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Schaltung für Einrichtungen der elektrischen Nachrichtentechnik zur
Verzögerung einer kontinuierlichen Signalspannung Die Erfindung bezieht sich auf
eine Schaltung zur Verzögerung einer kontinuierlichen Signalspannung für Einrichtungen
der elektrischen Nachrichtentechnik.
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Zur Verzögerung kontinuierlicher Signalspannungen, wie sie beispielsweise
bei der elektrischen übertragung von Sprache und Musik auftreten, werden in der
Regel Kabelabschnitte oder Tiefpässe verwendet. Kabelabschnitte eignen sich recht
gut für Laufzeiten _< 1 Eisec. Für größere Laufzeiten werden die hierfür benötigten
Kabelabschnitte zu lang und damit der Aufwand und die Dämpfung zu groß. Günstigere
Ergebnisse lassen sich mit gewendelten Kabeln erzielen. Bei Laufzeiten in der Größenordnung
Millisekunden erweisen sich aber auch solche Spezialkabelabschnitte als unwirtschaftlich.
Aus Tiefpaßgliedern aufgebaute Laufzeitketten ermöglichen zwar größere Laufzeiten.
Sie haben aber den Nachteil, daß ihre Laufzeit und ihr Wellenwiderstand frequenzabhängig
sind. Soll diese Frequenzabhängigkeit klein gehalten sein, dann muß die Grenzfrequenz
der Tiefpaßglieder weit oberhalb der höchsten Signalfrequenz liegen. Das bedeutet
für größere Laufzeiten eine große Gliederzahl und eine entsprechend große Dämpfung.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine Schaltung der einleitend
beschriebenen Art mit vorzugsweise langer Laufzeit eine einfache Lösung anzugeben,
die die geschilderten Schwierigkeiten vermeidet.
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Für eine Schaltung zur Verzögerung einer kontinuierlichen Signalspannung
wird diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch einen die Signalspannung in ein
pulsmoduliertes Signal umformenden Eingangswandler, eine sich daran anschließende
Laufzeitkette, deren Arbeitsprinzip von der pulsmodulierten Form des Signals zur
Verzögerung Gebrauch macht, und einen der Laufzeitkette nachgeschalteten, das verzögerte
pulsmodulierte Signal in seine ursprüngliche Form rückbildenden Ausgangswandler.
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Die Erfindung geht von der wesentlichen Erkenntnis aus, daß sich pulsmodulierte
Signalspannungen beispielsweise mit Hilfe in Kette geschalteter Flip-Flop-Schaltungen
leicht verzögern lassen, und zwar auch dann, wenn die Verzögerung mehrere Millisekunden
oder gar mehrere Sekunden betragen soll.
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Zweckmäßigerweise werden die einzelnen Glieder der Laufzeitkette von
monostabilen Kippstufen gebildet, die jeweils mit der Rückflanke eines ihnen eingangsseitig
zugeführten Impulses vom Ruhezustand in den Arbeitszustand umkippen.
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Wie der Erfindung zugrunde liegende Unter-Buchungen gezeigt haben,
kann der Aufwand der Laufzeitkette besonders klein gehalten werden, wenn die monostabilen
Kippstufen je aus einem im Ruhezustand leitenden und im Arbeitszustand gesperrten
Transistor in Emitter-B asis-Schaltung bestehen, dessen Eingang von seiner Basis-Emitter-Strecke
in Reihe mit einem Kondensator und dessen Ausgang von seiner Kollektor-Emitter-Strecke
gebildet sind und dessen Kollektor und Basis die Betriebsgleichspannung über je
einen Widerstand zugeführt sind.
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Das dem Eingang der Laufzeitkette zugeführte pulsmodulierte Signal
kann die verschiedensten Formen aufweisen. Als sehr vorteilhaft erweist es sich,
die kontinuierliche Signalspannung in ein pulsphasenmoduliertes Signal umzuformen.
Für diesen bevorzugten Fall bestehen der Eingangswandler aus einer die Signalspannung
im Rhythmus wenigstens der zweifachen höchsten Frequenz der Signalspannung abfragenden
Abtasteinrichtung und einem sich daran anschließenden, die Abtastproben in phasenmodulierte
Impulse umwandelnden Modulationswandler und der Ausgangswandler aus einem .die phasenmodulierten
Impulse in amplitudenmodulierte Impulse umwandelnden Modulationswandler mit sich
daran anschließendem Tiefpaß.
