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Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung für die Durchschaltung
von Radar-Echosignalen auf verschiedene voneinander unabhängige Entfernungskanäle
unter Verwendung eines mehrstufigen, mit einer bestimmten Schiebetaktfrequenz betriebenen
Schieberegisters, von dem jede Stufe aus einer die Durchschaltung der Radar-Echosignale
bewirkenden Schaltstufe und einer der Vorbereitung der nachfolgenden Schaltstufe
dienenden Torstufe aufgebaut ist, und bei der zwei über zwei getrennte Leitungen
geführte, mit einem Tastverhältnis von 1 : 1 arbeitende Taktspannungen vorgesehen
sind, die gegeneinander eine Phasenverschiebung von 180° aufweisen und von denen
die eine Taktspannung die erste, dritte, fünfte ... usw. und die andere Taktspannung
die zweite, vierte, sechste ... usw. Schaltstufe des Schieberegisters ansteuert.
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Bei Schieberegistern ist es bekannt, die Stufen aufeinanderfolgend
auszulösen. Ein derartiger Anwendungsfall ist z. B. bei der Steuerung von Entfernungstoren
einer Bewegtzielradaranlage gegeben, wobei die Güte der Auswertung der Entfernungsinformation
über das bewegte Ziel entscheidend von den Eigenschaften des Schieberegisters abhängt.
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Es ist vorgeschlagen worden, die strengen Anforderungen an das Betriebsverhalten
eines Schieberegisters dadurch zu erfüllen, daß die aufeinanderfolgenden Stufen
abwechselnd jeweils durch eine von zwei gegeneinander eine Phasenverschiebung von
180° aufweisenden Taktspannungen gespeist und durch die vorhergehende Stufe vorbereitet
werden. Bei jedem Auftreten einer Taktspannung wird durch eine der Stufen zu deren
Auslösung ein Impuls durchgeschaltet, der zugleich das Schaltelement der nachfolgenden
Stufe vorbereitet, damit beim Auftreten der nachfolgenden, um 180° verschobenen
anderen Taktspannung der zugehörige Impuls ohne Verzögerung richtig zur Durchschaltung
eingesetzt werden kann. Der die Stufe auslösende Durchschaltimpuls ist hinsichtlich
seiner Form und seines Zeitverlaufs durch die Qualität der Taktspannungen festgelegt,
ohne daß besondere Rücksicht auf die Qualität derjenigen Bauelemente zu nehmen ist,
die der Vorbereitung einer Stufe zur Durchschaltung dienen.
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Obwohl das vorgeschlagene Schieberegister eine erhebliche Vereinfachung
ermöglicht, ist der Aufwand an Bauteilen noch verhältnismäßig groß. Jede Stufe besteht
aus zwei Teilstufen, von denen jede aus einem einen Transistor enthaltenden Netzwerk
besteht. Die jeweilige Taktspannung wird durch die eine Teilstufe, die sogenannte
Schaltstufe, durchgeschaltet, während die andere Teilstufe, die sogenannte Torstufe,
die Schaltstufe so steuert, daß diese beim Auftreten der Taktspannung in der vorhergehenden
Stufe leitend wird und bis zum Auftreten der Taktspannung in der jeweiligen Stufe
leitend bleibt.
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Aus der deutschen Auslegeschrift 1092 707 ist eine elektronische
Zähl- und Schieberegisterschaltung bekannt, bei der in den einzelnen Stufen Vierschichtdioden
eingeschaltet sind, letztere jedoch an einer einzigen Taktspannung liegen, so daß
die gesamte Einrichtung entweder nur zur Zählung von Impulsen oder bei Benutzung
als Schieberegister zum einfachen Durchschalten der Schaltzustände jeder Stufe auf
die nächste Stufe bei kurzzeitiger Unterbrechung und Wiedereinschaltung der Taktspannung
verwendet werden kann. Diese Art der Durchschaltung der Information vom Eingang
zum Ausgang des Registers läßt sidh als »Längsdurchschaltung« bezeichnen. Mit dieser
bekannten Schiebeschaltung lassen sich jedoch keine voneinander unabhängigen Radarentfernungskanäle
durchschalten.
