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_h_n,üulsfrequenzteilerschaltung mit Magnetkernen Frequenzteilerschaltungen
haben die Aufgabe, Impulse hoher Folgefrequenz in Impulse niedrigerer Folgefrequenz
umzuwandeln, d. h., eine Frequenzteilerschaltu,ng soll jeweils nach einer
bestimmten Anzahl von ihrem Eingang zugeführten Eingangsimpulsen an ihrem Ausgang
einen Ausgangsimpuls abgeben.
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Eine bekannte Frequenzteilerschaltung mit Magnetkernen ist in Fig.
1 dargestellt. Sie besteht im wesentlichen aus dem vormagnetisierten Vorkern
Kl und dem Zählkern K 2. Der Vorkern K 1 wird durch den ständigen Stromfluß
über den Widerstand R 1 über seine Wicklung 2 in einer Sättigungslage festgehalten.
Am Eingang E werden Impulse bestimmter Polarität zugeführt, die den Vorkern
Kl über die Eingangswicklung 1 für die Dauer dieser Impulse in die entgegengesetzte
Sättigungslage steuern. Dadurch wird in der Ausgangswicklung 3 des Vorkerns
K 1 eine Spannung induziert, die über den Richtleiter D 1 und den
Widerstand R 2 auch für die Eingangswicklung 1 des Zählkerns K 2 wirksam
wird. Der Richtleiter D 1 dient zur Unterdrückung von Impulsen unerwünschter
Polarität. Der Zählkern K2 wird durch die vom Richtleiter D 1 durchgelassenen
Stromimpulse schrittweise ummagnetisiert. Während dieses Ummagnetisierungsvorgangs
wirkt die Eingangswicklung 1 des Zählkerns K2 als relativ großer Widerstand,
so daß an dem Widerstand R2 nur eine geringe Spannung abfällt, die kleiner als eine
am Punkt a zugeführte Sperrspannung für die Röhre Rö ist und demnach die Röhre Rö
gesperrt hält. Ist der Zählkern K 2 jedoch völlig ummagnetisiert, so wirkt die Eingangswicklung
1 nur noch als sehr geringer Widerstand, und am Widerstand R 2 fällt eine
entsprechend höhere Spannung ab, die die am Punkt a zugeführte Sperrspannuno,
C
überschreitet und demnach die Röhre Rö leitend steuert. Nunmehr fließt ein
Strom über die Rückstellwicklung 2 des Zählkerns K 2, die durch den gewählten Wicklungssinn
eine positive Rückkopplung darstellt und den Zählkern K2 wieder in die Ausgangslage
zurück-stellt. Am Ausgang A erhält man nach völliger Ummagnetisierung des
Zählkerns K2 einen Impuls größerer Amplidude.
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In dieser Form weist die Schaltung jedoch erhebliche Nachteile auf,
die eine breite Anwendung sehr erschweren. Eine Schwierigkeit besteht z. B. darin,
daß die Kenndaten der Magnetkerne bestimmte Toleranzen nicht überschreiten dürfen,
wenn ein einwandfreies Arbeiten der Schaltung, insbesondere ein bestimmtes Teilungsverhältnis
gewährleistet werden soll. Diese Toleranzen sind naturgemäß um so kleiner,
je größer das Teilungsverhältnis einer Frequenzteilerstufe eingestellt wird.
Eine weitere Schwierigkeit ergibt sich dadurch, daß die Kenndaten der Magnetkerne
temperaturabhängig sind und damit ebenfalls das Zählverhalten beeinflussen. Nachteilig
an der bekannten Schaltung ist weiterhin, daß Röhren verwendet werden, weil hierdurch
höhere Spannungen und Leistungen erforderlich sind. Ein Ersatz dieser Röhren durch
Transistoren ist in diesem Fall nicht ohne weiteres möglich, da die Steuerung eines
Transistors bekanntlich nicht leistungslos erfolgen kann. Die Leistung zur Steuerung
der eventuell an Stelle der Röhren vorzusehenden Transistoren muß jedoch aus dem
Stromkreis entnommen werden, der für die Eingangswicklung des Zählkerns und damit
in entscheidender Weise für das Zählverhalten der Anordnung maßgebend ist, so daß
sich rückwirkend auf das Zählverhältnis und dadurch weitere störende EMüsse ergeben.
