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Die Erfindung bezieht sich auf eine Regeneriereinrichtung für Impulsfolgen
in Systemen zur übertragung von elektrischen Nachrichten in digitaler Form, insbesondere
in einem Pulscodemodulations-Nachrichtenübertragungssystem.
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Elektrische Signale, die über größere Strecken, beispielsweise Kabel
oder Funkstrecken, übertragen werden, sind einer Reihe von störenden Einflüssen
ausgesetzt, die die Qualität der durch sie zu übertragenden Nachricht beeinträchtigen.
Die übertragung der Nachricht, insbesondere in digitaler Form, bietet für die Bekämpfung
dieser in der Regel unvermeidbaren störenden Einflüsse, wie Nah- und Fernnebensprechen
sowie Laufzeitverzerrungen und Dämpfungsverhalten bei Kabelstrecken bzw. atmosphärische
Störungen bei Funkstrecken, deshalb erhebliche Vorteile, weil sie sich praktisch
vollständig von überlagerten Störungen befreien lassen, sofern das ankommende gestörte
Signal in seiner ursprünglichen Form noch ausreichend erkennbar ist.
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Die Einrichtungen, in denen die ankommenden gestörten Signale in ihrer
ursprünglichen Form wiederhergestellt werden, sind in bestimmten Abständen längs
der Übertragungsstrecke vorgesehen. Sie bestehen im wesentlichen aus einem Amplitudenregenerator
und einem Zeitregenerator mit einem Taktgenerator. Der Amplitudenregenerator, dem
die ankommenden gestörten Impulse zunächst zugeführt werden, hat die Aufgabe, das
Vorhandensein eines Impulses durch Abgabe eines Impulses anzuzeigen. Bei digitalen
Signalen kann er in einfacher Weise aus einer Amplitudenvergleichssehaltung bestehen,
.die das Vorhandensein eines einer binären Eins entsprechenden Impulses so lange
durch einen ausgangsseitigen, eine binäre Eins darstellenden Impuls anzeigt, wie
die eingangsseitige Signalspannung einen Wert aufweist, der größer als die Hälfte
der Sollamplitude eines eingangsseitigen Impulses ist. Die auf diese Weise in der
Amplitude regenerierten Impulse müssen nunmehr noch hinsichtlich ihrer genauen Zeitlage
insofern regeneriert werden, als ihre Flanken durch die dem ursprünglichen Signal
am Eingang der Amplitudenvergleichsschaltung überlagerten Störungen nicht definiert
sind. Der Zeitregenerator besteht im wesentlichen aus einer Koinzidenzschaltung,
deren erstem Eingang die in der Amplitude regenerierten Impulse am Ausgang des Amplitudenregenerators
zugeführt sind und an deren zweiten Eingang die Schwingung des Taktgenerators anliegt.
Sie gibt immer dann einen Impuls an ihrem Ausgang ab, wenn bei der die Sollphasenlage
der Impulse markierenden Phasenlage der Schwingung des Taktgenerators ein amplitudenregenerierter
Impuls vorhanden ist. Um die Anforderung an die Genauigkeit des Taktgenerators nach
Frequenz und Phase in vernünftigen Grenzen zu halten, muß dieser von der ankommenden
Impulsfolge synchronisiert werden. Dies ist insofern leicht möglich, als die ankommende
Impulsfolge starke Grundanteile der Bit-Folgefrequenz enthält. Im einfachsten Fall
besteht der Taktgenerator aus einem Schwingkreis, der auf die Bit-Folgefrequenz
der zu regenerierenden Impulsfolge abgestimmt ist und von den diese Frequenz aufweisenden
Grundanteilen der zu regenerierenden Impulsfolge angestoßen wird. Ein angestoßener
i Schwingkreis hat jedoch den erheblichen Nachteil, daß seine Güte mit Rücksicht
auf Alterungserscheinungen nur so groß gewählt werden darf, wie die durch Alterungserscheinungen
bedingten Phasenabweichungen der in ihm angestoßenen Schwingung die zu fordernden
Grenzen einhält. Es müssen also, mit anderen Worten, wegen der Begrenzung der Schwingkreisgüte
erhöhte Phasenschwankungen (Phasenjitter) in Kauf genommen werden, die sich besonders
dann störend auswirken, wenn eine größere Anzahl solcher Regeneratoren längs einer
übertragungsstrecke hintereinander angeordnet ist.
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Es ist bereits eine Regeneriereinrichtung bekannt, bei der die Synchronisation
des Taktgenerators auf die Grundfrequenz der ankommenden Impulsfolge sehr genau,
und zwar über die Phase vorgenommen wird. Hierbei wird die ankommende Impulsfolge
und die Schwingung des Taktgenerators in einem Phasendiskriminator miteinander verglichen
und die der Phasendifferenz dieser Schwingungen proportionale Größe am Ausgang des
Phasendiskriminators über einen Tiefpaß dem ersten Eingang eines Differenzverstärkers
zugeführt. An den zweiten Eingang des Differenzverstärkers ist die Schwingung des
Taktgenerators ebenfalls über einen Tiefpaß angelegt. Der Differenzverstärker ist
seinerseits mit seinem Ausgang mit dem Eingang eines Integrators verbunden, der
ausgangsseitig die Regelgröße für den Synchronisiereingang des Taktgenerators liefert.
