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Impulserzeugerschaltung für Einrichtungen der Die Erfindung bezieht
sich auf eine Schaltung für elektrischen Nachrichten- und Meßtechnik Einrichtungen
der elektrischen Nachrichten- und Meßtechnik zur Ableitung einer Impulsfolge von
einer periodischen Steuergröße.
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Schaltungen dieser Art lassen sich auf die verschiedenste Weise realisieren.
Eine viel verwendete Schaltung stellt beispielsweise das Multiar dar. Hierbei wird
als periodische Steuergröße eine am Multiareingang anliegende sinusförmige Spannung
verwendet, die bei jedem Nulldurchgang die Multiarschaltung vom leitenden Zustand
in den Sperrzustand und umgekehrt umschaltet. Andere bekannte Anordnungen arbeiten
mit Magnetkernen, die eine rechteckige Hystereseschleife aufweisen. Auch Torschaltungen
können zur Ableitung einer Impulsfolge verwendet sein.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine weitere, schaltungstechnisch
besonders einfache und daher vorteilhafte Impulserzeugerschaltung anzugeben.
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Ausgehend von einer Impulserzeugerschaltung für Einrichtungen der
elektrischen Nachrichten- und Meßtechnik unter Verwendung von Tunneldioden, denen
jeweils ein periodischer Steuerstrom über einen eine erste Zuführung darstellenden
Widerstand und über einen weiteren, eine zweite Zuführung darstellenden Widerstand,
ein weiterer, den Arbeitspunkt der Tunneldioden festlegender Strom eingeprägt ist,
wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß zwei oder mehr auf verschiedene
Arbeitspunkte festgelegte Tunneldioden über ihre ersten Zuführungen einander parallel
geschaltet sind und daß der periodische Steuerstrom ein eingeprägter Sägezahnstrom
ist.
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Tunneldioden sind Halbleiterftächendioden, deren p- und n-Gebiete
in Abweichung von den sonst üblichen Halbleiterdioden extrem hoch dotiert sind.
Die hohe Dotierung bedingt die in der F i g. 1 der Zeichnung dargestellte charakteristische
Kennlinie, die bei kleinen Spannungen in »Durchlaßrichtung« im Gegensatz zu allen
anderen bekannten Dioden einen Bereich negativen differentiellen Widerstandes zeigt.
Wie aus der F i g. 1 zu entnehmen ist, ruft ein eingeprägter kleiner Strom 11 bzw.
1, einen nur kleinen Spannungsabfall U1 bzw. U, hervor. Sobald jedoch der Strom
bei der Spannung U, das Strommaximum I, =13 erreicht, »springt« die Spannung an
der Tunneldiode auf den relativ hohen Wert U3 Wird der eingeprägte Strom weiter,
beispielsweise auf den Wert 14 erhöht, dann hat das keine nennenswerte Erhöhung
(U4) der »Sprungspannung« mehr zur Folge. Der Stromwert, bei dem die Tunneldiode
von einem Wert niedrigen Widerstandes in einen Wert hohen Widerstandes springt,
wie auch umgekehrt, kann in einfacher Weise dadurch eingestellt werden, daß der
Diode zusätzlich ein eingeprägter, ihren Arbeitspunkt festlegender Gleichstrom zugeführt
wird.
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Beim Erfindungsgegenstand wird nun gerade das »Springen« einer Tunneldiode
zur Ableitung einer Impulsfolge von einer periodischen Steuergröße ausgenutzt.
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Um die abgeleiteten Impulsfolgen in Form kurzer Nadelimpulse zur Verfügung
zu haben, ist es zweckmäßig, jeder Tunneldiode ausgangsseitig ein differenzierendes
Netzwerk nachzuschalten.
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Da pro Sägezahnperiode am Ausgang eines differenzierenden Netzwerks
ein Nadelimpuls - abgesehen von dem durch die Sägezahnrückflanke ausgelösten Impuls
mit entgegengesetzter Polarität - auftritt, stellt die Impulserzeugerschaltung nach
der Erfindung in vorteilhafter Weise einen Impulsverteiler dar, bei dem die an den
Ausgängen auftretenden Impulse entsprechend der Festlegung der Arbeitspunkte der
Tunneldioden beliebig zeitlich gegeneinander verschoben sein können. Werden dagegen
die differenzierenden Netzwerke ausgangsseitig einander parallel geschaltet, so
kann die erfindungsgemäße Impulserzeugerschaltung auch als Impulsvervielfacherschaltung
arbeiten. Hierfür ist es jedoch sinnvoll, daß die Arbeitspunkte der Tunneldioden
derart bemessen sind, daß die Tunneldioden während einer Periode des Sägezahnstromes
nacheinander in gleichen Zeitabstände vom Zustand niedrigen Widerstands in den Zustand
hohen Widerstands »springen«.
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Im folgenden wird an Hand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele
die Erfindung noch näher erläutert. In der Zeichnung bedeutet F i g. 1 die bereits
erwähnte charakteristische Kennlinie einer Tunnneldiode,
F i g.
