DE1206474B - Transistorschaltung zur Erzeugung von Impulsen - Google Patents

Transistorschaltung zur Erzeugung von Impulsen

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DE1206474B
DE1206474B DES93390A DES0093390A DE1206474B DE 1206474 B DE1206474 B DE 1206474B DE S93390 A DES93390 A DE S93390A DE S0093390 A DES0093390 A DE S0093390A DE 1206474 B DE1206474 B DE 1206474B
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DE
Germany
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pulse
transistor
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transistor circuit
pulses
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Pending
Application number
DES93390A
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English (en)
Inventor
Johannes Reilhofer
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K5/00Manipulating of pulses not covered by one of the other main groups of this subclass
    • H03K5/13Arrangements having a single output and transforming input signals into pulses delivered at desired time intervals

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Description

  • Transistorschaltung zur Erzeugung von Impulsen Die Erfindung bezieht sich auf eine Transistorschaltung für Geräte und Einrichtungen der elektrischen Nachrichten- und Meßtechnik, bestehend aus zwei und mehr monostabilen, in Kette geschalteten Kippstafen.
  • Bei bekannten Schaltungen dieser Art können die einzelnen Glieder in einfacher Weise mit Hilfe eines im Ruhezustand leitenden und im Arbeitszustand gesperrten Transistors in Emitterschaltung realisiert werden. Hierbei ist dem Steuereingang des Transistors ein Kondensator vorgeschaltet. Außerdem weist er einen kollektorseitigen und basisseitigen Widerstand auf, über die ihm die Betriebsgleichspannung zugeführt ist. Die monostabile Eigenschaft der geschilderten Stufe kommt dadurch zustande, daß der Kondensator durch einen ankommenden Impuls vorgegebener Polarität über die Basis-Emitter-Strecke des Transistors ohne Beeinträchtigung seines leitenden Zustandes rasch aufgeladen und nach Beendigung des Impulses über den Basiswiderstand gegen die Betriebsgleichspannung hin, bei gleichzeitigem Sperren des Transistors, entladen wird.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Transistorschaltung der beschriebenen Art insbesondere für hohe Gliederzahlen weiterzubilden.
  • Ausgehend von einer Transistorschaltung für Geräte und Einrichtungen der elektrischen Nachrichten-und Meßtechnik, bestehend aus zwei und mehr monostabilen, in Kette geschalteten Kippstufen, bei der jede monostabile Kippstufe einen im Ruhezustand leitenden und im Arbeitszustand gesperrten Transistor in Emitterschaltung aufweist, dessen Steuereingang ein Kondensator vorgeschaltet und dessen Kollektor und Basis die Betriebsgleichspannung über je einen Widerstand zugeführt ist, wird gemäß der Erfindung die Aufgabe dadurch gelöst, daß der Basis-Emitter-Strecke eines jeden Transistors hierzu gleichsinnig die Reihenschaltung zweier Dioden unmittelbar parallelliegt, und daß der Kondensator am gemeinsamen Verbindungspunkt der beiden Dioden angeschaltet ist.
  • Wie umfangreiche der Erfindung zugrunde liegende Untersuchungen ergeben haben, treten bei der Kettenschaltung von mit nur einem Transistor aufgebauten monostabilen Kippstufen parasitäre Pulse auf, die sich vor allem bei größerer Kettengliederzahl außerordentlich störend auswirken können. Diese parasitären Pulse verdanken ihre Entstehung, wie weiterhin erkannt werden konnte, der Aufladung des Kondensators über die Basis-Emitter-Strecke des Transistors.
  • Zur besseren Erläuterung des dieser neuen Erkenntnis zugrunde liegenden Sachverhalts sind in der Zeichnung in der F i g. 1 einerseits zwei in Reihe geschaltete nionostabile Kippstufen bekannter Bauart angegeben, die hierbei als zwei aufeinanderfolgende Glieder einer vielgliedrigen Kette aufzufassen sind; andererseits sind in den F i g. 2 bis 4 der Schaltung nach der F i g. 1 zugehörige Spannungsdiagramme dargestellt.
  • Die mit n-1 und n bezeichneten monostabilen Kippstufen bestehen jeweils aus einem im Ruhezustand leitenden und im Arbeitszustand gesperrten TransistorTr, dessen Basis über den WiderstandR und dessen Kollektor über den WiderstandR' die Betriebsgleichspannung UB zugeführt ist. Ferner ist der Steuereingang eines Transistors jeweils mit dem Kollektor des Transistors der vorhergehenden Stufen über einen Ladekondensator C verbunden.
