DE1060437B - System zur Umwandlung der Augenblicksamplituden einer Signalschwingung in eine Impuls-Kodegruppe - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft ein System zur Umwandlung der Augenblicksamplituden einer Signalschwingung mit einem begrenzten vollen Amplitudenbereich in eine Kodegruppe von Impulsen mit zwei Werten, die zu gleichen Zeitintervallen auftreten.

Ein solches System ist bei Übertragungsgeräten für Nachrichtensysteme von besonderer Bedeutung, weil eine Sprechsignalwelle oder ein anderes zu übertragendes Signal durch Impulse ausgedrückt werden können, die sich wie Telegraphenkode auswerten lassen.

Ein Weg zur Darstellung der beiden Werte der Kodegruppenimpulse besteht darin, einen von ihnen durch einen vorhandenen Impuls, d. h. einen EinImpuls, darzustellen und den anderen durch das Nichtvorhandensein eines Impulses, d. h. einen AusImpuls. Andererseits kann der eine Wert auch durch einen positiven Impuls und der. andere durch einen negativen Impuls dargestellt werden. Die Gesamtanzahl der mit einem solchen binären Kode erreichbaren Permutationen ist proportional 2", wobei η die Anzahl der Kodeelemente einer Kodeimpulsgruppe oder eines Buchstabens ist.

Die Erfindung geht von einem bekannten System aus, bei welchem jeder Impuls mit. dem einen der Werte einen Teil des vollen Amplitudenbereichs darstellt und welches eine^ Rückkopplungsschleife, die einen Verstärker und eine Verzögerungseinrichtung enthält, sowie eine Verbindung, um die Augenblicksamplitude zwecks Umlauf in die Schleife einzuführen, und einen Amplitudendiskriminator aufweist, der mit der Schleife gekoppelt ist und auf eine in der Schleife umlaufende Augenblicksamplitude mit einer Größe anspricht, welche die Hälfte des. vollen Amplitudenbereiches übersteigt, so daß ein Ausgangsimpuls mit einem bestimmten Wert geliefert und die halbe Amplitude von dem in der Schleife umlaufenden Impuls abgezogen wird, um einen Restwert zum Umlauf in der Schleife zu liefern.

Je nach der Größe der ursprünglichen Augenblicksamplitude kann dieser Restwert nach der Umlaufmultiplikation den Betriebsschwellwert des Diskriminators erreichen oder nicht. Wenn er ihn erreicht, wird ein weiterer Ausgangsimpuls geliefert und eine weitere Subtraktion vorgenommen, die mit der ersten Subtraktion identisch ist. Dieser Vorgang wird für eine Anzahl von vollen Umläufen fortgesetzt, die gleich der Anzahl der Kodeelemente in der gewünschten Kodeimpulsgruppe ist. Danach wird die Rückkopplungsschleife unwirksam, um eine ungeregelte Schwingung zu verhindern und um sie zur Verschlüsselung der folgenden Augenblicksamplitude vorzubereiten.

Die Arbeitsweise dieses Gerätes ist hervorragend, System zur Umwandlung
der Augenblicks amplituden

einer Signalschwingung
in eine Impuls-Kodegruppe

Anmelder;

Western Electric Company,
Incorporated, New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. H. Fecht, Patentanwalt,
Wiesbaden, Hohenlohestr. 21

Beanspruchte Priorität: .
V. St. v. Amerika vom 28. März 1956

Robert Lawrence Carbrey, Madison N. J. (V. St. Α.),
- ist als Erfinder genannt worden

vorausgesetzt, daß die Wiederholungsgeschwindigkeit der Impulse der Kodegruppe genügend hoch ist. Bei geringeren Wiederholungsgeschwindigkeiten kann jedoch die Länge oder die Kompliziertheit der Verzögerungseinrichtung, welche die erforderliche Verzögerung eines ganzen Impulsintervalls bewirkt, zu groß werden. Weiterhin enthält eine Gruppe von Impulsen, die sämtlich die gleiche Polarität aufweisen, eine wesentliche niederfrequente Komponente. Bei niedrigen Wiederholungsgeschwindigkeiten erzeugen unvermeidliche kleine Ableitungswege im Gerät eine Verschlechterung dieser niederfrequenten Komponente, welche sich als eine »wandernde Null« darstellt. Damit ist eine geringere Genauigkeit der Verschlüsselung verbunden.

Mit der Erfindung sollen in erster Linie diese Schwierigkeiten behoben werden, und zwar durch besondere Bemessung der Verzögerungseinrichtung und des Verstärkers. Die Erfindung besteht demgemäß darin, daß die Verzögerungseinrichtung so bemessen ist, daß sich für jede in der Schleife umlaufende Augenblicksamplitude in jedem Impulsintervall eine gerade Anzahl von Umläufen ergibt, und daß der Verstärker so bemessen ist, daß- die Größe dieser Augenblicksamplitude im Verlauf der geraden Anzahl von Umläufen um den Faktor 2 verstärkt-wird.

Im Falle von zwei Umläufen wird das Rückkopplungsnetzwerk so bemessen, daß es für jeden Umlauf

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eine Verzögerung von einem halben Impulsintervall und eine Verstärkung von ]/2* ergibt. Nach.jedem einfachen Umlauf wird der impuls um ~fz vergrößert und um ein halbes Impulsintervall verzögert. Nach zwei solchen Umläufen ist der Impuls um einen Faktor 2 vergrößert und um ein volles Impulsintervall verzögert. Für eine Kodeimpulsgruppe aus einer gegebenen Anzahl η von Kodeelementen macht das Signalstück entweder ohne Änderung oder nach einer oder mehreren Subtraktionen von der Hälfte des vollen Amplitudenbereichs eine Gesamtzahl von 2 η Umläufen in der Schleife. Der Diskriminator spricht wie vorher an, wenn das Signalstück die Hälfte des vollen Amplitudenbereichs erreicht hat, führt wie vorher die Subtraktion aus und liefert einen Ausgangsimpuls bei jedem solchen Ansprechen.

