DE1297661B

DE1297661B - Schaltungsanordnung zur Regenerierung von Rechteckimpulsen

Info

Publication number: DE1297661B
Application number: DES106215A
Authority: DE
Inventors: Blauert; Dipl-Ing Hans
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1966-09-29
Filing date: 1966-09-29
Publication date: 1969-06-19
Also published as: ES345096A1; NL6712782A; GB1182620A; US3514638A; CH460853A; SE332012B; BE704491A

Description

gen mit hohem Aufwand für Abschirmung und Ver- io erfindungsgemäße Schaltungsanordnung eignet sich legung der Übertragungsleitungen. Die störungsfreie, vorteilhaft für die Verteilung von Taktimpulsen in zeitgenaue Übertragung von Impulsen (z. B. Takt- einer Telegrafie-Speicher-Vermittlung. An den einimpulsen) über eine Leitung eines vieladrigen Kabels, zelnen Verteilungspunkten erscheinen die Impulse dessen andere Leitungen relativ hohe und lange dau- sehr stark gestört, so daß eine Regenerierung unerläßernde Impulsspannungen und -ströme führen, ist we- 15 lieh ist.
gen der kapazitiven und induktiven Verkopplung Durch langsame Änderungen der Eingangsspan

nung werden Schaltvorgänge des Transistors nicht ausgelöst, da die eine Betriebsspannung durch Integration der Eingangsspannung erzeugt wird. Diese ao Betriebsspannung folgt den langsamen Änderungen, beispielsweise einer Brummspannung, annähernd im selben Maße, wie die integrierte Basisspannung, so daß die zum Schalten des Transistors notwendige Basis-Emitter-Spannung nicht auftritt. Am Eingang

können den

nicht ohne weiteres möglich. Außerdem können die Impulse durch starke pulsierende Magnetfelder, die beispielsweise von Wähler- und Relaismagneten oder elektrischen Maschinen herrühren, gestört werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung zur Regenerierung von Impulsen, die durch Störeinflüsse stark verformt werden, anzugeben.

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch

gelöst, daß die Impulse an einem ersten Integrations- 35 auftretende hohe Fremdspannungen
glied anliegen, in dem sie bewertet werden, daß die Transistor nicht überlasten,
empfangenen Impulse über ein zweites Integrations- Die große Störsicherheit der erfindungsgemäßen glied eine Diode steuern, die die regenerierten Im- Anordnung wird durch die Bewertung mehrerer Kripulse auf eine nachgeschaltete Impulsformerstufe terien der Impulse, wie Amplitude, Dauer und Flandurchschaltet, daß parallel zum Kondensator des 30 kensteilheit, und durch die Einführung mehrerer ersten Integrationsgliedes die Basis-Emitter-Strecke Spannungsschwellen erreicht. Die Bewertung der Imeines Transistors liegt, daß die Basis des Transistors pulse durch Integration erfolgt dynamisch, indem sie an einem Spannungsteiler der Betriebsspannung liegt, einem bestimmten Spannungsverlauf der Impulse andaß die Emitterelektrode des Transistors an einem gepaßt ist und die zur Bewertung (dynamische Schaltweiteren Spannungsteiler der Betriebsspannung liegt, 35 schwelle) erforderlichen Hilfsspannungen von der Imdaß die Kollektorelektrode über einen Widerstand pulsfolge selbst hergeleitet werden. Da diese dynamit dem einen Pol der Betriebsspannung verbunden mische Bewertung außerdem eine genügend steile ist, daß die Betriebsspannung aus zwei Teilen be- Rückflanke des Impulses mit einschließt, bleiben den steht, von denen der eine Teil aus einer gegenüber Impulsen überlagerte Brummspannungen ohne Eindem Bezugspotential festen Spannung besteht und 40 fluß auf die Bewertung. Die Integration zur Impuls-

der andere Teil aus einer mittels eines dritten Integrationsgliedes au den Impulen gebildeten und sich mit diesen ändernden Spannung besteht, daß die Diode über einen Kondensator an der Kollektorelektrode liegt und der Verbindungspunkt des Kondensators und der Diode über einen Widerstand auf Null-Potential liegt und daß der Arbeitspunkt des Transistors so eingestellt ist, daß der Transistor während des Auftretens eines Impulses durch den damit verbundenen Spannungsanstieg am Kondensator bei einem bestimmten Spannungswert durchlässig und daß er durch die Rückflanke des empfangenen Impulses gesperrt wird.