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Sollen mehrere derartige Frequenztefler hintereinandergeschaltet werden,
so müssen die Ausgangsimpulse der vorhergehenden Stufe zunächst verstärkt werden,
so daß sich ein Aufwand von zwei Magnetkernen und zwei Röhren pro Frequenzteilerstufe
ergibt.
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Diese Nachteile werden durch die Frequenzteilerschaltung gemäß der
Erfindung vermieden. Die Frequenzteilerschaltung gemäß der Erfindung verwendet das
gleiche Zählprinzip wie die bekannte Frequenzteilerschaltung, d. h., es ist
ein erster Magnetkern vorgesehen, der die ihm zugeführten Eingangsimpulse in Impulse
bestimmter Dauer, Amplitude und Polarität umformt und der Eingangswicklung eines
zweiten,
nach dem Zähldrosselprinzip arbeitenden Magnetkerns zuführt,
der nach einer bestimmten Zahl von zugeführten Impulsen völlig ummagnetisiert ist
Bund durch den hierbei entstehenden größeren Stromfluß durch die Eingangswijcklung
einen Ausgangsimpuls bewirkt, der den zweiten Magnetkem über eine Rückstellwicklung
in die Ruhelage zurückführt. Erfindungsgemäß ist parallel zur Eingangswicklung des
zweiten Magnetkerns ein veränderbarer Widerstand vorgesehen. Durch diesen veränderbaren
Parallelwiderstand kann in sehr einfacher Weise die Zählkapazität verändert werden.
Dies ist besonders bei einer Serienfertigung wichtig, wo eine leichte Abgleichmöglichkeit
derart gegeben sein muß, daß ein definiertes Teilerverhältnis erreicht wird, ohne
daß große Anforderungen an die Kenndaten der verwendeten Magnetkerne gestellt werden
müssen. Auch die bei der Verwendung von Transistoren auftretenden störenden Einflüsse
lassen sich damit in sehr einfacher Weise ausgleichen.
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Die eventuell noch störenden Temperatureinflüsse werden bei einem
vorteilhaften Ausführungsbeispiel durch einen Heißleiter ausgeglichen, der parallel
zur Emitter-Kollektor-Strecke der an Stelle der Röhren vorgesehenen Transistoren
angeordnet ist und dessen Widerstand groß gegenüber dem Widerstand im Hauptstromkreis
des Transistors ist. Die letzte Bedingung ist wichtig, damit die Vorspannung für
den Transistor, die ebenfalls das Zählverhältnis beeinflußt und die in üblicher
Weise an einem Emitterwiderstand erzeugt wird, nicht in störender Weise durch den
Heißleiter beeinflußt wird.
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An die Einstellimpulse für den Zählkern müssen bestimmte Anforderungen
gestellt werden, damit ein einwandfreies Zählverhalten garantiert ist. So müssen
z. B. die erwähnten Einstelliinpulse eine ausreichende Amplitude haben, weil bei
kleiner Amplitude durch die Koerzitivkraft des Zählkerns ein zu großer Teil des
Impulses für den Zählkern unwirksam wird. Bei zu kleiner Amplitude wird das Teilerverhältnis
also zu sehr von der Koerzitivkraftänderung, die ja temperaturbedingt ist, abhängig.
