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Schaltungsanordnung zur ungeradzahligen phasenstarren Teilung der Folgefrequenz einer Impulsreihe
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur ungeradzahligen phasenstarren Teilung der Fol- gefrequenz einer Impulsreihe unter Verwendung einer selbstschwingenden Kippschaltung mit zwei Verstärkerelementen, die sich über Rückkopplungskondensatoren gegenseitig steuern.
Die Bezeichnung"Folgefrequenz"soll hier zum Ausdruck bringen, dass die steuernden Impulse oder Impuslblöcke einer Rechteckspannung nicht mit konstanter Frequenz einzutreffen brauchen, sondern in beliebiger zeitlicher Folge, wobei die höchste Frequenz etwa zehnmal höher liegen kann als die niedrigste.
Bekannte Schaltungsanordnungen zur ungeradzahligen Teilung von Impulsfrequenzen sind mit"Phan- tastron"-Teiler bezeichnet. Es handelt sich dabei um monostabile Multivibratoren, die durch einen ersten Impuls in den unstabilen Zustand gekippt werden und nach Entladung des zeitbestimmenden Gliedes wieder in den stabilen Zustand zurückkippen. Am Ausgang werden die differenzierten Potentialsprünge in der Weise abgenommen, dass sich nur die Impulse ausbilden können, die vom Kippen in den unstabilen Zustand herrühren. Die Nachteile einer derartigen Schaltungsanordnung sind offensichtlich, da das Teilungsverhältnis von der Stabilität des zeitbestimmenden Gliedes abhängt.
Daneben sind auch Frequenzteilerschaltungen für geradzahlige Teilung bekannt, die selbstschwingende Kippschaltungen verwenden. Die zu teilende Impulsreihe wird dabei differenziert. Diese differenzierten Impulse werden auf die Steuerelektroden der beiden Verstärkerelemente der Kippschaltung gebracht. Die durch die natürliche Entladung bewirkte Potentialänderung an der Steuerelektrode des gerade gesperrten Verstärkerelementes wird durch die differenzierten Impulse in ihrem Verlauf sprungweise ver- ändert. Gegen das Ende der Entladung bewirkt ein die Entladung unterstützender Impuls kurzzeitig ein Potential, das das gesperrte Verstärkerelement in den leitenden Zustand überführt.
Je nachdem ob beide zeitbestimmenden Glieder die gleiche oder um wenig unterschiedliche Entladezeiten aufweisen ist es möglich, eine Frequenzteilung durch einen geraden oder einen ungeraden Teiler zu erhalten. Für das letztere muss der Unterschied der Entladezeiten höchstens soviel ausmachen, dass ein Impuls der zu teilenden Impulsreihe mehr innerhalb der einen Entladezeit fällt.
Eine weitere bekannte Anordnung zur ungeradzahligen Teilung beruht ebenfalls auf der Steuerung der Entladezeit des zeitbestimmenden Gliedes einer selbstschwingenden Kippstufe. Die Arbeitsweise ist die folgende : Das eine zeitbestimmende Glied weist eine Entladezeit auf, die der Impulsdauer einer geraden Anzahl Impulse entspricht. Diese gerade Anzahl entspricht einer Zahl, die um Eins kleiner ist als der gewünschte Teiler. Der letzte Impuls der geraden Anzahl bringt die Kippstufe zum Kippen. Die zweite Stufe ist entsprechend einer bistabilen Kippstufe aufgebaut, so dass der nächste Impuls das Kippen in den Anfangszustand bewirkt. Die Ausgangsimpulsreihe setzt sich somit aus der Folge eines langen und eines kurzen Impulses zusammen.
Eine gleichmässige Impulsreihe kann durch eine weitere monostabile Kippschaltung erhalten werden, deren Entladezeit mit der halben SchwingungsdauerdergeteiltenImpulsfrequenz übereinstimmt.