Die Verwendung dieser geraden Anzahl von Umläufen gestattet die Benutzung eines Phasenumkehrnetzwerks in solcher Weise, daß nach dem ersten Umlauf oder nach einer ungeraden Anzahl von Umläufen der Ausgangsimpuls in der Polarität umgekehrt wird und eine Größe hat, die nicht zum Wert des Eingangsimpulses durch eine Potenz von 2 in Beziehung steht, sondern sich von dieser Beziehung um J/2" unterscheidet. Jeder dieser Impulse mit umgekehrter Polarität ^a5 tritt in der Mitte eines Impulsintervalls auf. Sie leisten keinen Beitrag zu dem gestückelten Signalausgang und werden nicht beachtet. Im Rückkopplungsnetzwerk selbst haben diese Impulse die Tendenz, den Zug der positiven Impulse zu kompensieren, so daß die niederfrequente Komponente des gesamten Impulszugs im ganzen genommen stark verringert wird.

Diese numerischen Beziehungen können offensichtlich so verallgemeinert werden, daß sie alle Fälle umfassen, bei denen der Impuls während jedes vollen Impulsintervalls eine gerade Anzahl von Umläufen macht, wobei er im Verlaufe aller Umläufe zusammen in der Amplitude um einen Faktor 2 vergrößert oder verkleinert wird und um ein einfaches Impulsintervall verzögert wird. Wenn somit vier Umläufe gewünscht werden, wird das Netzwerk so bemessen, daß es für jeden Umlauf einen Verstärkungsfaktor von (2)^I/4 und eine Verzögerung von ¹U Impulsintervall ergibt. Allgemein ausgedrückt wird das Netzwerk so bemessen, daß es für irgendeine gerade Anzahl 2r von Umläufen

einen Verstärkungsfaktor von

ergibt und eine

Verzögerung von — einführt, wobei T das Impulsintervall und r irgendeine ganze Zahl ist.

Die Erfindung soll an Hand der Zeichnungen noch näher erläutert werden. -

Fig. 1 ist ein schematisches Blockschaltbild, das ein Gerät zeigt, welches die Prinzipien der früheren Technik verkörpert;

Fig. 2 zeigt eine Gruppe von Diagrammen, welche die Arbeitsweise des Geräts der Fig. 1 erläutern;

Fig. 3 ist ein Blockschema, welches das Gerät zeigt, das die Erfindung verkörpert;

Fig. 4 zeigt eine Gruppe von Diagrammen, welche die Arbeitsweise des Geräts der Fig. 3 erläutern;

Fig. 5 ist ein Blockschema, das eine Abänderung des Geräts der Fig. 3 zeigt;

Fig. 6 ist ein Schaltbild, welches Einzelheiten des Geräts der Fig. 5 zeigt.

Fig. 1 zeigt ein Verschlüsselungsgerät, dessen Hauptteil ein Rückkopplungsnetzwerk 1 ist, welches einen Vorwärtsweg 2 enthält, in dem sich ein linearer Verstärker 3 befindet, ferner einen Rückkopplungsweg 4, in dem sich eine Verzögerungseinrichtung 5 befindet. Diese Teile sind so bemessen, daß sie für das Rückkopplungsnetzwerk als Ganzes einen Rückkopplungsfaktor oder eine μ ·/^-Kennziffer mit einem Wert von 2 und eine Verzögerung in der Rückkopplungsschleife von einem einfachen Impulsintervall liefern.

Ein Signal, das seinen Ursprung z. B. in einem Mikrophon 6 hat und in ein Signal mit unveränderlicher Polarität umgewandelt wird, z. B. durch Einschaltung des Potentials einer Batterie 7, wird auf einen geeigneten Pegel durch einen Verstärker 8 gebracht, so daß es an der linken Klemme eines Stückelungsschalters oder eines Durchlasses 9 erscheint. Eine Taktimpulsquelle 11, welche mit der Kodeimpulsgeschwindigkeit arbeitet, steuert einen Frequenzteiler, z. B. einen Multivibrator 12 mit einfachem Umlauf, welcher Impulse mit der Impulsgruppengeschwindigkeit oder der Signalstückelungsgeschwindigkeit liefert, um die Steuerklemme dieses Schalters 9 zu betätigen und kurz einen Leitungsweg von seiner linken Klemme zu seiner rechten Klemme herzustellen, und zwar jeweils einmal für jedes Stückelungsintervall, und damit an die Eingangsklemme 14 des Rückkopplungsnetzwerks 1 eine Folge von kurzen Impulsen anzulegen, die jeweils aus einem einfachen Signalstück bestehen.

Die Eingangsklemme 14 des Rückkopplungsnetzwerks 1 ist ferner mit der Eingangsklemme 15 eines Abschneiders 16 verbunden, der SO' bemessen ist, daß er in gleicher Weise auf alle Signale anspricht, die die Hälfte des vollen Signalamplitudenbereiches übersteigen, und nicht auf Signalstücke anspricht, die eine geringere Größe besitzen. Er kann irgendeinen geeigneten Aufbau aufweisen, z. B. kann er ein Multivibrator mit einfachem Umlauf bekannter Art sein. Andere Aufbauweisen für den Abschneider werden weiter unten geschildert.

