DE1176188B - Schaltungsanordnung zur Umwandlung amplitudenmodulierter Impulse in breitenmodulierte Impulse - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. Kl.: H 03 k

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

Deutsche Kl.: 21 al - 36/10

P 23778 VIII a/21 al
28. Oktober 1959
20. August 1964

Die Erfindung bezieht sich auf elektrische Schaltungsanordnungen mit Transistoren und betrifft dabei insbesondere — wenn auch nicht ausschließlich — die Verwendung solcher Schaltungsanordnungen bei mit Impulsen arbeitenden Meldesystemen.

Die Erfindung wird nachfolgend im einzelnen beschrieben in Verbindung mit einer Schaltung, mit der amplitudenmodulierte Impulse in längenmodulierte (oder breitenmodulierte) Impulse umgewandelt werden. Weiter werden Schaltungsanordnungen beschrieben in Verbindung mit einer Schaltung, mit der pulse demoduliert werden können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Schaltungsanordnungen der genannten Art zu verbessern. Gemäß der Erfindung enthält eine Schaltung zur Umwandlung amplitudenmodulierter Impulse in breitenmodulierte Impulse einen Transistor, zwischen dessen Basis und Emitter eine Induktivität geschaltet ist, der die amplitudenmodulierten Eingangsimpulse zugeführt werden, und der Kollektorkreis des Transistors einen Arbeitswiderstand solcher Größe enthält, daß der Transistor für ein auf die Beendigung eines Eingangsimpulses folgendes Zeitintervall einen vollen Leitzustand annimmt, dessen Dauer von der Amplitude des Eingangsimpulses abhängt.

Der Kollektorarbeitswiderstand kann aus einem Widerstand bestehen. Vorzugsweise jedoch soll er induktiv sein.

Die Erfindung kann — in einer Ausführungsform — verwendet werden beim Aufbau einer Schaltung zur Demodulation amplitudenmodulierter Impulse. Dabei enthält die Schaltung einen Transistor mit einer zwischen Basis und Emitter geschalteten Induktivität, der die amplitudenmodulierte Eingangsimpulse zugeführt werden, wobei die Kollektorbelastung des Transistors aus einem Tiefpaßfilterkreis mit einer in Serie liegenden Induktivität als erstem Bauelement besteht und der Wellenwiderstand des Filters von solcher Größe ist, daß der Transistor für ein auf die Beendigung eines Eingangsimpulses folgendes Zeitintervall einen Leitzustand annimmt, dessen Dauer von der Amplitude des Eingangsimpulses abhängt. Dabei ist ein Gleichrichter an die Eingangsklemmen des Filters derart geschaltet, daß der Gleichrichter im Betriebsfall dann, wenn der Transistor im Sperrzustand ist, einen Eingangsabschluß des Filters von niedriger Impedanz bildet und den Ausgangsteil des Filters mit einer Impedanz gleich dem Wellenwiderstand des Filters abschließt.

Bei einer abgewandelten Ausführungsform eines Demodulators kann der Arbeitswiderstand einer erfindungsgemäßen Schaltung zur Umwandlung Schaltungsanordnung zur Umwandlung
amplitudenmodulierter Impulse in
breitenmodulierte Impulse

Anmelder:

Postal Administration of the United Kingdom
of Great Britain and Northern Ireland,
represented by Her Majesty's Postmaster General, The General Post Office, London

Vertreter:

Dipl.-Ing. H. Marsch, Patentanwalt,
Schwelm (Westf.), Westfalendamm 10

Als Erfinder benannt:
Winston Theodore Duerdoth,
Ruislip, Middlesex (Großbritannien)

Beanspruchte Priorität:

Großbritannien vom 28. Oktober 1958 (34 504)

amplitudenmodulierter Impulse in breitenmodulierte Impulse an einen Impulsverstärker gekoppelt sein, wobei ein Tiefpaßfilter zur Demodulation der verstärkten breitenmodulierten Signale an den Ausgang des Verstärkers angeschlossen ist.