Die Erfindung bezweckt die Schaffung einer Schaltungsanordnung zur eingangs beschriebenen Frequenzteilung, wobei die Ausgangsimpuls phasenstarr zur Folgefrequenz der ursprünglichen Impulsreihe
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stehen. Die Schaltungsanordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass die gegebene Impulsreihe der Steuer- elektrode des einen Verstärkerelementes und eine zweite, zur gegebenen Impulsreihe gegenphasige Impulsreihe der Steuerelektrode des zweiten verstärkerelementes zugeführt ist, wobei das jeweilige Entla- den der Rückkopplungskondensatoren durch Impulse der Impulsreihe gesteuert wird, die auf dasjenige Verstärkerelement geführt ist. von dem die Rückkopplung abgeleitet ist.
An Hand der Zeichnung wird die Erfindung an drei Ausführungsbeispielen erläutert, wobei Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel unter Verwendung einer selbstschwingenden Kippstufe und Fig. 2 die dazugehörenden Spannungsverläufe zeigt. Die Fig. 3 und 4 stellen zwei weitere Ausführungsbeispiele dar.
In Fig. 1 wird die selbstschwingende Kippschaltung durch die beiden Transistoren H1 und H2 gebildet. Die Rückkopplung erfolgt über die Kondensatoren Cl und C2, die zugleich mit den Widerständen R5 und R8 die zeitbestimmenden Glieder bilden. Die Widerstände R2 und R9 sind die Kollektorwiderstände.
Die Widerstände R3 und R4 verhindern das Kurzschliessen der Eingangsimpulse über die Kondensatoren Cl und C2, über die Dioden G2 und G4 und über die Transistoren an Masse. Die Dioden G2 und G4 bringen beim Kippen die negative Batteriespannung an die Ausgangsklemmen E und F, damit die Ausgangsspannung rechteckförmig wird. Die Steuersignale werden an die Klemmen A und B angelegt und-der jeweiligen Basis über eine Torschaltung, gebildet aus dem Widerstand R1 bzw. R10 und der Diode G1 bzw. G3, und über den Kondensator C3 bzw. C4 zugeführt. Die Steuersignale sind derart an die Klemmen A und B zu legen, dass die Entladung der Rückkopplungskondensatoren C2 bzw. Cl durch Impulse derjenigen Impulsreihe gesteuert wird, die auf denjenigen Transistor Hl bzw. H2 geführt ist. von dem die Rückkopplung hergeleitet ist.
Die Wirkungsweise dieser Schaltungsanordnung ist unter Beachtung der Fig. 2 die folgende : Die Steuersignale Fig. 2a und 2b sind rechteckförmige Signale zwischen Masse und-Un. Der Vorgang wird im eingeschwungenen Zustand vom Zeitpunkt to an betrachtet. Der Transistor H2 wurde gerade in den gesperrten Zustand gekippt, und der Transistor H1 wurde gerade leitend ;".. Das'Potential am Kollektor dieses Transistors Hl führt einen Sprung von -UB auf Masse aus. Derselbe Sprung ist auch am Kondensator C2 festzustellen, wodurch das Potential am Punkte von Masse auf +UB springt (Fig. 2c). Der Kondensator C2 entladet sich über den Widerstand R8, wodurch das Potential im Punkt C gegen das Massenpotential strebt.
Das Massenpotential am Kollektor des leitenden Transistors H1 bewirkt über den Widerstand Ri, dass die negativen Impulse vom Eingang A über die Diode G1 an den Kondensator C3 gelangen, wo sie durch die Kapazität C3 und den Widerstand R8 differenziert werden. Die differenzierten Impulse werden der gegen Null strebenden Spannung am Punkt C überlagert (Fig. 2c). Sobald ein die Entladungskurve unterstützender Impuls ein negatives Potential erreicht, kippt der Transistor H2 in den leitenden Zustand.
Die Impulse am Eingang A können bei gesperrtem Transistor Hl nicht mehr. an den Punkt C gelangen, da der
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F das Potential-Un aufweistWert-Ug sperrt. Während dieser Zeit wird die Diode G3 durch den leitenden Transistor H2 in der Durchlassrichtung vorgespannt und die Impulse vom Eingang B können auf den nun positiven Punkt D gelangen.
