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Schaltung zur Formung von Impulsen
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Zahl der Impulse entspricht nicht genau (ist kleiner) der Wirklichkeit. Dieser Fehler ist nun gerade durch die zeitliche Zufälligkeit der dem Kippkreis zugeführten gezählten Impulse verursacht. Dieser Fehler wird durch die Asymmetrie der bistabilen Kippkreise hervorgerufen, welche verursacht, dass das Unter- scheidungsvermögen des Kreises für zwei nacheinanderfolgende Impulse nicht dasselbe ist, wenn der Kreis aus dem Zustand A in den Zustand B oder umgekehrt aus dem Zustand B in den Zustand A gekippt werden soll. Die Asymmetrie des Kreises ist durch gewöhnliche Mittel nicht beseitigbar, da ihre Ursache sehr kompliziert ist.
(Streuung der Werte der Bestandteile, räumliche Anordnung usw.)
Das verschiedene, durch Asymmetrie verursachte Unterscheidungsvermögen des Kippkreises äussert sich nicht nur darin, dass der Kreis auf zwei nacheinanderfolgende Impulse reagiert oder nicht reagiert, sondern steht auch im Zusammenhang damit, dass der Kippkreis in bezug auf Form und Amplitude der
Eingangsimpulse verschieden empfindlich ist. Es kann aber schon aus dem physikalischen Grundprinzip der Entstehung der zeitlich zufälligen Impulse praktisch nicht gewährleistet werden, dass in der erzeugten
Impulsfolge sämtliche Impulse konstante Amplitude und Form haben werden.
Wenn nun ein Kippkreis zur Bestimmung der geraden oder ungeraden Anzahl der ursprünglichen zeit- lich zufälligen Impulse in dem bestimmten Intervall angewendet wird, wird sein Fehler bereits'direkt zum Fehler des resultierenden Prozesses. Die Asymmetrie des Kreises verursacht, dass der Kreis beim Kip- pen z. B. häufiger den Zustand A als den Zustand B einnimmt, was bedeutet, dass die resultierende Wahr- scheinlichkeit nicht dem Werte 0, 5 gleicht und somit der Kreis in das Resultat einen systematischen Feh- ler einschleppt.
Ziel der Erfindung ist es, den Fehler der statischen Parameter des resultierenden Prozesses zu vermin- dern, insoweit dieser Fehler durch die Eigenschaften des an den Kippkreis gelegten Zufallsprozesses ver- ursacht ist. Der Einfluss dieses Fehlers wird in der erfindungsgemässen Schaltung dadurch beschränkt, dass ein ursprünglicher Zufallsprozess, z. B. ein Rauschsignal, derart bearbeitet wird, dass eine Folge von zeit- lich zufälligen, uniformen Impulsen entsteht. Solche Impulse, deren Amplitude womöglich konstant und grösser als der Empfindlichkeitspegel des nachfolgenden Kippkreises ist, können diesen Kippkreis fest steuern.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist eine leichte Auswertung der Zustände des Kippkreises am En- de jedes Intervalls, in welchem die Zählung der zeitlich zufälligen Impulse einer Gruppe vor sich geht, und endlich auch die Beseitigung der Korrelation zwischen den nacheinanderfolgenden Impulsgruppen.
Gegenstand der Erfindung ist somit eine Schaltung zur Formung von Impulsen, welche ein unregel- mässiges zufälliges Eingangssignal (Rauschspannung u. dgl.) in eine Folge von zufällig auftretenden Impul- sen mit konstanter Form umwandelt, welche erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet ist, dass sie aus wenigstens einem Eingangs- und wenigstens einem Ausgangsimpulsformer besteht, zwischen denen ein
Tastkreis eingeschaltet ist, an dessen zweiten Eingang die Quelle der Tastimpulse angeschlossen ist, und die Gruppe Tastkreis-Ausgangsimpulsformerwenigstens einmal vorgesehen ist.
