DE1124999B - Impulsverstaerker mit Zeitmarkensteuerung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Impulsverstärker mit einer Zeitmarkensteuerung und einem Rückkopplungskanal zwischen seinem Ausgang und seinem Eingang; diese Art Verstärker wird hauptsächlich in der Rechenmaschinentechnik verwendet.

Bei einem bekannten Verstärker dieser Art, dessen Verstärkerelement ein Transistor ist, ist zwischen dem Ausgang und der Basis des Transistors ein innerer Rückkopplungskanal vorgesehen, in dem eine Diode eine wesentliche Funktion erfüllt. Andererseits ist es allgemein bekannt, in Rückkopplungskanälen frequenzabhängige Glieder, wie Kondensatoren und Spulen, einzuschalten und den Rückkopplungskanal außen um den Verstärkerteil herumzuführen.

Ein Ziel der Erfindung ist ein Verstärker dieser Art, von dem ein schneller Aufbau seiner Ausgangssignale erreichbar ist und die Ausgangssignale von der Zeitmarkensteuerung in vorgegebenen periodischen Intervallen beendet werden. Ferner soll eine Steuerung der Eingangsspannung möglich sein, so daß der Verstärker entsprechend der Eingangsspannung bis zur maximalen Ausgangsspannung hochschwingt und auf dieser Amplitude bis zur Sperrung durch die Zeitmarkensteuerung verbleibt; der Aufbau eines neuen Ausgangssignals soll dabei vom Auftreten eines weiteren Eingangsimpulses abhängen.

Bei einem Impulsverstärker mit einer Zeitmarkensteuerung und mit einem äußeren Rückkopplungskanal vom Ausgang zum Eingang des Verstärkers gemäß der Erfindung enthält dieser Rückkopplungskanal in an sich bekannter Weise gesonderte Wirk- und Blindwiderstandselemente, die einen großen Strom bei schneller Änderung des angelegten Potentials und einen kleinen Strom bei im wesentlichen unveränderlichem Potential hindurchgehen lassen, derart, daß beim Eintreffen eines Impulses ein großer Anteil des Ausgangsstromes an den Verstärkungseingang zum schnellen Aufbau der Ausgangsimpulsspannung bis zum Sättigungspunkt des Verstärkers gelangt und daß daraufhin nur ein kleiner Anteil des Ausgangsstromes rückgekoppelt wird, ferner unterbricht eine Torschaltung periodisch die Rückkopplung und löscht das Ausgangssignal des Verstärkers aus.

Bei einer speziellen Ausführungsform der Erfindung enthält der Rückkopplungskanal einen Kondensator und einen diesem parallel geschalteten Widerstand, so daß bei einer plötzlichen Zunahme der Ausgangsspannung ein starker Rückkopplungsstrom durch den Kondensator fließen kann. Wenn dieses Ausgangssignal länger andauert, so fällt gleichwohl

Impulsverstärker mit Zeitmarkensteuerung

Anmelder: Sperry Rand Corporation,

New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. W. Reichel, Patentanwalt, Frankfurt/M. 1, Parkstr. 13

Beanspruchte Priorität: V. St. v. Amerika vom 28. Juli 1955 (Nr. 524 842)

John Presper Eckert jun., Gladwyne, Pa. (V. St. A.), ist als Erfinder genannt worden

der Strom durch den Kondensator ab, bis schließlich nur ein kleiner Strom durch den Rückkopplungskanal fließen kann, was wegen des vorerwähnten Wider-Standes möglich ist. Der Rückkopplungsstrom, wird dem Eingang des Verstärkers über eine Trennstufe und eine Taststufe zugeführt. Die Trennstufe übernimmt auch die Eingangssignale für das Verstärkersystem. Die Taststufe wird durch einen Zeitmarkengenerator gesteuert, so daß sie periodisch geöffnet ist.