Aus diesem Grunde darf auch der im Ausgangskreis, über den der Zählkern zurückgestellt
wird, angeordnete Lastwiderstand einen gewissen Wert nicht überschreiten. Dies läßt
sich jedoch in vielen Fällen nicht vermeiden. Bei einem vorteilhaften weiteren Ausführungsbeispiel
ist deshalb ein zweiter Transistor vorgesehen, der von dem ersten Transistor gesteuert
wird und dessen Ausgangsiinpuls als Nutzimpuls für den angeschlossenen Lastwiderstand
dient. In diesem Fall dient also der Ausgangsimpuls des ersten Transistors lediglich
zur Zurückstellung des Zählkerns und der Ausgangsimpuls des zweiten Transistors
zur Erzeugung des Nutzimpulses für einen angeschlossenen Lastwiderstand. Änderungen
des Ausgangsimpulses des zweiten Transistors infolge veränderlicher Last wirken
sich nun praktisch nicht mehr auf den Rückstellimpuls für den Zählkern aus.
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Als besonders geeignet für den Vorkern hat sich die Verwendung von
Rückstellimpulsen mit flacher Rückflanke und von Einstellimpulsen mit steiler Anstiegsflanke
erwiesen.
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Einzelheiten der Erfindung werden an Hand der Zeichnung erläutert.
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Fig. 2 zeigt ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung.
Durch die Wicklung 2 des Vorkerns K 1 fließt über die Widerstände R
7 und R 10
ständig ein Gleichstrom, der den Vorkem Kl in einer
Sättigungslage festhält. Der durch diesen Stromfluß am Widerstand R 10 hervorgerufene
Spannungsabfall dient gleichzeitig als Sperrspannung für den Transistor Tl. Am Eingang
E werden die Eingangsimpulse zugeführt, die jeweils für die Impulsdauer den
Vorkem K 1 über die Eingangswicklung 1 in die entgegengesetzte Sättigungslage
umsteuern. Die infolge dieser Ummagnetisierungsvorgänge in der Ausgangswicklung
3 entstehenden negativen Spannungsimpulse gelangen über den Richtleiter
D 2 an den einstellbaren Widerstand R 11 und an die Serienschaltung
aus der Eingangswicklung 1 des Zählkerns K2 und des Basiswiderstandes R
8. Die Eingangswicklung 1 des Zählkerns K2 wirkt bis zur völligen
Ummagnetisierung dieses Kerns als relativ hoher Widerstand, so daß am Basiswiderstand
R 8 nur eine kleine Spannung abfällt, die nicht ausreicht, den Transistor
T 1 durchlässig zu steuern. Durch den einstellbaren Parallelwiderstand
R 11 ist gleichzeitig die Zählkapazität des Zählkerns K2 einstellbar,
da je nach Größe dieses Widerstands ein mehr oder weniger großer Teil des
von dem Richtleiter D 2 durchgelassenen Impulses für die Eingangswicklung
1 des Zählkerns K 2 wirksam werden kann. Falls also beispielsweise bei der
Serienfertigung von Frequenzteilern nach Fig. 2 Zählkerne mit stark streuenden Kennwerten
verwendet werden, so kann durch entsprechende Einstellung des Widerstandes Rll trotz
abweichender Kennwerte ein gleiches Teilungsverhältnis eingestellt werden. Ist der
Zählkern K2 völlig ummagnetisiert, so wirkt die Eingangswicklung.1. praktisch als
Kurzschluß, und die am Widerstand R 8 abfallende Spannung übersteigt die
am Widerstand R 10 abfallende Sperrspannung. Der Transistor T 1 wird
also leitend, und es fließt nunmehr ein Strom über die Rückstellwicklung 2 des Zählkems
K 2 und den Lastwiderstand R 9. Die Wicklungen 1
und 2 des Magnetkerns
K2 stellen eine positive Rückkopplung für den Transistor T 1 dar, so daß
der Zählkein K2 mit Sicherheit in den anderen Remanenzzustand gebracht wird. Parallel
zur Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors T 1 ist der Heißleiter R 12
geschaltet, der den Temperaturgang der Koerzitivkraft des Zählkerns K2 ausgleicht.
