DE1025012B - Impulsgenerator hoher Frequenzkonstanz zur Erzeugung von Rechteckimpulsen grosser Flankensteilheit - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft einen selhsterregtera, durch den Ausgangskreis mit dem erregenden Steuerkreis gekoppelten Impulsgenerator, bei dem durch eine amplitudenbegrenzte Wechselspannung kurze Impulse hoher Flankensteilheit erzielt werden.

Für die Erzeugung von Impulsen ist es bekannt, selbsterregte Impulsgeneratoren zu verwenden. Diese sind so ausgebildet, daß die sinusförmige Amplitude der Ausgangsspannung im Ausgangskreis begrenzt wird. Die Begrenzung erfolgt durch die Magnetisierungscharakteristik im Eisenkreis eines Übertragers. Um eine ausreichende Frequenzstabilität zu erhalten, wird eine kombinierte Gegen- und Mitkopplungsschaltung verwendet. Bei dieser Einrichtung haben die erzeugten Impulse und die dazwischenliegenden Impulse etwa die gleiche Zeitdauer. Es besteht der Nachteil, daß diese Impulse zu lang sind, insbesondere für Zwecke der Vielkanal-Nachrichtenübertragung. Ferner ist die Flankensteilheit der erzeugten Sinusschwingung nicht ausreichend, und die Amplituden können nur durch Magnetisierungslinien genauer Rechteckform begrenzt werden. Das geeignete Kernmaterial für Transformatoren dieser Art bedeutet jedoch einen erhöhten Aufwand.

Eine weitere bekannte Form der Impulserzeugung besteht darin, daß eine Einrichtung zwei Schwingkreise enthält, durch welche die Impulse erzeugt werden. Die Impulse werden in der Weise gebildet, daß jeweils bei Periodenwechsel der Schwingung einer niederen Frequenz die Schwingung einer höheren Frequenz ausgelöst wird. Nach einer Halbperiode setzt diese höhere Schwingung wieder aus. Durch die sinusförmige Amplitude der Halbschwingung entsteht somit eine Impulsform. Die Impulsfrequenz der erzeugten Impulsfolge wird durch die niedere Frequenz bestimmt. Hinsichtlich des erforderlichen Aufwandes erweist sich diese xA.nordnung als nachteilig. Außerdem sind die Form und die Dauer der erzeugten Impulse abhängig von der Frequenz der höheren Schwingung. Um große Flankensteilheit zu erzielen, ist eine hohe Frequenz erforderlich. Die Wahl einer hohen Frequenz bewirkt jedoch gleichzeitig eine Verkürzung der Impulsdauer, was nicht immer erwünscht ist.

Bei Impulsgeneratoren werden die Nachteile bekannter Einrichtungen vermieden, indem erfindungsgemäß der Steuerkreis des Generators die Amplitude des Ausgangswechselstromes begrenzt, wobei die begrenzte Ausgangswechselspannung der erregenden Wechselspannung des Steuerkreises in der Weise überlagert wird, daß die Flanken der Impulse einen steileren Anstieg bilden als die Flanken der erregenden Grundschwingung, und daß die Schaltung an sich bekannte Mittel zur Verschmälerung der erzeugten Impulse enthält.

Impulsgenerator hoher Frequenzkonstanz zur Erzeugung von Rechteckimpulsen

großer Flankensteilheit

Anmelder:
Telefunken G.m.b.H.,

Berlin NW 87, Sickingenstr. 71

Dipl.-Ing. Helmut Oberbeck, Ulm/Donau,
ist als Erfinder genannt worden

An einem Ausführungsbeispiel sei der der Erfindung zugrunde liegende Gedanke näher erläutert.