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Die Verzögerung einer monostabilen Kippstufe ist durch die Breite
des von der Rüchflanke eines eingangsseitigen Impulses ausgelösten ausgangsseitigen
Impulses bestimmt. Für die bevorzugte pulsphasenmodulierte Form des Signals ergibt
sich als günstigste Verzögerungszeit eine Breite des ausgangsseitigen Impulses,
die wenig kleiner gewählt ist als die halbe Abtastperiode der Abtasteinrichtung,
vermindert um die halbe Breite des maximalen Phasenhubs des der Kippstufe eingangsseitig
zugeführten Impulses.
An Hand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispieles soll die Erfindung im folgenden noch näher erläutert werden.
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Die F i g. 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau der Laufzeitschaltung
nach der Erfindung. Die zu verzögernde kontinuierliche Signalspannung wird dem Eingang
E des Eingangswandlers W1 zugeführt, der die Signalspannung in ein pulsmoduliertes
Signal umformt und an die Laufzeitkette L weitergibt. Die Laufzeitkette L verzögert
das pulsmodulierte Signal unter Ausnutzung seiner Pulsform. Der ausgangsseitige
Wandler W2, der der Laufzeitkette L nachgeschaltet ist, wandelt das pulsmodulierte
Signal wiederum in seine ursprüngliche Gestalt zurück. Die zeitverzögerte kontinuierliche
Signalspannung wird am Ausgang A des ausgangsseitigen Wandlers
W2
abgenommen.
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Ein nähere Einzelheiten aufweisendes Ausführungsbeispiel nach der
Erfindung, bei dem das pulsmodulierte Signal in Form einer pulsphasenmodulierten
Spannung die Laufzeitkette durchwandert, ist in der F i g. 2 dargestellt. Hierbei
besteht der eingangsseitige Wandler W1 aus einem elektronischen Schalter S, der
von der Pulsfolge P gesteuert wird, und einem nachfolgenden Modulationswandler M
1. Der elektronische Schalter S tastet die vom Generator G dem Eingang E zugeführte
kontinuierliche Signalspannung im Rhythmus der Folgefrequenz der Pulsfolge P ab,
und der sich an den Schalter anschließende Modulationswandler M 1 formt die an seinem
Eingang anliegenden Abtastproben in phasenmodulierte Impulse um. Die Folgefrequenz
der Pulsfolge P ist mit Rücksicht auf die Erfüllung des Abtasttheorems gleich der
zweifachen höchsten Signalfrequenz gewählt.
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Der ausgangsseitige Wandler W2 enthält seinerseits einen Modulationswandler
M2 und einen sich daran anschließenden Tiefpaß TP. Der Modulationswandler M 2 setzt
die ankommenden, verzögerten phasenmodulierten Impulse wiederum in amplitudenmodulierte
Impulse um, während der nachfolgende Tiefpaß TP aus den amplitudenmodulierten Impulsen
das ursprüngliche Signal zurückgewinnt. Zu diesem Zweck ist die Grenzfrequenz des
Tiefpasses TP bei der höchsten Signalfrequenz festgelegt.
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Die Laufzeitkette L besteht im vorliegenden Ausführungsbeispiel aus
drei in Kette geschalteten monostabilen Kippstufen. Jede Kippstufe weist einen Transistor
T in Emitter-Basis-Schaltung auf, dem die phasenmodulierten Impulse eingangsseitig
über einen Kondensator C zugeführt werden. Die Transistoren T erhalten die Betriebsgleichspannung
für die Basis und den Kollektor jeweils über einen Widerstand R und R'. Im Ruhezustand
sind die Transistoren T bis zur Sättigung leitend und im Arbeitszustand gesperrt.
Die Breite eines am Kollektor einer Kippstufe auftretenden Impulses, der von der
Rückflanke eines dieser Stufe eingangsseitig zugeführten phasenmodulierten Impulses
ausgelöst wird, ist durch die Zeitkonstante aus dem Kondensator C und dem Widerstand
R der betreffenden Stufe bestimmt.
