DE1084308B - Schaltung zur Bestimmung des Zeitpunktes, zu dem die Amplituden zweier Spannungen gleich sind - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Verbesserungen an Amplitudenkoinzidenzschaltungen, insbesondere Schaltungen, welche ein Ausgangssignal in dem Augenblick erzeugen, in dem die Amplituden zweier Signale gleich sind, deren relative Amplituden sich derart ändern, daß sich die Amplitudenzeitverläufe überschneiden.

In elektronischen Schaltungen ist es häufig notwendig, einen Amplitudenvergleich durchzuführen; dabei ist im Augenblick der Amplitudenkoinzidenz zwischen den zwei verschieden sich ändernden Signalen ein Ausgangssignal zu erzeugen. Zum Beispiel in der Rechenmaschinen- und in der Radartechnik ist es häufig notwendig, ein Signal, dessen Amplitude proportional einer Parametergröße ist, in ein Signal umzuwandeln, dessen zeitliche Verschiebung proportional dieser Größe ist. So kann z. B. eine Spannung, deren Amplitude proportional einem Zeitverlauf ist, mit einer Spannung verglichen werden, die sich mit der Zeit linear verändert, so daß im Augenblick der Amplitudenkoinzidenz zwischen den zwei Signalen ein Ausgangsimpuls nach einem Zeitintervall erzeugt wird, welches vom Zeitverlauf des Eingangssignals abhängt. Wo es sonst noch erwünscht ist, kann der Amplitudenvergleich auf ähnliche Weise durchgeführt werden, z. B. uhi die Phasenbeziehung eines Wechselstromsignals bekannter maximaler Amplitude durch Vergleich dieses Signals mit einem Bezugsamplitudensignal zu bestimmen, wobei die bei der Koinzidenz auftretende Ausgangsspannung von der Phasenverschiebung des Signals abhängig ist.

Vergleichs- oder Koinzidenzschaltungen zur Erzeugung der erwünschten Ausgangssignale sind bekannt; sie sind jedoch nicht in der Lage, eine scharf definierte Ausgangsspannung zur genauen Zeit der Koinzidenz zu erzeugen; außerdem sind sie sehr kompliziert im Aufbau und erfordern einen genauen Abgleich. Zweck der Erfindung ist es, eine neue und verbesserte Koinzidenzschaltung anzugeben, welche ein scharf definiertes Ausgangssignal erzeugt, welches genau bei der Amplitudenkoinzidenz der Eingangssignale auftritt.

Es ist ein weiterer Zweck der Erfindung, eine Schaltung anzugeben, welche ein Ausgangssignal liefert, dessen Bezugspegel unabhängig von den zu vergleichenden Eingangssignalen ist und welche eine Ausgangsspannung liefert, ohne daß ein Abgleich oder eine Einstellung notwendig ist.

Schließlich ist es Zweck der Erfindung, eine Schaltung anzugeben, die aus sehr wenig Einzelteilen besteht und sehr billig ist.

Kurz zusammengefaßt besteht die vorliegende Erfindung darin, eines der zu vergleichenden Signale einem ersten Kreis zuzuführen, welcher einen Gleichrichter und einen strombegrenzenden Widerstand ent-Schaltung zur Bestimmung des Zeitpunktes, zu dem die Amplituden zweier Spannungen

gleich sind

Anmelder:

General Electric Company, Schenectady, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. B. Johannesson, Patentanwalt, Hannover, Göttinger Chaussee 76

Beanspruchte Priorität: V. St. v. Amerika vom 17. März 1958

Stanley Raymond Brown, North Syracuse, N. Y.

(V. St. Α.),
ist als Erfinder genannt worden

hält; das zweite zu vergleichende Signal wird einem zweiten Kreis zugeführt, der einen Gleichrichter, eine Induktivität und einen strombegrenzenden Widerstand enthält; die Glieder sind derart bemessen, daß ein Stromfluß nur in dem Kreis stattfindet, in welchem das Signal mit der jeweils größten Amplitude zugeführt wird, so daß der Stromfluß von einem Kreis auf den anderen zum Zeitpunkt der Amplitudenkoinzidenz der zu vergleichenden Signale umgeschaltet wird. Der plötzliche Stromfluß durch die Induktivität zu dieser Zeit induziert einen Impuls, der eine präzisere Anzeige der Amplitudenkoinzidenz liefert als Vergleichsschaltungen, welche bei Stromkoinzidenz ansprechen. Außerdem wird ein im allgemeinen schnellerer und schärferer Ausgangsimpuls als bei den anderen Vergleichsschaltungen erhalten, in welchen der Stromfluß im Augenblick der Koinzidenz plötzlich unterbrochen oder angeregt wird. Außerdem ist der Stromfluß in der Vergleichsschaltung direkt von der Spannungsdifferenz zwischen den zu vergleichenden Signalen abhängig. Bei den bekannten Anordnungen ist dies anders, weil hier der Stromfluß nur indirekt, z.-B.

wenn das einem Verstärker zugeführte Gittersignal einen Anodenstrom hervorruft, welcher zum Vergleich ausgenutzt wird, von der Spannungsdifferenz abhängt. Die Stromumschaltung der erfindungsgemäßen Anordnung tritt demnach ohne einen Abgleich genau zur

009 548/289

1 084 30a

Zeit der AmplitudenkoinzidgrE auf. Abgleiche wären notwendig, wenn der Stromnuß indirekt von der zugeführten Spannung abhängig wäre.