  • In den Spannungsdiagrammen nach den F ig. 2 bis 4, die entsprechend den in der F i g. 1 angegebenen Spannungen bezeichnet sind, ist angenommen, daß die beiden Stufen n - 1 und n der F i g. 1 die beiden ersten Glieder einer Kette sind, und daß dementsprechend die eingangsseitig der Stufe n - 1 zugeführte pulsförinige Eingangsspannung u,("-,) noch keine parasitären Pulse aufweist. Die Pulsfolge, die dem Eingang der Stufe n - 1 zugeführt wird, hat die Periode To, und die Pulse haben die Dauer Tv 1. Mit dem Beginn eines Pulses wird der Ladekondensator C kurzzeitig über die Basis-Emitter-Strecke des Transistors Tr aufgeladen. Da der Widerstand dieser Strecke einen endlichen, wenn auch sehr kleinen Wert aufweist, äußert sich dieser Aufladevorgang an der Basis in Form eines kleinen positiven Spannungssprungs mit exponentiellem Abfall. Mit dem Ende des Pulses wird der Ladekondensator C auf der Seite der Eingangsspannung durch die speisende Quelle auf Bezugspotential gelegt, so daß nunmehr die Spannung am Kondensator in Höhe der Amplitude des von ihm aufgeladenen Pulses als negative Spannung an der Basis des Transistors auftritt. Diese negative Spannung, die den Transistor von seiner Ruhelage in die Arbeitslage umschaltet, d. h. sperrt, nimmt entsprechend der damit einsetzenden Entladung des Ladekondensators C über den Basiswiderstand R gegen die Betriebsgleichspannung UB näherungsweise linear bis zum Bezugspotential des Emitters ab. In diesem Zeitpunkt geht der Transistor wieder in den leitenden Zustand über. Während der Dauer Tv 2 dieses Entladevorgangs, in dem der TransistorTr gesperrt ist, tritt an seinem Kollektor entsprechend dem Diagramm u"", -,) ein Puls auf, der hinsichtlich des EingangspuIses um dessen Dauer Tv 1 verzögert ist. Die Dauer Tv2 dieses Impulses ist durch eine entsprechende Bemessung der durch den Basiswiderstand und den Ladekondensator C gegebenen Zeitkonstante gleich der Dauer Tvl des eingangsseitigen Impulses gewählt. Wie das Diagramm der Ausgangsspannung u,(, C - ) zeigt, tritt neben den um eine Impulsbreite gegenüber der eingangsseitigen Pulsfolge verzögerten Pulsen im Zeitpunkt der Vorderflanke der eingangsseitigen Pulse ein kleiner negativer Spannungssprung mit exponentiellem Abfall auf, der durch den erhöhten Basisstrom während der Aufladung des Ladekondensators verursacht wird. Dieser negative Spannungssprung wird auch zur Basis des Transistors der folgenden Stufe n hin übertragen und wird am Ausgang dieser Stufe nunmehr als positiver Puls wirksam. Wie das Diagramm der Ausgangsspannung u"" zeigt, ist dieser Puls bereits relativ groß, weil der ihn auslösende negative Spannungssprung an der Basis um den Faktor der Stromverstärkung des Transistors verstärkt am Kollektor wirksam wird. Zusätzlich zu diesem störenden positiven Puls zeigt die Ausgangsspannung im Zeitpunkt der Vorderflanke der der Stufe n eingangsseitig zugeführten Pulse einen neuen negativen kleinen Spannungssprung mit exponentiellem Abfall, der am Ausgang der der Stufe n nachgeschalteten Stufe wiederum als positiver Puls wirksam wird. Es ist leicht einzusehen, daß diese Störpulse sich bei Ketten mit größerer Gliederzahl einander überlagem und solche Werte annehmen können, daß sie in der Lage sind, die Transistoren in die Arbeitslage umzusteuern. Dies muß aber auf alle Fälle vermieden werden, weil ansonsten der gewünschte Ablauf der Vorgänge unmöglich gemacht wird.
  • In der F i g. 2 ist die Pulsperiode To so gewählt, daß nach Ablauf eines Entladevorgangs noch ein Zeitintervall von der Dauer Ts bis zu einer neuen Entladung des Ladekondensators verbleibt, das_hier-_ bei größer als die Dauer Tv2 seiner Entladung ist. Wird die Dauer Ts dieses Zeitintervalls klein gegen J die Dauer Tv 2 gewählt, dann ist es prinzipiell, wie die Diagramme der F i g. 3 erkennen lassen, möglich, das Entstehen der parasitären Pulse zu unterbinden. Zwar treten auch hierbei [Diagramm ua(n-1)1 am Ausgang der Stufe n - 1 die kleinen negativen Spannungssprünge mit exponentiellem Abfall auf, doch überlagern, sie sich nunmehr, wie das Diagramm der Spannung ub, an der Basis des Transistors der Stufen zeigt, der sägezahnförmig abfallenden Sperrspannung an der Basis des Transistors Tr. Sofern diese überlagerung nicht gerade am unteren Ende der sägezahnförinigen Sperrspannung erfolgt, tritt hierdurch keine Verlängerung der ausgangsseitigen Pulse dieser Stufe auf, weil bis zum Zeitpunkt, in dem der Entladevorgang des Ladekondensators durch das Umkippen des Transistors in seine leitende Ruhelage endet, der negative Spannungssprung auf Grund seines exponentiellen Abfalls nicht mehr wirksam werden kann. Diese Bedingung läßt sich stets dann erfüllen, wenn der über die Kette geführten Pulsfolge keine Modulation aufgeprägt ist.
  • Die Forderung, daß für eine ungestörte übertragung einer Pulsfolge die Dauer Tv2 groß sein muß gegen die Dauer Ts, stellt eine erhebliche Einschränkung der Anwendungsmöglichkeiten derartiger Transistorschaltungen dar. Bei Impulsverteilerschaltungen beispielsweise ist in- der Regel sowohl die Periode To als auch die Pulsdauer Tv vorgegeben, so daß über diese Größen nicht ohne weiteres im Sinne der Erfüllung obiger Forderungen verfügt werden kann. Außerdem scheidet diese Lösung für solche Pulsfolgen aus, denen eine Modulationsgröße in Form einer Pulsphasenmodulation aufgeprägt ist. Dabei ist es unerheblich, ob der dem Eingang der Kette zugeführten Pulsfolge die Modulationsgröße bereits aufgeprägt ist oder ob die Pulsfolge erst im Verlauf der übertragung über die Kette moduliert wird.