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Aufgabe der Erfindung, welche sich auf eine Schaltungsanordnung der
eingangs genannten Art bezieht, ist es, bei möglichst geringem Schaltungsaufwand
für das Schieberegister, die Durchschaltung so vorzunehmen, daß nacheinander von
den einzelnen Schieberegisterstufen verschiedene voneinander unabhängigeEntfernungskanäle
durchgeschaltet werden.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in an sich bekannter Weise
in jeder Stufe ein einen fallenden Bereich in der Kennlinie aufweisender elektronischer
Schalter, insbesondere eine Vierschichtdiode, vorgesehen ist, der durch die Vorderflanke
des zur vorhergehenden Schaltstufe gehörenden Ansteuerimpulses im voraus leitend
gemacht und durch die Hinterflanke des zur jeweiligen Schaltstufe gehörenden Ansteuerimpulses
gesperrt wird, und daß der letztgenannte Ansteuerimpuls über den sich in leitendem
Zustand befindenden elektronischen Schalter zur Auslösung der jeweiligen Schaltstufe
und Einschaltung des entsprechenden Entfernungskanals durchgeschaltet wird und zugleich
mit seiner Vorderflanke den elektronischen Schalter in der nachfolgenden Stufe im
voraus zündet.
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Diese Durchschaltungsweise, bei der die Information nicht längs des
ganzen Registers durchgeschaltet wird, läßt sich, da von jeder Schieberegisterstufe
eine von den anderen Stufen unabhängige Information, nämlich die Besetztkennzeichnung
eines einzigen Entfernungskanals gesteuert wird, als »Querdurchschaltung« bezeichnen.
Jede Stufe enthält somit auch nur ein einziges Schalt-Bauteil, das mit einer Ersparnis
an Schaltungsaufwand die Funktionen sowohl einer Torstufe als auch einer Schaltstufe
erfüllt.
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Da der Schalter durch den zur vorhergehenden Stufe gehörenden Ansteuerimpuls
im voraus leitend gemacht, d. h. gezündet wird, läßt sich der Schalter durch nur
einen kleinen Strom im leitenden Zustand halten, bis der zur jeweiligen Stufe zugehörende
Ansteuerimpuls auftritt. Dadurch wird die für die kurzzeitige Öffnung des Schalters
benötigte Energie so klein, daß sie weitgehend auch unmittelbar aus dem zur vorhergehenden
Stufe gehörenden Ansteuerimpuls entnommen werden kann. Ohne Verzögerungsspannung
kann gearbeitet werden, wenn als Schalter eine Vierschichtdiode ohne einen Mittelanschluß
dient.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist in jeder Stufe die weitere
Übertragung des zur vorhergehenden Stufe gehörenden, den Schalter in der jeweiligen
Stufe zündenden Ansteuerimpulses zur nachfolgenden Stufe verhindert, aber die weitere
Übertragung des durch den Schalter der jeweiligen Stufe durchgeschalteten Ansteuerimpulses
zur nachfolgenden Stufe erlaubt. Als Kopplung zwischen den Stufen dient ein Übertrager,
der die miteinander gekoppelten Stufen gegeneinander hinsichtlich des Gleichstromes
isoliert sowie auch die Amplitude des in der vorhergehenden Stufe durchgeschalteten
Ansteuerimpulses zum Zünden des Schalters in der jeweiligen Stufe herauftransformiert
und durch seine Reaktanz die Wirkung dieses Ansteuerimpulses in der jeweiligen Stufe
bis nach dem Auftreten des in
der jeweiligen Stufe durchzuschaltenden
Ansteuerimpulses verlängert.
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Die Erfindung ist an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigt F i g. 1 a das Blockschaltbild eines Schieberegisters mit abwechselnder
Speisung aufeinanderfolgender Stufen mit zwei gegeneinander eine Phasenschiebung
von 180° aufweisenden Taktspannungen, F i g. 1 b den zeitlichen Verlauf der verschiedenen
Impulse dieses Schieberegisters, F i g. 2 das Schaltbild einiger Stufen des Schieberegisters,
F i g. 3 a bis 3 e den zeitlichen Verlauf der an verschiedenen Punkten der Anordnung
in F i g. 2 erscheinenden Signale.