Damit der Stromfluß durch diesen Heißleiter ohne Rückwirkungen auf die Vorspannung
des Transistors Tl ist, muß dieser Widerstand hochohmig gegenüber dem im Hauptstromkreis
des Transistors Tl angeordneten Widerständen, d. h. also hochohmig gegenüber
den Widerständen R 9 und R 10 sein. Dies ist leicht möglich, da schon
geringe Stromänderungen zur Kompensation des Temperaturgangs ausreichen, wenn man
den Kein K 2 mit ausreichend hohen Einstelliinpulsen steuert.
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Fig. 3 zeigt ein weiteres vorteilhaftes Ausführungsbeispiel
gemäß der Erfindung. Die Wirkungsweise ist im wesentlichen die gleiche wie bei dem
Ausführungsbeispiel nach Fig. 2. Zusätzlich ist der Transistor T2 vorgesehen, der
den Nutzimpuls für den Lastwiderstand R 9 liefert. Dies ist, wie bereits
erwähnt, dann erforderlich, wenn der Lastwiderstand in weiteren Grenzen schwankt
und damit, falls er im Rückstellkreis des Magnetkerns K2 angeordnet wäre, Rückwirkungen
auf das Zählverhältnis der Schaltung haben würde. Der Transistor Tl liefert nuninehr
nur noch den Rückstellimpuls für den Zählkern K 2. Der Transistor T 2 wird über
den Emitterwiderstand R 17 des Transistors Tl gesteuert. Die Vorspannung
für die Transistoren Tl und T2, die diese im Normalfall
sperrt,
wird aus dem Spannungsteiler aus den Widerständen R 14, R 15 und R
16 abgeleitet.
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Selbstverständlich können auch bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig.
3 die bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 angewendeten Maßnahmen vorgesehen
sein.
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Aus Leistungsgründen kann es vorteilhaft sein, den Vorkern K
1 nicht durch eine ständige Gleichstromvormagnetisierung in einer Sättigungslage
festzuhalten, sondern ihn jeweils nach erfolgter Ummagnetisierung durch die Eingangsimpulse
durch einen Rückstellimpuls über die Wicklung 2 zurückzustellen. Dies kann beispielsweise
in einfacher Weise dann erfolgen, wenn als Eingangsimpulse Sinusspannungen zur Verfügung
stehen. In diesem Fall können die Halbwellen der anderen Polarität als Eingangsimpulse
und die Halbwellen der anderen Polarität als Rückstellimpulse für den Vorkem verwendet
werden.
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Sollen mehrere derartige Frequenzteilerstufen hintereinandergeschaltet
werden, so können sämtliche Rückstellwicklungen der Vorkerne hintereinandergeschaltet
sein.
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Werden mehrere Frequenzteilerstufen nach Fig. 2 hintereinandergeschaltet,
so ergibt sich gegenüber der bekannten Schaltung nach Fig. 1 außer den bereits
erwähnten Vorteilen auch noch eine Einsparung von einem Verstärkerelement. Bei der
Schaltung nach Fig. 1 werden, wie bereits erwähnt, pro Frequenzteilerstufe
zwei Röhren benötigt, während bei der Schaltung nach Fig. 2 pro Frequenzteilerstufe
nur ein Transistor vorzusehen ist. Dem Lastwiderstand R 9
ist in diesem Fall
die Eingangswicklung des Vorkerns der nächsten Frequenzteilerstufe in Reihe zu schalten.
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Wie bereits erwähnt, ist es besonders vorteilhaft, dem Vorkern Rückstellimpulse
mit flacher Rückflanke und Einstellimpulse mit steiler Anstiegsflanke zuzuführen.
Durch diese Maßnahme werden nach dem Rückstellen mögliche Störimpulse, bedingt durch
die Restinduktivität des gesättigten Kernes, so klein gehalten, daß sie das Teilerverhältnis
nicht beeinflussen. Die steile Anstiegsflanke des Einstellimpulses dagegen fördert
die gewünschte hohe Amplitude des abgegebenen Nutzimpulses.