Die vorstehend beschriebene Schaltung arbeitet wie

folgt: Wenn ein Eingangssignal erscheint, so fließt es durch die Trennstufe zum Eingang des Verstärkers und verursacht ein Anwachsen des Ausgangsstromes derselben. Zunächst bietet der Kondensator einen Rückkopplungskanal von sehr geringem Widerstand zu dem Eingang des Verstärkers und verursacht daher eine starke Rückkopplung, welche das Ausgangssignal beträchtlich erhöht. In dem Maße, wie sich der Kondensator auflädt, nimmt der Strom durch denselben ab, und es verbleibt nur der durch den Widerstand fließende Rückkopplungsstrom. Dieser Strom ist gerade ausreichend, um den Verstärker in einem Zustand maximaler Ausgangsspannung oder Sättigung zu halten, und daher bleibt das Ausgangssignal bestehen. Die Tatsache, daß der Kondensator nicht länger an dem Stromfluß beteiligt ist und der Strom durch den Widerstand begrenzt wird, bedeutet, daß der Rückkopplungskanal nur einen kleinen Nebenschluß für die Ausgangsspannung erzeugt.

Am Eingang des Verstärkers befindet sich eine Trennstufe mit zwei Eingängen, von denen der eine

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mit der Signalspannung für das Gesamtsystem und der andere durch den Rückkopplungskanal gespeist wird. Zusätzlich befindet sich hier noch eine Taststufe, die entweder im Rückkopplungskanal vor der Trennstufe oder im Ausgang der Trennstufe angebracht werden kann. Diese Taststufe unterbricht den Rückkopplungskanal periodisch und beendet das Ausgangssignal zeitweilig, so daß keine weitere Ausgangsspannung erhalten wird, bevor nicht ein neues Signal am Eingang des Gesamtsystems erseheint. Weitere Einzelheiten werden sich bei der Fortführung der Beschreibung ergeben.
In den Zeichnungen ist

Fig. 1 ein Blockschema einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 eine schematische Darstellung der Schaltung der Fig. 1,

Fig. 3 ein Zeitdiagramm für ein Gerät gemäß den Fig. 2 und 5,

Fig. 4 ein Blockschema einer abgewandelten Ausführungsform des Gerätes und

Fig. 5 eine schematische Darstellung der in Fig. 4 gezeigten Schaltung.

In Fig. 1 wird eine Eingangsklemme 12 gezeigt, welche die Eingangssignale übernimmt und als Eingang des Gesamtsystems betrachtet wird. Es sei bemerkt, daß jeder Einzelkreis des Systems Eingänge und Ausgänge hat, daß aber der Eingang 12 und der Ausgang 20 als der Eingang und der Ausgang des Gesamtsystems zu betrachten sind. Der Eingang 12 versorgt die Trennstufe 14, welche einen Ausgang aufweist, der über die Taststufe 16 mit dem Verstärker 18 verbunden ist. Der Rückkopplungskanal 22 versorgt die Trennstufe 14. Die Taststufe 16 ist in ihrem Normalzustand leitend, wird aber durch die zugeführten Zeitmarkenimpulse geöffnet. Die Schaltung arbeitet wie folgt:

Wenn ein Eingangssignal bei 12 angelegt wird, so fließt es durch die Trennstufe 14 und die Taststufe 16 zu dem Verstärker 18 und beginnt dort die Ausgangsspannung bei 20 aufzubauen. Zunächst wird jedoch der Hauptteil des Ausgangssignals über den Rückkopplungskanal 22 der Trennstufe 14 zugeführt und fließt durch diese und die Taststufe 16 in den Verstärker 18, wo er ein starkes Ausgangssignal aufbaut. Vorzugsweise ist der Rückkopplungskanal 22 so ausgeführt, daß der Stromfluß durch ihn abnimmt, hiermit dem Ausgang des Verstärkers 18 weniger Strom entzieht und mehr Strom zu der Ausgangsklemme 20 fließen laß. Daher wächst die Ausgangsspannung des Verstärkers 18 bis zu ihrem Maximalwert an und bleibt bei diesem Wert, bis ein Zeitmarkenimpuls die Taststufe 16 öffnet und den Stromfluß durch den Verstärker 18 beendet. Das Gerät befindet sich danach in der Bereitschaft zur Aufnahme eines weiteren Eingangssignals bei 12.