Die ganze Anordnung ist so bemessen, daß die Amplituden der den beiden Eingängen
des Differenzverstärkers zugeführten Schwingungen gleich groß sind, wenn der Phasenunterschied
zwischen der Schwingung des Taktgenerators und der Grundschwingung der ankommenden
Impulsfolge 90° beträgt. Durch die Phasensynchronisation des Taktgenerators läßt
sich zwar eine genaue Zeitregenerierung der zu regenerierenden Impulse herbeiführen,
jedoch ist der hierfür erforderliche schaltungstechnische Aufwand sehr groß.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine mit Phasensynchronisation
für den Taktgenerator arbeitende Regeneriereinrichtung der geschilderten Art eine
weitere Lösung anzugeben, die bei großer - Genauigkeit der Synchronisation einen
außerordentlich einfachen Schaltungsaufbau ermöglicht.
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Ausgehend von einer Regeneriereinrichtung für Impulsfolgen in Systemen
zur Übertragung von elektrischen Nachrichten in digitaler Form, insbesondere in
einem Pulscodemodulations-Nachrichtenübertragungssystem, bestehend aus der Reihenschaltung
eines Amplitudenregenerators mit einem Zeitregenerator und einem an einen zweiten
Eingang des Zeitregenerators angeschlossenen Taktgenerator, bei der die Synchronisation
des Taktgenerators auf die Grundfrequenz der zu regenerierenden Impulsfolge nach
der Phase durch einen die Reihenschaltung eines Phasendiskriminators und eines Vierpols
mit integrierenden Eigenschaften umfassenden Regelkreis vorgenommen ist, wird diese
Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Zeitregenerator im wesentlichen
zwei ein- und ausschaltbare Strom- bzw. Spannungsquellen aufweist, deren elektrische
Ausgangsgrößen unterschiedliche Polarität, aber konstante Amplitude haben, daß ferner
die beiden Strom- bzw. Spannungsquellen über den zweiten der beiden Ausgänge des
Zeitregenerators mit dem Eingang des ausgangsseitig die Regelgröße liefernden Vierpols
mit integrierenden Eigenschaften verbunden sind und daß die Steuereingänge der beiden
Quellen mit den Eingängen des Zeitregenerators
über eine Koinzidenzschaltung
in Verbindung stehen, die derart bemessen ist, daß die beiden Quellen in Abhängigkeit
der an den beiden Eingängen des Zeitregenerators anstehenden Größen für die Dauer
eines amplitudenregenerierten Impulses nacheinander im gewünschten Regelsinne ein-
bzw. ausgeschaltet sind und hierbei der Einschaltwechsel bei der durch eine bestimmte
Phasenlage der von dem an den zweiten Eingang des Zeitregenerators angeschlossenen
Taktgenerator gelieferten Schwingung markierten Phasenlage der am ersten Ausgang
des Zeitregenerators auftretenden regenerierten Impulse erfolgt.
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Die Verwendung zweier steuerbarer Quellen, die in der erfindungsgemäßen
Weise während der Dauer eines in der Zeit zu regenerierenden amplitudenregenerierten
Impulses nacheinander ein- bzw. ausgeschaltet werden, stellen eine Anordnung dar,
bei der der eigentliche Zeitregenerator in den Regelkreis für die Phasensynchronisation
des Taktgenerators mit einbezogen ist. Der schaltungstechnische Aufbau läßt sich
deshalb in sehr einfacher Weise gestalten. Weder benötigt der Erfindungsgegenstand
einen Phasendiskriminator im üblichen Sinne, noch erfordert der Einsatz eines Integrators
zwei Tiefpaßfilter und einen Differenzverstärker. In diesem Zusammenhang ist auch
die Erkenntnis von Bedeutung, daß der benötigte Taktgenerator, unter Gewährleistung
hoher Anforderungen an die Synchronisation, hier in einfacher Weise durch einen
angestoßenen Schwingkreis mit hoher Güte verwirklicht sein kann, weil auf Grund
der Regelung in der Phase auf die Alterungserscheinungen der Schwingkreiselemente
keine Rücksicht mehr genommen zu werden braucht.
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Der Vierpol kann in vorteilhafter Weise aus einem Querkondensator
bestehen, dessen Kapazitätswert so groß bemessen ist, daß die Stromimpulse darstellenden
Ausgangsgrößen der steuerbaren Quellen während der Impulsdauer eines zu regenerierenden
Impulses noch keine merkbare Änderung seines Ladungszustandes bewirken.
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Bei Verwendung eines frei schwingenden Oszillators als Taktgenerator
besteht bei der erfindungsgemäßen Regeneriereinrichtung zwischen Regelgröße und
geregelter Größe an sich kein proportionales Verhalten, weil die Phasenabweichung
eines solchen Oszillators proportional dem Integral seiner Frequenzabweichung ist.