Die beschriebene Schaltungsanordnung gewährleistet bei der Übertragung von Impulsen konstanter Dauer eine große Störsicherheit auch dann, wenn die Übertragung mittels einer Ader eines Systemkabels erfolgt, dessen andere Adern stark pulsierende Stördauerbewertung bewertet das Sparmungs-Zeit-Integral nur bis zu einer bestimmten Spannungsschwelle, die im praktischen Betrieb überschritten wird; dann wird aber nur noch das Zeitintegral bewertet.

Einzelheiten der Erfindung werden an Hand eines vorteilhaften Ausführungsbeispiels, das in den Zeichnungen dargestellt ist, erläutert.

F i g. 1 zeigt die Schaltungsanordnung zur Impulsregenerierung;

Fig. 2a zeigt eine verfälschte Impulsform für die Schaltungsanordnung nach F i g. 1;

Fig. 2b zeigt den Integrationsteil zur Impulsdauer-Bewertung nach F i g. 1 mit den entsprechenden Spannungsdiagrammen;

F i g. 3 zeigt eine vorteilhafte Impulsf ormerschaltstufe für die Schaltungsanordnung nach Fig. 1.

In F i g. 1 ist eine Schaltungsanordnung zur Impulsregenerierung dargestellt. Die Rechteckimpulse werden beispielsweise mit einer monostabilen Kippschal

spannungen führen oder wenn die Übertragung durch

andere pulsierende elektromagnetische Felder gestört 60 tung erzeugt und über eine besonders niederohmige, wird. Die Störsicherheit bei einer Übertragung von nach Art eines Wechselkontaktes arbeitende Ausrechteckförmigen Impulsen ist auch dann gewährlei- gangsstufe über eine Leitung übertragen,
stet, wenn die Impulsfolge von Störimpulsen über- Die Schaltungsanordnung besteht aus dem Tieflagert wird, die induktiv oder kapazitiv in das Über- paßfilter TP, drei Integrationsgliedern (RC), dem tragungssystem gelangen. Die Impulsregenerierung 65 Schalttransistor Tl sowie einigen Dioden und Widerist praktisch unabhängig von Betriebsspannungs- ständen. Der wesentliche Teil der Anordnung ist der Schwankungen, da die Spannungen für die Integration Integrationsteil zur Impulsdauerbewertung mit dem zur Impulsdauerbewertung und für die Transistor- Ladekondensator C 6. Die beiden anderen Integra-

3 4

tionsglieder dienen zur Erzeugung der positiven Spei- F i g. 2 b die durch Integration der Eingangsspannung sespannung und zur Tastung des Ausgangspfades gewonnene positive Spannung + UB als konstant anüber D S. Das Tiefpaßfilter TP, an dessen Eingang E genommen. Beim Auftreten eines Impulses TJ kann die empfangenen, gestörten Impulse anliegen, verrin- sich der Kondensator C 6 nur geringfügig umladen,

gert die Oberwellenamplituden der Taktimpulse, so- 5 dabei wird vorausgesetzt, daß die negative Flanke

weit dies mit Rücksicht auf die erforderliche Flan- steil genug ist. Solange die Diode D 3 leitend ist,

kensteilheit der Impulse und die Genauigkeit der Im- nämlich bis deren Ladung abgebaut wurde, folgen

pulsbewertung zulässig ist. Dadurch wird auch die die Potentiale am Punkt 2 und am Punkt 3 der nega-