Die zwischen Basis und Emitter des Transistors geschaltete Induktivität ist vorzugsweise eine Sekundärwindung eines Transformators, wobei im Betiebsfall die Eingangsimpulse auf eine Primärwindung dieses Transformators gegeben werden. Der Emitterkreis des Transistors kann vorteilhaft einen Stabilisierungswiderstand enthalten.

Ein grundlegendes Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung sowie erfindungsgemäße Demodulatorschaltungen, die in Fernsprechämtern für Zeitmultiplexverkehr verwendet werden können, werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben:

F i g. 1 zeigt das Schaltbild eines Demodulators;

F i g. 2 zeigt die Umwandlung amplitudenmodulierter Impulse in breitenmodulierte Impulse;

F i g. 3 zeigt Kennlinien, die sich auf einen in den erfindungsgemäßen Schaltungen verwendeten Transistor beziehen;

F i g. 4 zeigt eine Schaltung zur Umwandlung amplitudenmodulierter Impulse in breitenmodulierte Impulse, und

Φ09 657/378

F i g. 5 zeigt die Schaltung einer abgewandelten Ausführungsform für einen Demodulator.

F i g. 4 zeigt eine Schaltung mit dem Transistor VTl, an dessen Basis und Emitter die Sekundärwicklung des Transformators T1 angeschlossen ist. Der Transformator T1 hat weiter eine Primärwicklung, auf die die Eingangsimpulse über den Gleichrichter Wl gegeben werden. Der Transistor VTl ist wie in der Zeichnung dargestellt, vorgespannt und hat als Kollektorbelastung den Außenwiderstand ZA, io an dessen Enden die Ausgangssignale abgegeben werden.

Die in F i g. 4 gezeigte Schaltung verwendet nur

daß der Transistor leitend wird und so lange leitend bleibt, wie der im Basiskreis fließende Strom ausreichend ist. Das Abnehmen dieses Stromes hängt ab vom Spannungsgefälle zwischen Emitter und Basis, 5 das im leitenden Zustand des Transistors VTl im wesentlichen konstant ist. Daher ist die Abnahme des Stromes in der Basis des Transistors VTl und der Sekundärwicklung des Transformators Tl praktisch linear und wird durch die Gleichung

^V dr

bestimmt, worin ν die Emitter-Basis-Spannung ist. F i g. 2 zeigt das Abfallen des Basisstromes. Die

einen Transistor, nämlich VTl; dieser Transistor

wird als Schalter gebraucht, der bei Gegenwart eines 15 Schaltung ist so getroffen, daß der Basisstrom I_B bei Eingangsimpulses gesperrt ist, für ein einem Ein- maximaler Eingangsimpulsamplitude ausreicht, um gangsimpuls folgendes Zeitintervall voll leitend ist den Transistor VTl über ein Zeitintervall T_K von und für den Rest des Zwischenimpulsintervalls ge- etwa 90°/o des Impulswiederholungsintervalls leitend sperrt ist. zu halten. Dieser leitende Zustand endet, wenn der

Der Geber für die Eingangsimpulse kann von 20 Basisstrom kleiner wird als der zur Leitendmachung zweierlei Art sein: Der Geber kann niedrige Impe- des Transistors notwendige Kollektorstrom, d. h., danz haben und einen von der Belastung des Gebers wenn der Basisstrom kleiner als /„„■„ ist. Wenn der unabhängigen Spannungsimpuls geben, wobei dann Eingangsimpuls kleiner ist als die maximale Amplider Strom in der Primärwicklung des Transformators tude, ist der in der Primärwicklung des Transforma- Tl linear wächst und der Endwert von der Impuls- 25 tors erzeugte Strom und somit der Basisstrom I_B entdauer abhängt, die entsprechend gesteuert werden sprechend kleiner, und der Basisstrom I_b hält — da muß. das Maß des Abfallens praktisch das gleiche ist —