In diesem Fall würde die Ausbildung des Vierpols zu einem reinen Integrierglied
eine Instabilität des Regelkreises zur Folge haben. Eine stabile Regelung, bei der
die Regelung auch entsprechend dem Verhalten eines Integralreglers ohne Regelabweichungen
möglich ist, läßt sich in diesem Fall aber ebenfalls erhalten, sofern das Integrierverhalten
des Vierpols lediglich auf langsame Änderungen der zu regelnden Größe beschränkt
wird. Dies kann in einfacher Weise dadurch geschehen, daß der Vierpol ein Querglied
aufweist, das aus der Parallelschaltung eines ersten Kondensators mit der Reihenschaltung
aus einem Widerstand und einem zweiten Kondensator besteht, von denen der zweite
Kondensator einen Kapazitätswert aufweist, der unter Berücksichtigung des Widerstandes
so groß bemessen ist, daß die Stromimpulse darstellenden Ausgangsgrößen der steuerbaren
Quellen während der Dauer eines zu regenerierenden Impulses keine merkbare Änderung
seines Ladungszustandes bewirken, während der Kapazitätswert des ersten Kondensators
nur gerade so groß bemessen ist, daß die Stromimpulse noch ausreichend geglättet
werden.
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Wird für einen derartigen Regler eine besonders große Einschwingzeitkonstante
des Regelkreises gewünscht, so kann der Vierpol durch ein zweites gleichartiges
Querglied erweitert werden, das mit dem ersten Querglied durch einen Längswiderstand
verbunden ist.
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Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel nach der Erfindung
besteht der Taktgenerator aus einem von den vorzugsweise bereits in der Amplitude
regenerierten Impulsen angestoßenen Schwingkreis. Dieser angestoßene Schwingkreis
ist hierbei im Sinne der Erzielung eines geringen Phasenjitters für eine hohe Güte
zu bemessen.
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Die Regelung des Schwingkreises durch die am Ausgang des Vierpols
auftretende Regelgröße kann in einfacher Weise mit Hilfe von Kapazitätsdioden erfolgen,
deren auf die Frequenz des Schwingkreises eingehende Kapazität im gewünschten Regelsinne
von der genannten Ausgangsgröße des Vierpols gesteuert wird.
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Die steuerbaren Quellen des Zeitregenerators werden zweckmäßig als
Stromquellen ausgeführt und bestehen einfach aus zwei mit ihren Emittern über einen
gemeinsamen Widerstand gegen Bezugspotential geschalteten Schalttransistoren, von
denen der eine mit seinem Kollektor unmittelbar mit dem Vierpoleingang verbunden
ist, während der andere Schalttransistor mit seinem Kollektor über einen Strominverter
auf den Vierpoleingang arbeitet. Hierbei bestehen die Mittel für die Steuerung der
beiden Stromquellen einerseits aus phasendrehenden und/ oder phasenumkehrenden Elementen,
über die die Taktgeneratorschwingung mit unterschiedlicher Phase den Steuereingängen
der Schalttransistoren, gegebenenfalls zusammen mit einer geeignet bemessenen Gleichgröße,
zugeführt ist. Andererseits umfassen diese Mittel eine Schalteinrichtung, die von
den zu regenerierenden Impulsen gesteuert wird und die Schalttransistoren im Zeitintervall
zwischen zwei aufeinanderfolgenden zu regenerierenden Impulsen durch Abschalten
ihrer Emitterströme sperrt.
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Bei dieser bevorzugten Ausführungsform kann beispielsweise der erste
Ausgang des Zeitregenerators zweckmäßig von der Sekundärwicklung eines Übertragers
gebildet sein, der mit seiner Primärwicklung im Verbindungsweg des Kollektors des
anderen Schalttransistors zum Strominverter liegt.
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Die wechselseitige Steuerung der Stromquellen im Sinne der gewünschten
Regelung wird sinnvoll durch eine solche Bemessung der phasendrehenden Elemente
herbeigeführt, daß die Taktgeneratorschwingung an den Steuereingängen der Schalttransistoren,
bezogen auf die Schwingkreisspannung, einen betragsgleichen Phasenwinkel mit verschiedenen
Vorzeichen aufweist.
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Besonders einfach gestalten sich die Verhältnisse, wenn der Phasenwinkel
±90' beträgt.
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Wie einschlägige, mit dem Erfindungsgegenstand durchgeführte Untersuchungen
gezeigt haben, ist es möglich, das Ansprechen der Regeneriereinrichtung auf Störimpulse
bestimmter Art dadurch weitgehend zu unterbinden, daß der Phasenwinkel kleiner als
±90°, beispielsweise ±45°, bemessen wird.
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Der im Zeitregenerator benötigte Strominverter
kann
in einfacher Weise ein weiterer Transistor mit der Stromverstärkung eins sein.
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Besonders gering wird der Aufwand, wenn die Schalteinrichtung ein
Transistor ist, dessen Emitter mit den Emittern der Schalttransistoren zusammengeschaltet
ist, der hierbei gleichzeitig die Funktion des Amplitudenregenerators ausübt.
