DE1263826B - Schaltungsanordnung zum Umwandeln einer Wechselspannung in eine Impulsfolge gleicherFrequenz - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

H03k

Deutsche Kl.: 21 al-36/02

Nummer: 1263 826

Aktenzeichen: R 36556 VIII a/21 al

Anmeldetag: 13. November 1967

Auslegetag: 21. März 1968

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Umwandeln einer Wechselspannung in eine Impulsfolge gleicher Frequenz mit einer an eine Wechselspannungsquelle angeschlossenen Speicherdiode, an der die Impulsfolge abnehmbar ist.

Bei sogenannten Speicherdioden handelt es sich um Halbleiterdioden mit Ladungsspeichereffekt, die bei Vorspannung in Flußrichtung eine hohe elektrische Leitfähigkeit besitzen und die, im Gegensatz zu gewöhnlichen Dioden, bei Beaufschlagung in Sperrrichtung ihre hohe Leitfähigkeit in Sperrichtung eine bestimmte Zeitspanne beibehalten, wenn sie vorher in Flußrichtung beaufschlagt worden waren. Nach Ablauf der sogenannten Speicher- oder Erholungszeit sinkt die Leitfähigkeit in einer extrem kurzen Zeitspanne, der sogenannten Abfallszeit, auf ihren niedrigen Wert ab.

Es wurde bereits eine Schaltungsanordnung zur Umwandlung einer sinusförmigen Spannung in eine . Folge von Impulsen gleicher Frequenz vorgeschlagen, bei welcher parallel zur Wechselspannungsquelle eine Speicherdiode geschaltet ist, die an einer Vorspannungsquelle liegt und an deren Kathode über eine Gleichrichterdiode die Impulsfolge abgenommen werden kann (deutsche Auslegeschrift 1213 479). Bei der vorgeschlagenen Schaltung ist die Stromflußdauer in der Speicherdiode ausschließlich durch die Eingangswechselspannung bestimmt.

In vielen Fällen, z. B. bei Datenverarbeitungsanlagen hoher Arbeitsgeschwindigkeit, werden exakte Taktimpulse bestimmter Impulsform und mit sehr hoher Frequenz benötigt. Um zu vermeiden, daß die Frequenz durch die natürliche Erholungszeit der Speicherdiode beschränkt wird, hat sich die Erfindung die Aufgabe gestellt, die Zeitspanne zu begrenzen, während welcher in der die Impulse liefernden Speicherdiode ein Durchlaßstrom fließt.

Die Erfindung besteht darin, daß bei einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art der Speicherdiode eine zweite Speicherdiode mit entgegengesetzter Polung in Reihe geschaltet ist und daß die Impulse von dem Verbindungspunkt der beiden Speicherdioden abgenommen werden.

Die zweite Speicherdiode begrenzt als Steuerdiode die Zeit, während der die Ausgangsdiode entsprechend der Wechselspannung in Flußrichtung leitet, auf weniger als eine halbe Periode und verkürzt dadurch die Speicherdauer, die sich ergeben würde, wenn die Ausgangsdiode während der gesamten Halbwelle der Wechselspannung in Flußrichtung Strom führen würde. Dadurch wird eine höhere Impulsfolgefrequenz ermöglicht.

Schaltungsanordnung zum Umwandeln einer
Wechselspannung in eine Impulsfolge gleicher
Frequenz

Anmelder:

Radio Corporation of America,

New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr.-Ing. E. Sommerfeld, Patentanwalt,

8000 München 23, Dunantstr. 6

Als Erfinder benannt:

Juan Jose Amodei, Levittown, Pa. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 21. November 1962
(239 144)

In Weiterbildung der Erfindung kann die Form der Ausgangsimpulse durch zusätzliche Signale, die der Speicherdiodenanordnung zugeführt werden, gesteuert werden, beispielsweise indem man den Speicherdioden die Wechselspannung über eine Übertragungsleitung zuführt, in der mehrfach Reflexionen der Wechselspannung auftreten.