Der Geber kann auch eine hohe Impedanz haben. den leitenden Zustand des Transistors VTl über ein In diesem Fall würde sich aber der Primärwicklungs- kürzeres Intervall T_T. Die Intervalldauer, für die der strom sehr schnell entwickeln, und es würde eine 30 Transistor VT1 leitend ist, ist proportional zu dem hohe EMK in der Sekundärwicklung des Transfer- in der Primärwicklung des Transformators Tl ermators T1 induziert werden. Um eine Beschädigung zeugten Strom und somit auch zur Amplitude des des Transistors VTl zu vermeiden, muß eine Eingangsimpulses.

Begrenzung vorgesehen werden. Solch eine Span- Der Belastungswiderstand ZA hat einigen Einfluß

nungsbegrenzung kann durch eine Gleichrichter- 35 auf die Emitter-Basis-Spannung des Transistors VTl. klemmschaltung oder durch volle Leitendmachung Diese Spannung kann dann, wenn ein Widerstand als eines im Geber verwendeten Transistors erreicht wer- Kollektorbelastung verwendet wird, zum dabei erhalden. Die Wirkung einer solchen Begrenzung liegt tenen Kollektorstrombereich um etwa 10% schwandarin, daß der erforderliche Strom im Transformator ken. Dieser Strombereich kann jedoch reduziert wer- Tl hergestellt wird, ohne daß die zulässige Basis- 40 den, wenn man die Impedanz ZA induktiv macht. Emitter-Spannung für den Transistor VTl über- Die Einführung einer solchen Induktivität verhindert

ein schnelles Anwachsen des Kollektorstromes (vgl. Fig. 3a), läßt aber die Kollektorspannung (vgl. F i g. 3 b) unverändert. Wie in F i g. 3 c gezeigt ist, 45 würde sich bei einem Widerstand als Kollektorbelastung die Emitter-Basis-Spannung während eines Impulses um etwa 10% ändern; wenn aber der Belastungswiderstand induktiv gemacht wird, wird die Änderung verringert. Die Verwendung einer induk-

gangsimpuls erzeugt einen Strom in der Primärwick- 50 tiven Belastung verringert daher die Änderungen der lung des Transformators Tl und induziert eine EMK Emitter-Basis-Spannung.

an der Sekundärwicklung des Transformators. Wäh- Die oben beschriebene Betriebsweise hängt ab von

rend der Impulsdauer wird die Basis des Transistors der Emitter-Basis-Spannung des Transistors VTl. auf einem positiven Potential gehalten und der Tran- Eine Änderung dieser Spannung kann sich mit der sistor bleibt gesperrt. In dem Zeitintervall zwischen 55 Temperatur ergeben und kann auch von Transistor den Impulsen trennt der Gleichrichter W1 den Trans- zu Transistor schwanken. Die Auswirkung dieser formator Tl vom Impulsgeber und gewährleistet so. Änderungen kann durch Einschalten eines Widerdaß die im Transformator gespeicherte Energie nur Standes in den Emitterkreis verringert werden. Der im Transistor VTl verbraucht werden kann. Widerstand muß bei den Modulationsfrequenzen

Mit der Beendigung eines Eingangsimpulses fließt 60 wirksam entkoppelt werden und seine Wirksamkeit in der Sekundärwicklung des Transformators Tl wächst mit dem Widerstandswert.
Strom in der in F i g. 4 durch einen Pfeil angedeute- Die schon obenerwähnten jeweiligen Eingangsten Richtung. Dieser Strom fließt vom Emitter zur impulse verursachen am Kollektor Impulse, wie sie Basis und macht den Transistor VTl leitend. Das z.B. durch die in Fig. 2 gezeigten Impulse A und B Betriebsprinzip ist leichter zu verstehen, wenn man 65 dargestellt sind. Ein amplitudenmodulierter Impuls annimmt, daß die Belastung ZA ein Widerstand ist. am Eingang der Schaltung erscheint daher am Aus-Der Wert dieses Widerstandes ist genügend groß, um gang bzw. Impedanz ZA als breitenmodulierter Imzu bewirken, daß die Kollektorspannung so weit fällt, puls. Die in F i g. 4 dargestellte Schaltung stellt daher

schritten wird, wobei — vorausgesetzt, daß die Eingangsimpulslänge ausreicht, um die Entwicklung des erforderlichen Stromes zu gewährleisten — der Strom unabhängig von der Eingangsimpulslänge ist.