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An Hand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen soll
die Erfindung im folgenden noch näher erläutert werden. In der Zeichnung bedeutet
F i g. 1 Zeitdiagramme der den Funktionsablauf eines Regenerators nach der Erfindung
erläuternden Spannungen und Ströme, F i g. 2 ein Ausführungsbeispiel des Regelkreises
für den Taktgenerator bei einer Regeneriereinrichtung nach der Erfindung, F i g.
3 ein besonderes Ausführungsbeispiel für den ein Integrierglied darstellenden Vierpol
bei einer Regeneriereinrichtung nach der Erfindung, F i g. 4 ein Ausführungsbeispiel
einer Regeneriereinrichtung nach der Erfindung, bei der der Amplituden- und der
Zeitregenerator miteinander kombiniert sind, F i g. 5 Zeitdiagramme der in der F
i g. 4 auftretenden Spannungen und Ströme.
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Für die Übertragung binärer Signale, beispielsweise pulscodemodulierter
Signale auf Kabeln, ist es zweckmäßig, die binären Einsen abwechselnd durch positive
und negative Sinushalbwellen darzustellen. Auf diese Weise ist es nämlich leicht
möglich, den Schwerpunkt des Frequenzspektrums der Impulse in einen Bereich zu legen,
in dem das Kabel keine - Laufzeitverzerrungen aufweist. Außerdem braucht bei dieser
Form des binären Signals kein Gleichstromanteil mit übertragen werden. In der F
i g. 1 ist ein solches binäres Signal in dem mit ua' bezeichneten Diagramm dargestellt.
Dieses Signal stellt eine Bitfolge dar, bei der jedes Bit, wie der über dem Diagramm
dargestellte binäre Maßstab erkennen läßt, die Breite v hat. Ist in einem Bitintervall
lediglich die Bezugsspannung vorhanden, so entspricht dieses Bit einer binären Null.
Ist dagegen eine positive oder negative -Sinushalbwelle vorhanden, so entspricht
dieses Bit einer binären Eins. Nach dem Durchlaufen einer Kabelstrecke und anschließender
Entzerrung hat das Signal wieder weitgehend die ursprüngliche Form. Es ist jedoch
mit Amplituden- und Phasenfehlern behaftet, die durch die bereits erwähnten störenden
Einflüsse, wie übersprechen von anderen auf dem gleichen Kabel übertragenen binären
Signalen und unvollkommene Entzerrung, verursacht sind. Zur Übertragung über den
folgenden Kabelabschnitt muß das Signal daher zunächst in einer Regeneriereinrichtung
von seinen Störungen befreit werden.
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Für den Regeneriervorgang ist es sinnvoll, das Signal vorher gleichzurichten.
Das gleichgerichtete Signal ist in dem mit ua bezeichneten Diagramm angegeben. Wie
das Diagramm ua erkennen läßt, erscheinen hier alle positiven Sinushalbwellen des
Diagramms ud als negative Halbwellen. Die Spannung Us; die etwa der halben Amplitude
A der Sinushalbwellen entspricht, stellt die Vergleichsspannung für den eine
Amplitudenvergleichsschal- i tung darstellenden Amplitudenregenerator dar. Wie das
dritte Diagramm uar von oben in der F i g. 1 zeigt, gibt der Amplitudenregenerator
an seinem Ausgang immer dann einen Impuls ab, wenn die Amplitude des gleichgerichteten
Signals die Vergleichsspannung Üs unterschreitet. Die Dauer der Impulse ist hierbei
von der Dauer bestimmt, während der die Amplitude der gleichgerichteten Signalspannung
den Wert der Vergleichsspannung Us unterschreitet.
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Wie bereits erwähnt worden ist, sind die Flanken der amplitudenregenerierten
Impulse im Diagramm uar durch die dem zu regenerierenden Signal anhaftenden Amplituden-
und Phasenfehler definiert. Die amplitudenregenerierten Impulse müssen somit noch
zeitregeneriert werden. Das Diagramm u zeigt die die Sollphasenlage der zu regenerierenden
Signalimpulse markierende Schwingung des Taktgenerators. Die Phasenlage dieser Bezugsschwingung
ist hinsichtlich der möglichen Impulslagen des zu regenerierenden Signals so festgelegt,
daß die Nulldurchgänge der Schwingung jeweils die Mitte eines Impulses markiert.
Genaue Frequenz- und Phasenlage dieser Bezugsschwingung vorausgesetzt, ergeben die
in Abhängigkeit der Anwesenheit eines amplitudenregenerierten Impulses in den Nulldurchgängen
der Bezugsschwingung abgeleiteten Impulse somit die gewünschten regenerierten Impulse
des eingangsseitigen verzerrten Signals.
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Gemäß der Erfindung werden nun die steuerbaren Quellen in Abhängigkeit
der Schwingung des Taktgenerators und der zu regenerierenden Impulse so gesteuert,
daß die eine Quelle im Intervall zwischen der einen Flanke eines amplitudenregenerierten
Impulses und dem Nulldurchgang der Bezugsschwingung und die andere Quelle im Zeitintervall
zwischen dem Nulldurchgang der Bezugsschwingung und der anderen Flanke des betreffenden
amplitudenregenerierten Impulses eingeschaltet ist. Die Ausgangsgrößen dieser beiden
Quellen sind in den beiden untersten Diagrammen ic 1 und ic 2 dargestellt.