Jedesmal, wenn der Abschneider 16 anspricht, erfüllt er zwei Funktionen: erstens liefert er über einen Durchlaßschalter 18, der durch die Impulse der Taktimpulsquelle 11 betätigt wird und damit mit der Ko'deimpulsgeschwindigkeit synchronisiert wird, einen Ausgangsimpuls mit normaler Größe an eine Ausgangsleitung 20. Zweitens liefert er über eine Ausgangsverbindung 22 an die Eingangsklemme des Verstärkers 3 einen Impuls mit einer Größe, die gleich der Hälfte des vollen Signalamplitudenbereiches ist und mit einer Polarität, die derjenigen des Signalstücks entgegengesetzt ist. Aus Gründen der Einfachheit ist die Darstellung so getroffen, daß er den gleichen Impuls von seiner Ausgangsklemme 24 sowohl an die Ausgangsleitung 20 als auch an die Eingangsklemme des Verstärkers 3 liefert. Die richtige Bemessung der Größe des an den Verstärker 3 gelieferten Impulses bildet einen Teil der Erfindung, während die einzige Forderung, die an die Größen der an die Ausgangsleitung 20 gelieferten Impulse gestellt wird, darin besteht, daß sie gleichmäßig sein sollen.

Ein Dämpfungs-, Anpassungs- oder Pufferglied, das hier in einfacher Weise als Widerstand 26 dargestellt ist, kann zwischen der Eingangsklemme 14 des Netzwerks 1 und der Eingangsklemme des Verstärkers 3 eingeschaltet werden, d. h. parallel mit dem Abschneider 16, um eine Rückkopplung des Ausgangssignals des Abschneiders zu seinem Eingangspunkt zu verhindern. Dies stellt jedoch nur eine Verfeinerung dar, weil der Abschneider selbst leicht so aufgebaut werden kann, daß er nur in einer Richtung wirkt, d. h. daß er für an seinen Ausgangsleiter angelegte Signale unempfindlich ist.

Die Art und Weise, wie das Gerät der Fig. 1 die Verschlüsselung des ankommenden Signalstücks ausführt, ist wie folgt:

Es sei angenommen, daß der volle Amplitudenbereiich des ankommenden Signals den Wert 32 Einheiten hat und daß dieser Bereich in zweiunddreißig einzelne Unterbereiche eingeteilt ist, die jeweils von den darunterliegenden um eine Einheit verschieden sind. Um irgendeine der zweiunddreißig möglichen Signalstückamplituden im binären Kode auszudrükken, sind Buchstaben von fünf Kodeelementen oder Kodeimpulsgruppen von fünf Impulsen erforderlich. Es sei ferner angenommen, daß ein zu verschlüsselndes Signalstück ganz wenig eine Einheit überschreitet, d. h., seine Größe möge auf der Skala von 0 bis 32 gleich 1,01 betragen. Dieses Signalstück wird an die Eingangsklemme 14 des Netzwerks 1 angelegt. Es hat offensichtlich eine Amplitude, die zu klein ist, um den Abschneider 16 wirksam zu machen. Es geht durch das Dämpfungsglied 26, den Verstärker 3 und über den Rückkopplungsweg 4 und die Verzögerungseinrichtung 5 und kehrt dann zum Eingangspunkt 14 nach einem Impulsintervall zurück. Dann ist es in der Größe um den Faktor 2 vermehrt, d. h., es hat eine Amplitude von 2,02 Einheiten. Dieser Wert ist noch zu klein, um den Abschneider 16 zu betätigen. Es macht einen zweiten Umlauf in der Schleife, um mit einer Amplitude von 4,04 wieder zu erscheinen, ferner einen dritten Umlauf, um mit einer Amplitude von 8,08 wieder zu erscheinen. Es ist immer noch zu klein, um den Abschneider zu betätigen und macht demnach einen vierten Umlauf, um am Eingangspunkt 14 des Netzwerks mit einer Amplitude von 16,16 wieder zu erscheinen. Diese Größte reicht aus, um den Abschneider 16 wirksam zu machen. Demnach wird ein Ausgangsimpuls an den Ausgangsleiter 20 geliefert und ein negativer Impuls mit einer Amplitude von 16 Einheiten an die Eingangsklemme des Verstärkers 3 angelegt. Dieser negative Impuls wird zu dem positiven Impuls von 16,16 Einheiten addiert, so daß ein Restwert von 0,16 Einheiten als tatsächliches, an den Verstärker-3 angelegtes Signal bleibt. Dieses Signal könnte offensichtlich viele Male in der Schleife kreisen, bevor es auf einen solchen Punkt verstärkt wird, daß es den Schwellwert des Abschneiders. von 16 Einheiten erreicht. Jedoch sind zu dieser Zeit fünf Impulsintervalle vergangen, und die Rückkopplungsschleife 1 ist, um eine ungesteuerte Wiederentstehung zu vermeiden, welche eine Interferenz mit der Verschlüsselung des folgenden Signalstücks ver-Ursachen würde, nun kurzzeitig durch Anlegen eines Impulses von dem Multivibrator 12 an die Steuerklemme eines Hilfsschalters 28, der normalerweise geschlossen ist, unwirksam gemacht. Während dieser Schalter im Prinzip an jedem Punkt der Rückkopplungsschleife. angeordnet werden könnte, wird er doch vorteilhafterweise, wie dargestellt, zwischen den Ausgangspunkt der Verzögerungseinrichtung 5 und den Eingangspunkt des Verstärkers 3 gelegt. Hierdurch wird die Beendigung der. Verschlüsselung des ersten Signalstücks sichergestellt, bevor das Rückkopplungsnetzwerk unwirksam wird.