Nachstehend soll ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand der Zeichnungen näher erläutert werden. ■ - - · - - - ■

Fig". 1 zeigt ein Schaltbild eines bevorzugten Ausführungsbeispieis der Erfindung; in

Fig. 2 ist eine Reihe ^ötf'Amplrtudenzeitverläufen, die an verschiedenen Punkten der. Schaltung auftreten, dargestellt;

Fig. 3 zeigt in ähnlichen Signalverläufen die Größe des Gleichrichterstromes in Abhängigkeit von der Zeit an. _.

In der Schaltung gemäß Fig. 1 wird eine der zwei zu vergleichenden Signalspannungen (E₁) einem ersten Kreis zugeführt, der eine Vorspannungsquelle E₃, einen strombegrenzenden Widerstand 4 und ein gleichrichtendes Glied 1 enthält, welches für die eingezeichnete Polarität von E₁ durchlässig ist. Das Glied 1 ist in der Fig. 1 als Elektronenrohre dargestellt, welche eine mit der positiven Eingangsklemme verbundene Anode 10 und eine mit dem.Widerstand 4 verbundene Kathode 5 aufweist. Die gleichrichtenden Glieder können natürlich entweder Röhrendioden oder Kristalldioden sein. Die zweite zu. vergleichende Signalspannung (E₂) wird einem zweiten Kreis zugeführt, der die Vorspannungsquelle E₃, den Widerstand 4, eine Induktivität 9 und ein gleichrichtendes Glied 3,. welches für die eingezeichnete Polarität von E₂ auf Durchlaß geschaltet ist, enthält. Das Glied 3 ist in Fig. 1 als Elektronenröhre dargestellt, deren Anode 7 mit der einen Eingangsklemme für die Spannung E₂ verbunden ist und deren Kathode 6 an die Induktivität 9 angeschaltet ist, deren anderer Anschluß wiederum mit der Kathode 5 verbunden ist. Es sei betont, daß der Widerstand 4 und die Vorspannungsquelle E₃. beiden Kreisen gemeinsam sind und daß die Klemme 8, wie in Fig. 1 dargestellt, an Masse liegen kann. Vorzugsweise ist die Induktivität 9 die Primärwicklung eines Transformators 2, so daß- der im Augenblick der Amplitudenkoinzidenz erzeugte Impuls induktiv in die Transformatorausgangswicklung 13 eingekoppelt wird, deren Klemme 11 den Ausgang darstellt. Obwohl ein Transformator einen geeigneten Blindwiderstand und gleichzeitig ein Mittel zum Auskoppeln darstellt, können andere Ausführungsformen der Erfindung andere Blindwiderstände und Auskoppelmittel, z. B. eine Spule und eine kapazitive Kopplung, aufweisen. Es ist wichtig, daß die Induktivität ein hohes Verhältnis Blindwiderstand zu ohmschem Widerstand aufweist. Die Größe der Induktivität sollte optimal für die gewünschte Amplitude und die Dauer der Vorderflanke des Ausgangsimpulses der Koinzidenzschaltung bemessen werden, da eine klein bemessene Induktivität eine kurze Impulsanstiegszeit und eine große Induktivität eine große Impulsamplitude zur Folge hat. Außerdem ist es erwünscht, eine Induktivität zu verwenden, welche im ungesättigten Bereich ihrer Magnetisierungskurve betrieben wird.

Bei der nachfolgenden Beschreibang der Wirkungsweise wird auf die Fig. 2 Bezug 'genommen, welche die Spannungszeitverläufe, wie sie an verschiedenen Punkten der Schaltung in bezug auf den Masseanschluß 8 auftreten, dargestellt sind. Die Ordinate der Verläufe in Fig. 2 stellt die Spannungsamplitude in bezug auf einen Pegel dar, welcher durch die Bezugsspannung E₁ festgelegt ist. Dies gilt jedoch nicht für Fig. 2-D, wo der Bezugspegel unabhängig von der Spannung E₁ ist. Auf den Abszissen der Darstellungen ■ - ist die Zeit mit einer beliebigen Nullzeit beginnend dargestellt.