  • Der Erläuterung des letztgenannten Sachverhalts dienen die Diagramme der F i g. 4. Diese Diagramme zeigen analog zu den Diagrammen der F i g. 3 die Spannungsverläufe an den Ein- und Ausgängen der Stufen n - 1 und n nach der F i g. 1 sowie die Spannungsverläufe an den Basen der Transistoren dieser Stufen. Die Periode der Pulsfolge To ist dabei genau so groß gewählt wie die der Pulsfolge nach der F i g. 3. Der einzige Unterschied zur F i g. 3 besteht lediglich darin, daß die Pulsfolge nunmehr phasenmoduliert ist, und zwar mit einem maximalen Hub von der Größe Tv 1/4 bzw. Tv 2/4 in beiden Richtungen um die Sollphasenlage der unmodulierten Pulse. Insbesondere ist angenommen, daß die Pulse l und 2 aufeinander zu und die Impulse 2 und 3 voneinander weg um den maximalen Hub ausgelenkt sind. Die gegenüber den Pulsen 1, 2, 3 am Eingang der Stufe n- 1 um eine Pulsdauer zeitverzögerten Pulse l', 2, 3' am Ausgang dieser Stufe bzw. am Eingang der Stufe n zeigen noch keine Verformungen auf. Die dazwischenliegenden kleinen negativen Spannungssprünge mit exponentiellem Abfall überlagern sich auch hier der sägezahnförmigen Sperrspannung UM an der Basis des Transistors der Stufe n. Je nachdem wie groß die aufeinander bezogene Auslenkung zweier aufeinanderfolgender Pulse ist, ist aber nun auch der Ort der überlagerung zwischen der sägezahnfönnigen Sper - rspannung und den Spanmnigssprüngen -#r6f§c-liieden. Für die maximal gegeneinander ausgelenkten Pulse l', 2', bedeutet dies, daß die überlagerung an der Spitze der sägezahnförmigen Sperrspannung erfolgt und somit auf die Dauer Tv2 keinen Einfluß haben kann. Auch stört der kleine positive Spannungssprung am Ende des Sägezahnes nicht, da er das in diesem Zeitpunkt stattfindende Umkippen des Transistors der Stufe n in den leitenden Zustand unterstützt. Der ausgangsseitige Puls Y', der diesem Sägezahn entspricht, gibt also den um die zweifache Pulsdauer verzögerten Puls 1 am Eingang der Stufe n - 1 ungestört wieder. Anders verhält es sich dagegen mit dem folgenden Puls 2" am Ausgang der Stufen. Weil die ursprünglichen Pulse 2 und 3 am Eingang der Stufen-1 voneinander weg maximal ausgelenkt sind, überlagert sich dem vom Puls 2' am Eingang der Stufe n ausgelösten sägezahnförmigen Spannungsverlauf der negative Spannungssprung am hinteren Ende und verlängert dadurch den Puls Z' um die Dauer A t. Da der minimale oder maximale Abstand, mit dem zwei aufeinanderfolgende Pulse in Abhängigkeit der Modulationsgröße zusammenrücken oder auseinanderrücken können, von der auf die Abtastfrequenz bezogenen Frequenz der Modulationsgröße abhängig ist, erfährt somit die Modulationsgröße beim Durchgang der pulsphasenmodulierten Pulsfolge durch die Kette einen Frequenzgang. Dies bedeutet eine unzulässige Verzerrung des durch die Pulsfolge zu übertragenden Signals.
  • Durch die erfindungsgemäße Verwendung zweier Dioden werden diese störenden parasitären Impulse in einfacher Weise dadurch beseitigt, daß die Aufladung des Ladekondensators einer Stufe in Abhängigkeit der am Ausgang der vorhergehenden Stufe auftretenden Pulse nicht wie bisher über die Basis-Emitter-Strecke des Transistors dieser Stufe, sondern durch eine der beiden hierfür in Durchlaßrichtung gepolten Dioden erfolgt.
  • Die Schaltung nach der Erfindung eignet sich aus diesem Grund in vorteilhafter Weise als Impulsverteiler mit beliebig großer Gliederzahl. Gleiches gilt auch hinsichtlich ihrer Verwendung als Verzögerungsleitung für pulsförinige bzw. pulsmodulierte Spannungen. In beiden Anwendungsfällen ist es dabei zweckmäßig, die einzelnen monostabilen Kippstufen gleich zu bemessen.
  • Im folgenden soll an Hand des in der F i g. 5 dargestellten Ausführungsbeispiels die Erfindung, soweit dies nicht bereits in den F i g. 1 bis 4 erfolgt ist, noch näher erläutert werden.
  • Die F! g. 5 zeigt zwei aufeinanderfolgende Stufen n - 1 und n, von denen lediglich die Stufen vollständig einschließlich der beiden Dioden nach der Erfindung dargestellt ist. Von den dem Steuereingang des Transistors Tr in Reihe geschalteten Dioden D 1 und D 2, die hierbei in der gleichen Richtung gepolt sind wie die Basis-Emitter-Strecke des Transistors, dient die Diode Dl als Ersatz für die Basis-Emitter-Strecke des Transistors bei der Aufladung des Ladekondensators C. Die Diode D 2 dient dagegen der Entkoppelung des Steuereingangs des Transistors während der Aufladung des Ladekondensators. Sobald der Puls am Kollektor des Transistors der vorhergehenden Stufe beendet ist und der Ladekondensator an seinem mit dem Kollektor verbundenen Anschluß -über die nach Beendigung eines Impulses leitende Kollektor-Emitter-Strecke auf Bezugspotential zu liegen kommt und damit am gemeinsamen Verbindungspunkt der beiden Dioden mit dem Ladekondensator eine negative Spannung auftritt, wird die Diode D 1 in gewünschtem Sinne gesperrt. Gleichzeitig wird die Diode D 2 leitend, so daß der Ladekondensator sich in der bereits beschriebenen Weise über den Basiswiderstand gegen die Betriebsgleichspannung Ub entladen und dabei den Transistor sperren kann.

