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Die Erfindung bezieht sich auf eine Stromimpulsformerschaltung für
induktive Last, wie z. B. Einspeisespulen elektroakustischer Verzögerungsleitungen.
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Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, eine Stromimpulsformerschaltung
zu schaffen, mit der einer induktiven Last genau geformte, insbesondere möglichst
genau rechteckige Stromimpulse zugeführt werden können. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß
dadurch gelöst, daß sie einen normalerweise im ungesättigten leitenden Zustand vorgespannten
ersten Transistor und einen normalerweise im nichtleitenden Zustand vorgespannten
zweiten Transistor enthält, in dessen Kollektorkreis eine induktive Last liegt,
daß die Emitter dieser beiden Transistoren miteinander galvanisch verbunden sind,
daß die Basis des zweiten Transistors mit einer Spannungsquelle verbunden ist, an
welche der Kollektor des ersten Transistors in solcher Weise angekoppelt ist, die
seine Sättigung im leitenden Zustand verhindert, und daß die Basis des ersten Transistors
an einen Stromkreis angekoppelt ist, welcher diesen Transistor normalerweise im
leitenden Zustand vorspannt und über welchen die Basis des ersten Transistors einen
elektrischen Impuls empfängt, der den Stromfluß in den ersten Transistor während
eines vorbestimmten Intervalls unterbricht, um gleichzeitig damit einen Stromfluß
durch den zweiten Transistor hervorzurufen.
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Mit der erfindungsgemäßen Schaltung können Impulse erzeugt werden,
die im wesentlichen keine Dachschräge und minimale An- und Abstiegszeiten aufweisen.
Dabei zeichnet sich die erfindungsgemäße Schaltung durch einen einfachen und billigen
Aufbau aus.
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Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel
näher erläutert. F i g. 1 ist eine schematische Darstellung eines Impulserzeugungsstromkreises
gemäß der Erfindung; F i g. 2 veranschaulicht die Form eines typischen Eingangssignals,
das an den Eingang des Stromkreises gemäß F i g. 1 angelegt wird, um einen Antriebsimpuls
in der in F i g. 1 mit CL 1 bezeichneten Startspule zu erzeugen; F i g. 3
veranschaulicht den Impuls, der an der Basis eines in F i g. 1 mit Q 2 bezeichneten
Transistors erzeugt wird, wenn an die Basis eines in F i g. 1 mit Q 1 bezeichneten
Transistors ein Eingangsimpuls von der in F i g. 2 veranschaulichten Form angelegt
wird; F i g. 4 veranschaulicht die Spannungswelle, die an dem Kollektor eines in
F i g.1 mit Q 3 bezeichneten Transistors auftritt, wenn an die Basis des in F i
g. 1 mit Q 1 bezeichneten Transistors ein Eingangsimpuls von der in F i g. 2 veranschaulichten
Form angelegt wird; F i g. 5 veranschaulicht den Stromimpuls, der in der in F i
g. 1 mit CL 1 bezeichneten Startspule erzeugt wird.
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Die Stromimpulsformerschaltung nach F i g. 1 besteht aus zwei Teilkreisen.
Ein Impulsformungskreis enthält einen Transistor Q 1, eine Diode
D 1 und ein die Impulsdauer bestimmendes Netzwerk aus zwei Widerständen R
1 und R 2, einem Potentiometer P 1 und einem Kondensator C1. Die eigentliche Stromimpulsformerschaltung
enthält zwei Transistoren Q 2 und Q 3, drei Widerstände R 3, R 4 und R 5
und zwei Dioden D 2 und D 3.
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Der normale leitende Zustand der Transistoren ist in dem Stromkreis
gemäß F i g. 1 durch Schraffieren und der normale nichtleitende Zustand-durch fehlende
Schraffierung angedeutet.
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Die Diode D 1 bewirkt, daß die Basis des Transistors Q 2 mit Bezug
auf Erde auf einem negativen Potential gehalten wird, welches gleich dem Potentialabfall
der Diode in ihrer Durchlaßrichtung ist. Die Diode D 1 hält die Basis des
Transistors Q 2 auf diesem negativen Potential zu allen Zeiten, außer wenn
an die mit der Eingangsklemme TM-1 des Stromkreises verbundene Basis des Transistors
Q1 ein negativ verlaufendes Signal angelegt wird, welches dazu dient, einen Strom
in dem Widerstand R 1 einzuleiten und dadurch das Potential der einen Platte des
Kondensators C 1 (der linken gemäß F i g. 1) zu ändern und einen Steuerimpuls
(F i g. 3) zu erzeugen, der an die Basis des Transistors Q2 angelegt wird.
