-
Elektronische Einstellvorrichtung, insbesondere zur Einstellung von
Cosinus-Entzerrern in Vielkanal-Trägerfrequenz-Übertragungsleitungen Die Erfindung
betrifft eine elektronische Einstellvorrichtung, die insbesondere in der Nachrichtentechnik
zu schrittweise verlaufenden, in der Fortschalterichtung umkehrbaren Regelvorgängen
verwendet werden kann. Die Vorrichtung kann insbesondere zur Einstellung von Cosinus-Entzerrem
für Vielkanal-Trägerfrequenz-übertragungsleitungen dienen; dabei wird gefordert,
daß ein Strom durch mindestens einen Regelwiderstand stufenweise eingestellt werden
kann.
-
Die elektronische Einstellvorrichtung ist erfindungsgemäß gekennzeichnet
durch eine von Einstellimpulsen gesteuerte Zählschaltung aus bistabilen, mit je
zwei Verstärkerelementen, vorzugsweise Transistoren, ausgerüsteten Kippstufen, deren
Zahl von der Anzahl der erforderlichen Stromstufen abhängig ist und deren erste
Verstärkerelemente ausgangsseitig über je einen Widerstand, dessen Leitwert der
jeweiligen Zählwertigkeit entspricht, auf den gemeinsamen Regelwiderstand geschaltet
sind, wobei sich beim Fortschalten mit den jeweils zweiten Verstärkerelementen ein
»Weiterschalter« und beim Fortschalten mit den jeweils ersten Verstärkerelementen
ein »Zurückschalten« der Zählschaltung ergibt, indem die Steuerung für das Weiterschalter
bzw. Zurückschalten über elektronische Schalter, insbesondere Diodentore, erfolgt,
die jeweils das erste und das zweite Verstärkerelement einer Kippstufe mit der folgenden
Kippstufe verbinden und durch Sperrpotentiale so gesteuert werden, daß jeweils immer
nur eines der beiden Verstärkerelemente mit der folgenden Kippstufe verbunden ist.
-
Der gemeinsame Regelwiderstand kann beispielsweise ein indirekt geheizter
Thermistor sein, dessen Widerstand sich entsprechend den durch seinen Heizdraht
fließenden Strömen ändert.
-
Es sind an sich bereits wie Schieberegister arbeitende elektronische
Stufenschalter bekannt, die bistabile Schaltglieder benutzen, deren Fortschalterichtung
umgeschaltet werden kann (deutsche Auslegeschriften 1092 706 und 1094 497). Darüber
hinaus sind binäre Zählschaltungen bekannt, die es ermöglichen, vorwärts und rückwärts
zu zählen, d: h. zu addieren und zu subtrahieren (»Electronics«, 25. 9. 1959, S.
82 und 83). Weiterhin sind noch Zähleinrichtungen bekannt, die eine Anzeige durch
ein für alle Stufen gemeinsames Anzeigegerät haben, indem diesem die Summe der von
jeder Stufe abgezeigten Ströme zugeführt wird, wobei die einzelnen von den Stufen
abgezweigten Stöme im Nullzustand der betreffenden Stufe den Betrag Null und im
Ansprechzustand der betreffenden Stufe einen Betrag haben, der jeweils der Wertigkeit
der einzelnen Stufen entspricht (deutsche Patentanmeldung S 38233IX/42p, bekanntgemacht
am 14.10. 1954).
-
Die Anwendung aller dieser bekannten Schaltungen beschränkt sich ausschließlich
auf elektronische Rechen- und Speichereinrichtungen. Auch sind sie mit dem Nachteil
behaftet, daß sie einen sehr großen Schaltungsaufwand für die Richtungsumschaltung
benötigen.
-
Die diesen Nachteil vermeidende Einstellvorrichtung nach der Erfindung
wird im folgenden an Hand eines in den Fig. 1, 2 und 3 dargestellten Ausführungsbeispieles
näher erläutert.
-
Das Blockschaltbild nach Fig. 1 zeigt die elektronische Einstellvorrichtung.
Sie besteht aus drei Teilen, nämlich einer Voreinstellschaltung VE, einer elektronischen
Schrittschaltanordnung S und einer Endlagenanzeige E.