Abb. 1 zeigt die Schaltung eines gemäß der Erfindung geschalteten Impulsgenerators, der an den mit 1 und 2 bezeichneten Klemmen die gewünschten Rechteckimpulse über den Koppelkondensator C^ abzunehmen gestattet. In praktisch vorkommenden Fällen wird die Abnahme beispielsweise über eine weitere Röhre erfolgen, deren Steuergitter mit den erzeugten Impulsen gesteuert wird. Diese mit Rö_a bezeichnete Röhre ist in Abb. 1, ebenso wie ihr Gitterableitwiderstand, gestrichelt eingezeichnet. Mit Ro₁ ist eine der Impulserzeugung dienende Triode oder eventuell auch eine Pentode bezeichnet und mit T₁ bzw. T., je ein Transformator, über welche, wie ersichtlich, eine doppelte Rückkopplung der Röhre erfolgt. Zu diesem Zweck werden in der Schaltung gemäß Abb. 1 die Primärwicklungen der beiden Transformatoren direkt in den Anodenstromkreis der Röhre geschaltet, und zwar wird die Primärwicklung des einen Rückkopplungstransformators T₁ im dargestellten Ausführungsbeispiel in die Anodenzuleitung gelegt, während die des anderen Rückkopplungstransformators T₂ in die Kathodenzuleitung geschaltet wird. Diese Maßnahme ist jedoch nicht notwendige Bedingung, vielmehr könnten beide Rückkopplungstransformatoren auch gleichzeitig aus der Anodenzuleitung oder aus der Kathodenzuleitung der Röhre Ro₁ gespeist werden. Die Sekundärwicklungen dieser beiden Transformatoren T₁ und T₂ liegen in Serie mit einem Vorwiderstand R_v im Gitterstromkreis der Röhre Ro_x, so daß die an ihnen auftretenden Spannungen sich gleich-

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sinnig zu einer Summenspannung addieren, die die Steuerung des Gitters bewirkt. Der Vorwiderstand R_v muß dabei so bemessen sein, daß, wie später noch ausgeführt wird, eine genügende Bedämpfung der positiven Steuerhalbwellen durch Gitterstromeinsatz gewährleistet ist. Parallel zur Sekundärwicklung des Transformators T₁ liegt schließlich ein Kondensator C₅. Dieser bildet zusammen mit der Induktivität der Sekundärwicklung den die Impulsfolgefrequenz

aus negativen Impulsen, denn im Ruhezustand würde gemäß Abb. 3 — ein Anodenstrom der Größe /„

fließen. Jeweils bei Eintreffen der negativen Halbwellen der an das Gitter gelangenden Sinusspannung 5 sinkt der Anodenstrom jedoch plötzlich auf Null und steigt bei Beendigung der Sinushalbwelle ebenso plötzlich wieder auf seinen ursprünglichen Wert an. Die ihm entsprechende, am Punkt b- auftretende mäanderförmige Spannung gemäß Abb. 2 c hat da-

bestimmenden Schwingungskreis. Auf den Kern des io gegen umgekehrte Phase wie der Anodenstrom, und Transformators T₁ ist außerdem noch eine dritte jeder negativen Sinushalbwelle der Steuerspannung Wicklung ausgebracht, deren eines Ende auf Masse- entspricht daher ein positiver Spannungsimpuls, wie potential liegt, während das andere Ende mit der in auch ein Vergleich der Abb. 2 a bis 2 c untereinander der Abbildung zu ersehenden Anschlußklemme 3 ver- leicht erkennen läßt. Abb. 2d zeigt schließlich die über bunden ist. An dieser Klemme kann, wie später be- 15 den Koppelkondensator C_K abgenommene und ihrer schrieben wird, ebenso wie an den Klemmen 4 und 5 Gleichspannungskomponente beraubte Mäanderspander Abb. 1 eine mit der Impulsfolge phasenstarr ver- nung. Die nicht zur Steuerwirkung beitragenden Teile knüpfte Sinusspannung abgenommen werden. der ursprünglich vom Schwingungskreis gelieferten

