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Pulsverteiler zur zyklischen Verteilung einer Eingangsimpulsfolge
auf die Ausgänge mehrerer Stufen Die Erfindung betrifft einen Pulsverteiler zur
zyklischen Verteilung einer Eingangsimpulsfolge auf die Ausgänge mehrerer Stufen.
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Das Arbeitsprinzip eines bekannten Pulsverteilers vollzieht sich in
der Weise, daß bei Einspeisung einer Impulsfolge auf den Eingang E der Anordnung
gemäß F i g. 3 am Ausgang A, der Stufe K, der erste Impuls dieser
Impulsfolge erscheint. Ein Teil dieser Impulsenergie wird in der Stufe K, gespeichert
und einerseits über die Blockierleitung B, in der Und-Schaltung B in der Weise zur
Wirkung gebracht, daß die Und-Bedingung hier nicht erfüllt wird, wenn der zweite
Eingangsimpuls ankommt, d. h., daß dieser nicht zur Stufe K, gelangen und
auch nicht am Ausgang A,
erscheinen kann. Andererseits wird ein Teil der gespeicherten
Impulsenergie in der Und-Schaltung b
genutzt, daß hier die Und-Bedingung erfüllt
wird, wenn der zweite Eingangsimpuls ankommt, so daß der zweite Eingangsimpuls über
die Stufe K, am Ausgang A2 erscheint.
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Desgleichen wird ein Teil der Energie des Impulses in der Stufe K,
, gespeichert und dazu verwendet, wiederum über die Blockierleitung B, die
erste Stufe K, zu blockieren und die dritte Stufe K, für den dritten Impuls vorzubereiten.
Auf diese Weise werden die Impulse bis zur Stufe K("-#,) weitergegeben. Diese letzte
Stufe ist nicht mehr mit der Blockierleitung B, verbunden, d. h., sie kann
die erste Stufe K., nicht mehr rückwirkend blockieren. Der (n+2)te Impuls der Impulsfolge
erscheint also wieder am Ausgang A,
der ersten Stufe K,.
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F i g. 3 zeigt das Blockschaltbild eines Pulsverteilers. In
den einzelnen Stufen steuern die Ausgangsimpulse an A, bis A("-h) beispielsweise
jeweils ein Abtasttor, das nach F i g. 4 etwa eine NF-Spannungsquelle zu
bestimmten Zeiten mit einem Kondensator Cg verbindet.
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Trifft ein Impuls auf die Basis des Transistors T.K (F i
g. 4), so folgt die Kollektorspannung dem Eingangsimpuls. Dieser Spannungssprung
überträgt sich entsprechend der Polung des Übertragers C auf das Diodentor
A, Der elektronische Schalter öffnet sich, und das niederfrequente Signal
gelangt auf den Kondensator Cg. Ist der ansteuemde Impuls beendet, so springt die
Kollektorspannung nicht nur auf den Wert der Batteriespannung UB zurück,
sondern sie schwingt infolge der in der Induktivität des Übertragers Ü gespeicherten
Energie über diesen Wert hinaus.
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Diese überschwingende Spannung macht es nun möglich, den Übertrager
U mit in die Funktion des Pulsverteilers einzubeziehen. In einer bekannten
An-,ordnung läßt sich durch Einbeziehung zweier zusätz-Echer Übertragerwicklungen
3 und 4 diese überschwingende Spannung zum Blockieren der ersten Stufe und
zum Vorbereiten der folgenden Stufe ausnutzen.
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F i g. 5 zeigt das Teilstück einer solchen Schaltanordnung.
Durch geeignete Dimensionierung ist die Dauer des Überschwingens so einstellbar,
daß sich die in F i g. 6 dargestellten Verhältnisse ergeben.
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F i g. 6 a zeigt die Impulse am Eingang E des Pulsverteilers.
Die Zeit ti gibt die Impulsbreite an; die Zeit tf den Impulsabstand oder anders
ausgedrückt die Impulsfolgefrequenz beträgt
und das Tastverhältnis ist
F i g. 6 b zeigt die Kollektorspannung am Transistor TK der ersten Stufe
K, in F i g. 5. Diese Spannung steht im Blockschaltbild nach F i
g. 3 am Ausgang A, der ersten Stufe K,.
