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-Impulsformerschaltung mit Transistoren Die Erfindung bezieht sich
auf Impulsformerschaltungen zur Ableitung eines gewünschten Impulszuges aus einem
gegebenen Impulszug gleicher Impulsfolgefrequenz.
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In elektronischen Anlagen besteht an verschiedenen Stellen die Forderung,
aus einem Impulszug A
(Fig. 1) einen Impulszug B abzuleiten. Dazu werden
nach dem bekannten Stand der Technik monostabile Schaltunge,n, wie z. B. Univibratoren
oder Sperrschwinger, verwendet, die durch einen Eingangsimpuls angestoßen werden
und daraufhin unabhängig von dem weiteren Verlauf des Eingangsimpulses einen Ausgangsimpuls
abgeben, dessen Dauer allein durch die, Dimensionierung der monostabilen Schaltung
bestimmt ist. Diese monostabilen Schaltungen haben nun den Nachteil, daß sie auf
kurze Impulsspitzen sehr empfindlich sind, die als Fehlimpulse insbesondere von
Steuergeräten geliefert werden, die aus elektromechanischen Schalteinheiten aufgebaut
oder teilweise damit versehen sind. Ein solches Problem tritt z. B. bei halbelektronischen
Fernsprech-Vermittlungsanlagen auf. Ferner sind die bisher zu dem obengenannten
Zweck verwendeten monostabilen Schaltungen auf spontane Spannungsschwankungen der
Betriebsspannung empfindlich.
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Sowohl in diesem Falle wie auch im Falle von Eingangsfehlimpulsen
liefern diese Schaltungen einen Ausgangsimpuls der vorgegebenen Dauer, was zwangläufig
zu Fehlfunktionen der elektronischen Anlagre- fährt. Die der Erfindung zugrunde
liegende Aufgabenstellung ist daher Aufbau einer Schaltung, bei der der Nachteil
der Empfindlichkeit auf kurze Impulsspitzen oder spontane Spannungsschwankungen
der Betriebsspannung, also allgemein der Empfindlichkeit auf Fehlimpulse, weitgehend
vermieden ist.
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Zu diesem Zweck ist eine Impulsformerschaltung zur Ableitung eines
gewünschten Impulszuges aus einem gegebenen Impulszug gleicher Impulsfolgefrequenz,
die Ausgangsimpulse vorgegebener Breite aus Eingangsimpulsen vorgegebener Höhe mit
ausschließlich größerer Breite bildet und auf Fehlimpulse geringerer Breite und
Schwankungen der Betriebsspannung keine Ausgangsimpulse der vorgegebenen Breite
abgibt und Fehlimpulse unterhalb eines Schwellwertes vollständig unterdrückt, erfindungsgemäß
aus der Kombination einer an sich bekannten Differenzierschaltung mit einer ebenso
für sich be-
kannten Schwellwertschaltung und einem als Schmitt-Trigger bekanntgewordenen
speziellen rückgekoppelten Gleichstromverstärker in einer Anordnung in der genannten
Reihenfolge aufgebaut und derart bemmsen, daß der am Ausgang der Differenzierschal.-tu,ng
entstehende, von der Höhe des Eingangsimpulses und der Zeitkonstante der Differenziersch-altung
abhängige Impuls durch eine geeignete Vorspannung der Schwellwertschaltung auf eine
lmpulsdauer begrenzt wird, die gleich der vorgegebenen Breite der Ausgangsimpulse
ist, und daß die derart begrenzten Impulse zur Steuerung des Schmitt-Triggers verwendet
werden.
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Der Schmitt-Trigger ist ein besonders rückgekoppelter Gleichstromverstärker;
er behält einen ersten Zustand (Ruhezustand) bei, solange die Eingangsspannung unter
einem bestimmten Wert liegt. überschreitet die Eingangsspannung diesen Schwellwert,
so klappt diese Kippschaltung sehr schnell (unter Unterstützung der Rückkopplung)
in den zweiten Zustand um und bleibt hier so lange stehen, wie die Eingangsspannung
oberhalb dieses Schwellwertes liegt, abgesehen vom Hystereseverhalten dieser Schaltung.
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Vorteilhaft kann die Differenzierschaltung aus einem RC-Glied bestehen,
dessen Kondensator als Koppelkondensator ausgebildet ist und dessen Widerstandsglied
von einem an die l#--triübsspannun#g angeschlossenen Spannungsteiler gebildet wird,
welcher gleichzeitig einen Teil der Vorspannung der Schwellwertschaltung liefert.
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Zur Unterdrückung kurzer Fehlimpulsspitzen kann vorteilhafterweise
das Widerstandsglied mit einem weiteren Kondensator überbrückt sein, dessen Kapazität
derart bemessen ist, daß kurze Fehlimpulsspitzen nur eine derart geringe Änderung
der Kondensatorspannung verursachen, daß der Schwellwert der angeschlossenen Schwellwertschaftung
licht erreicht wird. Weiterhin kann zweckmäßigerweise das
Ruhepotential
des Steuereingangs des Schmitt-Triggers den anderen Teil der Vorspannung der Schwellwertschaltung
bilden, so daß die Schwellwertschailtung aus den durch den Spannungsteiler und das
Steuereingangsp,otential gebildeten Vorspannungsquellen und nur einer zwischen dem
Abgriff des Spannungsteilers, und dem Steuereingang des Schmitt-Triggers angeordneten
Diode aufgebaut sein kann.