Ein nach der bis jetzt beschriebenen Schaltung" Sinusspannung sind in Abb. 3 gestrichelt dargestellt; arbeitender Impulsgenerator würde, wie weiter unten 20 ebenso sind die in das C-Gebiet der Röhre Ro₁, also noch näher ausgeführt wird, eine nahezu mäander- jenseits des unteren Knickes der Kennlinie, fallenden förmige Wechselspannung an seinen Ausgangsklem- Teile der negativen Halbwellen der eingangsseitigen men verfügbar machen, d. h. also Impulse, deren Sinusspannung durch Strichelung ausgeführt. Man Breite ungefähr gleich ihrem gegenseitigen Abstand erkennt aus der Abb. 3 auch leicht, daß die Flankenist (Abb. 2d). Indessen werden in der Praxis jedoch 25 steilheit der entstehenden Impulse um so größer sein meist wesentlich schmalere Impulse mit sehr hohem muß, je höher die Amplitude der gitterseitigen Tastverhältnis benötigt. Um mit dem beschriebenen Wechselspannung getrieben wird oder — was diesem Mäanderspannungsgenerator auch solche Impulse er- gleichbedeutend ist — je steiler die Flanke der Steuerzeugen zu können, ist in der Abb. 1 die mit L bezeich- spannung verlauf t. Der im Anodenstromkreis fließende nete Laufzeitkette vorgesehen. Durch Parallelschal- 30 mäanderförmige Wechselstrom wird nun durch die tung dieser Laufzeitkette mit dem Arbeitswider- Primärwicklung des Rückkopplungstransformators T₁ stand R₀ kann erreicht werden, die ursprünglich am geschickt und stößt auf diese Weise mit seiner Impuls-Arbeitswiderstand R₁₁ auftretende Mäanderspannung folgefrequenz, die ja gleich der Eigenfrequenz des in eine Rechteckimpulsfolge schmaler Impulsbreite zu sekundärseitigen Schwingungskreises ist, diesen verwandeln. Nachdem bis jetzt der Aufbau der Schal- 35 Schwingungskreis in der richtigen Phase an. Auf tungsanordnung beschrieben worden ist, soll im fol- diese Weise können die zuerst erzeugten Impulse genden zur Beschreibung ihrer Wirkungsweise über- nicht wieder abklingen, und der ganze Vorgang schaugegangen werden. kelt sich bis zu einem stationären Endzustand auf.

Wird durch irgendeinen Störvorgang, etwa einen

Nicht immer ist es erwünscht, eine Mäanderspan-

Spannungsstoß beim Einschalten der Anlage od. dgl., 40 nung an den Klemmen 1 und 2 der Schaltung zu beder aus der Induktivität der Sekundärwicklung des kommen; häufig hat man Interesse daran. Impulse zu Rückkopplungstransformators T₁ und der Kapazi- erzeugen, deren Breite wesentlich kleiner als der zwität Cg bestehende Schwingungskreis aus seinem elek- sehen ihnen liegende Abstand ist. Eine solche Vertrischen Gleichgewicht gebracht, so erregt sich in ihm schmälerung der Impulse wird bei dem in der Abb. 1 eine zunächst allerdings gedämpfte vSinusschwingung, 45 dargestellten Ausführungsbeispiel dadurch erhalten, so daß an dem in Abb. 1 mit α bezeichneten Punkt daß dem Arbeitswiderstand — wie schon erwähnt — entsprechende Spannungsschwankungen auftreten, die eine an ihrem Ende kurzgeschlossene Laufzeitkette L über den Vorwiderstand R_v auf das Steuergitter der parallel geschaltet wird, deren Wellenwiderstand Röhre Ro₁ gelangen. Der Vorwiderstand R_v ist dabei gleich dem in der Anodenzuleitung liegenden Arbeitsaus bekannten Gründen verhältnismäßig hochohmig 50 widerstand R₁₁ bemessen ist. Durch diese Schaltungsgegen die Gitter-Kathoden-Strecke zu wählen. Seine maßnahme erreicht man, daß jeder Impuls der urgünstigste Größe muß entsprechend der Frequenz in sprünglichen Mäanderspannung am Widerstand R₁₁ jedem Falle ermittelt werden. Nach einiger Zeit hat nach Durchlaufen der Laufzeitkette nochmals — aber sich die Amplitude der gitterseitigen Sinusspannung etwas verzögert und mit umgekehrtem Vorzeichen — auf einen solch hohen konstanten Wert (Abb. 2a) auf- 55 in Erscheinung tritt. Abb. 4a zeigt, wie sich hiergeschaukelt, daß die Röhre schließlich über den durch die beiden sich überlappenden Teile je eines unteren Knick ihrer Anodenstrom-Gitterspannungs- positiven und negativen Impulses gegenseitig aufKennlinie hinaus übersteuert wird und die oberen heben und nur an der Vorder- und Hinterflanke jedes Spitzen der negativen Sinushalbwellen nicht mehr zur ursprünglichen Mäanderimpulses ein Impuls wesent-Wirkung kommen können (Abb. 3). Da sich außerdem 60 lieh geringerer Breite, aber verschiedener Polarität auch die positiven Halbwellen der gitterseitigen Ein- auftritt. Diese Impulsfolge ist in Abb. 4b veranschaugangsspannung durch einsetzenden Gitterstrom bei licht. Daß sich diese aus abwechselnd positiven und richtig gewähltem R_v fast vollständig unterdrücken negativen Impulsen zusammensetzt, ist dabei nicht lassen, ist die Folge davon, daß im Anodenstromkreis weiter störend, da ja eine anschließende Amplitudenein nahezu mäanderförmiger Strom gemäß Abb. 2b 65 begrenzung, die die Impulse mit dem unerwünschten entsteht bzw. am Punkt?; der Abb. 1 die in Abb. 2 c Vorzeichen unterdrückt, jederzeit eine Impulsfolge dargestellte Mäanderspannung. Abb. 3 zeigt die Ent- nur eines \"orzeichens herzustellen gestattet. Es ist stehung des Anodenstromes an Hand der Anoden- leicht einzusehen, daß die Impulsbreite, je nach der strom-Gitterspannungs-Kennlinie der Röhre Ro₁. Wie elektrischen Länge der verwendeten Laufzeitkette, in die Abbildung erkennen läßt, besteht dieser eigentlich 70 weiten Grenzen verändert werden kann. Je größer die