Es ist einleuchtend, daß das vorstehend beschriebene Gerät besonders zur Verwendung in Rechenmaschinen und Daten übertragenden Systemen geeignet ist, wo die Eingangssignale von solcher Beschaffenheit sind, daß sie zu bestimmten periodischen Zeiten auftreten und alle etwa von der gleichen Größe sind. Die durch das System übertragene Information ist durch die Gegenwart oder Abwesenheit von Eingangssignalen bei 12 (insbesondere solchen von periodischer Wiederholung), aber weniger durch ihre Amplitude bestimmt. Das gewünsche Ergebnis besteht darin, daß das Ausgangssignal bei 20 entsprechend jedem Eingangssignal bis zu seinem Maximalwert aufgebaut wird, und weiter, daß das Ausgangssignal genau zu einer bestimmten Zeit beendet wird, damit es mit dem übrigen System in Gleichlauf kommt. Es ist ersichtlich, daß diese allgemein erwünschten Betriebseigenschaften mit der oben beschriebenen Schaltung erzielt werden.

Fig. 2 erläutert die Schaltung der Fig. 1 durch ausführliche Einzelheiten. Über den Eingang 12 wird die ίο Anode des Gleichrichters 24 der Trennstufe 14 gesteuert. Der Rückkopplungskanal 22 speist die Anode des Gleichrichters 26 dieser Trennstufe, während die beiden Kathoden der Trennstufe miteinander verbunden sind und die Taststufe 16 speisen. Die letztere weist einen Widerstand 34 auf, der mit Erde oder einer Quelle positiven Potentials an seinem oberen Ende verbunden und mit seinem unteren Ende an die Anoden der Gleichricher 30 und 32 angeschlossen ist. Die Kathode des Gleichrichters 32 wird gewöhnlich durch einen Zeitmarkengenerator 38 auf einem positiven Potential gehalten, bewegt sich jedoch in periodischen Zeitabschnitten abrupt in negativer Richtung, wie in Fig. 3 gezeigt wird. Die Primärseite des Transformators 28 ist mit einer Quelle 40 von positivem Material verbunden, welche die Gewähr gibt, daß das Signal am Eingang 12 und im Rückkopplungskanal 22 bis zu diesem Potential ansteigt, bevor irgendein Signal den Transformator 28 erregt. Die Sekundärwicklung des Transformators 28 speist den Verstärker 18, der einen Ausgangstransformator 52 aufweist, welcher die Sekundärwicklungen 36, 54 und 56 besitzt. Die Sekundärwicklung 56 versorgt den Ausgang 20 mit positiv gerichteten Signalen, die Sekundärwicklung 54 den zweiten Ausgang 20« mit negativ gerichteten Signalen und die Sekundärwicklung 36 den Rückkopplungskanal 22. Der letztere weist einen durch einen Widerstand 60 überbrückten Kondensator 62 auf.

Der Verstärker 18 wird als Transistorverstärker gezeigt, obwohl jede Verstärkeranordnung benutzt werden kann. Andere Verstärker enthalten beispielsweise Vakuumröhren, magnetische Verstärkungseinrichtungen u. a. In der besonderen Ausführungsform des gezeigten Verstärkers 18 werden die Signale von der Ausgangswicklung des Transformators 28 dem Emitterpol 42 des Transistors 48 zugeführt. Eine geeignete Vorspannung wird durch den Begrenzungswiderstand 44 erzeugt. Der Nebenschlußkondensator 46 verbessert die Verstärkung für Signale in dem erwünschen Frequenzbereich. Zur Sicherung eines stabilen Arbeitens ist die Basis 48 geerdet. Die Ausgangssignale von dem Kollektor 50 gelangen in den Ausgangstransformator 52 und in die Wicklung 36 der Rückkopplungsschleife. Die Ausgangssignale werden ferner in die Wicklungen 54 und 56 induziert, die in der angegebenen Weise geschaltet werden können, so daß sie die direkte und die komplementäre Ausgangsspannung liefern. In dem komplementären Ausgangskreis kann eine Batterie 58 vorgesehen werden, um die negativ gerichteten Signale auf ein gewünschtes positives Potential zu beziehen.