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Bei Verwendung von Transistoren für den Schmitt-Trigger kann vorteilhaft
der beiden Transistoren geineinsame Emitterwiderstand und der Kopplungswiderstand
zum Kollektor des einen zur Basis des anderen Transistors mit je einem Kondensator
überbrückt sein, wobei die dadurch gebildeten RC-Glieder zweckmäßigerweise derart
zu bemessen sind, daß ihre Zeitkonstante größer als die Dauer der Vorderflanke des
Eingangsimpulses sind.
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Schaltungen nach der Erfindung haben gegenüber den bekannten Schaltungen
den besonderen Vorteil, daß sie bei etwa gleichem technischem Aufwand eine wesentlich
geringere Empfindlichkeit auf Fehlimpulse zeigen und Fehlimpulse geringerer Höhe
direkt unterdrücken.
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An Hand der Figuren sei die Erfindung an einem Ausführiingsbeispiel
näher be*;chrieben. Es zeigt Fig. 1 die Spannungszeitfunktionen des Eingangs-bzw.
Steuerimpulses und des gewünschten Ausgangsimpuls-es, Fig. 2 ein Ausführungsbeeispiel
einer erfindungsgemäßen Impulsformerschaltung, Fig. 3 die zeitlichen Potentialverläufe
an verschiedenen Punkten der in Fig. 2 gezeigten Schaltung.
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Die Funktionsweise der in Fig. 2 gezeigten erfindungsgemäßen Schaltung
sei nun unter Bezugnahme auf die Fig. 3 näher beschrieben.
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Fig. 3 zeigt zuerst den Spannungsverlauf am Eingang
E der Schaltung Fig. 2. Durch die Kapazität C, wird dieseT Spannungsverlauf
differenziert mit einer Zeitkonstante, die durch den Kondensator C, und die Widerstände
Rl, R, und teilweise R, bestimmt wird. Das Potential am Punkt Pl ist durch den Spannungsteiler
Rl/R. so eingestellt, daß es nur dnige Volt negativer ist als das Potential am Punkt
P2. Damit ist im Ruhezustand die Diode D gesperrt. R, und R 4 sind so dimensioniert,
daß sich der Transistor Ti in der Sättigung befindet. Der Spannungsabfall an der
Kollektor-Emitteer-Strecke des Transistors Ti ist sehr klein, so daß für das Potential
an P 2 hauptsächlich die Widerstände R4 und R, verantwortlich sind. über die Widerstände
R 6 und R 7 ist der zweite Transistor T2 angekoppelt. Der Kondensator
C2 dient zur Erhöhung der Verstärkung für hohe Frequenzen, d. h. zux
Verstoilerung der Impulsflanken. Transistor T, ist im Ruhezustand gesperrt. Der
WiderstandR 8 ist etwas kleiner ab R4, so daß beim Umklappen der Schaltung
in ihre andere stabile Stellung das Potential an P4 etwas mehr positiv wird. Der
Kondensator C
dient auch zur Erhöhung der Flankensteilheit.
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Trifft nun auf den Eingang ein positiver Impuls mit steilen Flanken
und langer Dauer (Fig. 3, E), so werden die Flanken dieses Impulses
durch den Kondensator C, differenziert mit einer Zeitkonstante, die durch Cl, Rlg
R , bestimmt wird. Dies zeigt Fig. 3, Pl. Erreicht nun das Potential
an Punkt P, das Potential an Punkt P., so wird die Diode D leitend. Wird
P, weiter positiv, so geht jetzt p2 nÜtl und der Transistor T, wird gesperrt. Das
hat zur Folge, daß das Potential an P , negativ und damit der TransistorT,
aufgesteuert wird bis in die Sättigung. Da R, < RP wird der Strom durch
R, größer und das Potential an P4 positiver, was die Sperrung von Transistor T,
beschleunigt (Enutterrückkopplung). Die Kapazität C, entlädt sich nun über die,
Widerstände RI, R2' R,1, d. h., das Potential an P, / P, wird
wieder negativer. Erreicht und überschreitet es das Potential an P4 in negativer
Richtung, so wird der Transistor T, wieder leitend, und es setzt die Rückkopplung
wieder ein, allerdings in umgekehrter Richtung. Die zeitbestimm.enden Glieder für
die Impulsdauer sind also die Kapazität C, und die Widerstände Rl, R2, R3,
Wie leicht zu sehen ist ergibt diese Schaltung durch eine kurze Impulsspitze am
Eingang keinen Impuls längerer Dauer am Ausgang. Andererseits können sich spontane
Schwankungen der Betriebsspannungen und Störimpullse niedriger Amplitude überhaupt
nicht mehr auswirken.