Durch geeignete Wahl der zeitlichen Lage der Eingangsimpulse zum Kippzeitpunkt wird die der halben Teilungszahl entsprechende Anzahl Impulse zur Steuerung des gesperrten Transistors benötigt. Die erste auf den Kippzeitpunkt folgende Impulsflanke der Eingangsimpulsreihe muss eine die Entladung der Rückkopplungskondensatoren Cl bzw. C2 unterstützende Potentialänderung herbeiführen. Der Vergleich zwischen den Fig. 2a und 2c zeigt deutlich. dass dies die Anfangsflanke des negatigen Impulses der Fig. 2a ist. Somit fallen bei einer Teilung durch die Zahl Fünf drei Impulslücken und zwei Impulse innerhalb die Entladezeit. während der dritte Impuls durch die Steuerung mit der Anfangsflanke schon in die Entladezeit des andern zeitbestimmenden Gliedes fällt.
Wird ein Eingangsimpuls als Impuls und zugehörige Impulslücke'betrachtet, kann gesagt werden, dass zur Steuerung eines Verstärkerelementes 2 1/2 Impulse gebraucht werden. Die natürliche Entladezeit der Rückkopplungskondensatoren Cl bzw. C2 muss derart gewählt werden, dass während der Dauer von längstens dreier Impulse das positive Potential auf Null abgebaut wird, dass somit bei Teilung durch Fünf die dritte Anfangsflanke das Kippen des gesperrten Verstärkerelementes bewirken kann.
Der Nachteil dieser Schaltungsanordnung liegt vor allem darin, dass die Frequenz der Eingangsimpulsreihe angenähert konstant bleiben muss.
Dieser Nachteil wird in den ebenfalls bekannten Schaltungsanordnungen gemäss der Fig. 3 und 4be- hoben.
Auf die Beschreibung der Dioden-Integratorschaltung mit den Dioden Gl und G2 bzw. G3 und G4, und den Kondensatoren Cl und C2 bzw. C3 und C4 kann verzichtet werden, da sie beispielsweise in der
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Zeitschrift"Electronic Engineering"Band 31, S. 611 ausführlich beschrieben ist. Die am Kondensator C2 bzw. C4 auftretende Treppenspannung schaltet den Transistor Hl bzw. H2 leitend. Die Rückkopplung über den gleichen Kondensator C2 bzw. C4 bewirkt, dass der zweite Transistor H2 bzw. Hl gesperrt wird. Der leitende Transistor wird durch die vom zugehörigen Eingang eintreffenden Impulse bis zum Kippendes andern Transistors leitend gehalten.
Die Anordnung gemäss Fig. 4 ist ebenfalls in der erwähnten Veröffentlichung beschrieben. Durch die gleichbleibende Treppenspannung kann der Teiler stark erhöht werden. Dessen obere Grenze ist damit nur durch die Toleranzen der verwendeten Schaltmittel festgelegt.
Die Ansteuerung des gesperrten Verstärkerelementes hat nach demselben Gesichtspunkt zu erfolgen, wie sie an Hand der Erläuterungen zu Fig. 1 festgelegt wurden. Da beide Anordnungen gemäss den Fig. 4 und 5 keine zeitbestimmenden Glieder enthalten, kann sich auch die Folgefrequenz in weiten Grenzen ändern.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Schaltungsanordnung zur ungeradzahligen phasenstarren Teilung der Folgefrequenz einerimpulsreihe unter Verwendung einer selbstschwingenden Kippschaltung mit zwei verstärkerelementen, die sich über Rückkopplungskondensatoren gegenseitig steuern. dadurch gekennzeichnet, dass die gegebene Impulsreihe der Steuerelektrode des einen Verstärkerelementes und eine zweite, zur gegebenen Impulsreihe gegenphasige. Impulsreihe der Steuerelektrode des zweiten verstärkerelementes zugeführt ist, wobei das jeweilige Entladen der Rückkopplungskondensatoren durch Impulse der Impulsreihe gesteuert wird, die auf dasjenige verstärkerelement geführt ist, von dem die Rückkopplung abgeleitet ist.