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In F i g. 5 sind in der Und-Schaltung B die Widerstände R,
und R2 derart gewählt, daß am Punkt A
eine so niedrige Spannung steht, daß
der Transistor TK, in der Stufe K, gesperrt ist. Durch einen Impuls am Eingang
E (s. auch F i g. 6 a), stellt sich am Punkt C ein höheres
Potential ein als am Punkt A.
Die Diode Dä wird gesperrt. Das Potential am
Punkt A wird nunmehr durch die Durchlaßspannung der Diode Ds und Basis-Emitter-Diode
des Transistors TKI bestimmt, der Transistor TK, wird leitend, die Kollektorspannung
verhält sich jetzt wie F i g. 6b
zeigt. Ist der Eingangsimpuls zu Ende, sinkt
die Spannung im Punkt A wieder so weit ab, daß der Transistor TK, gesperrt
wird. Infolge des Induktionsstromes,
der in dem Übertrager
U wirksam ist, übersteigt die Kollektorspannung UeE des Transistors TK, die
Spannung UB. Die Kollektorspannung UeB wird aber im wesentlichen durch die
Diode D,
begrenzt, sie ist also nach F i g. 6b für die Zeitdauer tü,
U, ist die Durchlaßspannung der DiodeD" ü das Übersetzungsverhältnis
der Wicklung4 zur Wicklung 1 des Übertragers U.
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Am Punkt D entsteht während der Dauer des Überschwingens eine
negative Spannung und am Punkt F die positive Spannung Uo.
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Trifft während der Dauer des überschwingens ein Eingangsimpuls gemäß
F i g. 6a auf die Anordnung, so wird zwar die Diode D-4 wieder gesperrt,
aber infolge der negativen Spannung am Punkt D
sind die Dioden D, und
DB geöffnet; die Spannung am Punkt A bleibt so niedrig, daß die Und-Bedingung
nicht mehr erfüllt ist und der Transistor TH, gesperrt -bleibt, wodurch dieser Eingangsimpuls
von der ersten Stufe K, abgehalten wird. Zur gleichen Zeit addiert sich die Spannung
des Eingangsimpulses zur Spannung U, an der Wicklung 4. Die Spannung am Punkt
F steigt auf einen solchen Wert, daß der Transistor der nächsten Stufe TK, mit dem
gemeinsamen Schiebeimpuls durchgesteuert wird. Die Kollektorspannung des
. Transistors T-x, zeigt schematisch F i g. 6 c. Erst wenn die letzte
Stufe K(.+I) ange-.steuert wird, entsteht an der Blockierleitung keine negative
Spannung, und der (n+2)te Impuls gelangt -wieder an die erste Stufe.
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Das Prinzip dieser Anordnung ist bekannt, allerdings unter Verwendung
von Sperrschwingem als Grundstufe, die bei gleichem Strom am Diodentor einen größeren
Kollektorstrom benötigen als eine -einfachere Verstärkerstufe als Grundstufe, deren
Verwendung im Vorangegangenen beschrieben wurde.
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Dieser Pulsverteiler bringt eine Lösung mit einem Minimum an Stromverbrauch
gegenüber dem bekannten Pulsverteiler mit Sperrschwingern und zugleich ein Minimum
an Bauelementen im Vergleich zu anderen Pulsverteilertypen, wie Schieberegister,
Ringzählketten und binäre Zählketten mit Ent--schlüsselungsmatrix.
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Diese Pulsverteileranordnung ist jedoch auch mit Nachteilen behaftet,
die darin bestehen, daß es bei kleinem Tastverhältnis
schwierig ist, die erste Stufe sicher zu blockieren und die folgende Stufe zu markieren.
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Die Anordnung gemäß der Erfindung, mit einer Blockierschaltung nach
F i g. 1, verbessert den Pulsverteiler nach F i g. 5 der mit einer
Blockierschaltung nach F i g. 7 arbeitet, für Impulsfolgen mit kleinem Tastverhältnis
Die Kennzeichen des Pulsverteilers gemäß der Erfindung bestehen darin, daß in der
Blockierschal-.tung B als Schaltelement ein Transistor TB dient, von dem der Kollektor
mit dem Punkt A, sein Emitter mit Masse und seine Basis über Dioden
D, mit dritten Wicklungen der Übertrager Ü in der Weise verbunden
ist, daß der Transistor TB und eine der Dioden D, leitend ist, wenn an einem
der Übertrager U nach dem Abschalten des zugehörigen Transistors Tk die Überschwingspannung
auftritt und daß parallel zur Basis-Emitter-Strecke des Transistors TB eine Kapazität
C.8 angeordnet ist und die Verstärkung von Stufe zu Stufe gleich 1 ist.