Die Erfindung soll nun an Hand der Zeichnung von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Es zeigt

F i g. 1 ein Schaltbild eines Impulsgenerators gemäß der Erfindung,

F i g. 2 ein Kurvendiagramm zur Erläuterung bestimmter Betriebseigenschaften der in F i g. 1 dargestellten Schaltungsanordnung,

F i g. 3 ein Schaltbild einer anderen Ausführungsform eines Impulsgenerators gemäß der Erfindung,

F i g. 4 und 5 Diagramme zur Erläuterung der Arbeitsweise der in F i g. 3 dargestellten Schaltung,

F i g. 6 ein Schaltbild eines dritten Ausführungsbeispiels eines Impulsgenerators gemäß der Erfindung und

F i g. 7 ein Diagramm zur Erläuterung der Arbeitsweise der in F i g. 6 dargestellten Schaltungsanordnung.

Die in F i g. 1 dargestellte Schaltungsanordnung enthält einen gewöhnlichen Signalgenerator 10, der eine sinusförmige Spannung liefert. Eine Ausgangs-

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klemme des Generators liegt an Masse, die andere kleinen Sperrstromwert absinkt. Als Folge davon ist mit der Kathode 12 einer ersten oder Steuer- steigt die Spannung an der Diode 20 plötzlich auf speicherdiode 14 verbunden. Die Innenimpedanz des annähernd den Pegel des Momentanwertes der Generators 10 ist durch einen zwischen den Gene- Wechselspannung 28, da ja die Ausgangsdiode 20 rator 10 und die Steuerdiode 14 geschalteten Wider- 5 nun eine hohe Impedanz darstellt und praktisch die stand 11 versinnbildlicht. Die Innenimpedanz kann ganze Generatorspannung an ihr abfällt. Diese abrupte durch einen zusätzlichen Reihenwiderstand vergrößert Spannungsänderung, die während eines Intervalls in werden, wenn dies zweckmäßig ist. Die Anode 16 der der Größenordnung einer Nanosekunde abläuft, wird Steuerspeicherdiode 14 ist mit der Anode 18 einer durch den Differenzierkreis 24 differenziert und liefert zweiten oder Ausgangssteuerdiode 20 verbunden, io einen Ausgangsspannungsimpuls an den Ausgangsderen Kathode 22 an Masse liegt. Die an der Aus- klemmen 26.

gangsdiode 20 abfallende Spannung wird über einen Die Frequenz des Generators 10 kann genau ge-

Differenzierkreis 24 zwei Impulsausgangsklemmen 26 steuert werden, beispielsweise durch einen Kristall, zugeführt. und die Wiederholungsfrequenz der Ausgangsimpulse

Die Länge der Speicherzeit einer Speicherdiode 15 läßt sich mit höchster Genauigkeit einstellen. Es ist hängt unter anderem von der Größe und der Dauer einleuchtend, daß die Frequenz des Generators 10 des Stromflusse& in Flußrichtung vor der Beaufschla- und damit die Wiederholungsfrequenz der Ausgangsgung in Sperrichtung ab. Die Abfallszeit wird zwar impulse, durch die Erholungszeit der Ausgangsdiode auch etwas von dem Wert des vorangehenden Fluß- 20 begrenzt wäre, wenn keine Steuerdiode 14 verstromes beeinflußt, die Änderung der Abfallszeit ist ao wendet würde, da die Ausgangsdiode eine verhältnisjedoch für die vorliegende Erfindung ohne wesent- mäßig lange und unveränderliche Speicherzeit hat, liehe Bedeutung, sie hegt in der Größenordnung von wenn sie während der gesamten in Flußrichtung ge-10~⁹ Sekunden (1 Nanosekunde). polten Halbwelle leitet. Die Steuerdiode 14 begrenzt