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Zum besseren Verständnis der Wirkungsweise des Erfindungsgegenstandes
sind in der F i g. 3 die wichtigsten Spannungen über der Zeit untereinander aufgetragen.
Das mit s bezeichnete Spannungsdiagramm zeigt zunächst die vom Generator G zugeführte
kontinuierliche Signalspannung (gestrichelt) und die mittels des von der Pulsfolge
P gesteuerten elektronischen Schalters S gewonnenen Abtastproben. Die Folgefrequenz
der Pulsfolge P ist, wie bereits erwähnt wurde, gleich der zweifachen höchsten Signalfrequenz
gewählt. Die durch sie festgelegte Abtastperiode T ist mit dem mittleren Impulsabstand
der am Ausgang des Modulationswandlers M 1 stehenden phasenmodulierten Pulsfolge
m 1 identisch. Der maximale Phasenhub t ist im Diagramm m 1 ebenfalls
angegeben.
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Die negativen Ausgangsimpulse des Modulationswandlers M 1 laden den
Kondensator C der ersten Kippstufe auf. Die Umladung erfolgt dabei sehr rasch über
die Emitter-Basis-Strecke des diese Kippstufe bildenden Transistors T. Mit der Rückflanke
eines Impulses der Pulsfolge m 1 setzt eine Rückumladung des Kondensators
C über den Widerstand R ein. Diese Rückumladung hat einen an der Basis des betreffenden
Transistors T auftretenden positiven, sägezahnförmigen Impuls (b 1) zur Folge, der
den Transistor während der Umladezeit sperrt. Kollektorseitig stellt sich dieser
Vorgang durch einen negativen Impuls (e 1) dar, dessen Breite gleich der Basisbreite
des eingangsseitigen Sägezahnimpulses ist.
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An der Basis des Transistors T der zweiten Stufe treten somit die
positiven Sägezahnimpulse b 2 gegenüber denen der ersten Stufe mit einer Zeitverzögerung
auf, die gleich der Basisbreite eines Sägezahnimpulses an der Basis der ersten Stufe
ist. Damit eine Kippstufe der Laufzeitkette bereits eine möglichst große Verzögerung
bewirkt, ist die Basisbreite eines Sägezahnimpulses nur geringfügig kleiner gewählt
als die halbe Abtastperiode T, vermindert um den halben maximalen Phasenhub t. Auf
diese Weise ist bei maximaler Verzögerung pro Kippstufe gewährleistet, daß die Kondensatoren
C mit Sicherheit rückumgeladen sind, bevor ein neuer, sie wiederum aufladender Impuls
ankommt.
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Wie die weiterhin angegebenen, den Diagrammen b 1Jc
1 der ersten Stufe entsprechenden Zeitdiagramme b21c2 und b3/c3 der
zweiten und dritten Kippstufe zeigen, werden die phasenmodulierten Impulse in jeder
Kippstufe um den Betrag von etwa
in der Zeit verzögert.
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Die pulsphasenmodulierte Form eines Signals hat unter anderem den
Vorteil, daß Verzögerungen des Signals, gleich welcher Art, beim Durchgang durch
die Laufzeitkette leicht vermieden werden können. Auch tritt durch die Laufzeitkette,
gleichgültig wie groß die Zahl ihrer Glieder ist, keine Dämpfung auf, so daß sich
mit der erfindungsgemäßen Schaltung selbst bei relativ hoher Impulsfolgefrequenz
große Laufzeiten in der Größenordnung Sekunden ohne Schwierigkeiten bei durchaus
vertretbarem Aufwand realisieren lassen.
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Selbstverständlich ist der Erfindungsgegenstand nicht auf ein Ausführungsbeispiel
nach den F i g. 2 und 3 begrenzt. An Stelle einer Pulsphasenmodulation kann auch
eine Pulscodemodulation in Anwendung kommen. Ferner ist es beispielsweise möglich,
bei einem ausgangsseitigen Wandler entsprechend dem Ausführungsbeispiel nach den
F i g. 2 und 3 den eingangsseitigen Wandler so auszubilden, daß das Signal der Laufzeitkette
in pulsdauermodulierter Form zugeführt wird.