Wie diese beiden Diagramme im Vergleich zum Diagramm u erkennen lassen, kann hierbei
die Vorderflanke der Impulse des Diagramms ic I einerseits wie auch die Rückflanke
der Impulse des Diagramms 1c2 unmittelbar zur Gewinnung der in der Amplitude und
in der Zeit regenerierten Impulse ausgenutzt werden.
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Diese impulsförmigen Größen der beiden steuerbaren Quellen entsprechend
den Diagrammen icl und 1c2 nach der F i g.1 werden zur erfindungsgemäßen Phasenregelung
der Schwingung des Taktgenerators in Verbindung mit einem integrierende Eigenschaften
aufweisenden Vierpol herangezogen. Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel für einen
solchen Regelkreis nach der Erfindung zeigt die F i g. 2. Die beiden steuerbaren
Quellen sind hier Stromquellen und bestehen jeweils aus einem Transistor Tsl und
Ts2, die emitterseitig zusammengeschaltet sind und in Reihe mit einem Widerstand
Re über eine Schalteinrichtung S auf einem negativen Bezugspotential liegen. Der
Taktgenerator G weist ausgangsseitig einen Symmetrieübertrager U 1 auf, dessen sekundärseitige
Mittelanzapfung auf Bezugspotential liegt, während die beiden äußeren Anschlüsse
der Sekundärwicklung dieses Übertragers an die Basiselektroden der Schalttransistoren
Ts 1 und Ts 2 angeschaltet sind. Während der Schalttransistor Ts2
kollektorseitig unmittelbar mit dem Eingang des Vierpols V verbunden ist, arbeitet
der Schalttransistor Tsl über seinen Kollektor auf den Steuereingang eines weiteren
Transistors
Ts 3, dessen Kollektor wiederum unmittelbar mit dem Eingang des Vierpols V verbunden
ist. Der weitere Transistor Ts 3 stellt einen Strominverter dar, der vom
Kollektorstrom des Schalttransistors Ts 1 gesteuert wird. Zu diesem Zweck
ist die positive Betriebsgleichspannung Ub sowohl mit der Basis des weiteren Transistors
Ts3 als auch mit dem Kollektor des Schalttransistors Ts 1 über die Reihenschaltung
des Widerstandes R 3 mit der Diode D 3 verbunden. In gleicher Weise ist der Emitter
des weiteren Transistors Ts3 über den Widerstand R3' mit der Betriebsgleichspannung
Ub verbunden. Die Widerstände R 3 und R 3' sind so bemessen, daß der weitere Transistor
Ts3 die Stromverstärkung 1 hat. Die Diode D 3 dient lediglich der Kompensation des
Temperatureinflusses der Emitter-Basis-Strecke dieses Transistors. Der Vierpol V
besteht aus einem Querkondensator C. Er stellt ein Integrierglied dar, das die Differenz
der ihm über der Zeit zugeführten positiven und negativen Ladungen integriert und
das Ergebnis in Form der an seinem Ausgang anstehenden Regelspannung ur dem Taktgenerator
G im Sinne einer Phasenregelung seiner Schwingung zuführt.
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Die Spannung u am Taktgeneratorausgang, die Spannung uar am Steuereingang
der Schalteinrichtung S und die Kollektorströme ic 1 und 1c2 der Schalttransistoren
Tsl und Ts2 weisen einen zeitlichen Verlauf auf, der mit dem Verlauf der entsprechend
bezeichneten Diagramme in der F i g. 1 übereinstimmt. Die Ausgangsspannung u des
Taktgenerators G wird über den Übertrager Ü1 an den Steuereingängen der Schalttransistoren
Tsl und Ts2 mit entgegengesetzter Phasenlage in Form der Spannungen u1 und u2 wirksam.