Innerhalb des allgemeinsten Gedankens einiger der für neu und erfinderisch gehaltenen Kombinationen liegt es daher, daß der Rückkopplungskanal 22 Signale von der Wicklung 36 zu der Trennstufe 14 ohne Änderung dieser Signale zurückführen kann. Es hat sich jedoch als wünschenswert erwiesen, eine frequenzabhängige Schaltung in dem Rückkopplungs-

kanal vorzusehen. Diese Schaltung wird durch den Widerstand 60 und den Nebenschlußkondensator 62 gebildet. Es wird darauf hingewiesen, daß es für ein sehr schnelles Ansprechen der Schaltung wünschenswert ist, einen sehr großen Rückkopplungswert vorzusehen. Diese Maßnahme bietet die Gewähr, daß die Schaltung den »Auf «-Zustand innerhalb der kürzesten Signalanstiegszeit erreicht. Nachdem einmal dieser »Auf«-Zustand hergestellt ist, würde jedoch eine solche übermäßige Rückkopplung nutzlos Energie verbrauchen, die sonst für die Ausgänge 54 und 56 verfügbar wäre. Demgemäß läßt der Kondensator 62 das Signal von der Wicklung 36 zu der Trennstufe 14 während der Periode der Anstiegszeit ohne Verminderung der Größe desselben hindurchtreten. Es werden aber nur Signale mit großem Differentialquotienten durchgelassen. Wenn der Verstärker 18 einmal zur Sättigung oder Begrenzung gelangt ist, so verringert sich der Differentialquotient des Signals bis zu Null, und der Kondensator 62 wird als Signalübertragungsglied unwirksam. Der Widerstand 60 läßt jedoch weiterhin eine hinreichende Rückkopplung eintreten, so daß die Sättigungsbedingung aufrechterhalten wird, welche so lange besteht, bis sie durch die Wirkung des Zeitsignals an der Taststufe 16 unterbrochen wird. Für den Fachmann ist es offensichtlich, daß andere Filterformen an Stelle des Widerstandes 60 und des Kondensators 62 verwendet werden können. Eine Verbesserung der Arbeitsweise kann durch die Verwendung vieler an sich bekannter, wenn auch komplizierterer und aufwendiger Rückkopplungsfilter erzielt werden.

Bezugnehmend auf Fig. 3 wird bemerkt, daß das Potential an dem Zeitmarkengenerator 38 zu dem Periodenzeitpunkt T positiv ist, wodurch der Gleichrichter 32 entkoppelt wird, und daß das Potential das Ansteigen der Verbindungsstelle/ bis auf praktisch Erdpotential ermöglicht. Da das Potential 40 jedoch größer als dasjenige der Stelle / ist, bleibt der Gleichrichter 30 gesperrt. Daher tritt auch kein Signal am Eingang des Transformators 28 auf. Wenn das nächste Eingangssignal U am Eingang 12 ankommt, so fließt es durch den Gleichrichter 24 und hebt das Potential an der Stelle / auf einen Wert, der groß genug ist, um die Primärwicklung des Transformators 28 zu erregen und ein Signal sowohl in der Ausgangswicklung 56 als auch in der Rückkopplungswicklung 36 zu erzeugen. Dieses letztere Signal findet einen Weg sehr niedriger Impedanz durch den Kondensator 62 vor und wird durch den Gleichrichter 26 der Primärwicklung des Transformators 28 zugeführt. Dieses Rückkopplungssignal ist eine verstärkte Form des ursprünglichen Eingangssignals, hat daher eine wesentlich größere Amplitude als dieses und verursacht dementsprechend eine Entdämpfung, welche die Ausgangsspannung des Verstärkers 18 rasch bis zum Sättigungswert aufbaut. Wenn die Sättigung erreicht ist, so nimmt der Stromfluß durch den Kondensator 62 ab, und es verbleibt mit fortschreitender Zeit als einziger Strom in dem Rückkopplungskanal der geringe Strom durch den Widerstand 60, der gerade ausreichend ist, um den Verstärker 18 in der Sättigungsbedingung zu halten, wobei angenommen ist, daß kein neues Eingangssignal vorliegt.