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Weitere Ausführungsmerkmale der Erfindung bestehen darin, daß a) bei
kleinem Tastverhältnis der Impulsfolge zur Vergrößerung des Stromes I im Übertrager
U unmittelbar nach Abschalten des zugehörigen Transistors Ty um den Faktor
zwischen Kollektor und Basis des Transistors TK eine Rückkopplung vorgenommen wird,
die besti t wird durch die Kapazität zwischen Kollektor und Basis des Transistors
TK und durch den der Basis-Emitter-Strecke parallel angeordneten Widerstand RK,
b) in den Emitterkreis des Transistors TB eine Zusatzspannung U, und/oder
eine Zusatzspannung U, zwischen der Wicklung 3 der Übertrager Ü,
... Ü. und dem Minuspol der Batteriespannung eingeschaltet ist, mittels der,
der durch die Blockierleitung BI fließende Strom !L und die Dauer des Überschwingens
tit einstellbar ist.
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Die Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung und ihre Wirkungsweise
werden im folgenden näher beschrieben: In einer Blockierschaltung B für einen Pulsverteiler
üblicher Ausführung nach F i g. 7 ist der Strom !L, der während der Dauer
des Überschwingens, bezogen auf die Wicklung 1 im Ubertrager U fließt,
annähernd gegeben durch die Gleichung
wenn man die Wirkung des relativ hochohmigen Zweiges aus R, DB und
D2 vernachlässigt.
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Es ist I = Strom am Ende des Schiebeimpulses
mit der Dauer ti in der Spule, die durch die Wicklung 1 gebildet wird,
-c = L , worin L = Primärinduktivität, r
= differ rentieller Widerstand der Diode DI., bezogen auf Wicklung
1 ist (s. auch F i g. 5),
U" = Spannungswert, auf den
die Überschwingspannung durch die Dioden annähernd begrenzt ist (Durchlaßspannung
von D,).
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Die Zeitdauer des Überschwingens ta läßt sich durch Gleichung
(1) bestimmen. Das Überschwingen ist beendet, wenn iL = 0 ist.
Die Bedingung für die Dauer des Überschwingens lautet: 2 tf - ti
24 tu 2-# tf.
Damit nun diese Bedingungen für die Dauer des
Überschwingens eingehalten werden können, muß die Verstärkung von Stufe zu Stufe
= 1 sein. Dadurch wird die Größe des Stromes I stabilisiert. Die Größe des
Stromes I hängt vom Spannungssprung UB- UM
am Kollektor des Transistors
TK ab. (Uc.Ei = Ue.E während der Zeit ti)
Die Größe des Spannungssprungs wird durch die Verstärkung der Stufe bestimmt. Am
einfachsten läßt sich die Verstärkung konstant halten, wenn der Transistor TK in
den Sättigungszustand gesteuert wird. Eine zweite Möglichkeit besteht darin, daß
man die Sperrspannung Up (s. F i g. 5) konstant hält. Wird die Stufe
ausgesteuert, dann begrenzen Up
und die Diodentorspannung den Spannungssprung
am Kollektor.
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Wird nun die Batteriespannung und der Strom durch das Diodentor fest
vorgegeben, dann ist es bei kleinem Tastverhältnis ti schwierig, die erste Stufe
tf sicher zu blockieren und die folgende Stufe durch die überschwingende Spannung
zu markieren, weil während der kurzen Impulsdauer ti der Endwert von I zu klein
ist.
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Dieser Nachteil läßt sich durch die erfindungsgemäße Blockierschaltung
B gemäß F i g. 1 beheben, bei der an Stelle der in der bekannten Blockierschaltung
nach F i g. 7 verwendeten Diode DB ein Transistor TB angeordnet ist, dessen
Basis-Emitter-Strecke ein Kondensator CB parallel geschaltet ist.