2 eine Tunneldiodenschaltung, F i g. 3 ein Zeitdiagramm der in der Schaltung nach
der F i g. 2 auftretenden wichtigsten Spannungen und Ströme, F i g. 4 ein Ausführungsbeispiel
nach der Erfindung, F i g. 5 ein Zeitdiagramm der in der Schaltung nach der F i
g. 4 auftretenden wichtigsten Spannungen und Ströme.
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Die in der F i g. 2 dargestellte Tunneldiodenschaltung, die bei der
erfindungsgemäßen Impulserzeugerschaltung als Baueinheit verwendet ist, zeigt eine
Tunneldiode D, der der Eingang eines differenzierenden Netzwerkes Dg parallel angeschaltet
ist. Das differenzierende Netzwerk Dg stellt hierbei ein RC-Glied mit dem Kondensator
C und dem Widerstand R dar. Die zu gewinnenden Impulse werden am Widerstand R über
die den Ausgang A darstellende Klemme abgenommen. Der Tunneldiode D ist der sägezahnförmige
Steuerstrom IS über den Eingang F, und den Widerstand R' eingeprägt. In gleicher
Weise ist der ihren Arbeitspunkt festlegende Vorstrom 1" über den Eingang e und
den Widerstand R" der Tunneldiode D eingeprägt.
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Zum besseren Verständnis der Wirkungsweise der Schaltung nach der
F i g. 2 sind in der F i g. 3 in einem Zeitdiagramm deren wichtigste Spannungen
und Ströme in zeitrichtiger Zuordnung dargestellt. Hierbei ist angenommen, daß der
über den Eingang e eingespeiste Vorstrom 1,, so gewählt ist, daß die Tunneldiode
D bei halber Maximalamplitude des sägezahnförmigen Steuerstromes IS vom Wert niedrigen
Widerstandes in den Wert hohen Widerstandes springt. Wie aus der F i g. 3 zu ersehen
ist, hat die Spannung UD an der Tunneldiode D einen rechteckigen Verlauf,
deren Periode durch die Periode des sägezahnförmigen Steuerstromes IS gegeben ist.
Infolge der Difl'erentation der Rechteckspannung UD durch das differenzierende Netzwerk
Dg erscheinen am Ausgang A lediglich noch die differenzierten Flanken der Rechteckspannung
UD. Die in dieser Weise gewonnene Impulsfolge, bei der abwechselnd ein positiver
und ein negativer Impuls auftritt, kann durch Trennen der positiven Impulse von
den negativen oder aber auch durch Unterdrücken einer Impulsart in beliebiger Weise
nach Wunsch weiterverarbeitet werden.
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In der F i g. 4 ist ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung dargestellt,
das aus vier Schaltungen 1 bis 4
entsprechend der F i g. 2 besteht.
Die vier Schaltungen 1 bis 4 sind alle an die den Steuerstrom IS liefernde
Quelle über den Widerstand R' angeschlossen. Die einzelnen Stufen unterscheiden
sich voneinander lediglich durch unterschiedlich bemessene Vorströme 1,, 1 bis 1'
4, deren Größe durch entsprechende Bemessung der Widerstände R Y' bis R4" derart
gewählt ist, daß die einzelnen Tunneldioden D während einer Periode des sägezahnförmigen
Steuerstromes IS nacheinander in unter sich gleichen Zeitabständen vom Wert niedrigen
Widerstandes in den Wert hohen Widerstandes springen.
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Bei dem einen Impulsverteiler darstellenden Ausführungsbeispiel nach
der F i g. 4 treten an den Ausgängen A der Stufen 1 bis 4 Impulse
in zeitgleichen Abständen nacheinander auf. Im Zeitdiagramm der F i g. 5 sind sowohl
die einzelnen Spannungen UD 1
bis UD 4 an den Tunneldioden
D als auch die Ausgangsspannungen Ual bis UQ4 an den Ausgängen A der einzelnen
Stufen in zeitrichtiger Zuordnung untereinander aufgetragen. Ausgehend vom Steuerstrom
IS =0 springt die Tunneldiode D der Schaltung 1 im Zeitpunkt to, die Tunneldiode
D der Schaltung 2 im Zeitpunkt 2 to usw. in ihren Wert hohen Widerstandes. Im Zeitpunkt
5 to, in dem die Periode des sägezahnförmigen Steuerstromes IS vollendet ist, sprinaen
sämtliche Dioden in ihre niederohmige Ausgangslage zurück.
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Werden die Ausgänge A der vier Schaltungen 1 bis 4 einander parallel
geschaltet, dann ist aus dem Impulsverteiler nach der F i g. 4 bei der geschilderten
Bemessung der Arbeitspunkte der Tunneldioden ein Frequenzvervielfacher insofern
geworden, als die Anzahl der während einer Sägezahnperiode am gemeinsamen Ausgang
auftretenden Impulse gleich der Anzahl der parallelgeschalteten Ausgänge ist. Im
vorliegenden Fall wäre also die Impulsfolgefrequenz viermal so groß wie die Frequenz
des Sägezahnstromes.