Störsicherheit erhöht, da die Störimpulsfolgen hoch- tiven Vorderflanke, so daß an den beiden Punkten

frequente Amplitudenanteile besitzen. io ein negativer Spannungssprung entsteht. Sobald die

Beim Ausführungsbeispiel wurde eine Impulsdauer Diode D 3 gesperrt ist, wobei die Sperrung während

von 100 μβ gewählt; der kürzeste Abstand zwischen der gesamten Impulsdauer anhält, ändert sich die

zwei Taktimpulsen beträgt 20 μβ. Die Grenzfrequenz Spannung am Punkt 2 in Richtung negativer Werte

für den Tiefpaß TP, der aus zwei π-Gliedern mit den gemäß der Zeitkonstante τ 2:

Spulen Ll Ll und den Kondensatoren Cl, Cl, C3 15 τ2 = fi?4l|i?5) · C6

besteht, beträgt etwa 170 kHz. ^ ^!l ''

F i g. 2 a zeigt eine gestörte Impulsform für die Die Spannung am Punkt 3 ändert sich in positiver

Schaltungsanordnung nach Fig. 1 sowie die Anfor- Richtung und somit gegen OVoIt mit der Zeitkon-

derungen an die Impulsform. Die beiden Flanken der stante τ3:

Impulse müssen bis zur Höhe der dynamischen Schalt- 20 τ3 = (Rl WRS) · C6

schwellet des Integrationsgliedes zur Impulsdauer- "

bewertung einen ausreichend steilen Verlauf haben; Damit erfolgt die Umladung des Kondensators C6

im beschriebenen Beispiel etwa 5 % der Impulsdauer gemäß der Zeitkonstante τ C:

Ti. Der Spannungsverlauf A (i) zwischen den hier- C — 1 + 3

durch bestimmten beiden Punkten kann beliebig, muß 25

jedoch größtenteils höher als die Schaltschwelle S Im beschriebenen Ausführungsbeispiel beträgt τ2

sein. Die Impulsdauer Ti muß größer als die wirk- «ίόδμβ, τ3 «;20μ5 und rC« 88 μ8.

same Integrationszeit Tw zur Impulsdauerbewertung Die Umladung des Kondensators C 6 erfolgt bei

sein. Um eine gute Störsicherheit zu erreichen, ist es gesperrtem Transistor Π so lange, bis dessen Basis-

jedoch günstig, wenn der Unterschied zwischen Ti 30 spannung gegenüber dem Emitter negativer und da-

und Tw möglichst klein gehalten wird. durch der Transistor leitend gesteuert wird. Die

Die Polarität des Spannungsverlaufes ist entspre- Durchschaltung des Transistors erfolgt sehr rasch, da

chend dem Transistortyp (pnp- oder npn-Typ), der die Ladespannung des Kondensators C 6, die durch

in der Integrationsschaltung verwendet wird, zu wäh- den Spannungsteiler R 4 und R 5 bestimmt wird, groß

len. Beim Vorliegen des Ruhepotentials muß der 35 gegenüber der zum Durchschalten erforderlichen

Transistor gesperrt sein, dabei wird der Emitter des Basis-Emitter-Spannung des Transistors ist.

Transistors auf etwa den Mittelwert zwischen dem Im leitenden Zustand des Transistors Tl wird die

Ruhepotential und der Betriebsspannung — UB gelegt. Spannung am Ladekondensator C 6 auf die Basis-

Eine steile Rückflanke des Impulses ist zur Steuerung Emitter-Spannung von etwa 0,2 Volt begrenzt. Beim

einer nachfolgenden Impulsformerstufe, z. B. einer 40 Schalten des Transistors T1 nehmen die Punkte 3

monostabilen Kippstufe, notwendig. und 4, die durch die Spannungsteilung der Wider-