Um die Folge der oben beschriebenen Vorgänge zu wiederholen sei ausgeführt, daß an der Eingangsklemme 15 des Abschneiders 16 und an aufeinander- folgenden Impuls Intervallen, beginnend mit dem ersten Signalstück, Impulsamplituden mit den Werten 1,01, 2,02, 4,04, 8,08 und 16,16 -vorhanden waren. Diese wurden durch den Abschneider 16 so interpretiert, daß sie die Amplituden 0, 0, 0, 0, 1 hatten.

Demnach hat das an die Ausgangsleitung 20 angelegte Signal die Form 00001. Dieses ist die richtige Darstellung im binären Kode des ursprünglichen Signalstücks, dessen Amplitude 1,01 betrug.

Wenn das ursprüngliche Signalstück an Stelle der Amplitude 1,01 eine Amplitude von 1,99 Einheiten gehabt hätte, dann würde es nach einem Rundumlauf in der Rückkopplungsschleife mit einer Amplitude von 3,98 Einheiten wieder erscheinen; nach zwei Umläufen mit einer Amplitude von 7,96, nach drei Umläufen mit einer Amplitude von 15,92 Einheiten und nach vier Umläufen mit einer Amplitude von 31,84 Einheiten. Der Abschneider 16 würde nach dem dritten Umlauf nicht ansprechen; er würde aber nach dem vierten Umlauf leicht ansprechen. Damit würde er das Eingangssignalstück genau wie vorher interpretieren und eine Ausgangskodeimpulsgruppe von der Form 00001 erzeugen. Also interpretiert das Gerät der Fig. · 1 alle Amplitudenstücke, die im Bereich zwischen einer Einheit und zwei Einheiten liegen, auch wenn sie sehr dicht an der Grenze dieses Unterbereiches liegen, gleich und richtig als gequantelte Amplitude 1.

Fig. 2 stellt links die aufeinanderfolgenden Vorgänge dar, welche bei dem zuerst geschilderten Beispiel stattfinden, wobei das ursprüngliche Signalstück um den Faktor 2 bei jedem Umlauf vergrößert wird, so- daß es die Amplitude 16,16 erst erreicht, wenn der letzte Umlauf gerade beginnt. Bei dieser Figur ist der Impuls, der durch die negativen gestrichelten Linien dargestellt ■ ist, der Subtraktionsausgangsimpuls des Abschneiders 16, und der schraffierte Teil mit niedrigem Pegel ist der Restwert von 0,16 nach der Subtraktion. Der Abschneidepegel, der die Hälfte des vollen Amplitudenbereiches darstellt, ist durch eine horizontale gestrichelte Linie gezeichnet, und die Interpretation der Impulsfolge durch den Abschneider dahingehend, ob ein Impuls unterhalb oder oberhalb dieses Schwellwerts liegt, ist oberhalb der Impulse dargestellt. Der zweite, dritte und vierte Teil der Fig. 2 zeigt ähnliche Diagramme, welche die Arbeitsweise der Verschlüsselungseinrichtung der Fig. 1 für drei andere Signalstücke erläutern, und zwar mit einer Amplitude zwischen 30 und 31 Einheiten, zwischen 14 und 15 Einheiten und zwischen 20 und 21 Einheiten. Wie oberhalb der entstehenden Impulsgruppen gezeigt ist, interpretiert der Abschneider 16 diese Signalstücke als 30, 15 und 20 und verschlüsselt sie dementsprechend.

Die Impulsfolgen in Fig. 2 haben sämtlich die gleiche Polarität. Sie stellen die Zustände dar, welche man innerhalb der Rückkopplungsschleife 1 im Verlauf der Verschlüsselung erhält. Jede solche Impulsfolge enthält offensichtlich eine Gleichstromkomponente 0 oder eine niederfrequente Komponente, die eine wesentliche Amplitude aufweist. Im Prinzip neigen unvermeidliche Ableitwege oder andere Abweichungen der Rückkopplungsschleife von. der idealen Wirkungsweise dazu, eine Verschlechterung dieser Gleichstromkomponente während des Umlaufs zu bewirken. Insbesondere kann diese Verschlechterung, wenn die Impulswiederholungsgeschwindigkeiten vergleichsweise niedrig sind, so groß sein, daß sie bewirkt, daß ein vervielfachter Impuls, welcher am Ende der Gruppe auftritt und. welcher etwas größer als der halbe Signalamplitudenbereich sein soll, statt dessen etwas unter diesem Pegel liegt und damit den Absehneider 16 nicht betätigen kann, obwohl er ihn betätigen soll. Um diese Wirkungen auf ·βΐη Minimum zu verringern, werden strenge Forderungen an den

Aufbau der Rückkopplungsschleife 1 und ihrer Teile, insbesondere an den des Verstärkers 3 gestellt.

Wie groß auch die Vollkommenheit des Aufbaus ist, so findet man doch stets eine niederfrequente Grenze, unterhalb der die Teile nicht mehr zuverlässig arbeiten.