Der Generator 10 liefert eine Wechselspannung, jedoch den Durchlaßstromflußwinkel der Ausgangsdie in der Kurve 28 der F i g. 2 dargestellt ist und 25 diode 20 und verkürzt die Speicherzeit. Bekanntüber die Innenimpedanz 11 des Generators 10 der lieh lassen sich Speicherdioden mit verschiedenen Kathode 12 der Steuerdiode 14 zugeführt wird. Die Speicherzeiten bauen, und bei geeigneter Wahl der Kurve 28 zeigt einen vollen Zyklus der Eingangs- Dioden lassen sich Impulswiederholungsfrequenzen Spannungsschwingung, die zwischen den Zeitpunkten t_± von 300 MHz und höher erreichen, und t₂ positiv und zwischen den Zeitpunkten t₂ und t₃ 30 Die Ausgangsspannungsimpulse der in F i g. 1 darnegativ ist. Im Gleichgewichtszustand fließt bei Be- gestellten Schaltungsanordnung sind ungefähr dreieckginn einer positiven Halbwelle der Eingangsspannung förmig, und ihre Form läßt sich nicht leicht steuern. 28 ein relativ großer Strom während der Speicherzeit Bei.der in Fi g. 3 dargestellten Ausführungsform der in Sperrichtung durch die Steuerdiode 14 und in Fluß- Erfindung läßt sich dagegen die Impulsform steuern, richtung durch die Ausgangsdiode 20. Dies ist in 35 Diese Schaltungsanordnung enthält einen Signalgene-Kurve 30 der F i g. 2 dargestellt, welche den zeitlichen rator 10 mit einer Ausgangsspule 36. Eine Koaxial-Verlauf des zwischen den Zeiten J₁ und i/ in der leitung 38 der Länge L, die einen Innenleiter 40 und Schaltung fließenden Stromes zeigt. Beim Fort- einen Außenleiter 42 umfaßt, ist am einen Ende mit schreiten der Spannung 28 über den Zeitpunkt */ einer Kopplungsspule 44 verbunden, die elektrisch hinaus nimmt die Steuerdiode 14 während der Ab- 40 zwischen den Innenleiter 40 und den Außenleiter 42 fallperiode bei Beendigung der Speicher- oder¹ Er- geschaltet und induktiv mit der Ausgangsspule 36 geholungsdauer abrupt ihren Zustand niedriger Leit- koppelt ist. Der Außenleiter 42 der Leitung 38 ist fähigkeit an, und zwischen den Zeitpunkten t{ und t₂ außerdem mit Masse verbunden. Am anderen Ende fließt in der Schaltung nur ein kleiner Sperrstrom. der Übertragungsleitung 38 ist der Innenleiter mit der Unter diesen Bedingungen entsteht an den Ausgangs- 45 Kathode 12 der Steuerspeicherdiode 14 verbunden, klemmen 26 nur eine geringe Ausgangsspannung, da und die Anode 18 der Ausgangsspeicherdiode 20 ist die Ausgangsdiode 20 in Flußrichtung vorgespannt mit der Anode 16 der Steuerspeicherdiode 14 verist und eine hohe Leitfähigkeit hat, so daß sie eine bunden, während die Kathode 22 mit Masse verbunden Ausgangsklemmen 26 parallelliegende niedrige den ist, wie in Fig. 1. Die an der Ausgangsdiode 20 Impedanz bildet, die das Entstehen einer nennens- 50 auftretenden Ausgangsimpulssignale werden über eine werten Ausgangsspannung verhindert. Die Spannung Klipperdiode 46, die eine übliche Halbleiterdiode ist, an der Ausgangsdiode 20 ist als Kurve 32 der F i g. 2 an einen Ausgangswiderstand 48 gekoppelt. Die dargestellt. Zwischen den Zeitpunkten t_x und t₂ ist Klipperdiode 46 verhindert, daß das Ausgangssignal also die Ausgangsspannung vernachlässigbar klein. in einer der Polarität der Ausgangsimpulse entgegen-

