der Sperrrichtung vorgespannt sind, werden beim Auftreten der gegenphasigen Steuerimpulse die Tunneldiode 10 bzw. 9 an Einstellpunkten mit einem hohen bzw. einem kleinen Widerstandswert eingestellt, so dass in diesem Falle ein positiver Spannungsimpuls an der Ausgangsleitung 13 auftritt.
Jeweils, wenn den beiden Tunneldioden 9, 10 gleichzeitig die gegenphasigen Steuerimpulse zugeführt werden, wird in Abhängigkeit davon, ob das Gesprächssignal oder das Vergleichssignal grösser ist, der Ausgangsleitung 13 ein positiver oder ein negativer Spannungsimpuls zugeführt, welche in dem integrierenden Netzwerk 8, wie dies in Fig. 2 angedeutet ist, eine stufenförmige Annäherung a des übertragenen Signals b bewirken.
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Beim Unterscheiden zwischen dem Gesprächssignal und dem Vergleichssignal weisen die beiden Tunneldioden 9, 10 eine sehr hohe Empfindlichkeit auf ; die beiden Tunneldioden 9, 10 unterscheiden z. B. noch Differenzen von 2 pA im Einstellstrom, so dass der Verstärker 7 in der Deltamodulations-Rückkopplungs- schleife sowie der Gesprächsverstärker 4 sich besonders einfach gestalten.
Bei der auffälligen Einfachheit der Ausführung des Deltamodulationssenders nach der Erfindung ergibt sich eine überraschend gute Übertragungsqualität ; der beschriebene Impulskodemodulator 3 vermeidet insbesondere die bei Deltamodulation charakteristische Verzerrung der übertragenen Signalenfolge von Kürzungen der dem Impulskodemodulator 3 entnommenen Impulse, welche auf einen Polaritätswechsel des Differenzsignals während der Dauer eines Steuerimpulses zurückzuführen sind.
Wenn die Tunneldioden 9, 10 durch die vom Impulsgenerator 5 stammenden Steuerimpulse in ihre Einstellpunkte grossen bzw. kleinen Widerstandswertes eingestellt werden, hat dieser Polaritätswechsel während dieses Steuerimpulses keinen Einfluss mehr auf die Einstellung der Tunneldioden 9, 10, so dass die am Ausgangskreis 13 des Impulskodemodulators 3 entnommenen Kodeimpulse keine Verzerrungen aufweisen. Ausser einer bemerkenswerten Einfachheit der Ausführungsform hat der beschriebene Impulskodemodulator eine vorzügliche Wiedergabequalität.
Fig. 4 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform einer Vorrichtung nach der Erfindung, insbesondere für hohe Impulsfrequenzen, z. B. zum Übertragen von Fernsehsignalen, wobei eine weitere Vereinfachung bewerkstelligt wird. Die der Fig. 1 entsprechenden Elemente sind in Fig. 4 mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet.
Wie dies an Hand der Fig. 1 erläutert wurde, werden zum Erzeugen des Vergleichssignals die dem Impulskodemodulator 3 entnommenen Impulse über eine der Phasenumkehrung dienende Verstärkerstufe 7 einem durch ein Vierpolnetzwerk 8 gebildeten integrierenden Netzwerk zugeführt. Beide Funktionen, d. h. die Phasenumkehrung und die Integration, werden in der Vorrichtung nach Fig. 4 durch Verwendung eines Zweipolintegrationsnetzwerkes bewerkstelligt, das durch die Reihenschaltung eines Widerstandes 20 und einer Integrationsspule 19 gebildet wird.
In dieser Vorrichtung werden die von einer Fernsehkamera 21 stammenden Fernsehsignale, z. B. im
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des Steuerimpulsgenerators 5 mit einer Wiederholungsfrequenz von z. B. 100 MHz gesteuert werden. An den Verbindungspunkt der Tunneldioden 9, 10 ist die Ausgangsleitung 13 des Impulskodemodulators 3 angeschlossen und ausserdem das durch die Reihenschaltung des Reihenwiderstandes 20 und die Integra-
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ausserdem zur Integration über den Reihenwiderstand 20 der Integrationsspule 19 zugeführt, wobei die bei Integration der Kodeimpulse in der Integrationsspule 19 erzeugte entgegengesetzt gerichtete elektromotorische Kraft einen Strom nach den Tunneldioden 9, 10 fliessen lässt, welcher zum Vergleich mit den über den Reihenwiderstand 23 eintreffenden Signalströmen gerade die gewünschte Richtung aufweist.