Dies ist erforderlich, weil bei gleichen Schalttransistoren diese nur dann einen
Strom führen können, wenn, wie im vorliegenden Fall, die an ihrem Steuereingang
anliegende Spannung gegenüber der Bezugsspannung ihrer Emitter positiv ist. Durch
die spezielle Schaltung ist also erreicht, daß jeweils nur einer der beiden Schalttransistoren
im leitenden Zustand sein kann, und zwar dann, wenn die an seinem Steuereingang
anstehende Schwingkreisspannung positiv ist. Um zu erreichen, daß keiner der beiden
Schalttransistoren eingeschaltet ist, wenn kein amplitudenregenerierter Impuls vorhanden
ist, sperrt die durch die amplitudenregenerierten Impulse gesteuerte Schalteinrichtung
S den Emitterstrom i der beiden Schalttransistoren in den Zeitintervallen zwischen
zwei aufeinanderfolgenden amplitudenregenerierten Impulsen. Wie bereits erwähnt
worden ist, speist der Kollektorstrom ic 1 des die erste Stromquelle darstellenden
Schalttransistors Tsl den Vierpol V mittelbar über den durch den weiteren Transistor
Ts3 realisierten Strominverter. Der Kollektorstrom dieses weiteren Transistors ist
im Diagramm der F i g. 2 mit ic 3 angegeben. Er ist dem Kollektorstrom ic2
der zweiten Stromquelle entgegengerichtet und stimmt mit dem Strom ic1 nach der
F i g. 1 nur insofern nicht überein, als die Stromimpulse entgegengesetztes Vorzeichen
haben. i Zum besseren Verständnis der Wirkungsweise der Regelschaltung nach der
F i g.1 soll nunmehr ein Regelvorgang unter Bezugnahme auf die Diagramme der F i
g. 1 in seinen einzelnen Phasen kurz beschrieben werden. Zunächst sei angenommen,
daß die Schwingung des Taktgenerators hinsichtlich ihrer Nulldurchgänge die richtige
Phasenlage aufweist. Mit jedem amplitudenregenerierten Impuls entsprechend dem Diagramm
uar fließt nunmehr im Zeitbereich zwischen der Vorderflanke eines solchen Impulses
und dem Nulldurchgang der Bezugsschwingung ein den Kondensator C entladender Kollektorstrom
ic2, weil in diesem Zeitbereich die positive Taktgeneratorspannung u 1 und die geschlossene
Schalteinrichtung S den Schalttransistor Ts2 vom gesperrten in den leitenden Zustand
überführen. Sobald die Spannung u durch Null geht, wird die Spannung
u 1 am
Steuereingang des Schalttransistors Ts2 negativ und sperrt diesen Transistor.
Dagegen wird jetzt die Spannung u2 am Steuereingang des Schalttransistors
Tsl positiv, so daß dieser Schalttransistor einen Kollektorstrom ic 1 bezieht,
weil die Schalteinrichtung infolge des am Steuereingang anstehenden amplitudenregenerierten
Impulses weiterhin geschlossen bleibt. Der Strom icl wird im Strominverter invertiert
und fließt in Form des Stroms ic3 in den Kondensator C des Vierpols V. Dieser Vorgang
wiederholt sich mit jedem weiteren am Steuereingang der Schalteinrichtung S auftretenden
amplitudenregenerierten Impuls. Obgleich die Nulldurchgänge der Schwingung entsprechend
dem Diagramm u im Vergleich zum Diagramm uar nach der F i g. 1 keineswegs immer
mit der Mitte der amplitudenregenerierten Impulse zusammenfallen und somit auch
die die Stromimpulse der Stromquellen darstellenden Ladungen entsprechend unterschiedlich
groß sind, wird sich in diesem Fall am mittleren Ladungszustand des Kondensators
C nichts ändern, d. h., die an ihm anstehende, die Regelspannung ur darstellende
Spannung wird konstant bleiben. Weicht dagegen die Phase der Nulldurchgänge der
Bezugsschwingung von der Sollphase ab, dann wird diese Abweichung über viele Inipulsperioden
hinweg im Kondensator C aufintegriert, und zwar so lange, bis die Nulldurchgänge
der Bezugsschwingung mit der Sollphase übereinstimmen. Die in diesem Zeitpunkt erreichte
Größe der Regelspannung Ur bleibt sodann erhalten, weil in der Folge die
durch die Ströme ic 2 und ic 3 in den Kondensator C eingespeicherten
bzw. aus ihm ausgespeicherten Ladungen im zeitlichen Mittel im Gleichgewicht sind.
Der Vierpol V stellt also, wie bereits erwähnt wurde, ein Integrierglied dar, das
unter den genannten Voraussetzungen die Phase der Bezugsschwingung ohne bleibende
Regelabweichung auf die Sollphase hinregelt.
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Ein Ausführungsbeispiel für einen Vierpol V mit besonders großer Einschwingzeitkonstante,
wie er für einen freischwingenden Taktgenerator zur Anwendung gelangen kann, zeigt
die F i g. 3. Bei einem freischwingenden Oszillator ist, wie bereits darauf hingewiesen
worden ist, die Phasenabweichung proportional dem Integral seiner Frequenzabweichung.
Die Verwendung des ein reines Integrierglied darstellenden Vierpols V nach der F
i g. 2 würde hier zu instabilen Regelverhältnissen führen. Beim Ausführungsbeispiel
nach F i g. 3 wird die Stabilität der Regelung unter Beibehaltung der für einen
Integralregler charakteristischen Eigenschaft der fehlerfreien Ausregelung dadurch
herbeigeführt, daß an Stelle eines Querkondensators wenigstens ein Querglied tritt,
das bei der F i g. 3 aus dem Kondensator C 1 parallel zur Reihenschaltung des Widerstandes
R 1 mit dem Kondensator C 1' besteht. Zur Erzielung einer großen Einschwingzeitkonstante
ist beim Vierpol nach der F i g. 3 ein zweites gleichartiges Querglied aus dem Kondensator
C2 parallel zur Reihenschaltung
aus dem Widerstand R 2 und dem
Kondensator C 2' vorgesehen, das mit dem ersten Querglied über den Koppelwiderstand
Rk verbunden ist.