Claims (9)

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   elektrische Verzögerung der Laufzeitkette bemessen erste Primärwicklung W₁ fließende Mäanderstrom sich ist, um so breiter werden die abgeleiteten Impulse auf diese dritte Wicklung durch Induktion überträgt, sein, und umgekehrt. Schließlich soll nicht uner- was aber durch geeignet gewählte Kopplungsbedinwähnt bleiben, daß natürlich die zur Versohmälerung gungen jederzeit erreicht werden kann. Wünscht man notwendige Umformung der ursprünglichen Mäander- 5 also· an der Klemme 3 nur eine Sinusspannung abzuimpulse, die im beschriebenen Beispiel mit Hilfe einer greifen, so hat man darauf zu sehen, daß die Kopp-Laufzeitkette durchgeführt wurde, auch mit anderen lung zwischen den Wicklungen W₃ und W₂ möglichst bekannten Schaltungsmaßnahmen, wie z. B. mit Hilfe groß, die Kopplung der Wicklungen W₃ und W₁ sowie eines von der Mäanderflanke zu Schwingungen ange- w₂ und W₁ untereinander dagegen möglichst klein gestoßenen und durch eine Diode gedämpften Schwin- io staltet wird. In der Schaltung gemäß Abb. 1 ist die gungskreises oder eines Differenziergliedes, durch- Wicklung w_s mit ihrem einen Ende geerdet und mit geführt werden kann. . ihrem anderen Ende mit der Anschlußklemme 3 ver-

   Zuweilen hat man den Wunsch, Rechteckimpulse bunden. Die Sinusspannung muß daher zwischen Erde besonders hoher Flankensteilheit zu erzeugen. Für und dieser Klemme abgegriffen werden. Eine andere diesen Fall ist die zweite Rückkopplung über den 15 Möglichkeit, eine mit der Impulsfolge phasenstarr Rückkopplungstransformator T₂ in der Schaltung verknüpfte Sinusspannung der Schaltung zu entvorgesehen. Ihre Wirkungsweise ist an sich bekannt, nehmen, könnte unter Umgehung der etwas umständsoll aber der Vollständigkeit halbier hier nochmals er- liehen transformatorischen Auskopplung auch darin wähnt werden. Die im Hauptstromkreis der Röhre Ro₁ bestehen, die im Schwingungskreis auftretenden fließenden mäanderförmigen Stromimpulse übertragen 20 Sinusschwingungen direkt an der mit dem Schwinsich mittels des Rückkopplungstransformators T₂ als gungskreiskondensator C_s in Verbindung stehenden mäanderförmige Wechselspannung auf ihren Gitter- Anschlußklemme 4 oder dem Abgriff 5 der Transforkreis, so daß bei richtiger Polung der Transformator- matorwicklung W₂ abzunehmen.