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Die Zeitdauer dieses Steuerimpulses ist von der Zeitdauer des an die
Eingangsklemme TM 1 und damit an die Basis des Transistors Q 1 angelegten
Eingangsimpulses unabhängig, wenn dieser Eingangsimpuls länger als eine minimale
Dauer ist, die durch die Parameter des Impulsformungskreises gegeben ist, jedoch
wird die Zeitdauer des Steuerimpulses durch die Breite des Eingangsimpulses bestimmt,
wenn der Eingangsimpuls kürzer als die genannte minimale Dauer ist. Ein Vergleich
der Zeitdauer (to - t1) des Eingangsimpulses gemäß F i g. 2 mit der Zeitdauer T
des der Basis des Transistors Q 2 zugeführten Steuerimpulses gemäß F i g. 3 zeigt,
daß die Zeitdauer des Steuerimpulses, der bei der in F i g.1 wiedergegebenen Ausführungsform
erzeugt wird, kürzer sein kann als die Zeitdauer des Eingangsimpulses gemäß F i
g. 2.
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In dem Stromschaltkreis sind die in F i g. 1 eingetragenen Werte für
die Speisespannungen und für die Widerstände sowie die Diodentype 1 N 662 und die
Transistortype 2 N 1305 so gewählt, daß im normalen Betriebszustand des Stromkreises
der Transistor Q 2 in dem aktiven Leitungsbereich und nicht im Sättigungsbereich
arbeitet. Auf diese Weise wird der Zeitpunkt des Auftretens der Vorderflanke des
Ausgangsstromimpulses bei dem in F i g. 1 wiedergegebenen Stromkreis durch die Speicherung
von Minoritätsträgern in der Basis des Transistors Q2 nicht nennenswert verzögert.
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Wie aus F i g. 1 ersichtlich ist, sind die Kollektorkreise der Transistoren
Q 2 und Q 3 voneinander elektrisch unabhängig, d. h., jeder Zweig
der Kollektorkreise dieser Transistoren verläuft von dem betreffenden Kollektor
zu einem Punkt fester Spannung, ohne daß eine Verbindung mit dem anderen Kollektorkreis
besteht.
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Der Kollektorkreis des Transistors Q 3 enthält den Widerstand R5 und
die Ausgangsklemmen TM2 und TM3, an welche eine Last angeschlossen werden kann.
Bei der Hauptanwendung des Stromkreises gemäß der Erfindung würden an die Ausgangsklemmen
TM2 und TM3 die Enden 1 bzw. 2 der Startspule CL1 einer akustischen Verzögerungsleitung
angeschlossen sein.
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Der Transistor Q 2 der normalerweise leitend ist, muß nicht nur in
solcher Weise betrieben werden, daß eine Sättigung verhindert wird, sondern er muß
auch so betrieben werden, daß seine Verlustleistung begrenzt wird. Dies wird durch
die Verwendung des Widerstandes R 3 und der Serienschaltung der Dioden D 2 und D
3 erreicht. Auf diese Weise wird das Kollektorpotential des Transistors Q2 durch
die Dioden
D 2 und D 3 geregelt, die im Verein mit dem Kollektorbelastungswiderstand
R 3 arbeiten.
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Da die Anode der einen Diode D 3 an Erde liegt und die Kathode der
anderen Diode D 2 über den Kollektorbelastungswiderstand R 3 mit dem an den negativen
Pol der 12-V-Stromquelle angeschlossenen gemeinsamen Speiseleiter verbunden ist,
steigt der durch die Dioden D 2 und D 3 und den Widerstand R 3 hindurchfließende
Strom an, bis der Spannungsabfall an dem Widerstand R 3 im wesentlichen gleich der
gesamten Betriebsspannung (-12 V) abzüglich des inneren Spannungsabfalls dieser
beiden Dioden in Vorwärtsrichtung ist.