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Der Einfachheit halber sollen die weiteren Ausführungen zu diesem
speziellen Vierpol auf das erste Querglied beschränkt werden. Der Kondensator Cl
ist gerade so groß bemessen, daß die ihm zugeführten Stromimpulse ausreichend geglättet
werden. Auf diese Weise ist für schnelle Änderungen eine proportionale Beziehung
zwischen der Regelspannung Ur
einerseits und der durch das Verhältnis der
zu- und abgeführten Ladungen gegebenen Phasenabweichung der Bezugsschwingung herbeigeführt.
Der Kondensator C1' ist dagegen so groß bemessen, daß die Stromimpulse während der
Dauer eines amplitudenregenerierten Impulses noch keine merkbare Änderung seines
Ladungszustandes bewirken können. Auf diese Weise ist erreicht, daß der Vierpol
nach der F i g. 3 für langsame Änderungen der Phasenabweichungen integrierendes
Verhalten aufweist, d. h., daß auch hier für den im wesentlichen interessierenden
Bereich der Langzeitkonstanz eine fehlerfreie Ausregelung der Phasenabweichung gewährleistet
ist.
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Ein zu einem Amplituden-Zeitgenerator ergänzter Regelkreis entsprechend
der F i g. 2 ist in der F i g. 4 dargestellt. Dabei ist im Verbindungsweg zwischen
dem Kollektor des Schalttransistors Tsl und dem Strominverter ein übertrager Ü2
mit seiner Primärwicklung und einem hierzu parallelliegenden Widerstand Rb angeordnet,
dessen sekundärseitiger Anschluß den Ausgang für die nach Amplitude und Zeit regenerierten
Impulse des Amplituden-Zeitgenerators darstellt. Wie bereits früher darauf hingewiesen
wurde, können die gewünschten Impulse unmittelbar aus den Vorderflanken der Impulse
des Stroms ic1 entsprechend der F i g. 1 gewonnen werden.
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Der Amplitudengenerator ist in der Schaltung nach der F i g. 4 in
außerordentlich vorteilhafter Weise mit der Schalteinrichtung S nach der F i g.
2 dadurch kombiniert, daß einerseits die Emitter der Schalttransistoren Ts1 und
Ts2 über einen geeignet bemessenen Widerstand Re mit dem Bezugspotential verbunden
sind und andererseits ein Transistor Ts 4 vorgesehen ist, dessen Emitter
mit den Emittern der Schalttransistoren zusammengeschaltet ist und an dessen , Steuereingang
die vorentzerrte, zu regenerierende Impulsfolge ansteht. Kollektorseitig ist der
Transistor Ts 4 mit dem einen Schwingkreis darstellenden Taktgenerator verbunden.
Wie später noch näher erläutert werden wird, entspricht der Kollektorstrom ic4 die-
; ses Transistors den amplitudenregenerierten Impulsen entsprechend dem Diagramm
uar nach der F i g. 1, der hierbei den Schwingkreis zur Erzeugung der für die Zeitregenerierung
erforderlichen Bezugsschwingung anstößt. Der Schwingkreis besteht aus der Über-
; tragerwicklung des in der F i g. 2 bereits dargestellten übertragers Ü1, einem
hierzu parallelliegenden Festkondensator CK, dem wiederum die gegensinnige Reihenschaltung
zweier Kapazitätsdioden D 1 und D 2 parallel liegt. Die Regelspannung ur
ist hierbei den Kapazitätsdioden am gemeinsamen Verbindungspunkt zugeführt.
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Um die Sollphasenlage der im Schwingkreis angeregten Bezugsschwingung
für den Nulldurchgang dieser Bezugsschwingung festlegen zu können, ist es erforderlich,
die den Steuereingängen der Schalttransistoren Ts 1 und Ts 2 gegenphasig
zugeführte Schwingkreisspannung jeweils um 90° in der Phase zu drehen. Zu diesem
Zweck ist der Sekundärseite des übertragers Ü1 einerseits die Reihenschaltung aus
dem Widerstand R 0 und dem Kondensator C 0 und andererseits die Reihenschaltung
aus dem Widerstand R 0' und dem Kondensator C 0' parallel geschaltet. Die Basiselektroden
der Schalttransistoren Tsl und Ts2 sind an dieses phasendrehende Netzwerk an den
Verbindungspunkt zwischen dem Kondensator C 0 und dem Widerstand R 0 einerseits
und dem WiderstandRO' und dem Kondensator CO' andererseits angegeschaltet. Weiterhin
unterscheidet sich das Ausführungsbeispiel nach der F i g. 4 vom Regelkreis nach
der F i g. 2 dadurch, daß der Bezugsschwingung über den Mittelabgriff der Sekundärwicklung
des übertragers ü1 die Gleichspannung Ugl überlagert ist.