Es sei angenommen, daß die Spannung E₁ eine konstante Amplitude hat und daß die Spannung E₂ eine -Sägezahnspannung ist, die sich von einer negativen Amplitude zu einer positiven Amplitude in bezug auf die Spannung E₁, wie in Fig. 2-A dargestellt, verändert. Die Wellenformen E₁ und E₂ stellen natürlich nur Beispiele dar, sie wurden nur zum Zwecke der

ίο Erklärung der Wirkungsweise der Anordnung angegeben. Da die vorausgesetzte Spannung E₂ am Beginn eine Amplitude aufweist, die kleiner als die Spannung .E₁ ist, wird anfangs im ersten Stromkreis, der den Widerstand 4 und das Glied 1 enthält, ein Strom fließen, wie sich aus der Stromzeitdarstellung gemäß Fig. 3-A ergibt. Während des leitenden Zustandes des Gliedes 1 ist sein Widerstand sehr gering, und wie in Fig. 2-B- gezeigt, entspricht seine Kathodenspannung der Amplitude von E₁, weshalb, wie in Fig. 2-C dar-

ao gestellt, die über die Induktivität 9 der Kathode.6 des Gliedes 3 zugeführte Spannung einen stärker positiven Wert aufweist als die der Anode 7 zugeführte Spannung E₂. Das Glied 3 ist dadurch gesperrt, und wie in Fig. 3-B dargestellt, fließt kein Strom durch den zweiten Kreis, d. h. die Induktivität 9 und. das

. Glied 3, bis die Amplitude von E₂ der von E₁ gleicht. Zur Zeit der Amplitudenkoinzidenz, in Fig. 2 mit t_x bezeichnet, ist die Diode 1 gesperrt, und die Diode 3 wird leitend, so daß der Stromfluß durch den zweiten Kreis und damit durch die Induktivität 9 beginnt. Die schnelle Umschaltung des Stromes vom ersten auf den zweiten Kreis hat eine scharfe selbstinduzierte Spannung, wie in Fig. 2-C dargestellt, in der Reaktanz 9 zur . Folge. Dieser Spannungsimpuls wird transformatorisch in die Wicklung 13 eingekoppelt und erscheint als scharfer Spannungsimpuls am Ausgang 11 der Koinzidenzschaltung, wie in Fig. 2-D dargestellt. Die Polarität dieses Impulses hängt natürlich vom Wickelsinn der Primär- und Sekundärwicklung des Transformators 2 ab. Durch die Trans-. formatorkopplung des selbsterzeugten Spannungsimpulses von der Wicklung 9 auf den Ausgang 11 wird ein Ausgangsimpuls erhalten, dessen Bezugspegel unabhängig von den .zugeführten Spannungen der Vergleichsanordnung ist und der weitgehend unabhängig von den lang andauernden unerwünschten Spannungsschwankungen ist. Andere Koppelmittel, wie z. B. Kondensatoren, können ebenfalls benutzt werden, um den Ausgangsimpuls von der Wicklung 9 der Ausgangsklemme zuzuführen.

Es sei betont, daß die Amplitude des in der Reaktanz 9 erzeugten Spannungsimpulses und damit also auch des Ausgangsimpulses an der Klemme 11, unabhängig von der Amplitude des Stromes ist, weleher zwischen dem ersten und dem zweiten Kreis, d. h. über die Induktivität 9, zur Zeit der Koinzidenz umgeschaltet wird. Die Größe des Stromes im ersten und im zweiten Kreis ist angenähert gleich dem Quotienten der über den Widerstand 4 zugeführten Spannung und der Größe des Widerstandes 4. Die Vorspannungsquelle E₃, welche zusammen mit dem Widerstand 4 sowohl im ersten als auch im zweiten Kreis liegt, ist derart gepolt, daß ihre Spannung die zugeführten Signalspannungen E₁ und E₂ unterstützt, so daß ein Strom ausreichender Größe erzeugt wird. Wenn die Amplituden -der Spannungen E₁ und E₂, zur Zeit der Koinzidenz genügend groß sind, um einen Schaltstrom hinreichender Größe zu erzeugen, kann die Vorspannungsquelle E₃ auch weg-