-
Die Voreinstellschaltung VE hat die Aufgabe, die elektronische Schrittschaltanordnung
S mit Hilfe von Vorspannungen an den Klemmen z und w auf »Weiterschalter« bzw. »Zurückschalten«
einzustellen. Sie kann beispielsweise durch eine bistabile Kippschaltung, zwei Schmitt-Trigger
oder durch eine ähnliche, zwei verschiedene Potentiale erzeugende Schaltanordnung
realisiert werden.
-
Die elektronische Schrittschaltanordnung S umfaßt neun verschiedene
Stufen: Eine Verzögerungsstufe M, ein Diodentor D und sieben Zählstufen B,
bis B7.
-
Die erste Stufe M; z. B. ein monostabiler Multivibrator, hat die Aufgabe,
die Weitergabe des ersten
Steuerimpulses an der Klemmei so lange
zu verzögern, bis die nachfolgenden Zählstufen auf »Weiter-bzw. Zurückschalten«
eingestellt sind.
-
Das Diodentor D wird von der Endlagenanzeige E aus über Klemme a gesteuert
und verhindert die Weiterschaltung der Zählstufen über die Klemme K, wenn sämtliche
Zählstufen Bi bis B7 in einer bestimmten Fortschalterichtung besetzt sind. Zur Anzeige
dieses Zustandes ist die Endlagenanzeige E mit den einzelnen ZählstufenBl bis B7
über die Klemme e verbunden.
-
Die Zählstufen B1 bis B7 bestehen jeweils aus einer bistabilen Kippschaltung,
wobei die Zählstufen hintereinandergeschaltet sind und auf einen gemeinsamen Regelwiderstand
Ra arbeiten. Sie haben die Aufgabe, das Weiterschalters bzw. Zurückschalten der
Stromstufen durch Regelwiderstand zu bewirken, indem diesem die Summe der von den
einzelnen bistabilen Kippschaltungen gelieferten Ströme zugeführt wird.
-
Im Nullzustand der Stufen haben diese Ströme den Wert Null und im
Anspruchzustand der Stufen den Betrag, der der Wertigkeit der jeweiligen Stufe entspricht.
Bei n hintereinandergeschalteten Stufen sind 2n verschiedene Kombinationen von Zuständen
der Kippstufen bzw. 2n Summenströme möglich. So erhält man z. B. für drei von insgesamt
sieben vorgesehenen Stufen 23= 8 verschiedene Kombinationen von Zuständen bzw. Summenströmen.
Damit bei sämtlichen einstellbaren Stromwerten die einzelnen Stromschritte stets
gleich groß sind, muß die Versorgungsspannung UG weitgehend konstant sein bzw. notfalls
besonders geregelt werden.
-
Zur weiteren Klarstellung der Wirkungsweise sei im folgenden angenommen,
daß - entsprechend dem Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes -die bistabilen
Kippstufen mit je zwei Transistoren ausgerüstet sind. Die ersten Transistoren der
Kippstufen sind dabei kollektorseitig über je einen Widerstand R1 bis R7 an den
Regelwiderstand Ra geschaltet. Im angeregten Zustand der Stufen sind diese ersten
Transistoren leitend, die zweiten Transistoren gesperrt; im Nullzustand der Stufen
dagegen sind die ersten Transistoren gesperrt und die zweiten Transistoren leitend.
-
Bezeichnet man den leitenden Zustand eines Transistors mit »1«, den
gesperrten Zustand mit »0«, so können die Kombinationsmöglichkeiten im Falle von
drei bistabilen Kippstufen B1, B2 und B3 entsprechend der folgenden Tabelle 1 angeschrieben
und das »Weiterschalters« erklärt werden.