Der Integrationsteil für die Impulsdauerbewertung stände Rl und der Parallelschaltung von R8 und R6 ist in Fig. 2b herausgezeichnet und mit den ent- gegebenen Spannungswerte an. Während der verbleisprechenden Spannungsdiagrammen, die an den ein- benden Impulsdauer ist der Transistor leitend und zelnen Punkten der Schaltung auftreten, versehen. 45 befindet sich in Sättigung. Das Ende des Impulses TJ Zwischen den Impulsen liegt am Eingang (Punkt 1) wird durch dessen positive Rückflanke gebildet, die eine Spannung von +12VoIt, bezogen gegen das die Diode D 3 leitend steuert. Da der Widerstand R 3 Bezugspotential 0 Volt (Punkt 0). Bei dieser Polarität sehr niederohmig ist, wird der Kondensator sehr ist die Diode D 3 leitend, und es fließt über den Wi- schnell umgeladen entsprechend der Zeitkonstanter 4: derstand/?3, die Diode Z)3 und den Widerstand./? 4 50 ^ _ (ji2\\R4\\RS + /?6ili?8lli?7) · C6 ein Strom zum negativen Pol der Betriebsspannung " '■ " I. ' — UB. Die Basis des Transistors Π (Punkt 2) erhält Im betrachteten Beispiel beträgt t4 si 12 μβ. Da eine positive Spannung, die um den relativ kleinen der Spannungsunterschied, der überwunden werden Spannungsabfall am Widerstand R 3 und der Diode muß, nur etwa 0,2 Volt beträgt, wird der Transistor D 3 vermindert ist. Die Widerstände R 7 und R 8 be- 55 Tl sehr rasch gesperrt. Damit tritt am Punkt 4, der sitzen die gleichen Widerstandswerte, so daß die dem Kollektor des Transistors Tl entspricht, ein ne-Spannung am Punkt 3, dies entspricht dem Emitter gativer Spannungssprung auf. Die Rückflanke der des Transistors Tl, einen Wert von etwa OVoIt be- Ausgangsspannung am Kollektor des Transistors Tl sitzt. Somit ist der Transistor mit der am Punkt 2 lie- (Punkt 4) wird zur Ansteuerung einer nachfolgenden genden Spannung gesperrt, mit der gleichfalls der pa- 60 Impulsformerstufe, z. B. einer monostabilen Kipprallel zur Basis-Emitter-Strecke liegende Kondensa- stufe, benutzt.

tor C 6 aufgeladen ist. Die erfindungsgemäße Arbeitsweise des Integra-

Wenn die Diode D 3 leitet, wird der Kondensator tionsgliedes zur Impulsdauerbewertung setzt vor allem

C 6 mit einer Zeitkonstante τ 1 umgeladen: die richtige Dimensionierung der Spannungsschwel-

_τ1=: (R3\\R4\\ + R7\\R8). C6 ^6s l^{en voraus}> die ^an Hand der Fig. 1 beschrieben

" " werden.

Im vorliegenden Beispiel beträgt die Zeitkonstante Während der Impulsdauer Ti muß die Diode D 3

τ 1 etwa 24 μβ. Zur einfacheren Erläuterung wird in mit Sicherheit gesperrt bleiben. Damit dies erreicht

wird, müssen die Widerstände R 4 und R 5 so gewählt werden, daß sich bei gesperrtem Transistor Tl am Punkt 2 eine Spannung einstellt, die kleiner als die niedrigste Eingangsspannung ist. Diese Spannung muß negativer sein, als die Spannung, die sich aus der Spannungsteilung durch die Widerständet6\\R8 und Rl ergibt. Durch entsprechende Wahl der Widerstände wird erreicht, daß der Transistor Tl mit dem die Bewertungszeit bestimmenden Widerstand R 4 in die Sättigung geschaltet werden kann.

Eine weitere Spannungsschwelle wird mit den Widerständen R 7 und der Parallelschaltung R 6 und R 8 erreicht. Die durch die Spannungsteilung der Widerstände sich einstellende Schwelle bestimmt beim Schalten des Transistors Tl die Amplitude des Ausgangsimpulses. Eine dritte Schwelle bestimmt das Potential am Punkt 3, wenn der Transistor Π gesperrt ist. Das Potential am Punkt 3 ist durch die Widerstände R7 und RS auf etwa OVoIt eingestellt. Die Größe der Widerständen7 und RS bestimmt die ao Zeitkonstanten τ 2 und τ 3 und somit das dynamische Verhalten dieser Schwelle, was im Hinblick auf kurze, sehr hohe Sperrimpulse wichtig ist.