Auf die an Hand der Fig. 1 erläuterte Weise fliesst infolgedessen durch die Tunneldioden 9, 10 ein Einstellstrom, wobei je nach dessen Polarität ein positiver oder ein negativer Ausgangsimpuls auf die Ausgangs-
EMI3.3
Eine in der Praxis eingehend erprobte Vorrichtung erwähnter Art hatte die nachfolgenden Daten :
EMI3.4
<tb>
<tb> Tunneldioden <SEP> 9, <SEP> 10............................... <SEP> Germanium-Tunneldioden <SEP> mit <SEP> einem
<tb> Spitzenstrom <SEP> von <SEP> 5 <SEP> mA,
<tb> Transformationsverhältnis <SEP> des <SEP> Transformators <SEP> 14...... <SEP> 5 <SEP> : <SEP> I, <SEP>
<tb> Integrationsspule................................. <SEP> 60 <SEP> pH,
<tb> Widerstand <SEP> 20 <SEP> 0, <SEP> 02 <SEP> Ohm,
<tb> Widerstand <SEP> 23 <SEP> 75 <SEP> Ohm.
<tb>
Nicht nur Zweipolelemente mit der in Fig. 3 dargestellten Strom-Spannungskennlinie, sondern auch Zweipolelemente mit der in Fig. 6 dargestellten Strom-Spannungskennlinie lassen sich in dem Impulskodemodulator nach der Erfindung verwenden. Die Kennlinie gemäss Fig. 6 weist im Vergleich zu der in Fig. 3 dargestellten Strom-Spannungskennlinie einen dualen Verlauf auf. Bei Zweipolelementen mit Kennlinien nach Fig. 6, z. B. pnpn-Dioden, tritt eine negative Widerstandskennlinie beim Überschreiten eines gewissen, kritischen Stromwertes Ik auf.
Fig. 5 zeigt das Schaltbild eines Impulskodemodulators nach der Erfindung, bei dem solche pnpnDioden benutzt werden ; in diesem Schaltbild ist die duale Ausführung im Vergleich zu einer Anordnung nach dem Schaltbild nach Fig. 4 dargestellt.
In dieser Vorrichtung werden von einem Steuerimpulsgenerator 5 stammende Stromimpulse über einen Gegentakttransformator 14 mit geerdeter Mittelanzapfung zwei pnpn-Dioden 24, 25 zugeführt, wobei
EMI3.5
namigen Elektroden der pnpn-Dioden 24, 25 verbunden sind, während die geerdete Mittelanzapfung mit dem Verbindungspunkt der pnpn-Dioden 24, 25 verbunden ist.
Die von einem Mikrophon 1 stammen- den Gesprächsspannungen werden nach Verstärkung in einem Gesprächsverstärker 4 über einen Transformator 26 gegenphasig den pnpn-Dioden 24, 25 zugeführt, wobei in Reihe mit dem Transformator 26
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ein durch die Parallelschaltung eines Kondensators 27 und eines Widerstandes 28 gebildetes integrierendes
Netzwerk und ausserdem ein Ausgangstransformator 29 vorgesehen sind, dem die im Impulskodemodu- lator 3 erzeugten Kodeimpulse entnommen werden.
Die Wirkungsweise des dargestellten Impulskodemodulators ist ähnlich der Wirkungsweise der an Hand von Fig. 4 beschriebenen Vorrichtung. Die beiden pnpn-Dioden24, 25 werden durch die Differenzspannung zwischen der Gesprächsspannung und der über dem integrierenden Netzwerk 27, 28 auftretenden Ver- gleichsspannung entgegengesetzt vorgespannt, wobei je nach der Polarität dieser Vorspannung ein posi- tiver oder ein negativer Stromimpuls über den Transformator 29 übertragen wird.