| Tabelle 1 |
| B, B2 B3 |
| erster zweiter erster zweiter erster zweiter |
| Transistor Transistor Transistor I Transistor Transistor Transistor |
| 1. Stellung ...................... 0 1 0 1 0 1 |
| 2. Stellung . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
... 1 0 0 1 0 1 |
| 3. Stellung ...................... 0 1 1 0 0 1 |
| 4. Stellung ...................... 1 0 1 0 0 , 1 |
| 5. Stellung ...................... 0 1 0 1 1 0 |
| 6. Stellung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 0
0 1 1 0 |
| 7. Stellung ...................... 0 1 1 0 1 0 |
| B. Stellung ...................... 1 0 1 0 1 0 |
Die erste Stellung entspricht der Ruhestellung der Zählstufen, bei der sämtliche
zweiten Transistoren leitend sind. Die zweite Stellung entspricht dem Zustand der
Zählstufen nach dem ersten Steuerimpuls, wobei die Stufe Bi angeregt, d. h. der
erste Transistor leitend ist. Die dritte Stellung ergibt sich nach dem zweiten Steuerimpuls
gleicher Polarität. Die Stufe B1 kippt wieder in den Nullzustand zurück, der zweite
Transistor wird wieder leitend und gibt einen Impuls an die Stufe B2 weiter, wodurch
diese in den angeregten Zustand gelangt. Jeder folgende Steuerimpuls gleicher Polarität
schaltet jeweils die dreistufige Zählschaltung bei jeweiliger Steuerung mit den
zweiten Transistoren in der aus der Tabelle 1 ersichtlichen Weise weiter. Es steuert
also für das »Weiterschalters« jeweils der zweite Transistor die folgende Kippstufe.
-
Soll jedoch »zurückgeschaltet« werden, so muß jeweils der erste Transistor
der Kippstufen die Steuerung der nächsten Kippstufen übernehmen. Zur diesbezüglichen
Erläuterung dient die folgende Tabelle 2.
| Tabelle 2 |
| Bi B2 B3 |
| erster zweiter erster zweiter erster zweiter |
| Transistor Transistor Transistor I Transistor Transistor Transistor |
| 1. Stellung ...................... 0 1 0 1 0 1- |
| 2. Stellung ...................... 1 0 0 1 0 1 |
| 3. Stellung ...................... 0 1 1 0 0 1 |
| 4. Stellung ...................... 1 0 1 0 0 1 |
| 5. Stellung ...................... 0 1 1 0 0 1 |
| 6. Stellung ....... . .............. 1 0 0 1 0 1 |
| 7. Stellung ...................... 0 1 0 1 0 1 |
Es wird angenommen, daß die dreistufige Zählschaltung bis zur vierten
Stellung weitergeschaltet wird und dann durch eine Umsteuerung jeweils die ersten
Transistoren der Zählstufen mit der folgenden Stufe verbunden werden, so daß diese
die Steuerung der folgenden Stufe übernehmen. Durch die Umsteuerung werden gleichzeitig
die zweiten Transistoren von den jeweils folgenden Zählstufen abgetrennt. Durch
den folgenden, vierten Steuerimpuls ergibt sich die fünfte Stellung, bei der die
erste Zählstufe in den Nullzustand zurückkippt. Der zweite Transistor dieser Stufe
steuert dabei die zweite Zählstufe nicht mehr um; damit entspricht die fünfte Stellung
der dritten Stellung. Der folgende, fünfte Steuerimpuls bewirkt die sechste Stellung,
die der zweiten Stellung entspricht. Der erste Transistor der ersten Zählstufe ist
leitend geworden und hat damit die zweite Zählstufe umgesteuert. Der sechste Steuerimpuls
stellt dann in der siebenten Stellung den Ruhezustand (erste Stellung) der Zählschaltung
wieder her.
-
An die ersten Transistoren der Kippstufen Bi bis B7 ist, wie bereits
erwähnt, der Regelwiderstand R" angeschlossen, und zwar so, daß jeder dieser Transistoren
im leitenden Zustand einen bestimmten Stromanteil entsprechend der Wertigkeit der
zugehörigen Kippstufe durch den Regelwiderstand R" liefert. Für Stromschritte gleicher
Größe durch den Regelwiderstand Ra müssen sich dabei die von der ersten, zweiten,
dritten : . . Kippstufe gelieferten Ströme wie 1:2:4 ... verhalten.