Die Empfangsschaltung enthält außer dem in Fig. 2b dargestellten Integrationsteil zur Impulsdauerbewertung noch zwei weitere Integrationsglieder (Fig. 1). Das Integrationsglied mit den Bauelementen R 2, Ό 2 und CS bestimmt die Zeitkonstante zur Erzeugung der positiven Betriebsspannung + UB für den Integrationsteil zur Impulsdauerbewertung. Die Ladezeitkonstante für den Kondensator C 5 muß klein sein, damit die positiven Störspitzen schnell integriert werden; im Beispiel beträgt die Zeitkonstante etwa 50 μβ.

Das zweite zusätzliche Integrationsglied besteht aus den Bauelementen R1, R 2, D1, C 4, D 4, R 9, C 7 und C 6. Dieses dient zur Schaltsteuerung der im Ausgang der Empfangsschaltung liegenden Diode D 5. Zwischen den Impulsen erhält die Diode D S über den Widerstand R 2 und die Diode Dl und D 4 eine positive Sperrspannung. Die Sperrung der Diode D S erfolgt mit der Zeitkonstante τ S, die etwa 7μβ beträgt:

= (R2\\Rl)-C4.

45

Wird ein Impuls empfangen, so erfolgt eine Umladung des Kondensators C 4. Die Diode D 4 wird gesperrt und die Sperrspannung mit einer Zeitkonstante abgebaut, die es ermöglicht, daß beim Schalten des Transistors Tl der Ausgang für den Schaltimpuls von Tl leitend ist. Die Abgabe dieses Schaltimpulses mit der Rückflanke des Impulses setzt voraus, daß der Kondensator Cl nach dem Schalten des Transistors Tl umgeladen wird. Die Dioden D 4 und DS sind gesperrt, so daß sich eine Zeitkonstante τ 6 für die Umladung ergibt, die im Anwendungsbeispiel etwa μβ beträgt:

Im beschriebenen Anwendungsbeispiel ergibt sich eine effektive Integrationszeit zur Impulsdauerbewertung Tw von etwa 85 μβ.

F i g. 3 zeigt eine vorteilhafte Wechselschaltstufe als Impulsformer. Der Schaltimpuls des Transistors Π in Fig. 1 wird über die DiodeD5 dem Eingang der Wechselschaltstufe zugeführt. Dabei schaltet die negative Rückflanke des Ausgangsimpulses des Transisitors Tl, die von der positiven Rückflanke des Taktimpulses ausgelöst wird, die Wechselschaltstufe. Der Ausgangsimpuls der Schaltstufe beginnt somit in dem Zeitpunkt, in dem die positive Rückflanke des Impulses auftritt. Die Länge des Ausgangsimpulses der Schaltstufe hängt von der Kapazität des Kondensators Cl und der Größe des Widerstandes R6 ab.

Die Schaltstufe besteht aus den Transistoren T 2 und T 3, die abwechselnd geschaltet werden und das das in ihrer Schaltstrecke anliegende Potential (0 und —12 Volt) durchschalten. Die Durchschaltung der beiden Potentiale 0 und — 12VoIt erfolgt sehr niederohmig, da im Schaltkreis der Transistoren keine Widerstände liegen, so daß der Ausgangsstrom durch die Belastung an der Ausgangsklemme A sich bestimmt. Der an der Ausgangsklemmen auftretende Impuls ist im dazugehörigen Spannungsdiagramm dargestellt. Befindet sich der Transistor T 2 im leitenden Zustand, so sperrt der an der Diode D1 auftretende Spannungsabfall den Transistor Γ 3. In gleicher Weise sorgt die Diode D 6 für eine sichere Sperrung des Transistors T 2. Wenn der Transistor Γ 2 gesperrt ist, wird von der Betriebsspannung — 60 Volt über den Widerstanden der Transistor Γ3 leitend gesteuert, und am Ausgang A erscheint das Potential — 12 Volt. Im leitenden Zustand des Transistors Γ2 wird das Null-Potential an die Ausgangsklemmen durchgeschaltet.