Im Zeitpunkt t₂ wechselt die Eingangsspannung 2.8 55 gesetzten Polarität überschwingt. An den Ausgangsdas Vorzeichen und beginnt nun in negativer Rieh- widerstand 48 sind zwei Impulsausgangsklemmen 50 rung zuzunehmen. Die Steuerdiode 14 wird nun in angeschlossen, an denen ins Negativ gehende Aus-Flußrichtung vorgespannt. Durch die Dioden 14, 20 gangsimpulse auftreten.

fließt nun ein relativ starker Strom, der dem vorher Die Steuer- und Ausgangsspeicherdioden 14, 20

während der positiven Halbwelle der Spannung 28 60 arbeiten in Fig. 3 genauso wie an Hand der Fig. 1 fließenden Strom entgegengerichtet ist. Der Stromfluß erläutert worden ist, mit der Ausnahme, daß die ist nun in Flußrichtung durch die Steuerdiode 14 und Schwihgungsform der den Dioden 14, 20 zugeführten in Sperrichtung durch die Ausgangsdioden 20 wäh- Spannung wegen der Übertragungsleitung keine reine rend ihrer Speicher- oder Erholungszeit gerichtet. Sinusschwingung ist. Hierdurch kommt man bei der Dies zeigt die Kurve 30 in F i g. 2 zwischen den Zeit- 65 Erzeugung der Ausgangsimpulse ohne Differenzieren punkten t₂ und t₂. Im Zeitpunkt t₂' beginnt die Ab- der an der Ausgangsdiode 20 auftretenden Spannung fallperiode der Ausgangsdiode 20, und ihre Leitfähig- aus und es besteht zusätzlich die Möglichkeit, die keit wird plötzlich klein, -so daß der Strom auf einen Form der Ausgangsimpulse zu beeinflussen.

Die Form der Ausgangsimpulse wird durch Mehrfachreflexionen der Spannung längs der Übertragungsleitung 38 beeinflußt. Das Generatorende der Leitung 38 ist praktisch kurzgeschlossen, und das Ausgangsende der Leitung 38 ist durch die komplexe und veränderliche Impedanz der Steuer- und Ausgangsspeicherdioden 14,20 belastet. Diese Art des Abschlusses der Leitung 38 bewirkt das Entstehen von Mehrfachreflexionen längs der Leitung, und die Form der den Dioden 14,20 zugeführten Eingangsschwingung kann in hohem Grade komplex und unsymmetrisch gemacht werden. Durch geeignete Wahl der Länge L der Leitung 38 lassen sich Anstiegsdauer und Form der an den Ausgangsklemmen 50 auftretenden Ausgangsimpulse genau einstellen. Wegen der unsymmetrischen Form der Eingangsschwingung läßt sich auch durch Änderung der Länge der Übertragungsleitung 38 der Betrag des Stromflußwinkels in Flußrichtung und Sperrichtung durch die Ausgangsdiode 20 steuern. Mit dieser Schaltung läßt sich nicht nur die Kurvenform von periodischen Signalen beeinflussen, sie arbeitet ebensogut mit aperiodischen Signalen.

Bei einer praktischen Ausführungsform der in F i g. 3 dargestellten Schaltungsanordnung lieferte der Generator 10 eine Sinusschwingung von 100 MHz, als Steuerdiode 14 fand eine Diode des Typs IN 696 mit Speichercharakteristik (Hersteller Western Electric Company) Verwendung, als Ausgangsdiode 20 dienten zwei Dioden des Typs FD 100 mit Speichercharakteristik (Hersteller Fairchild Semiconductors); als Klipperdiode 46 dienten zwei gewöhnliche Dioden des Typs Ma 4121 (Hersteller Microwave Associates), und der Ausgangswiderstand 48 hatte einen Wert von 50 Ohm. Als Koaxialleitung wurde eine Leitung mit Luftdielektrikum und einem Wellenwiderstand von 50 Ohm mit drei verschiedenen Längen verwendet, nämlich 22,8, 45,7 und 83,9 cm. Fig. 4a zeigt in einer Kurve 60 den Verlauf der Ausgangsspannung des Kreises bei einer Wiederholungsfrequenz von 100 MHz und Verwendung der 22,8-cm-Leitung; F i g. 4 b zeigt in einer Kurve 62 den Verlauf der Ausgangsspannung bei Verwendung der 45,7-cm-Leitung, und die F i g. 4 zeigt in einer Kurve 64 die Ausgangsspannung, die sich bei Verwendung der 83,9-cm-Leitung ergibt. Die Kurven können beispielsweise mittels eines Oszillographen gewonnen werden. Man beachte die Abhängigkeit der Impulsform von der Länge der Leitung, insbesondere die Anstiegs- und Abfalldauer der Impulse.