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Auf diese Weise wird der Kollektor des Transistors Q 2 auf im wesentlichen
dem Doppelten des Vorwärtsspannungsabfalls einer 1 N 662-Diode gehalten, der in
bezug auf Erde negativ ist. Durch die Verwendung von aus laufender Fertigung stammender
gewöhnlicher 1 N 662-Dioden, d. h. solchen, die nicht besonders ausgewählt sind,
wird das Kollektorpotential des Transistors Q 2 mit ausreichender Genauigkeit aufrechterhalten,
um ein Zerstören des Transistors zu vermeiden, während zugleich die Verwendung von
Widerständen R 3 und R 4 von Standardwerten mit weiter Toleranz möglich ist. Der
Widerstand R 4 wirkt dahingehend, den durch den Transistor Q 3 hindurchfließenden
Strom während der Impulserzeugungsperiode zu begrenzen, in welcher der Transistor
Q3 leitend und der Transistor Q2 nichtleitend ist, und in dem Basis-Kollektor-Kreis
des Transistors Q 3 ist keine andere nennenswerte Impedanz nach Beendigung des Spannungsimpulses
vorhanden, dei durch den Aufbau des Feldes in der Startspule CL1 beim Durchgang
des Stromimpulses durch sie entsteht.
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Der Widerstand R 5 dient unter anderem dazu, den Rückschwingimpuls
zu absorbieren, der in der Startspule CL 1 bei der Beendigung des Stromimpulses
entsteht, welcher von dem Stromimpulserzeuger gemäß der Erfindung erzeugt wird.
Dieser Rückschwingimpuls ist in der idealisierten Spannungswellenform gemäß F i
g. 4 als sich nach unten erstreckende Schleife wiedergegeben.
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Die in F i g. 1 dargestellte Ausführungsform des Stromkreises gemäß
der Erfindung arbeitet zur Erzeugung eines im wesentlichen rechteckigen Stromimpulses
in der Startspule CL 1 wie folgt: Wenn sich der Stromkreis im Ruhezustand
befindet, in dem keine Impulserzeugung erfolgt, befindet sich der Transistor Q
2 in einem ungesättigten Leitungszustand (der in F i g. 1 durch Schraffierung
angedeutet ist), während die Transistoren Q 1 und Q 3
sich im nichtleitenden
Zustand befinden.
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Um in der Spule CL 1 einen Stromimpuls einzuleiten, wird ein
negativ verlaufender Eingangsimpuls gemäß F i g. 2 über die Eingangsklemme TM
1 an die Basis des Transistors Q 1 angelegt. Durch diesen negativ
verlaufenden Eingangsimpuls wird der Transistor Q 1 leitend gemacht, wodurch
der Spannungsabfall an dem Widerstand R 1 und damit das Potential an der
Kathode der Diode D 1 sowie an der Basis des Transistors Q 2 geändert werden.
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Der infolge des Anlegens der ins Negative gehenden Flanke bzw. des
Übergangs des Eingangsimpulses gemäß Fi g. 2 an die Basis des Transistors
Q 1 an der Kathode der Diode D 1 und damit an der Basis des Transistors
Q 2 auftretende Steuerimpuls ist in F i g. 3 in idealisierter Form wiedergegeben.
Wie oben erwähnt, wird die Basis des Transistors Q 2 normalerweise etwas negativ
gehalten, und zwar Umeinen Betrag, der gleich dem Vorwärtsspannungsabfall der Diode
D 1 ist, und es ist so ersichtlich, daß die Höhe des Impulses gemäß F i g. 3 weit
größer ist, als es erforderlich ist, um den Transistor Q 2 aus seinem leitenden
Zustand abzuschalten. Daraus folgt, daß der Transistor Q 2 nichtleitend gemacht
wird, wenn die Vorderflanke des Steuerimpulses gemäß F i g. 3 nur über einen kleinen
Teil ihres gesamten Aufwärtsverlaufs angestiegen ist. Die schräg abwärts verlaufende
Hinterflanke des Impulses gemäß F i g. 3 wird durch die Zeitkonstante des die Impulsdauer
bestimmenden Kreises bestimmt, der die Widerstände R 2 und P 1 und den Kondensator
C 1 enthält. Die Breite oder die Zeitdauer des Steuerimpulses gemäß F i g. 3 wird
durch die Parameter des den Steuerimpuls erzeugenden Unterkreises bestimmt, wenn
(to-tl) größer als ein bestimmter minimaler Impulsbreitenwert ist; unterhalb welchem
die Steuerimpuls-: breite durch die Größe (to-tl) bestimmt wird.
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Hinsichtlich des in dem Stromkreis gemäß F i g. 1: enthaltenen Stromschaltkreises
ist einleuchtend, daß bei Beendigung des durch den Transistor Q 2 hindurchgehenden
Stromes eine Schaltwirkung stattfindet, die den Transistor Q 3 sehr rasch in den
leitenden Zustand bringt.