Die Schaltung gemäß F i g. 4 arbeitet in der folgenden Weise: Bei Fehlen eines Eingangsimpulses ist der Transistor VTl gesperrt. Ein über den Gleichrichter Wl aufgegebener amplitudenmodulierter Ein-

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eine Einrichtung zur Umwandlung amplitudenmodu- Strom dann zur Betätigung eines Relais RL verwenlierter Impulse in breitenmodulierte Impulse dar. det werden kann, um ein Signal zu erzeugen, daß das

F i g. 1 zeigt eine Demodulatorschaltung, die zur Vorliegen eines Eingangsimpulses anzeigt. Demodulation von amplitudenmodulierten Impulsen Dieser Belastungswiderstand R kann natürlich

von einer Zeitdauer in der Größenordnung 1 Mikro- 5 durch irgendeine geeignete Impedanz, z. B. einen Sekunde und einer Impulsfrequenz in der Größen- Transformator, ersetzt werden, der das Filter mit seiordnung von 10⁴ Impulsen je Sekunde geeignet ist. nem Wellenwiderstand abschließt. Bei dieser Schaltung, die mehrere Milliwatt Nieder- Die in F i g. 1 gezeigte Schaltung findet Anwen-

frequenzleistung liefern kann, wird nur ein Transistor dung bei Fernsprechämtern mit Zeitmultiplexverkehr. verwendet. Die Verstärkung des Demodulators ist in io Bei einer solchen Anwendung kann der Demodulatoreinem breiten Bereich unabhängig von der Stromver- eingang aus amplitudenmodulierten Impulsen mit Stärkung des Transistors. Die in Fig. 1 dargestellte einer Impulsfrequenz von 10 kHz bestehen. Diese Schaltung ist der in Fig. 4 dargestellten Schaltung Impulse können aus Impulsen von 0,8 Mikrosekunähnlich. Damit sich jedoch ein Demodulator ergibt, den je Dauer und 7 Volt Amplitude mit oberen und ist die BelastungZA in Fig. 4 nunmehr in Fig. 1 15 unteren Modulationsgrenzen von ±3 Volt bestehen, durch ein Tiefpaßfilter mit einer in Reihe liegender Ein derartiger Impuls könnte im Primärteil des Induktivität Ll als erstem Bauelement ersetzt, wobei Transformators Π mit einer Primärwicklung von das Filter oberhalb seiner Grenzfrequenz eine hohe 1,33 mH Induktivität einen maximalen Strom erzeu-Impedanz hat. gen und bewirken, daß ein maximaler Strom von

Dieses Filter wird dann, wenn der Transistor VTl 20 2 niA im Basis-Emitter-Kreis des Transistors VTl leitend ist, aus einer konstanten Spannungsquelle ge- fließt, wobei das Wicklungsverhältnis des Transforspeist; der Gleichrichter Wl gewährleistet dann, mators Tl in diesem Falle 1:3 ist. Der Abfall dieses wenn der Transistor VTl sperrt, einen niedrigen Emitter-Basis-Stromes wird von der Emitter-Basis-Eingangs-Abschlußwiderstand für das Filter. Das FiI- Spannung — ungefähr 230 mV — gesteuert und fällt ter sollte von der dem Fachmann wohlbekannten 25 dann in 90 Mikrosekunden auf etwa 0,2 mA ab. Bauart sein, die mit konstanter Spannung arbeitet Der Kollektor des Transistors VTl liegt an 20 Volt