-
Die Fig.2 zeigt die schaltungstechnische Ausbildung der in Fig. 1
mit B1 bis B7 bezeichneten Blöcke, die die Zählstufen der Schrittschaltanordnung
S bilden. Aus Gründen der Übersichtlichkeit des Schaltbildes wurde bewußt darauf
verzichtet, die in Fig. 1 an den einzelnen Kippstufen mit e bezeichneten Klemmen
in Fig. 2 einzuzeichnen. Die Klemmen e bezeichnen die Anschlüsse der einzelnen Transistoren
über Dioden an die Endlagenanzeige E, wie in Fig. 3 ausführlich angegeben ist, und
sind zur Erläuterung der Wirkungsweise der Schrittschaltanordnung S vorerst nicht
von Bedeutung. Die ebenfalls zur Schrittschaltanordnung gehörende Verzögerungsstufe
M (Monostabiler Multivibrator) und das Diodentor D sind in bekannter Weise aufgebaut
und werden daher nicht näher beschrieben. Dasselbe gilt für die Voreinstellung
VE, die eine übliche bistabile Kippschältung sein kann. Von den sieben zur
Zählschaltung gehörenden bistabilen Kippstufen B1 bis B7 sind nur drei Stufen, und
zwar B1, B2 und B7 dargestellt, da die Stufen B;; bis B6 in der Schaltung vollkommen
mit der Stufe B2 übereinstimmen und sich nur in einigen Widerstandswerten voneinander
unterscheiden. Der Aufbau dieser bistabilen Kippstufen mit je zwei Transistoren
Ts1, Ts. in B1; Ts3, Ts4 in Bz usw. bis Tsi3, Ts14 in B7 und die Wirkungsweise dieser
Stufen sind bekannt und bedürfen keiner Erläuterung. Die Kollektoren der ersten
Transistoren sind über je einen Widerstand R1 bis R7 mit dem gemeinsamen Regelwiderstand
Ra verbunden.
-
Von wesentlicher Bedeutung ist die Art der Reihenschaltung der einzelnen
bistabilen Stufen: Sowohl der erste wie auch der zweite Transistor einer Zähltsufe
ist mit der folgenden Zählstufe verbunden, wobei durch Dioden in den Basisleitungen
die Umsteuerung der Verbindungswege vorgenommen wird. In bekannten Zählschaltungen,
die bisher nur die Verbindung eines der beiden Transistoren mit der folgenden Stufe
zeigten, haben diese Dioden ausschließlich die Aufgabe, nur die positiven Spannungsimpulse,
die bei der Differentiation der Spannungssprungs entstehen, wenn der vorhergehende
Transistor in den leitenden Zustand geschaltet wird, für die Steuerung der folgenden
Stufe durchzulassen. Und zwar wird dadurch, daß die Basisanschlüsse beider Transistoren
der folgenden Stufe über Dioden verbunden sind, der Transistor dieser Stufe, der
sich gerade im leitenden Zustand befindet, durch den positiven Impuls in den gesperrten
Zustand gekippt. Diese Aufgabe haben auch die Dioden D1 und Dz in der Stufe Bi der
Schrittschaltanordnung nach der Erfindung. Im übrigen aber zeigen hier die Kippstufen
B2 bis B7 je vier Dioden, beispielsweise die Stufe B2 die Dioden D1,3, D1.4, D2,3
und D2,4 in den Basiszuleitungen der Transistoren. Ein Paar Dioden verbindet den
ersten Transistor, das andere Paar Dioden den zweiten Transistor einer Kippstufe
mit der nachfolgenden Kippstufe. So verbindet beispielsweise die Diode D"4 den Transistor
Tsl in Bi mit dem Transistor Ts4 in B2 und die Diode D1,3 den Transistor Tsi in
Bi mit dem Transistor Ts3 in B2. Entsprechendes gilt für die Dioden D2, 3 und D2,
4 wie für die Dioden der übrigen Zählstufen B3 bis B7. Durch Sperrpotentiale, die
an den Klemmen z bzw. w von der Voreinstellschaltung VE erzeugt werden, kann nur
eines der beiden Diodenpaare einer Zählstufe oder auch beide Paare derselben gleichzeitig
gesperrt werden, so daß entweder nur der zweite Transistor oder nur der erste Transistor
oder keiner von beiden Transistoren mit der folgenden Zählstufe verbunden ist. Es
können damit alle die in Tabelle 1 bzw. 2 als Beispiel angegebenen Schaltvorgänge
durchgeführt werden.