Mittels eines parallel mit der Sekundärwicklung des Transformators 29 geschalteten Widerstandes 30 werden die dem Transformator 29 entnommenen Stromimpulse in Spannungsimpulse umgewandelt und auf die vorstehend angedeutete Weise zur weiteren Verarbeitung über den Impulsverstärker 15 dem mit der Sendeantenne 18 verbundenen Impulsmodulator 16 zugeführt.
Fig. 7 zeigt eine Abart der in Fig. 4 dargestellten Vorrichtung. Entsprechende Elemente sind dabei mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet.
In dieser Vorrichtung werden die Ausgangsimpulse des Impulskodemodulators der Tunneldiode10 ent- nommen, deren vom gemeinsamen Verbindungspunkt der beiden Tunneldioden 9, 10 abgewendete
Elektrode mit Erde verbunden ist.
Die Wirkungsweise dieser Vorrichtung ist grundsätzlich der Wirkungsweise der Vorrichtung nach Fig. 4 gleich. In dieser Vorrichtung wird, je nach der Richtung des Einstellstromes, d. h. in Abhängigkeit davon, ob das dem Video-Verstärker 22 entstammende Videosignal grösser oder kleiner ist als das Vergleichssignal, beim gleichzeitigen Zuführen eines Steuerimpulses an die beiden Tunneldioden 9, 10, die von diesem in Richtung auf ihre negative Widerstandskennlinie verschoben werden, entweder die Tunneldiode 9 auf einen hohen und die Tunneldiode 10 auf einen kleinen Widerstandswert oder die Tunneldiode 9 auf einen kleinen und die Tunneldiode 10 auf einen hohen Widerstandswert eingestellt.
In dieser Vorrichtung, in welcher die Ausgangsimpulse der Tunneldiode 10 entnommen werden, deren von dem gemeinsamen Verbindungspunkt der beiden Tunneldioden 9, 10 abgewendete Elektrode mit Erde verbunden ist, wird, wenn die Tunneldiode 10 einen kleinen und die Tunneldiode 9 einen hohen Widerstandswert hat, die Tunneldiode 10 praktisch Erdpotential haben, während umgekehrt, wenn die Tunneldiode 10 einen hohen und die Tunneldiode 9 einen kleinen Widerstandswert hat, die volle Impulsspannung über der Tunneldiode 10 auftritt. Es werden somit der Tunneldiode 10 direkt für die Übertragung geeignete Impulse einer bestimmten Polarität entnommen, deren Amplitude ausserdem das Zweifache der in der Vorrichtung nach Fig. 4 auftretenden Amplitude ist.
Diese Massnahmen lieferten die beschriebenen, übertragungstechnisch wichtigen Vorteile und eine Vereinfachung der Ausführungsform, da in diesem Falle ein einfacher Transformator 14 genügt, und störten die weiteren Vorteile des beschriebenen Impulskodemodulators nach Fig. 4 nicht. Durch ausgedehnte Untersuchungen wurde festgestellt, dass die durch die Anwendung der beschriebenen Massnahmen ein- geführte Asymmetrie in der Belastung der beiden Tunneldioden 9, 10 die Empfindlichkeit und die Übertragungsqualität nicht merkbar beeinflusste ; diese Wirkung in dem Impulskodemodulator des beschriebenen Typs ist der Wirkung des Vergleichskreises 19, 20 zuzuschreiben, der in der Art eines Gegenkopplungskreises den Einfluss der Asymmetrie in der Belassung der Tunneldioden 9, 10 weitgehend verringert.
Ausser den Vorteilen einer extremen Einfachheit, einer grossen Empfindlichkeit und einer vorzüglichen Wiedergabequalität hat die beschriebene Vorrichtung nach Fig. 7 den Vorteil, dass die Impulse für die Übertragung direkt, mit einer bestimmten Polarität entnommen werden können, wobei deren Amplitude zweimal grösser ist als die gemäss einer Vorrichtung nach beispielsweise Fig. 4 oder 5.
Es sei hier bemerkt, dass gewünschtenfalls die Asymmetrie in der Belastung der beiden Tunneldioden 9, 10 auf einfache Weise verringert werden kann, indem die Tunneldiode 9 durch eine Abgleichimpedanz 33, z. B. einen Widerstand von etwa 0, 1 Ohm, überbrückt wird.
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