Claims (2)

  1. Patentansprüche: 1. Transistorschaltung zur Erzeugung von Impulsen für Geräte und Einrichtungen der elektrischen Nachrichten- und Meßtechnik, bestehend aus zwei und mehr monostabilen, in Kette geschalteten Kippstufen, bei der jede monostabile Kippstufe einen im Ruhezustand leitenden und im Arbeitszustand gesperrten Transistor in Emitterschaltung aufweist, dessen Steuereingang ein Kondensator vorgeschaltet und dessen Kollektor und Basis die Betriebsgleichspannung über je einen Widerstand zugeführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Basis-Emitter-Strecke eines jeden Transistors hierzu gleichsinnig die Reihenschaltung zweier Dioden unmittelbar parallelliegt, und daß der Kondensator am gemeinsamen Verbindungspunkt der beiden Dioden angeschaltet ist.
  2. 2. Transistorschaltung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ihre Verwendung als Impulsverteiler. 3. Transistorschaltung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ihre Verwendung als Verzögerungsleitung für pulsförmige bzw. pulsmodulierte Spannungen. 4. Transistorschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen monostabilen Kippstufen gleich bemessen sind.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1272181B (de) * 1966-01-21 1968-07-04 Kernforschung Gmbh Ges Fuer Verfahren und Vorrichtung zum UEberwachen von mindestens zwei, vorzugsweise einer Vielzahl ueber eine lange Strecke verteilter Messfuehler mittels Pruefgroessen (Abfrageimpuls)

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