Gemäß der vorliegenden Erfindung, wie sie in Fig. 3 dargestellt wird, ist die Zuverlässigkeit der Arbeitsweise erhöht, und die Forderungen an den Aufbau sind vermindert, indem die Größe der Gleichstromkomponente jeder Impulsfolge beim Umlauf in der Rückkopplungsschleife herabgesetzt wird. Dies geschieht durch Einschalten eines Ausgleichsimpulses zwischen jeweils zwei benachbarten Impulsen bei der Anordnung der Fig. 3, wobei der Ausgleichsimpuls entgegengesetzte Polarität hat und eine Größe, die weitgehend gleich dem Mittelwert der Amplituden der Nachbarimpulse ist. Um die Kompliziertheit der Verschlüsselungsoperation nicht zu erhöhen, wird diese Operation wie vorher auf Grund von Impulsen einer Polarität durchgeführt, wobei die Zwischenimpulse mit entgegengesetzter Polarität nur für Ausgleichszwecke verwendet werden. Dies geschieht erfindungsgemäß, indem der Verstärker 3' .so aufgebaut ist, daß er die Polarität jedes angelegten Signals umkehrt, d. h., wenn ein positiver Impuls angelegt wird, ist sein Ausgang ein negativer Impuls, und wenn ein negativer Impuls angelegt wird, ist sein Ausgang ein positiver Impuls. Um dieses Ergebnis ohne irgendeine Änderung der Verschlüsselungsoperation zu erhalten, ist die Anordnung so getroffen, daß jeder angelegte Impuls zwei volle Umläufe in der Rückkopplungsschleife für jedes Kodeelement oder jedes Impulsintervall ausführt, im Verlaufe der er um einen Faktor 2 wie vorher vergrößert wird. Beim ersten dieser Umläufe wird er um einen Faktor |/2~ vergrößert, um die Hälfte des Impulsintervalls verzögert und in der Polarität umgekehrt. Beim zweiten Umlauf wird er abermals um einen Faktor fä vergrößert, abermals um die Hälfte des Impulsintervalls verzögert und abermals in der Polarität umgekehrt, d. h. in seiner ursprünglichen Polarität wiederhergestellt. Der Abschneider 16 kann leicht so aufgebaut werden, daß er nur in einer Richtung anspricht, d. h., daß er auf positive Impulse anspricht, welche die Hälfte des vollen Amplitudenbereiches wie vorher übersteigen; er spricht jedoch nicht auf irgendwelche negativen Impulse an, gleichgültig, wie groß deren Amplitude ist. Somit ist es beim Aufbau des Geräts nur notwendig, die Verzögerungseinrichtung 5' in dem Rückkopplungsweg 4 so zu bemessen, daß sie eine Verzögerung von einem halben Impulsintervall bei jedem Umlauf einführt und den Verstärker zo zu bemessen, daß er eine Verstärkung von j/2 und eine Phasenumkehr bei jedem Umlauf ergibt. Durch Anlegen von Signalamplitudenr stücken, die verschlüsselt werden sollen und welche die gleichen Amplituden wie diejenigen der Fig. 2 haben, werden Impulszüge erzeugt, wie sie in Fig. 4 dargestellt sind. In diesen Figuren sind die positiven Impulse identisch mit den positiven Impulsen der Fig. 2, und sie werden in gleicher Weise durch den Abschneider 16 interpretiert. Zwischen jedem positiven Impuls und dem folgenden Impuls erscheint ein negativer Impuls, dessen Größe das geometrische Mittel der Größen der Nachbarimpulse ist, d. h., seine Größe ist j/2-mal derjenigen des vorhergehenden Impulses und ^=-mal derjenigen des folgenden Impulses.

Es wird nun klar, daß die Lage der Eingangs- und Ausgangsleiter 15 und 24 des Abschneiders 16 in bezug auf die Rückkopplungsschleife 1, wie sie in den Fig. 1 und 3 dargestellt ist, mehr durch die Zweckmäßigkeit, als durch die Notwendigkeit diktiert ist. Der Ausgang des Abschneiders 16 kann im Prinzip an jedem Teil der Rückkopplungsschleife 1 angelegt werden, um vom Wert des an dieser Stelle vorhandenen umlaufenden Impulses abgezogen zu werden. In gleicher Weise kann der Eingang zum Abschneider 16, wie in den Fig. 1 und 3 dargestellt ist, von der

ίο Eingangsklemme 14, der Rückkopplungsschleife 1 oder, wenn dies vorzuziehen ist, von der Ausgangsklemme des Verstärkers 3 oder 3' abgenommen werden. Fig. 5 zeigt ein System, bei welchem ein Abschneider 16' so angeschlossen ist, daß er auf den Ausgang des Verstärkers 3' anspricht. Er erhält somit Impulse, welche im Vergleich mit den an den Abschneider 16 der Fig. 1 und 3 angelegten Impulsen in der Größe um ]/2~ vermehrt und in der Polarität umgekehrt sind. Mit der Änderung, daß jedes Eingangssignalstück in der Größe um einen Faktor 2 im Verhältnis mit seiner oben geschilderten Größe vermindert ist und mit der weiteren Änderung, daß jedes Eingangssignalstück negative Polarität hat, wie sie durch Hinzufügen desnegativen Potentials einer Batterie 7' oder einer anderen Spannungsquelle vorgesehen wird, sind die Diagramme der Fig. 4, welche zur Erläuterung der Arbeitsweise der Fig. 3 entwickelt wurden, auch auf das Gerät der Fig. 5 ohne weitere Änderung anwendbar. Eine Hilfsverzögerungseinrichtung 29 ist in den Hilfsrückkopplungsweg eingeschaltet, welcher sich von dem Ausgangspunkt 24 des Abschneiders 16' zum Eingangspunkt des Verstärkers 3' erstreckt, um den Subtraktionsimpuls in zeitliche Übereinstimmung mit dem richtigen Umlaufimpuls zu bringen.