Eine weitere erfindungsge- mässe Ausgestaltung einer solchen Schaltung besteht darin, dass der Tastkreis aus zwei Anodenbasisverstär- kern mit einem gemeinsamen Kathodenwiderstand besteht, deren Gitter im Ruhezustand derart vorgespannt sind, dass der Signalverstärker offen und die Taströhre gesperrt gehalten wird, wobei das Signalgitter mit dem Signaleingang, das Tastgitter mit der Tastimpulsquelle und die beiden Kathoden mit der Ausgangsklemme verbunden sind.
Das Wesen der Erfindung wird nun an Hand der Beschreibung eines Ausführungsbeispieles und seiner Funktion unter Zuhilfenahme der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen Fig. la idealisiert die Ableitung eines Zufallsprozesses der Impulse von einem Rauschsignal, Fig. lb einen Einfluss der Zeitkonstanten auf diese Ableitung, Fig. 2 das Schaltschema des erfindungsgemässen Tastkreises, Fig. 3. die Wirkung der Tastimpulse, Fig. 4 ein Blockschema der Zusammenschaltung der Formungs- und Tastkreise gemäss der Erfindung und Fig. 5 an Hand eines schematischen Impulsdiagramms die Wirkung der erfindungsgemässen Schaltung.
In der Fig. la ist schematisch in Zeile 1 das Rauschsignal dargestellt, welches nach dem Durchgang durch den Formungskreis den in Zeile 2 dargestellten Verlauf ergibt, woraus die in Zeile 3 dargestellte zeitlich zufällige Impulsfolge abgeleitet ist. Diese Impulse könnten schon zur Speisung von Rechenkreisen dienen, wie dies im vorstehenden beschrieben worden ist.
Bei der praktischen Ausführung unter Verwendung eines Kreises mit endlichen Laufzeiten kann man jedoch niemals erreichen, dass alle Impulse gleichmässig sind ; es entsteht eine Reihe von "parasitären" Impulsen mit verschiedenen Amplituden und eventuell auch verschiedenen Steilheiten der Anlaufkante.
Fig. lb zeigt schematisch die Entstehung des wirklichen Verlaufes im Formungskreis. Der in Zeile 2 dieser Figur dargestellte Verlauf weist solche Unregelmässigkeiten auf, dass nach der Differentiation keine uniformen Impulse entstehen, sondern auch einige Impulse mit kleineren Amplituden und geringerer Steil-
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heit als normal. Diese "parasitären" Impulse steigern noch weiter den Fehler des nachfolgenden Kipp- kreises, welcher in Abhängigkeit von seiner augenblicklichen Lage auf diese Impulse reagiert oder nicht reagieren kann.
Das Problem der Verminderung dieses Fehlers auf das mögliche Minimum wird gemeinsam mit einer weiteren Forderung gelöst, nämlich mit der Möglichkeit, die zeitlich zufällige Impulsfolge am Eingang des Rechenkippkreises augenblicklich zu sperren. Diese Tastung der Impulsfolge auf Impulsserien ist not- wer, dig, damit im entstandenen Intervall, in welchem sich der nachfolgende Kippkreis im Ruhezustand befindet, dessen Zustand verlässlich ausgewertet werden kann.
Fig. 2 zeigt das Schaltschema des erfindungsgemässen Tastkreises. Dieser Kreis besteht aus zwei Elek-
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Spannungsteiler in den Gitterkreisen der Röhren E1 und E2 eingestellt. Über die Klemme 1 wird eine zeitlich zufällige Impulsfolge von negativer Polarität eingespeist, wie sie in Zeile 3 der Fig. la dargestellt ist. Diese Impulsfolge enthält natürlich auch die" parasitären" Impulse, die entsprechend dem in Fig. lb dargestellten tatsächlichen Verlauf entstehen. An die Klemme 2 ist die Quelle der positiven Tastimpulse angeschlossen. Die Klemme 3 ist die Ausgangsklemme, an welcher die getasteten Eingangsimpulse mit negativer Polarität auftreten.