fallen. ■

Die Spannung E_z wurde als Beispiel gewählt, um nicht nur den Fall einzuschließen, daß zuerst das Glied 1 leitet, sondern auch, daß zuerst das Glied 3 leitet. So beginnt, während das Glied 3 leitet, die Spannung E₂ nach Erreichen einer maximalen Spannung zur Zeit t₂ wieder abzufallen. In Anbetracht des niedrigen Widerstandes des Gliedes 3 im leitenden Zustand folgt die Spannung an der Kathode 6 im wesentlichen E₂, wie in Fig. 2-C dargestellt. Die Spannung an der Kathode 5 stimmt ebenfalls weitgehend mit E₂ überein, so daß das Glied 1 gesperrt bleibt, bis die Amplitudenkoinzidenz wieder bei der mit i₃ in Fig. 2 bezeichneten Zeit auftritt. Zu dieser Zeit sperrt das Glied 3 wieder,, und das Glied 1 beginnt zu leiten; wie in Fig. 3 gezeigt, mit dem Ergebnis, daß in der Induktivität 9 ein Spannungsimpuls erzeugt wird, dessen Polarität entgegengesetzt zu dem anfangs erzeugten Impuls (Fig. 2-C) ist. Das Signal an der Ausgangsklemme 11, welche mit der Sekundärwicklung 13 verbunden ist, besteht somit ao aus zwei wohldefinierten scharfen Impulsen, von denen der eine — mit der einen Polarität — auftritt, wenn das Glied 3 sperrt, und der zweite — mit der anderen Polarität — zu der Zeit, zu der das Glied 3 wieder leitend wird, d. h. den Zeiten der Amplituden- _a5 koinzidenz. Die Fig. 2-D zeigt eine kleine Amplitudenveränderung in der Ausgangsspannung zwischen den Zeiten t_± und t₃ während des Intervalls währenddessen die Spannung E₂ die Bezugsspannung überschreitet. Diese durch die Selbstinduktionsspannung in der Wicklung 9 infolge der linearen Änderung des Stromes durch die Wicklung und das Glied 3 hervorgerufene Veränderung, erscheint außerdem durch, die transformatorische Wirkung an der Wicklung 13, ist jedoch von kleinerem Wert und beeinflußt die Wirkungsweise der mit den Ausgangsklemmen verbundenen Teile nicht.

Spannungsänderungen, welche der Anode einer Sperranordnung zugeführt werden, können an dessen Kathode kapazitiv gekoppelt werden, so daß solche Änderungen auch an der Wicklung 9 und an der Ausgangsklemme 11 erscheinen. So können, während das Glied 3 gesperrt ist, Änderungen von E₂ das Ausgangssignal bei 11 beeinflussen. Diese Störspannung kann durch Einschaltung eines Kondensators 12 zwisehen die Kathode 6 des Gliedes 3 und dem mit dem Ausgang verbundenen Ende der Wicklung 13 kompensiert werden, wobei die Wicklungen 9 und 13 einen solchen Wicklungssinn aufweisen, daß die Polaritäten der Eingangs- und Ausgangsspannung im Transformator entgegengesetzt sind.

Es kann außerdem erwünscht sein, Störimpulse, welche in der dem auf Durchlaß geschalteten Glied zugeführten Spannung auftreten, vom Ausgangssignal abzuhalten, d. h. Störimpulse in E₂, während das Glied 3 leitend ist. Die Größe des Kondensators 12 kann so ausgewählt werden, daß diese Störimpulse besser neutralisiert werden als die Signale, welche über das Glied 3 kapazitiv eingekoppelt werden.

Die oben beschriebene Schaltung ist besonders vorteilhaft, weil kritische Schaltelemente nicht vorhanden sind und keine Mittel zum Abgleich der Ströme oder Impedanzen vorgesehen sein müssen. Außerdem ist es nicht notwendig, Induktivitäten bzw. Transformatoren zu verwenden, die eine bestimmte Sättigungskurve aufweisen. Es ist jedoch erwünscht, sie im ungesättigten Teil der Magnetisierungskurve zu betreiben.

An Stelle der als Gleichrichter verwendeten elektronischen Röhren können auch Kristalldioden Verwendung finden, und die Polaritäten der beiden Dioden können zusammen mit den Polaritäten der zugeführten Spannungen umgekehrt werden.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Schaltung zur Bestimmung des Zeitpunktes, zu dem die Amplituden zweier Spannungen, von denen sich wenigstens eine zeitabhängig ändert, gleich sind, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Spannungen je einem Schaltkreis zugeführt werden, von denen jeder einen bezüglich der zugeordneten Spannung in Durchlaßrichtung gepolten Gleichrichter und einen beiden Kreisen gemeinsamen Widerstand enthält, und daß in den einen Schaltkreis zwischen Gleichrichter und Widerstand außerdem eine Induktivität eingeschaltet ist, von der die bei Amplitudengleichheit auftretenden Impulse abgenommen werden.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erhöhung der Ströme durch die beiden Gleichrichter Mittel zur Erzeugung von Vorspannungen für die beiden Gleichrichter vorgesehen sind.

3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Induktivität die Primärwicklung eines Transformators vorgesehen ist und daß die Ausgangsimpulse von dessen Sekundärwicklung abgenommen werden.

4. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Neutralisation von Störungen zwischen den nicht mit der Impedanz verbundenen Anschluß der Primärwicklung des Transformators und die Ausgangsklemme ein Kondensator eingeschaltet ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 009 548/289 6.60