Fig. 6 zeigt Schaltungseinzelheiten des Geräts der Fig. 5. Ein Sprechsignal vom Mikrophon 6 wird durch den Verstärker 8 zu einer Klemme eines Dreifach-Diodendurchlasses 9' geführt, welcher aus drei Varistoren V₁, V₉ und V₃ bestehen kann. Unter der Voraussetzung, daß ein leitender Weg über V₁ und V_s hergestellt ist, geht das Sprechsignal durch diesen Durchlaß und von da aus über einen Leiter 31 zur Basiselektrode eines Transistors T₁, der als Verstärker 3' dient. Dieser Verstärker ist in einer noch zu

4-5 beschreibenden Weise genau so eingestellt, daß er eine Verstärkung von ]/2 ergibt. Da er in der Schaltung mit geerdetem Emitter geschaltet istj erzeugt er an seinem Kollektoranschluß als Ausgangselektrode einen Impuls, welcher in der Polarität in bezug auf den. an seine; Basiselektrode angelegten Eingangsimpuls umgekehrt L .

Dieser Transistor T₁ ist normalerweise so vorgespannt, daß er gesperrt" iaT" und zwar indem seine Basiselektrode an einen, geeigneten Punkt eines Spannungsteilers angeschaltet ist, welcher aus den Widerständen R₇, R₁ und R_s besteht, die in Reihe zwischen einer positiven Spannungsquelle -\-B und einer entsprechenden negativen Spannungsquelle — C liegen. Der verzögerte- Rückkopplungsweg besteht aus der Verzögerungseinrichtung 5' in Reihe: mit den Widerständen R₆ und R₂ und erstreckt sich von der Kollektorelektrode dieses Transistors T₁ zu dessen Basiselektrode.

Ein zweiter Transistor T₂-, an dessen Kollektorelektrode eine Wicklung eines Transformators 33 angeschlossen ist, dient als del· Abschneider bei halber Amplitude der Fig. 5. Eine zweite Wicklung dieses Transformators, die . mit der - ersten Wicklung gekoppelt ist,, liegt zwischen der Basiselektrode des

vo Transistors T₂ und über einen Widerstand R₁₂ an der

Quelle +B. Diese Schaltung stellt einen Sperrschwinger dar. Der Transistor T₂ ist so vorgespannt, daß er nur bei Impulsen mit der Hälfte des vollen Signalbereichs oder mehr arbeitet, indem die Größen der beiden Widerstände R₁₂ und R₁₉ entsprechend eingestellt werden, welche in Reihe zwischen der Quelle +B und Erde liegen, wobei die Basiselektrode des Transistors an den gemeinsamen Punkt über eine Wicklung des Transformators 33 angeschaltet ist.

Eine Taktimpulsquelle 11, welche so abgestimmt ist, daß sie Impulse mit der gewünschten Kodeimpuls-Wiederholungsgeschwindigkeit liefert, steuert einen Multivibrator 12 mit einfachem Umlauf, welcher so eingestellt ist, daß er einen Ausgangsimpuls bei jeder abgehenden Impulsgruppe liefert und damit bei jedem ankommenden Signalstück. Der Ausgang dieses Multivibrators mit einfachem Umlauf wird über einen Widerstand i?₄ und den Leiter 31 an die Basiselektrode des Transistors T₁ angelegt und bringt ihn damit aus seinem gesperrten Zustand heraus und in seinen Arbeitszustand. Der Ausgang des Multivibrators 12 wird gleichzeitig an die Anode des Varistors F₃ des Dreifach-Diodendurchlasses 9' angelegt und stellt damit einen leitenden Weg durch diesen Durchlaß für das Signal des Mikrophons 6 her. Kurz danach wird der Weg über diesen Durchlaß durch Anlegen des positiven Ausgangs des gleichen Multivibrators 12 über eine Hilfsverzögerungseinrichtung 35 an die Anode des Varistors F₂ unwirksam gemacht. Damit wird der leitende Weg über den Dreifach-Diodendurchlaß 9' nur während eines kurzen Intervalls wirksam, das durch die Verzögerung bestimmt ist, welche sich durch die Hilfsverzögerungseinrichtung 35 ergibt.

Während dieses kurzen Intervalls wird ein Stück des ankommenden Signals des Mikrophons 6 mit Hilfe des Leiters 31 an die Basiselektrode des Transistors T₁ angelegt. Wie oben bei der Schilderung der Fig. 5 festgestellt wurde, hat dieses Signal negative Polarität. Dieser Impuls wird um einen Faktor ]/2~ verstärkt, in der Polarität durch den Transistor T₁ umgekehrt und mit Hilfe des Rückkopplungswegs 4 so angelegt, daß er an der Basiselektrode des Transistors als positiver Impuls wieder erscheint, dann um einen Faktor ]/2~ verstärkt und um ein halbes Impulsintervall verzögert. Nach dem nächsten Umlauf in dieser Rückkopplungsschleife wird er nochmals in der Polarität umgekehrt, nochmals um ]/2 vergrößert und nochmals um ein halbes Impulsintervall verzögert, so daß er an der Basiselektrode T₁ als negativer Impuls mit einer Größe erscheint, die d^s Doppelte des ursprünglichen Signalstücks beträgt, und zwar um eine volle Periode später. W:'. im Zusammenhang mit den Fig. 3 und S erklärt wurde, macht jeder Impuls zwei Umläufe in der Hauptrückkopplungsschleife der Fig. 6 bei jedem Element der abgehenden Kodeimpulsgruppe.