Der Tastkreis funktioniert auf folgende Weise :
Durch Gleichspannungsteiler in den Gitterkreisen wird die Vorspannung U für die Röhre E1 derart eingestellt, dass sie um die Spannung U. grösser ist als Ug2 (E2). Die Spannung Ügi liegt annahemd auch am Widerstand Rk und die Röhre E2 ist gesperrt. Es sei nun angenommen, dass die Amplitude der negati- ven Eingangsimpulse an der Klemme 1 grösser ist als Ul. Dann werden diese Impulse auch auf Rk über- tragen, allerdings bloss mit einer Amplitude von annähernd Ul, da die Spannung an Rk nicht unter U sinken kann (in diesem Falle wird nämlich die Röhre E2 geöffnet). Es ist also klar, dass die Amplitude im
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Wird nun der Röhre E2 (Klemme 2) ein positiver Impuls, dessen Amplitude gerade Uv beträgt, zuge- führt, ist der Ausgang im Punkt 3 für die Dauer dieses Tastimpulses gesperrt, gleichgültig ob der Klem- me 1 ein Impuls zugeführt wird oder nicht. Die Gesan : tfunktion ist schematisch in Fig. 3 dargestellt. Zei- le 1 dieser Figur zeigt den zeitlichen Verlauf der Eingangsimpulse, Zeile 2 die Tastimpulse und Zeile 3 den Verlauf nach erfolgter Verriegelung durch die Tastimpulse.
Die beschriebene Schaltung besitzt die folgenden Vorteile : 1. Sie ist sehr einfach. 2. Ausser de m
Verriegelungseffekt wird die Amplitude des Ausgangsimpulses selbsttätig begrenzt. 3. Das Frequenzspektrum des durch den Kreis laufenden Signals wird in keiner Weise verzerrt. 4. Die Eingangsteile des Kreises können leicht mit hoher Impedanz ausgeführt werden, so dass sie weitere Kreise nicht belasten ; der Ausgangsteil hingegen erscheint mit niedriger Impedanz, was unmittelbar aus den Eigenschaften der Anodenbasisschaltung folgt. 5. Die Eingangs- und Ausgangsteile des Kreises können auch leicht durch eine unmittelbare Gleichstromkopplung (ohne die Kondensatoren Cl, C2, C3 eventuell auch ohne Spannungsteiler oder deren Teile) angeschlossen werden. 6.
Die Ausgangsamplitude kann leicht durch Änderung der Spannung Ug2 an E2 gesteuert werden.
Die Fig. 4 zeigt das Blockschema der erfindungsgemässen Schaltung zur Formung von Impulsen, die zur Umwandlung eines unregelmässigen zufälligen Eingangssignals in eine Folge von zeitlich zufällig auftretenden uniformen Impulsen dient, welche Impulse zur Speisung eines nicht dargestellten Rechenkippkreises dienen können, von dessen jeweiligem Zustand schliesslich der endgültige Ausgangszufallprozess abgeleitet wird. Die Blöcke I und III sind Formungskreise (Eingangsimpulsformer I und Ausgangsimpulsformer III), die im wesentlichen bistabile Multivibratoren mit Kathodenkopplung, z. B. eine Schmitt- Trigger-Schaltung, sind. Zwischen diesen beiden Formungskreisen ist der Tastkreis n geschaltet, dessen Schaltung in Fig. 2 im einzelnen dargestellt ist.