-
Für ein Funktionsbeispiel der Schrittschaltanordnung ,soll nun angenommen
werden, daß sie Schaltvorgänge in der in Tabelle 2 angegebenen Weise durchführen
soll: In der ersten Stellung befindet sich die Schrittschaltanordnung in der Nullstellung.
Sämtliche ersten Transistoren Tsi, Ts3 bis Tsi, befinden sich im gesperrten Zustand.
Über den Regelwiderstand Ra fließt kein Strom. Sämtliche zweiten Transistoren Ts2,
Ts4 bis Ts" befinden sich im leitenden Zustand. Nun soll die Schrittschaltanordnung
auf »Weiterschatten« eingestellt werden. Dazu gibt die Voreinstellschaltung VE ein
Sperrpotential auf die Klemmen z, wodurch die Verbindung der jeweils ersten Transistoren
der Zählstufen mit der nachfolgenden Zählstufe unterbrochen wird und nur noch die
jeweils zweiten Transistoren der Zählstufen mit der folgenden Zählstufe verbunden
sind.
-
Ein erster Steuerimpuls an der Eingangsklemme i gelangt über die Verzögerungsstufe
M, das Diodentor D und Klemme K auf die bistabile Zählstufe Bi und
kippt den Transistor Tsi vom gesperrten in den leitenden Zustand. Über Ra fließt
nun ein Strom vom Wert »1«; dieser Zustand entspricht der zweiten Stellung in Tabelle
2.
-
Ein zweiter Steuerimpuls an der Klemme i kippt die Stufe Bi wieder
in den Ruhezustand (Ts. leitend). Da die Verbindung zwischen dem Kollektor von Ts2
und der folgenden Stufe B2 besteht, wird diese nun in den angeregten Zustand gekippt.
Damit fließt in der dritten Stellung ein Strom von Wert »2« über Ra. In der vierten
Stellung (Tsi wieder leitend) fließt über Ra ein Strom vom Wert »3«.
-
Nun soll auf »Zurückschalten« umgestellt werden. Dazu schaltet die
Voreinstellschaltung VE das Sperrpotential
an den Klemmen z ab
und gibt eines auf die Klemmen w. Damit werden alle Verbindungen von den zweiten
Transistoren der Zählstufen zu den folgenden unterbrochen und alle Verbindungen
von den ersten Transistoren der Zählstufen zu den folgenden hergestellt.
-
Ein vierter Steuerimpuls kippt demnach nur noch die Stufe Bi in den
Ruhezustand (Ts2 leitend), ohne daß ein Impuls an die folgende Kippstufe B2 weitergegeben
wird. Der Strom durch Ra sinkt wieder auf den Wert »2« ab.
-
Ein fünfter Impuls kippt die Stufe B, wieder in den angeregten Zustand
(Tsl leitend). Nun wird über die durchlassenden Dioden D1,3 und D1,4 die Kippschaltung
B2 in die Ruhelage gekippt, durch Ra fließt der Strom vom Wert »1«. Die sechste
Stellung ist erreicht. Ein sechster Steuerimpuls schließlich kippt Bi in die Ruhelage
(Ts#, leitend); die Schrittschaltanordnung hat mit der siebenten Stellung die Nullstellung
wieder erreicht.
-
Um zu verhindern, daß bei Erreichen einer Endlage der Schrittschaltanordnung,
d. h., wenn sich bei auf »Weiterschalters« eingestellter Anordnung sämtliche Zählstufen
B1 bis B7 im Ansprechzustand oder bei auf »Zurückschalten« eingestellter Anordnung
sämtliche Stufen im Nullzustand befinden, weitere Steuerimpulse sinnlose Schaltfunktionen
ausüben, ist die Endlagenanzeige E vorgesehen. Ihre Schaltung ist in Fig.3 dargestellt.