Wenn im Verlauf dieses Prozesses der Impulsaus- gang des Transistors T₁ eine Amplitude erreicht, die gleich oder größer als eine Hälfte des vollen Signalamplitudenbereiches ist, wird er mit Hilfe eines Widerstandes R₁₀ an die Basiselektrode des Transistors T₂ und mit Hilfe der Kopplung zwischen der zweiten und der ersten Wicklung des Transformators 33 an seine Kollektorelektrode angelegt und bewirkt dadurch, daß der Sperrschwinger in Tätigkeit tritt. Dies geschieht jedoch nur, wenn der Impulsausgang des Transistors T₁ positiv ist. Die Richtung, mit der die Spulen des Transformators gewickelt sind, stellt sicher, daß ein negativer Impulsausgang des Transistors T₁ den Transistor T₂ nur weiter in den Sperrzustand bringt.

Wenn der Transistor T₂ in Tätigkeit tritt, führt der Sperrschwinger, dessen aktives Element er darstellt, eine volle Schwingung aus und liefert einen Kodeimpuls über die dritte Wicklung des Transformators 33 an die abgehende Leitung 20 und gleichzeitig einen negativen Impuls über eine vierte Wicklung des Transformators 33 und über eine Ausgleichsverzögerungseinrichtung 37 und einen Belastungswiderstand Z₀ an Erde. Der am BelastungswiderstandZ₀ entstehende Spannungsabfall wird an die Anode eines Varistors F₄ angelegt, der normalerweise leitend ist. Die Kathode dieses Varistors F₄ ist mit der Kathode eines anderen Varistors F₅ und mit einer Klemme eines Widerstandes R₈ verbunden, dessen andere Klemme an die negative Spannungsquelle —C angeschaltet ist. Dieser negative Impuls hat eine ausreichende Größe, um den Varistor F₄ in seinen nichtleitenden Zustand in dem kurzen Intervall zu bringen, währenddessen der Impuls andauert. Hierdurch wird der Weg über den Varistor F₄ zwischen Erde und der Spannungsquelle — C geöffnet. Danach wird der Spannungsabfall, welcher vorher am Widerstand R₈ infolge des Stroms bestand, der in Reihe über diesen Widerstand und den Abschlußwiderstand Z₀ von der Erde bis zur Spannungsquelle —^ C floß, vermindert, und das Potential der Kathoden der Varistoren F₄ und F₃ fällt ab. Hierdurch wird der Varistor F₅ in seinen leitenden Zustand gebracht, und das abgefallene Potential am Widerstand R₈ wird über den Leiter 31 an die Basiselektrode des Transistors T₁ als negativer Impuls angelegt, der nur für die Dauer des an den Varistor F₄ angelegten Betätigungsimpulses besteht und eine Größe hat, welche genau auf die Hälfte des vollen Signalamplitudenbereiches durch geeignete Bemessung der Größe des Widerstandes R₈ im Verhältnis zur Spannung der Quelle — C eingestellt werden kann. Um sicherzustellen, daß die abgehenden Impulse sich nicht überlappen, aber ihre richtigen Zeiträume einnehmen, d. h. daß jeder Impuls ungefähr die Hälfte der Zeit einnimmt, welche einem einfachen Kodeelement zugeordnet ist, kann der Transistor T₂, welcher als Abschneider dient, für ein kurzes Zeitintervall während jedes Kodeelementes geöffnet werden. Zu diesem Zweck wird eine Impulsfolge, die mit Kodeelementgeschwindigkeit wiederkehrt, von der Taktimpulsquelle 11 und über einen Widerstand R₁₁ an die Basiselektrode des Transistors T₂ angelegt.

Eine unkontrollierte Wiedererzeugung durch Umlauf unerwünschter Impulse in der Verschlüsselungs-Rückkopplungsschleife wird verhindert, indem die Schleife unwirksam gemacht wird, z. B. dadurch, daß der Transistorverstärker T₁ am Ende jeder abgehenden Impulsgruppe in den Sperrzustand gebracht wird. Dies geschieht durch Anlegen der Rückflanke des Impulsausganges des Multivibrators 12 über einen Widerstand i?₄ und über den Leiter 31 an die Transistor-Basiselektrode. Ein gleichzeitiges Anlegen der Rückflanke des gleichen Impulses an die Kollektorelektrode des Transistors T₁ über einen Widerstand R₅ und einen Varistor F₆ verhindert ein daraus entstehendes Anwachsen des Potentials am Kollektor, das sonst infolge der Sperrung des Stroms im Transistor T₁ auftreten würde.

Dadurch, daß das KollektoTpotential auf seinem nominalen Betriebsmittelpunkt während der Zeit, wenn der Transistor gesperrt ist, gehalten wird, wird verhindert, daß eine normale negative Rückkopplung über den Widerstand R₁ einen Teil des Sperrsteuer-

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impulses auslöscht. Es werden ferner unerwünschte Einschwingvorgänge in der Schleife in dem Äugenblick verhindert, wenn der Transistor T₁ wieder in Betrieb kommt.

Die Art und Weise, wie die Verstärkung des Verstärkers auf den erforderlichen Wert eingestellt wird, ergibt sich aus den folgenden Betrachtungen:

Es sei angenommen, daß an einem besonderen Augenblick eine Spannung e_d an der Ausgangsklemme der Verzögerungseinrichtung 5' im Rückkopplungsweg 4 erscheint. Diese Spannung entspricht einem im Widerstand R₉ fließenden Strom von der Größe

R*

Weil die Eingangsimpedanz des Transistors T₁ im Vergleich zu den Widerstandswerten der Widerstände .R₁ und R₃ gering ist, fließt im wesentlichen der gesamte Strom in die Basiselektrode des Transistors T₁. Hierdurch wird das Fließen eines Stroms von

...l—a. A₂

im Kollektorkreis des Transistors T₁ bewirkt.