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Durch die Verstärkerwirkung des Transistors TB und die Energiespeicherung
durch den Kondensator CB kann jetzt die erste Stufe sicher blockiert und die folgende
Stufe markiert werden.
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Durch diese Anordnung wird in jeder Stufe die Diode D, eingespart,
denn die Höhe der begrenzten Spannung, die Dauer des Überschwingens und der Strom
iL werden jetzt durch die Wicklung 3, die Diode D, und die Basis-Emitter-Diode
des Transistors TB bestimmt. Die vorn angeführte Gleichung(1) gilt nach wie vor,
lediglich die Zusammensetzung des Widerstandes r ist jetzt eine andere. Verringert
man das Tastverhältnis -#' der Eingangstf impulsfolge mehr und mehr, so kommt man
an eine 5o
Diese Rückkopplung zwischen Kollektor und Basis, beeinflußbar auch durch die Stromverstärkung
vergrößert also den Strom I um den Faktor
wodurch ein einwandfreies Arbeiten des Pulsverteilers mit größter Sicherheit erreicht
wird.
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Betrachtet man Gleichung (1), so erkennt man, daß der Strom
iL und damit die Überschwingdauer ta nicht nur durch eine Änderung der Größe des
Stromes I Grenze, an der bei gegebenen Werten der Batteriespannung UB und
des Stromes, der durch das Diodentor fließt, auch der Transistor TB und der Kondensator
CB nicht mehr ausreichen, um eine sichere Arbeitsweise des Pulsverteilers zu gewährleisten.
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Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, das zu umgehen. Eine Möglichkeit
besteht darin, das Tastverhältnis A künstlich durch eine Rückkopplung vom tf Kollektor
auf die Basis des Transistors TK zu vergrößern. Bestimmt wird diese Rückkopplung
durch die Kapazität zwischen Kollektor und Basis des Transistors TK, die durch die
innere Kapazität des Transistors gebildet oder auch durch Zuschalten einer äußeren
Kapazität vergrößert sein kann und den Widerstand RK.
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Die Folge dieser Rückkopplung ist eine Verlängerung der Abschaltzeit
to der Kollektorspannung. Yß -Lc arc tg V#_ic ti Stromverstärkung des aus Transistor
TK und dem Widerstand RK bestehenden Dreipols, L = Induktivität der
Primärwicklung, C = Kapazität zwischen Kollektor und Basis des Transistors
TK und, ti = Dauer des Schiebeimpulses. Hat nun die Kollektorspannung
des Transistors Tir die Batteriespannung UB erreicht, so ist der Strom in
der Primärspule iL, um den Faktor
größer als der Strom
In Gleichung (1) steht an Stelle von I also
Im gleichen Maße ändert sich auch Gleichung (2). beeinflußt werden kann, sondern
auch durch die Größen -c, ii, r und Uo.
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Der Wert UO der Überschwingspannung läßt sich durch Verwendung von
Dioden aus verschiedenen Halbleitermaterialien nur stufenweise beeinflussen. Durch
Einschaltung einer Zusatzspannung U, zwischen dem Emitter des Transistors
TB und dem Minuspol der Batteriespannung und/oder einer Zusatzspannung
U2 zwischen der Wicklung 3 der Übertrager U... Ü" und dem Minuspol
der Batteriespannung gemäß F i g. 2 ist die Höhe von U, beliebig variierbar.
UO = UD# + UBE + UI - U2
Stehen
positive und negative Batteriespannung zur Verfügung, so kann man UO sowohl mit
U, als auch mit U, vergrößern oder verkleinern.
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Steht nur eine positive Batteriespannung UB bereit, so läßt
sich UO mit U, nur vergrößern, mit U2 nur verkleinern.
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Durch Vergrößerung von U, wird also die Dauer des Überschwingens
kürzer und durch Vergrößerung von U2 länger.
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Der Pulsverteiler gemäß der Erfindung zeichnet sich aus durch seine
sichere Arbeitsweise, auch bei kleinem Tastverhältnis, durch ein Minimum an Bauelementen
und geringen Stromverbrauch. Er bewährt sich besonders dann, wenn ein elektronischer
Schalter über einen Übertrager galvanisch entkoppelt angesteuert werden soll.