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In F i g. 1 a ist ein aus einer Reihe in Serie untereinander verbundener
Stufen bestehendes Schieberegister dargestellt, das abwechselnd jeweils durch eine
von zwei gegeneinander eine Phasenschiebung von 180° aufweisenden negativen Taktspannungen
A und B gespeist und angesteuert ist, d. h., die Stufen I, III und V sind durch
die Taktspannung A und Stufen II und IV durch die Taktspannung B gespeist. Die Zahl
der Stufen kann beliebig ausgedehnt werden. Zur Auslösung des Zyklus des Schieberegisters
wird Puls 0, der entweder vom Ausgang der letzten Stufe der Reihe zurückgeführt
ist oder von einer den Zyklus des Schieberegisters auslösenden Quelle geliefert
wird, der Stufe I zu deren Vorbereitung zugeführt. Wie aus F i g. 1 b zu ersehen
ist, wird der nächste negative Ansteuerimpuls der Taktspannung A, der 180° danach
ohne Verzögerung durch die Stufe 1 durchgeschaltet wird, als Puls
1 in F i g. 1 b bezeichnet. Vom Puls 1 wird ein als Puls 1' bezeichneter
Teil der Stufe II zu deren Vorbereitung 180° im voraus zugeführt. Wenn der nächste
negative Ansteuerimpuls der Taktspannung B 180° später auftritt, wird er ebenso
durch die Stufe II durchgeschaltet und als Puls 2 in F i g. 1 b bezeichnet,
von dem ein Teil der Stufe III zu deren Vorbereitung als Puls 2' zugeführt
wird. In gleicher Weise wird jede Stufe nach der anderen zunächst im voraus vorbereitet
und dann ausgelöst. Wegen der Benutzung von zwei gegeneinander eine Phasenschiebung
von 180° aufweisenden Taktspannungen ist es möglich, jede Stufe 180° im voraus vorzubereiten,
da keine Taktspannung zu dieser Zeit in der jeweiligen Stufe vorhanden ist.
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Weiterhin ist es wegen der Vorbereitung der Stufen möglich, Impulse
durch das Schieberegister so durchzuschalten, daß in die Pulsform und den Verlauf
des Durchschaltimpulses die Eigenschaften der Bauteile nicht eingehen, die der Vorbereitung
zur Durchschaltung dienen.
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In jeder Stufe der Schaltungsanordnung nach F i g. 2 bildet die Kopplung
von der vorhergehenden Stufe bzw. von einer den Zyklus des Schieberegisters auslösenden
Quelle ein Übertrager U, dessen Primärwicklung in Serie mit der normalen Diode 1D3
und dem Widerstand R 1 verbunden ist. Diese Reihenschaltung ist zwischen Erde und
der Leitung E von der vorhergehenden Stufe bzw. der Quelle eingeschaltet. Zwischen
Erde und dem Anschluß an die die Taktspannung A bzw. B führende Leitung
ist eine von dem Lastwiderstand R, der Sekundärwicklung des übertragers ü und der
normalerweise gesperrten Vierschichtdiode D 1 gebildete Spannungsteilerkette eingeschaltet.
Unter Vierschichtdiode ist hier ein Halbleiter-Element, das aus vier nebeneinanderliegenden
Schichten, nämlich p-, n-, p- und n-Leiter-Schichten, zwischen zwei Endanschlüssen
entweder mit oder ohne einen dritten, steuerbaren Mittelanschluß gebildet ist. Eine
Vierschichtdiode ohne einen Mittelanschluß ist besonders vorteilhaft, da in diesem
Fall keine Versorgungsspannung vorhanden sein muß, weil die Energie für den Betrieb
des Schieberegisters völlig aus den Taktsignalen entnommen werden kann. Trotzdem
können auch andere Schalter-Typen, die einen fallenden Bereich in der Stromspannungskennlinie
aufweisen, z. B. ein Thyratron oder ein Schalttransistor, als Schalter dienen. Die
normale Diode D 2 ist parallel an die Sekundärwicklung des übertragers Ü
angeschaltet, während die Leitung zur nachfolgenden Stufe an die Spannungsteilerkette
zwischen der Sekundärwicklung und der Vierschichtdiode angeschaltet ist. Die gegeneinander
eine Phasenschiebung von 180° aufweisenden Taktspannungen A und
B wechseln zwischen Null und einem Potential U, das kleiner als die Zündspannung
der Vierschichtdiode D 1 ist.