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Zur Erläuterung der Wirkungsweise des mit dem eigentlichen Zeitgenerator
kombinierten Amplitudenregenerators nach der F i g. 4 sind in der F i g. 5 die wesentlichen,
in das Diagramm der F i g. 4 ebenfalls eingetragenen Spannungen und Ströme in verschiedenen
Zeitdiagrammen angegeben. Analog zur F i g. 1 ist oberhalb der eigentlichen Diagramme
der dem zu regenerierenden Signal zugehörige Bitmaßstab mit den Angaben über die
binäre Wertigkeit der einzelnen Bits angegeben. Das oberste Spannungsdiagramm d
zeigt -in ausgezogener Linie einerseits den Verlauf der zu regenerierenden Signalspannung
ua am Steuereingang des Transistors Ts 4 sowie die an den Steuereingängen
der Schalttransistoren Ts 1 und Ts 2 anstehenden, von der Bezugsschwingung
des Schwingkreises abgeleiteten Spannungen u l' und u2'. Wie das Diagramm d erkennen
läßt, haben die Spannungen u 1' und u 2' entgegengesetzte
Phase. Ferner fallen ihre Nulldurchgänge mit der Mitte der sinusförmigen Impulse
der Spannung ua zusammen. Die ihnen überlagerte Gleichspannung Ugl hat etwa den
halben Wert der Amplitude A der Spannung ua. Der Verlauf der einzelnen Spannungen
wurde im Diagramm d deshalb übereinandergezeichnet, um die Wirkungsweise des Transistors
Ts 4 im Zusammenwirken mit den Schalttransistoren Tsl und Ts2 besser
erkennen zu lassen. Die drei Transistoren stellen mit ihren Basis-Emitter-Strecken
gleichsam drei Diodenschalter dar, von denen jeweils der Diodenschalter den durch
den gemeinsamen Emitterwiderstand Re fließenden Strom übernimmt, an dessen Basis
die positive Spannung anliegt. Im Bereich unterhalb des Zeitpunktes t1 ist die Spannung
ua am Steuereingang des Transistors Ts4 am größten. Somit übernimmt dieser Transistor
in diesem Zeitintervall den durch den Widerstand Re fließenden Strom und sperrt
dadurch die Schalttransistoren Ts1 und Ts 2. Im Zeitpunkt t 1 wird die Spannung
u2' am Steuereingang des Schalttransistors Ts 2 die größte positive Spannung.
Dieser übernimmt somit den Strom durch den Widerstand Re vom Transistor Ts
4,
der seinerseits in den Sperrzustand übergeht. Dieser Übergang entspricht
der Vorderflanke eines in seiner Amplitude regenerierten Impulses. Im Zeitpunkt
t2, in dem die Spannungen u 1' und u2' beim Wert der Vorspannung Ugl durch
Null gehen, wird die Spannung u1' zur positiven Spannung. In diesem Zeitpunkt übernimmt
folglich der Schalttransistor Ts 1 den Strom vom Schalttransistor Ts2 und sperrt
diesen. Im Zeitpunkt t3 schließlich ist der im genannten ersten Bit vorhandene Impuls
entsprechend der Spannung ua so weit abgeklungen, daß nunmehr die Spannung
ua
wiederum zur positiven Spannung wird, in der der Transistor Ts 4 den Strom
des Transistors Tsl übernimmt. Dieser Zeitpunkt entspricht der Rückflanke des in
der Amplitude regenerierten Impulses. Der Verlauf der Kollektorströme des Transistors
Ts4 (ic4) des Schalttransistors Tsl (icl) und des Schalttransistors Ts2 (ic2) sind
der Vollständigkeit halber unterhalb des Diagramms d in weiteren entsprechend bezeichneten
Diagrammen ebenfalls dargestellt. Die Gleichspannung Ugl bestimmt durch ihre Größe
mittelbar die Schwelle des die Funktion einer Amplitudenvergleichsschaltung und
einer Schalteinrichtung ausübenden Transistors Ts4.
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Im Diagramm der F i g. 5 ist in unterbrochener Linie ein weiterer
mit ua" bezeichneter Spannungsverlauf eingetragen. Ein solcher Spannungsverlauf
kann sich dann ergeben, wenn der Signalspannung ua ein singulärer Störimpuls entsprechender
Form sich überlagert. Die Folge davon wäre, daß im Schnittpunkt der Spannung uä'
mit der Spannung u1' ein Kollektorstrom icl einsetzen würde, der an dem durch den
Übertrager U2 gegebenen Ausgang des Amplituden-Zeitregenerators einen Fehlimpuls
zur Folge haben würde. Solche. Fehlimpulse können dadurch weitgehend unterbunden
werden, daß der Verlauf der Spannungen an den Steuereingängen der Schalttransistoren
Tsl und Ts2 entsprechend dem in unterbrochener Linie dargestellten Spannungsverlauf
u 1" bzw. u 2" gewählt wird. Im Hinblick auf die Spannungen
u 1' und u 2' bedeutet dies, daß einerseits die Amplitude der an den
Steuereingängen der Schalttransistoren wirksamen Spannungen größer und andererseits
ihr Phasenwinkel gegenüber der Spannung am Schwingkreis kleiner als ±90° gewählt
wird. Außerdem muß in diesem Fall die Gleichspannung Ugl auf den Wert Ugl' vergrößert
werden.