. Bei einem Transistor, bei dem der Stromvervielfachungsfaktor ά sehr dicht bei 1 liegt, ist dieser Kollektorstrom sehr groß und erzeugt daher eine große negative Spannung — e_c am Belastungswiderstand R₇. Die hierdurch entstehende Verstärkung ist sehr viel größer als der erforderliche Wert ]/2~. Wenn jedoch diese große umgekehrte Spannung im Kollektorkreis des Transistors T₁ zu entstehen beginnt, fällt die Spannung am Widerstand .R₁ ab und der Spannungsabfall ist von einem Strom

Λ I ^

R-i

begleitet, der zusammen mit dem Strom % in die Basiselektrode des Transistors T₁ fließt und die Tendenz hat, diesen auszulöschen. Bei einem Wert von Eins für α ist die Auslöschung im Idealfall vollkommen, und es ergibt sich ein'wesentlicher Kollektorstrom bei einem unendlich kleinen Basisstrom. In diesem Idealfall sind die beiden Komponenten des Basistroms in der Größe gleich:

und damit

Rz

Demnach ist es zur Sicherstellung eines Verstärkungsfaktors von ~ψϊ nur nötig, die Widerstände R₁ und R₂ so zu bemessen, daß ihr Verhältnis ]ß, d. h. etwa 1,414 beträgt.

Die Stromvervielfachungsfaktoren von Transistoren, die zur Zeit erhältlich sind, liegen ausreichend dicht bei Eins, um eine Sicherstellung der erforderliehen Verstärkung mit genügender Annäherung zu erlauben, wenn die Widerstände diese Werte aufweisen. Eine endgültige gegebene Einstellung kann leicht durch kleines empirisches Abstimmen der Größen der Widerstände durchgeführt werden.

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Claims (9)

Patentansprüche:

1. System zur Umwandlung der Augenblicksamplitüden einer Signalschwingung mit einem begrenzten vollen Amplitudenbereich in eine Kode- ^°

gruppe von Impulsen - mit zwei Werten, die zu gleichen Zeitintervallen; auftreten, wobei jeder Impuls mit dem einen der Werte einen Teil des vollen Amplitudenbereiches" darstellt, und wobei das System eine Rückkopplungsschleife, die einen Verstärker und eine Verzögerungseinrichtung enthält, sowie eine Verbindung, um die- Augenblicksamplitude zwecks Umlauf in die Schleife einzuführen, und einen Amplitudendiskriminator aufweist, der mit der Schleife gekoppelt ist und auf eine in der Schleife umlaufende Augenblicksamplitude mit einer Größe anspricht, welche die Hälfte des vollen Amplitudenbereiches übersteigt, so daß ein Augenblicksimpuls mit einem bestimmten Wert geliefert und die halbe Amplitude von dem in der Schleife umlaufenden Impuls abgezogen wird, um einen Restwert zum Umlauf in der Schleife zu liefern, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungseinrichtung (5') SO' bemessen ist, daß sich für jede in der Schleife umlaufende Augenblicksamplitude in jedem Impulsintervall eine gerade Anzahl von Umläufen ergeben, und daß der Verstärker (3') so bemessen ist, daß die Größe dieser Augenblicksamplitude im Verlauf der geraden Anzahl von Umläufen um den Faktor 2 verstärkt wird.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schleifenverstärker so bemessen ist, daß er eine Verstärkung von ]/2~ ergibt, und daß die Verzögerungseinrichtung so bemessen ist, daß sie eine Verzögerung von der Hälfte des Impulsintervalls bei jedem Umlauf eines Impulses in der Schleife ergibt.

3. System nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungseinrichtung so bemessen ist, daß jede an die Schleife angelegte Augenblicksamplitude zwei volle Umläufe in der Schleife während eines einfachen Impulsintervalls macht.

4. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker so bemessen ist, daß

er eine Verstärkung von (2) »r bei jedem Schleifenumlauf ergibt, und daß die Schleifenverzögerungsemrichtung so bemessen ist, daß sie eine Verzöge-

rung von- — bei ■ jedem Schleifenumlauf ergibt,

wobei r eine ganze positive Zahl und T die Länge "eines einfachen Impulsintervalls ist.

5. System nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schleifenverstärker so bemessen ist, daß die Phase jeder Augenblicksamplitude der an die Schleife angelegten Signalschwingung umgekehrt wird.

6. System nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schleifenverstärker aus einem Transistor (T₁) in Schaltung mit geerdetem Emitter besteht.

7/ System nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Taktimpulsquelle (H) Schaltmittel (12) steuert, um die Schleife am Ende, einer Kodeimpulsgruppe unwirksam zu machen, welche die angelegte Augenblicksamplitude des Signals darstellt.
""*"

8. System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Taktimpulsquelle ferner den Amplitudendiskriminator (16', T₂) so steuert, daß sein Ausgang einmal bei jedem Element jeder Kodeimpulsgruppe an die abgehende Leitung des Systems angelegt wird.

9. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schleifenverstärker ein Phasenumkehrverstärker ist, der eine Eingangsklemme und eine Ausgangsklemme enthält, daß ferner ein zweiter reaktanzfreier Rückkopplungsweg die Ausgangs- und Eingangsklemmen des Verstärkers miteinander verbindet, um die Verstärkung zu stabilisieren, und daß dieser Rückkopplungsweg einen ersten Widerstand (Ji₁) enthält, um die effektive Verstärkung des Verstärkers zu ändern,

daß weiterhin ein zweiter Widerstand (J?₂) in dem anderen Rückkopplungsweg (4) liegt, der die Verzögerungseinrichtung enthält, und daß schließlich der erste und der zweite Widerstand so bemessen sind, daß das Verhältnis ihrer Widerstandswerte ]/ä~ beträgt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschrift Nr. 2 660 618.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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