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Die Amplitude des durch den Transistor Q 3 und die Startspule CL
1 hindurchfließenden Stromes wird hauptsächlich durch den Wert des Widerstandes
R 4
bestimmt, weil, da die Basis des Transistors Q 3 geerdet ist, das an dem
Widerstand R 4 auftretende Potential die Leitfähigkeit des Transistors Q
3 steuert und so den Strom in diesem Transistor begrenzt. Die Blindspannung, die
anfänglich in der Spule CL 1
durch den Anstieg des Stromes in ihr erzeugt
wird; dient dazu, den die Spule durchfließenden Strom zu begrenzen, jedoch wird,
nachdem diese anfängliche Blindspannung infolge des vollen Aufbaus des Feldes in
der Spule CL 1 nicht mehr vorhanden ist, der durch die Spule hindurchfließende
Strom hauptsächlich durch den an dem Widerstand R 4 erzeugten Spannungsabfall begrenzt.
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Der durch den Transistor Q 3 und die Startspule CL 1 hindurchgehende
Ausgangsstromimpuls wird dadurch beendet, daß der Transistor Q 2 wieder in den leitenden
Zustand zurückgeführt wird. Dies geschieht, wenn die während der vorangehenden Ruheperiode
in dem Kondensator C1 gespeicherte Ladung sich über die Widerstände R2 und P1, den
negativen Leiter der 12-V-Stromquelle und den Erdrückweg ausgeglichen hat und so
die Basis des Transistors Q 2 in ihren etwas negativen Einschalt-Zustand zurückgeführt
worden ist. Zu diesem Zeitpunkt ergibt das Wiederleitendmachen des Transistors Q
2 einen ausreichenden Spannungsabfall an dem Widerstand R 4,
um das Leiten
des Transistors Q 3 sehr schnell zu beenden. Wenn der Strom im Transistor Q 3 zu
fließen aufhört, führt das Verschwinden des Feldes in der Startspule CL 1
zu einer Rückschwing-Spannung an dieser Spule. Die Energie dieser Rückschwing-Spannung
wird zum großen Teil in dem Widerstand R 5 verbraucht, wodurch die Spitzenspannung
an dem Transistor Q 3 begrenzt wird. Es sei in diesem Zusammenhang bemerkt,
daß die Wellenform gemäß F i g. 4 eine Spannungs-Wellenform und keine Strom-Wellenform
ist. Daher erscheint die sich nach unten erstreckende Schleife in der Wellenform
gemäß
F i g. 4 in keinem nennenswerten Ausmaß in der Stromimpuls-Wellenfonn
gemäß F i g. 5.
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Es ist ersichtlich, daß durch die Erfindung ein Stromimpulserzeugungsstromkreis
geschaffen ist, der sich durch die Rechteckigkeit seiner Ausgangs-Wellenform auszeichnet
und der zugleich aus verhältnismäßig billigen Teilen, wie sie aus der normalen Fertigung
kommen, aufgebaut werden kann, d. h. keine teueren, in Spezialfertigung hergestellten
oder besonders ausgewählten Widerstände, Transistoren od. dgl. erfordert, wie sie
bei bekannten Anordnungen notwendig sind. Ferner ist ersichtlich, daß durch die
Erfindung ein Stromimpulserzeugungsstromkreis geschaffen ist, welcher die Erzeugung
von Stromimpulsen hoher Genauigkeit durch die Verwendung eines Minimums an Aufbauteilen
ermöglicht und die Kompliziertheit vermeidet, die bekannte Anordnungen aufweisen.
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Im Rahmen der Erfindung können an dem beschriebenen Ausführungsbeispiel
verschiedene Abänderungen vorgenommen werden, insbesondere hinsichtlich der Auswahl
besonderer Transistor- oder Diodentypen oder der Auswahl besonderer Widerstandswerte.
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Obwohl die Erfindung oben unter der Annahme eines festen Wertes für
die Zeitkonstante beschrieben wurde, welche die Breite des Steuerimpulses gemäß
F i g. 3 bestimmt, kann vorteilhafterweise auch ein Potentiometer vorgesehen werden,
wie es in F i g. 1 dargestellt ist, welches ermöglicht, die Dauer des Steuerimpulses
und damit die Dauer des Stromimpulses zu ändern.
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Ferner kann der Stromimpulserzeugungsstromkreis gemäß der Erfindung,
obwohl er oben insbesondere für den Antrieb der Eingangsübertrager von elektroakustischen
Verzögerungsleitungen beschrieben wurde, auch für den Antrieb von Speichervorrichtungen
verwendet werden.