Am Eingang l des ersten Formungskreises 1 wird das unregelmässige zufällige Eingangssignal (Rauschspannung u. dgl.), bzw. die aus diesem abgeleiteten zufälligen und unregelmässigen Impulse gemäss Fig. lb eingespeist. Am Ausgang des ersten Formungskreises I ist der Anteil an "parasitären" Impulsen bereits etwas verringert. Der Tastkreis II arbeitet entsprechend der Beschreibung zu Fig. 2, wenn an der Klemme 2 die Tastimpulse eingespeist werden. Der Anteil an "parasitären" Impulsen ist am Ausgang des Kreises 2 bereits weiter gesenkt, da dieser Kreis auch als Pegelbegrenzer arbeitet. Am Ausgang des zweiten Formungskreises III können an der Klemme 3 die zufällig auftretenden uniformen Impulse abgenommen werden, die für die Weiterverarbeitung in binären Zählkippkreisen geeignet sind.
Der Anteil an "parasitären" Impulsen ist an der Klemme 3 bereits auf ein Minimum reduziert.
Auf diese Weise wird der durch das verschiedene Auflösungsvermögen des Zählkippkreises verursach-
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te Fehler praktisch beseitigt, und der durch die" parasitären" Impulse verursachte Fehler wird durch Ein- schaltung des Formungskreises HI wesentlich vermindert, wie auch aus Fig. 5 folgt, wobei der Tastkreis II, der zwischen den beiden Formungskreisen 1. 111 angeordnet ist, auch als deren Kopplungsglied dient. Auf diese Weise erreicht man, dass der erste Formungskreis I keineswegs belastet wird.
Fig. 5 zeigt schematisch untereinander die Verläufe der Impulsfolge einer Impulsserie am Ausgang aus dem ersten Formungskreis I (Zeile 1) aus dem Tastkreis II (Zeile 2) und aus dem zweiten Formungs- kreis ni (Zeile 3). Am Ausgang aus dem Tastkreis II, der gleichzeitig den Eingang zum zweiten For- mungskreis HO bildet, ist das kritische Gebiet des zweiten Formungskreises III durch die unterbrochen ge- zeichneten Linien angedeutet (Zeile 2). Impulse, deren Amplitude unter diesem Gebiet liegt, werden überhaupt nicht übertragen. Impulse mit einer grösseren Amplitude erscheinen im Ausgang bereits als uniforme Impulse mit konstanter Amplitude.
Bloss jene Impulse, deren Amplitude gerade in diesem kri- tischen Gebiet liegt, erscheinen im Ausgang als" parasitäre" Impulse. Die Figur zeigt, dass die Anzahl der "parasitären" Impulse nach Anordnung des Formungskreises III wesentlich herabgesetzt wird. In glei- cher Weise könnten auch weitere Stufen angeordnet werden, wodurch die Anzahl der parasitären Impulse unter eine beliebige Grenze herabgesetzt werden konnte.
Zur Erreichung der gewünschten Wirkung, d. h. zur Verminderung des Fehlers des Kippkreises, ist die Schaltung derart angeordnet, dass der erste Formungskreis I für die gewü ! 1schte Maximalfrequenz der zu zählenden Impulse ausgelegt ist ; der zweite Formungskreis III und der Kippkreis II sind jedoch für eine höhere Frequenz ausgelegt, wobei der zweite Formungskreis III derart gestaltet ist, dass er mit höherer Empfindlichkeit arbeitet.
Ausser in einem Generator eines zufälligen Prozesses, kann die beschriebene Schaltung auch überall dort angewendet werden, wo mit einer zeitlich zufälligen Impulsfolge gearbeitet wird und wo für deren Registrierung und Anzeige hohe Präzision gefordert wird.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Schaltung zur Formung von Impulsen, welche ein unregelmässiges zufälliges Eingangssignal (Rauschspannung u. dgl.) in eine Folge von zufällig auftretenden Impulsen mit konstanter Form umwandelt, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus wenigstens einem Eingangs- (I) und wenigstens einem Ausgangsimpulsformer (III) besteht, zwischen denen ein Tastkreis (II) eingeschaltet ist, an dessen zweiten Eingang (2) die Quelle der Tastimpulse angeschlossen ist, und die Gruppe Tastkreis - Ausgangsimpuls- former (11 + HI) wenigstens einmal vorgesehen ist.