und Leistung in einen Festwiderstand, z. B. R liefert, negativer Spannung, und die Kollaktorbelastung bedessen Widerstandswert dem Wellenwiderstand des steht aus einem Tiefpaßfilter mit einem Wellenwider-Filters entspricht. Das Filter kann so eingerichtet stand von 2,5 kOhm. Ein geeignetes Filter mit solch sein, daß es eine Dämpfungsspitze bei der Impuls- 30 einem Wellenwiderstand kann gemäß Fig. 1 auffrequenz der Eingangsimpulse hat. gebaut werden, wobei die Daten wie folgt lauten:

Die Impedanz des Filters im Kollektorkreis des r< 98OmH

Transistors VTl hat einigen Einfluß auf die Emitter- »-~ 19/3 _mw

Basis-Spannung. Die Fähigkeit dieses Kreises, einen ^ 3 48'6 mH

Niederfrequenzausgang zu erzeugen, der sich zur 35 _cl 00128 Mikrofarad

Modulation der Eingangsimpulse linear verhält, „ J<- 1,Qt_1n,

hängt von der Konstanz der Emitter-Basis-Spannung '

ab. Diese Spannung kann sich um etwa 10% zum Der maximale Kollektorstrom, der erforderlich ist,

Kollektorstrombereich ändern, der bei einer Ohm- ^um den Transistor leitend zu machen, übersteigt sehen Kollektorbelastung erzielt würde; dieser Strom- 40 nicht 8 mA. Dieser Strom wird mit einem Transistor bereich wird jedoch verkleinert, wenn das Filter ein- erzeugt, bei dem 0 gleich oder größer 40 ist, wenn geführt wird, das eine induktive Eingangsimpedanz der Basisstrom gleich oder größer 0,2 mA ist. Die hat. Diese Induktivität verhindert einen schnellen amplitudenmodulierten Eingangsimpulse erzeugen Aufbau des Kollektorstroms (vgl. F i g. 3 a), läßt aber breitenmodulierte Impulse von etwa 20 Volt am Tiefdie Kollektorspannung (vgl. Fig. 3b) unverändert. 45 paßfiltereingang. Die dann im AbschlußwiderstandR Die in Fig. 3 gezeigte Emitter-Basis-Spannung, erzeugte Niederfrequenzleistung beträgt etwa 5 mW. welche mit einem Widerstand als Kollektorbelastung Eine erhebliche Zunahme an Niederfrequenz-Aus-

um etwa 10% während des Impulses schwanken gangsleistung kann erreicht werden, indem der Kolwürde, nimmt nun einen anderen Verlauf an, der wäh- lektorarbeitswiderstand verringert und der Kollektorrend des Impulses eine verringerte Schwankung zeigt. 50 strom so verstärkt wird, daß der Transistor ein län-

Die Verwendung einer induktiven Kollektor- geres Zeitintervall leitend bleibt. Die größere Kollekbelastung vermindert daher die Schwankungen in der torleistung kann erreicht werden, indem man den Emitter-Basis-Spannung und verbessert somit die Eingangsstrom während des Impulses vergrößert. Linearität der Demodulation. Dieser Strom wird in der Primärwicklung des Trans-

Die InduktivitätLl im Kollektorkreis hat weiter- 55 formatorsTl erzeugt, weswegen deren Induktivität hin Einfluß auf den in F i g. 2 dargestellten Wert I_min. entsprechend verringert werden muß. Es können z. B. Bei Eingangsimpulsen von kleiner Amplitude ist der etwa 50 mW Niederfrequenzleistung im Belastungsmaximale Kollektorstrom kleiner als bei Eingangs- widerstand erzielt werden, indem man während der impulsen von großer Amplitude und dementspre- Eingangsimpulsperiode für den Kollektor eine negachend ergeben sich auch die Änderungen für I_min, 60 tive 30-V-Speisung verwendet und 33 mA in die Priindem I_mln bei kleinen Eingangsimpulsen kleiner ist märwicklung des Transformators Tl gibt. Die Ausais bei großen Eingängen. Dies ergibt eine weitere gangsleistung für einen gegebenen Eingangsimpuls ist Verbesserung der Linearität. begrenzt durch:

Die unmodulierten Eingangsimpulse ergeben am 1. Die Erhöhung der positiven Emitter-Basis-Span-

Ausgang des Filters einen Gleichstrom. Es kann ver- 65 nung während eines Eingangsimpulses, hindert werden, daß dieser Gleichstromausgang in 2. die Verlustleistung im Emitter-Basis-Widerstand den WiderstandiR fließt, indem man den Konden- während der auf einen Eingangsimpuls folgen-

sator C 2 wie in F i g. 1 gezeigt anschließt, wobei der den Periode,

3. die Verlustleistung im Kollektor, während der Transistor leitend ist.

Bei dem mit Bezug auf F i g. 1 beschriebenen Demodulator liegt das Tiefpaßfilter direkt im Kollektorkreis des Transistors VTl, der die breitenmodulierten Impulse erzeugt. Das Filter muß jedoch nicht so angeschlossen sein. Ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel für einen Demodulator gemäß der Erfindung ist in F i g. 5 dargestellt.

Dieser Demodulator enthält einen Modulationsumwandler, wie er etwa in F i g. 4 gezeigt ist, zur Umwandlung amplitudenmodulierter Impulse in breitenmodulierte Impulse. Der Ausgang des Modulationsumwandlers wird auf einen Impulsverstärker PA bekannter Bauart gegeben. Dieser Verstärker ver- *5 stärkt die breitenmodulierten Impulse, die dann auf den Eingang eines Tiefpaßfilters LPF bekannter Bauart gegeben werden, woraufhin die demodulierten Signale an der Belastungsimpedanz ZB erscheinen.

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Claims (6)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Umwandlung amplitudenmodulierter Impulse in breitenmodulierte Impulse, dadurch gekennzeichnet, daß ein Transistor mit einer zwischen Basiselektrode und Emitterelektrode geschalteten Induktivität vorgesehen ist, der die amplitudenmodulierten Impulse aufgegeben werden, und der Kollektorkreis des Transistors einen Belastungswiderstand solcher Größe enthält, daß der Transistor für ein auf die Beendigung eines Eingangsimpulses folgendes Zeitintervall einen voll leitenden Zustand annimmt, dessen Dauer von der Amplitude des Eingangsimpulses abhängig ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollektorbelastungswiderstand induktiv ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Demodulieren der am Transistorkollektor auftretenden längenmodulierten Impulse im Kollektorkreis ein Tiefpaßfilter vorgesehen ist, dessen erstes Bauelement eine in Reihe liegende Induktivität ist, und der Ausgang des Tiefpaßfilters mit einer Impedanz abgeschlossen ist, die gleich dem Wellenwiderstand des Filters ist und ein Gleichrichter an die Eingangsanschlüsse des Filters derart angeschlossen ist, daß der Gleichrichter im Betrieb — wenn der Transistor gesperrt ist — für das Filter einen Eingangsabschluß mit niedriger Impedanz bildet.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verstärkung der an der Ohmschen Belastung erscheinenden breitenmodulierten Impulse ein Impulsverstärker an die Ohmsche Belastung angekoppelt ist und daß an den Ausgang des Verstärkers ein Tiefpaßfilter zur Demodulation der verstärkten breitenmodulierten Impulse angeschlossen ist.

5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen Basis und Emitter des Transistors geschaltete Induktivität die Sekundärwicklung eines Transformators ist, und die amplitudenmodulierten Impulse einer Primärwicklung des Transformators zugeführt werden.

6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Emitterkreis des Transistors einen Stabilisierungswiderstand für die Emitterspannung enthält.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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