Also erscheint das bei V in Fig. 3 gezeigte Ausgangssignal. Zu dem Zeitabschnitt W schwingt der Zeitmarkengenerator 38 abrupt in negativer Richtung und nimmt dabei die Stelle/ in negativer Richtung mit. Zugleich wird ein weiterer Zufluß von Signalen zu dem Verstärker 18 unterbunden, und daher sinkt das Ausgangssignal V unvermittelt auf Null ab. Es kann sich nichts weiter ereignen, bis ein neues Eingangssignal an der Eingangsklemme 12 erscheint. Während die Zeitmarkenimpulse periodisch erscheinen, sind die Eingangssignale immer in der gleichen relativen Stellung auf dem Zeitdiagramm gegenüber den Zeitmarkenimpulsen, d. h., wann auch immer die Eingangssignale erscheinen, folgen sie stets den Zeitmarkenimpulsen in einem bestimmten Abstand; ob diese Eingangssignale erscheinen oder nicht, hängt jedoch von der durch das Gerät zu übertragenden Information ab. Diese Art der Signalgabe ist dem Fachmann in der Technik der Rechenmaschinen und Daten übertragenden Systeme geläufig.

Fig. 4 ist ein Blockschema einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung, bei dem die Taststufe 16 in dem Rückkopplungskanal 22 vor der Trennstufe 14 angeordnet ist. Diese Form unterscheidet sich von der Schaltung gemäß Fig. 1, in der die Taststufe 16 in dem Rückkopplungskanal 22 liegt, jedoch an der Ausgangsseite der Trennstufe anstatt an der Eingangsseite. Die Schaltung gemäß Fig. 5 arbeitet wie folgt: Wiederum besteht die Schaltung aus einem Eingang 12, einer Trennstufe 14, einer Taststufe 16, einem Verstärker 18, einer Ausgangsklemme 20 und einem Rückkopplungskanal 22. Die Trennstufe 14 besteht aus den Gleichrichtern 24 und 26, die in ihrem Normalzustand nichtleitend sind, da ihre Kathoden über die Eingangswicklung des Transformators 28 mit einer Quelle 40 positiven Potentials verbunden sind. Die an die Anoden der Gleichrichter 24 und 26 angelegten Signale müssen den Wert dieses Vorspannungspotentials überschreiten, damit sie die Gleichrichter passieren und einen Strom in der Wicklung des Transformators 28 hervorrufen können. Diese Vorspannung erzeugt eine Ansprechschwelle, welche Störsignale (Rauschen) daran hindert, die Schaltung unerwünscht in Betrieb zu setzen.

Der Gleichrichter 24 empfängt Signale von der Eingangsklemme 12, der Gleichrichter 26 solche von der Taststufe 16. Diese Taststufe besteht aus Gleichrichtern 30 und 32, deren Anoden miteinander und außerdem mit dem Gleichrichter 26 und dem unteren Ende des Widerstandes 34 verbunden sind. Das obere Ende des Widerstandes 34 wird zu einer Quelle positiven Potentials geführt, die den Gleichrichter im Normalzustand dadurch leitend hält, daß sie einen kleinen Strom durch diesen und durch den Rückkopplungskanal 22 zieht. Wie soeben beschrieben, besteht ein Rückkopplungskanal von der Wicklung 36 zu den Gleichrichtern 30 und 26 und von hier zu der Wicklung 28. Die den Wert der Eingangsvorspannung 40 überschreitenden Signale passieren diese Schaltanordnung und schließen den Stromkreis durch einen Verstärker 18. Diese Signale werden durch die an die Klemme 38 gelegten, negativ gerichteten Zeitmarkenimpulse unterbrochen, welche einen Strom durch den Gleichrichter 32 und den Widerstand 34 ziehen und hiermit die Gleichrichter 26 und 30 abschalten. Der Widerstand 60 und der Kondensator 62 haben in Fig. 5 die gleiche Funktion wie in Fig. 2.