Sie besteht aus zwei Schmitt-Triggern S1, S2 mit je zwei Transistoren TslS, Tsls
bzw. Tsl7, TslB, einer der Zahl der Transistoren der Zählstufen entsprechenden Anzahl
von Dioden D3 bis Dl. und zwei Glühlampen Gll und Gl2, die in den Kollektorzuleitungen
der Transistoren Ts" und Ts1a liegen. Die Dioden verbinden jeweils die Kollektoren
CTsl, CTs" bis CTsl, der ersten Transistoren der Zählstufen mit dem Eingang des
Schmitt-Triggers S1 und die Kollektoren CTs., CTs4 bis CTsl, der zweiten Transistoren
der Zählstufen mit dem Eingang des Schmitt-Triggers S2. Diese Kollektoranschlüsse
sind in Fig. 1 schematisch als Klemme e eingezeichnet. Die Ansprechschwellwerte
der beiden Schmitt-Trigger sind so eingestellt, daß diese erst dann ansprechen,
wenn sämtliche zu einem Schmitt-Trigger gehörigen Dioden an das Kollektorpotential
der leitenden Transistoren der Zählstufen geschaltet sind. Wenn also sämtliche ersten
Transistoren leitend sind, dann spricht der Schmitt-Trigger S1 an, d. h., Tsl. wird
gesperrt, Tsls leitend, und die Glühlampe Glj - an deren Stelle auch eine beliebige
andere Warneinrichtung vorgesehen sein kann - leuchtet auf. Gleichzeitig stellt
sich am gesperrten Transistor Ts" ein Kollektorpotential ein, das über eine Diode
D" und eine Klemme a das Diodentor D sperrt. Entsprechendes gilt für
die zweiten Transistoren der Zählstufen und den Schmitt-Trigger S2. Die Endlage
wird in diesem Fall durch Aufleuchten der Glühlampe Gl. angezeigt und das Diodentor
D über eine Diode D,- und die Anschlußklemme a gesperrt. Damit wird also
verhindert, daß in den Endlagen auf die Basisars-Schlüsse der Transistoren der Zählstufe
B1 positive Steuerimpulse gelangen können.
-
Um zu erreichen, daß die elektronische Schrittschaltanordnung nicht
ihren Inhalt verliert, d. h. ihre letzte Stellung beibehält, wenn eine Störung in
der Betriebsstromversorgung eintritt, kann eine magnetische Speicherung der Stellung
der Kippstufen Bi bis B7 vorgesehen werden. Vorzugsweise geschieht dies durch Ferritringkerne
mit rechteckförmiger Hystereseschleife, von denen jeweils einer jeder Kippstufe
zugeordnet ist und deren Wicklungen entweder in der Kollektor- oder Emitterzuleitung
der Transistoren liegen.
-
Beim Lesen der gespeicherten Zählstufenstellungen nach Wiedereinschalten
der Betriebsstromversorgung ist es erforderlich, sämtliche Zählstufen voneinander
zu trennen. Dies geschieht durch Sperrpotentiale, die an sämtlichen Klemmen w und
z angelegt werden.
-
Zusätzlich zum Regelwiderstand Rd kann gegebenenfalls noch ein weiterer
Regelwiderstand vorgesehen werden, der dann über Widerstände mit den Kollektoren
der jeweils zweiten Transistoren TS2, Ts4 bis Ts14 verbunden ist. Dieser zusätzliche
Regelwiderstand würde dann von einem Strom durchflossen werden, dessen Stufen in
umgekehrter Richtung geregelt werden wie der Strom durch den Regelwiderstand Ra.
-
An Stelle einer Ansteuerung der Schrittschaltanordnung durch Steuerimpulse
gleicher Polarität und einer besonderen Voreinstellschaltung VE, die die
Schrittschaltanordnung auf »Weiterschalters« bzw. »Zurückschalten« einstellt, kann
auch eine Ansteuerung der letzteren mittels Impulsen verschiedener Polarität. erfolgen,
die eine polaritätsabhängige Schaltung passieren müssen und je nach Polarität die
Schrittschaltanordnung weiter- oder zurückschalten.