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Die Schaltungsanordnung arbeitet folgendermaßen: Der in F i g. 3 c
dargestellte, zwischen Zeitpunkten t0 und t1 auftretende Puls 0 ist an die Leitung
E gelegt. Die Diode I D 3 leitet dadurch, und über die Primärwicklung des übertragers
tl und den Widerstand R 1 fließt Strom. Der Übertrager 0 invertiert und transformiert
den Puls 0 herauf, und der hochohmige Widerstand der gesperrten Vierschichtdiode
D 1 ist maßgebend in der Spannungsteilerkette. Darum entsteht an Punkt C
eine hohe, positive, der Spitze in F i g. 3 d entsprechende Spannung, die die Vierschichtdiode
D 1 zündet und die normale Diode D 2 in Sperrichtung polt. Dann wird der Innenwiderstand
der Sekundärwicklung, das ist der transformierte Widerstand R 1, maßgebend in der
Spannungsteilerkette, und die Spannung an der Diode D 2 sinkt ab, wie in F i g.
3 d dargestellt ist.
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Die positive Spannung am Punkt C polt die Diode II D 3 auch in der
Sperrichtung, was die weitere Übertragung von Puls 0 zur nachfolgenden Stufe verhindert.
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Solange der Puls 0 andauert, fließt, getrieben von der positiven Spannung
an Punkt C, über den Lastwiderstand R, die Sekundärwicklung des übertragers Ü und
die Vierschichtdiode D 1 ein kleiner, durch den Widerstand R 1 begrenzter
Strom, der die Vierschichtdiode leitend hält. Zum Zeitpunkt t 1 ist Puls
0 beendet, und die Taktspannung A geht auf das Potential U. Während des übergangs
zum Zeitpunkt t 1 bleibt die Vierschichtdiode D 1 wegen der Reaktanz
des Übertragers leitend. Die normale Diode D 2 wird dann leitend, und über die Dioden
D 1 und D 2 und den Lastwiderstand R fließt Strom zur Quelle der Taktspannung
A. Die leitende Diode D 2 hat einen kleinen Widerstand und hält die Spannung
an der Sekundärwicklung des Übertragers Ü klein und verhältnismäßig konstant. Der
Lastwiderstand R wird folglich in der Spannungsteilerkette maßgebend. Deswegen erscheint
der durch die Vierschichtdiode D 1 durchgeschaltete, als Puls 1' in F i g. 3 e dargestellte
Ansteuerimpuls vornehmlich an ihm. Dies gilt als die Auslösung der Stufe I. Die
normale Diode I1 D 3 wird auch leitend. Dadurch wird ermöglicht, den Ansteuerimpuls
der Taktspannung A zur nachfolgenden Stufe zu übertragen. Wenn die Taktspannung
A wieder auf Erdpotential
zum Zeitpunkt t2 zurückgeht, so wird der
Strom durch die Dioden D 1 und D 2 und den Widerstand
R zu Null. Die Vierschichtdiode kippt dann wieder in den Sperrzustand zurück und
bleibt gesperrt.
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In der Stufe 1I beginnt Puls 1' dieselbe Reihenfolge, welche
sich in allen Stufen aufeinanderfolgend wiederholt. Die Verzögerungszeit zwischen
der Vorderflanke des Ansteuerimpulses jeder Taktspannung und der Vorderflanke der
am Lastwiderstand erscheinenden Spannung wird nur durch die Schaltzeit der Diode
D 2 bestimmt, da die Vierschichtdiode D 1
schon vorher
leitend gemacht wurde. Bei Bedarf kann deshalb für die Diode D 2 eine entsprechend
schnelle Schaltdiode verwendet werden, während keine besondere Anforderung an die
Vierschichtdiode D 1 besteht. Durch Wahl eines entsprechend hohen Übersetzungsverhältnisses
des übertragers Ü wird die Schaltung unempfindlich gegen Toleranzen der Zündspannung
der Vierschichtdioden.