Die in Fig. 3 dargestellte Schaltungsanordnung wurde auch mit 200 und 300 MHz erprobt, wobei eine Luftleitung einjustierbarer Länge und Speicherdioden des Typs SSD 558 (General Electric Company) als Steuer- und Ausgangsdioden 14,20 Ver-Wendung fanden. Die Form der Ausgangsimpulse bei 200 MHz zeigt die Kurve 66 in F i g. 5 a und die Ausgangsimpulsform bei 300 MHz die Kurve 68 in Fig. 5b.

F i g. 6 zeigt eine andere Ausführungsform der Erfindung, bei welcher mittels eines einzigen Signalgenerators gleichzeitig zwei Ausgangsimpulse entgegengesetzter Polarität erzeugt werden können. Die in Fig. 6 dargestellte Schaltungsanordnung entspricht der Schaltungsanordnung der F i g. 3, mit der Ausnahme, daß ein zweiter Satz von Speicher- und Ausgangsdioden mit umgekehrter Polarität den Speicherund Ausgangsdioden der in Fig. 3 dargestellten Schaltung parallel geschaltet sind. Die umgepolten Dioden sind mit den Bezugszeichen der entsprechenden Bauteile in F i g. 3 bezeichnet, denen jedoch ein Akzent angehängt ist. An den Ausgangsklemmen 50 der in Fig. 6 dargestellten Schaltungsanordnung stehen Ausgangsimpulse, die ins Negative gehen, zur Verfügung, sie entstehen wie in Verbindung mit F i g. 3 beschrieben wurde. In entsprechender Weise sind an Ausgangsklemmen 50' Ausgangsimpulse verfügbar, die ins Positive gehen. Die Kurvenform, typischer Ausgangsimpulse, wie sie an den Klemmen 50, 50' zur Verfügung stehen, sind als Kurven 70,70' in den Fig. 7a bzw. 7b dargestellt.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zum Umwandeln einer Wechselspannung in eine Impulsfolge gleicher Frequenz mit einer an eine Wechselspannungsquelle angeschlossenen Speicherdiode, an der die Impulsfolge abnehmbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicherdiode (20) eine zweite Speicherdiode (14) mit entgegengesetzter Polung in Reihe geschaltet ist und daß die Impulse von dem Verbindungspunkt der beiden Speicherdioden abgenommen werden.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Anordnung (38), welche der zweiten Speicherdiode (14) zusätzliche Signale zuführt und durch welche die Kurvenform der von den Speicherdioden (14,20) abgenommenen Impulse steuerbar ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzlichen Signale Impulse umfassen, die von der Speicherdiodenanordnung (14) aus der Wechselspannung erzeugt wurden.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung zur Zuführung zusätzlicher Signale eine Übertragungsleitung (38) enthält, an deren Eingangsende über eine Kopplungsanordnung (36,44) die Wechselspannung angelegt wird und an deren Abschlußende die zweite Speicherdiode (14) angeschaltet ist, wobei die zweite Speicherdiode und die Kopplungsanordnung eine Fehlanpassung bezüglich des Wellenwiderstandes der Übertragungsleitung darstellen und eine Reflexion der durch die Speicherdiode (14) aus der Wechselspannung erzeugten Impulse bewirken, um die Kurvenform der Ausgangsimpulse zu beeinflussen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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