Aus der vorhergehenden Beschreibung geht eindeutig hervor, daß die Schaltung gemäß Fig. 5 im wesentlichen in der gleichen Weise wie die gemäß Fig. 2 arbeitet, jedoch mit folgender Ausnahme: In Fig. 2 unterbricht die Taststufe 16 sowohl die Signale an

der Eingangsklemme 12 als auch diejenige an dem Rückkopplungssignal 22, während in Fig. 5 die Taststufe 16 den Rückkopplungskanal allein unterbricht.

Claims (13)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Impulsverstärker mit Zeitmarkensteuerung und einem äußeren Rückkopplungskanal vom Ausgang zum Eingang des Verstärkers, dadurch gekennzeichnet, daß der Rückkopplungskanal (22) in an sich bekannter Weise gesonderte Wirk- und Blindwiderstandselemente (60, 62) enthält, die einen großen Strom bei schnellen Änderungen des angelegten Potentials und einen kleinen Strom bei im wesentlichen unveränderlichem Potential hindurchgehen lassen, derart, daß beim Eintreffen eines Impulses ein großer Anteil des Ausgangsstromes an den Verstärkereingang zum schnellen Aufbau der Ausgangsimpulsspannung bis zum Sättigungspunkt des Verstärkers (18) gelangt und daß daraufhin nur ein kleiner Anteil des Ausgangsstromes rückgekoppelt wird und daß eine Torschaltung (16) periodisch die Rückkopplung unterbricht und das Ausgangssignal des Verstärkers auslöscht.

2. Verstärkerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker einen Transistor enthält.

3. Verstärkerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Verstärker ein Transformator vorgeschaltet ist, dessen Sekundärwicklung mit dem Verstärker verbunden ist.

4. Verstärkerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnt, daß der Ausgang des Verstärkers einen Transformator enthält, dessen Primärwicklung mit dem Verstärker verbunden ist.

5. Verstärkerschaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgangstransformator mehrere Sekundärwicklungen aufweist, von denen eine mit der Rückkopplung verbunden ist.

6. Verstärkerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Torschaltung am S.

Eingang des Verstärkers angeordnet ist, so daß sie den Rückkopplungsstrom und das Eingangssignal unterbricht.

7. Verstärkerschaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Torschaltung durch einen Zeitimpulsgenerator gesteuert wird.

8. Verstärkerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Eingang des Verstärkers eine Pufferscnaltung vorgeschaltet ist, die zwei Eingänge enthält, von denen der eine mit dem Signaleingang und der andere mit der Rückkopplung verbunden sind.

9. Verstärkerschaltung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der andere Eingang der Pufferschaltung mit dem Ausgang der Torschaltung verbunden ist.

10. Verstärkerschaltung nach Ansprüchen 6 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Torschaltung zwischen dem Ausgang der Pufferschaltung und dem Eingang des Verstärkers zwischengeschaltet ist.

11. Verstärkerschaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Torschaltung zwei Gleichrichter enthält, wobei eine Elektrode eines Gleichrichters mit der gleichartigen Elektrode des anderen Gleichrichters verbunden ist.

12. Verstärkerschaltung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine andere Elektrode eines Gleichrichters mit dem Zeitimpulsgenerator verbunden ist.

13. Verstärkerschaltung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Pufferschaltung zwei Gleichrichter enthält, wobei eine Elektrode eines Gleichrichters mit der gleichartigen Elektrode des anderen Gleichrichters verbunden ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 892146;
französische Patentschrift Nr. 790 986;
belgische Patentschrift Nr. 515 326;
»Waveforms«, McGraw Hill Book Comp., 1949, bis 35.

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