An Stelle dieser Wechselschaltstufe kann jede andere Impulsformerschaltung eingesetzt werden.

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Regenerierung von Rechteckimpulsen, deren Form und Zeitdauer durch Störimpulse bzw. von pulsierenden Störspannungen verfälscht wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulse an einem ersten Integrationsglied (R 3, D 3, R 4, R S, R 6, R1, RS, C6) anliegen, in dem sie bewertet werden, daß die empfangenen Impulse über ein zweites Integrationsglied (Rl, R2,D1,C4, D4, R9,C1, C 6) eine Diode (D 5) steuern, die die regenerierten Impulse auf eine nachgeschaltete Impulsformerstufe durchschaltet, daß parallel zum Kondendensator (C 6) des ersten Integrationsgliedes die Basis-Emitter-Strecke eines Transistors (Tl) liegt, daß die Basis des Transistors (Tl) an einem Spannungsteiler (R 4, RS) der Betriebsspannung (+UB, ~ UB) liegt, daß die Emitterelektrode des Transistors an einem weiteren Spannungsteiler (RS, Rl) der Betriebsspannung liegt, daß die Kollektorelektrode über einen Widerstand (R6) mit dem einen Pol der Betriebsspannung (— UB) verbunden ist, daß die Betriebsspannung aus zwei Teilen besteht, von denen der eine Teil (-UB) aus einer gegenüber dem Bezugspotential (0 Volt) festen Spannung besteht und der andere Teil (+UB) aus einer mittels eines dritten Integrationsgliedes (R2, D2, CS) aus den Impulsen gebildeten und sich mit diesen ändernden Spannung besteht, daß die Diode (D S) über einen Kondensator (Cl) an der Kollektorelektrode liegt und der Verbindungspunkt des Kondensators und der Diode über einen Widerstand (R9) auf Null-Potential (0 Volt) liegt und daß der Arbeitspunkt des Transistors (Tl) so eingestellt ist, daß der Transistor während des Auftretens eines Impulses durch den damit verbundenen Spannungsanstieg

am Kondensator (C 6) bei einem bestimmten Spannungswert durchlässig und daß er durch die Rückflanke des empfangenen Impulses gesperrt wird.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulse über einen Tiefpaß (TP) und eine Diode (D 3), die nur den Spannungsanstieg und den Spannungsabfall der Impulse durchschaltet, am ersten Integrationsglied anliegen.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensatoren der Integrierglieder über je eine Diode angesteuert sind.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsformerstufe aus zwei Schaltstrecken besteht, die abhängig vom Eingangssignal gesteuert sind und daß die jeweils leitend gesteuerte Schaltstrecke das an der Schaltstrecke anliegende Potential nieder- ao ohmig an den Ausgang durchschaltet.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Schaltstrecken über eine Diode (D 7) in Serie geschaltet sind und daß an den beiden freien Enden der Schaltstrecken die am Ausgang erscheinenden Potentiale angelegt sind.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Schaltstrecken die Kollektor-Emitter-Strecken von Transistoren dienen und daß antiparallel zu jeder Basis-Emitter-Strecke jedes der Transistoren je eine Diode (D 6, D 7) liegt.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Transistor (T 2) an der Basiselektrode angesteuert ist, daß an der Basiselektrode des ersten Transistors (T 2) über einen Widerstand (R 10) eine Sperrspannung anliegt und daß am zweiten Transistor (T 3) über einen Widerstand (RU) eine Spannung zum sicheren Durchschalten des Transistors anliegt.

8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsformerstufe als monostabile Kippschaltung ausgebildet ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen 909 525/374