   anschlüsse eine durch gleichsinnige Überlagerung der In einem anderen Ausführungsbeispiel kann auch Sinusspannung und der erzeugten Impulsspannung 25 an Stelle des Gittervorwiderstandes R_v zur Spanentstehende Steuerwechselspannung am Gitter der nungsbegrenzung eine Diode D (Gleichrichter) in den Röhre liegt. Diese hat daher, wie man sich leicht über- Gitterstromkreis geschaltet werden, etwa derart, daß legen kann, eine wesentlich höhere Flankensteilheit ihre Anode mit dem Gitter der Röhre Ro₁ und ihre als die ursprüngliche Sinusspannung. So wird er- Kathode mit der einen Anschlußklemme der Sekunreicht, daß natürlich auch die Anodenstromimpulse 30 därwicklung des Rückkopplungstransformators T₂ in gemäß Abb. 3 sowie die am Arbeitswiderstand R_n ab- Verbindung steht. Man braucht dann allerdings zugegriffenen Spannungsimpulse von vornherein wesent- sätzlich auch noch einen Gitterableitwiderstand R_g, lieh steilere Flanken bekommen. In den Abb. 5 a bis 5 c der zweckmäßigerweise auf positives Potential gelegt sind diese Verhältnisse dargestellt. Abb. 5 a zeigt die wird, um für den Fall, daß beide Mäanderflanken steil vom Schwingungskreis erzeugte Sinusspannung, 35 werden sollen, eine rasche Entladung der immer vor-Abb. 5 b die auf der Sekundärseite des Rückkopp- handenen Gitter-Kathoden-Kapazität zu gewährlungstransformators T₂ entstehende Impulsspannung leisten. Da er nur verhindern muß, daß sich die Anode und Abb. 5 c die durch Überlagerung beider sich er- der Diode D und das Gitter der Triode Rö\ im Laufe gebende resultierende Steuerspannung, die, wie er- der Zeit durch Elektronenansammlung negativ aufsichtlich, in, dem zur Aussteuerung der Triode be- 40 laden, was eine Sperrung der ganzen Anlage zur Folge nutzten Bereich wesentlich steilere. Flanken besitzt als hätte, darf er natürlich sehr hochohmig sein. In Abb. 1 die ohne diese Rückkopplung am Gitter liegende sind die beiden genannten Schaltelemente gestrichelt Sinusspannung. Praktisch lassen sich Impulstransfor- eingezeichnet worden. Die Diode wirkt dabei so, daß matoren mit den derzeit zur Verfügung stehenden sie die positiven Halbwellen der Steuerspannung Mitteln allerdings nicht so herstellen, daß eine ideale, 45 unterdrückt und jeweils nur die negativen Halbwellen breitbandige Übertragung der Mäanderspannung in auf das Gitter der Triode Ro₁ gelangen. Auf diese der gezeichneten Form möglich ist. In praktischen Weise wird eine wesentlich schärfere Beschneidung Fällen wird sich sekundärseitig die in der Abb. S d der positiven Halbwellen erreicht, als die im ersten gezeigte differenzierte Impulsspannung der Sinus- Ausführungsbeispiel beschriebene Gitterstromdämpspannung überlagern. Da es aber im wesentlichen nur 50 fung erzeugen kann.

   auf die Versteilerung des untersten Teiles der an- In dieser beschriebenen Form eines kombinierten

   steigenden bzw. abfallenden Flanke der resultierenden Impuls- und Siiiusgenerators stellt der erfmdungs-

   Spannung ankommt, die als Steuerspannung wirksam gemäße Generator ein überaus wertvolles Gerät dar.

   ist, stört die auf den steilen Teil folgende kleine Ein- Bei geringstem schaltungstechnischem Aufwand mit

   sattelung, die auch aus der Abb. 5 e zu ersehen ist, 55 nur einer Röhre läßt sich gleichzeitig mit ihm eine

   nicht. Rechteckimpulsfolge hoher Güte sowie eine mit dieser

   Häufig besteht auch die Forderung, gleichzeitig mit phasenstarr verknüpfte Sinusspannung erzeugen, einer zu erzeugenden Impulsspannung eine Sinus-

   wechselspannung herzustellen, die in ihrem zeitlichen Patentansprüche: Verlauf phasenstarr mit der Impulsfolge verknüpft 60 1. Selbsterregter, durch den Ausgangskreis mit sein soll, etwa derart, daß jeweils die vordere Flanke dem erregenden Steuerkreis gekoppelter Impulseines Impulses mit einem Nulldurchgang der Sinus- generator, bei dem durch eine amplitudenbegrenzte spannung zusammenfällt. Für diesen Zweck ist auf Wechselspannung kurze Impulse hoher Flankendem Rückkopplungstransformator T₁ noch eine dritte steilheit erzielt werden, dadurch gekennzeichnet. Wicklung W₃ angebracht, mit der eis möglich ist, die in 65 daß der Steuerkreis des Generators die Amplitude dem Schwingungskreis auf der Sekundärseite des des Ausgangswechselstromes begrenzt, wobei die Transformators entstehenden Sinusschwingungen begrenzte Ausgangswech.selspannung der erregendurch Rückwirkung auf die Primärseite abzugreifen. den Wechselspannung des Steuerkreises in der Die Wicklung muß dabei allerdings so ausgeführt Weise überlagert wird, daß die Flanken der Imwerden, daß nicht gleichzeitig auch der durch die 70 pulse einen steileren Anstieg bilden als die Flan-

   ken der erregenden Grundschwingung, und daß die Schaltung an sich bekannte Mittel zur Verschmälerung der erzeugten Impulse enthält.
2. 2. Impulsgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplung vom Ausgangskreis zum Steuerkreis transformatorisch ausgeführt ist in der Weise, daß die Sekundärwicklungen zweier Transformatoren (T₁, T.,) im Steuerkreis und die Primärwicklungen der Transformatoren im Ausgangskreis des Generators in Reihe angeordnet sind.
3. 3. Impulsgenerator nach Anspruch 1. gekennzeichnet durch eine derartige Betriebsweise, daß die positiven Halbwellen der Sinusspannung durch Gleichrichtung an der Steuerelektrode unterdrückt und die negativen Halbwellen. durch Übersteuerung des Generators begrenzt werden.
4. 4. Impulsgenerator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur völligen Unterdrückung der positiven Halbwellen der Sinusspannung ein vorgespannter Gleichrichter vor der Steuerelektrode des Generators angeordnet ist.
5. 5. Impulsgenerator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sekundärwicklung des einen Rückkopplungstransformators (T₁) eine Kapazität (Cs) solcher Größe parallel geschaltet ist,

   daß ein auf die gewünschte Impulsfolgefrequenz abgestimmter Schwingungskreis entsteht.
6. 6. Impulsgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Arbeitswiderstand im Ausgangskreis des Generators eine an ihrem Ende kurzgeschlossene Laufzeitkette parallel geschaltet ist.
7. 7. Impulsgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Ausgangskreis des Generators ein Differenzierglied angeordnet ist, an dem die Impulse abgenommen werden.
8. 8. Impulsgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Ausgangskreis des Generators ein durch eine Diode gedämpfter Schwingungskreis angeordnet ist, an dem die Impulse abgenommen werden.
9. 9. Impulsgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine mit der Impulsfolgefrequenz phasenstarr verknüpfte Sinusspannung aus dem auf die Impulsfolgefrequenz abgestimmten Schwingungskreis entnommen wird.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   Deutsche Patentanmeldung ρ 4564 VIII a/21 a¹ D; schweizerische Patentschrift Nr. 266 761;
   USA.-Patentschrift Nr. 2 535 285.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   © 709 907/134 2.58