DE1537989C - Puls-Phasen-Modulator - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Puls-Phasen-Modulator, mit welchem Impulse unter Beibehaltung ihrer Breite in Abhängigkeit von einem Modulationssignal verzögert werden können.

Es sind sogenannte Pulsbreitenmodulatoren bekannt (M einke/Grundlach, Taschenbuch der Hochfrequenztechnik, 1956, S. 92^/ Abb. 11.4), die aus einem Sägezahngenerator und feinem vom Modulationssignal gesteuerten Schwellwertschalter bestehen und mit denen die Vorder- oder Rückflanke eines Impulses gegenüber der anderen Impulsflanke in Abhängigkeit von einem Modulationssignal verzögert werden kann. In manchen Fällen enthält jedoch oft auch noch die Impulsbreite eine gewisse Zeicheninformation, und für solche Fälle sind diese bekannten Pulsbreitenmodulatoren nicht brauchbar.

Es sind zwar an sich auch schon einfache Verzögerungsschaltungen bekannt (Zeitschrift Nature, Januar 26, 1952, S. 148 und .149), mit denen sowohl eine Verzögerung der Vorder- und Rückflanke möglich ist, jedoch nur in Abhängigkeit von einer Steuerfrequenz, durch welche die mehreren Ladekondensatoren zugeordneten Steuerschalter in zeitlicher Aufeinanderfolge gesteuert werden. Eine Steuerung bzw. Modulation in Abhängigkeit von einem Modulationssignal ist mit dieser bekannten Schaltung nicht möglich, und diese bekannte RC-Verzögerungsschaltung ist daher auch nicht als Plus-Phaseri-Modulator geeignet.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen im Aufbau einfachen und streng linear arbeitenden Puls-Phasen-Modulator zu schaffen, mit dem ohne Änderung der Impulsbreite in Abhängigkeit von einem Modulationssignal eine Impulsverschiebung möglich ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwei oder mehrere an sich bekannte Schaltungen zur Pulsflanken verschiebung, jeweils bestehend aus einem linearen Sägezahngenerator und einem vom Modulationssignal gesteuerten Schwellwertschalter, derart in Kaskade geschaltet sind, daß sowohl die Vorder- als auch die Rückflanke eines Eingangsimpulses in Abhängigkeit vom Modulationssignal gleich lang verzögert werden.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Puls-Phasen-Modulators ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Ein erfindungsgemäßer Puls-Phasen-Modulator ist im Aufbau sehr einfach und ermöglicht eine streng lineare Verzögerung der ankommenden Impulsfolge ohne Beeinträchtigung der Impulsbreite. Durch den ersten Sägezahngenerator mit zugeordnetem gestevertem Schwellwertschalter wird die abfallende Flanke der angelegten Eingangsimpulse und durch den darauffolgenden Sägezahngenerator mit zugeordnetem gesteuertem Schwellwertschalter jeweils die ansteigende Flanke der Impulse um den gleichen Betrag verzögert. Es können mit der erfindungsgemäßen Schaltung auch diejenigen Impulse der Eingangsimpulsfolge unterdrückt werden, deren Länge kleiner ist als die jeweilige Verzögerungszeit.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

F i g. 1 zeigt das Prinzipschaltbild eines erfindungsgemäßen Puls-Phasen-Modulators;

F i g. 2 zeigt die dazu gehörigen Spannungsverläufe.

Der dargestellte Puls-Phasen-Modulator umfaßt zwei lineare Sägezahngeneratoren, jeweils bestehend aus einem Speicherkondensator C₁ bzw. C₂, die an den Kollektoren von in Emitterschaltung betriebenen NPN-Transistoren T₁ bzw. T₂ gegen Masse geschaltet sind. Die Sägezahngeneratoren werden über Konstantstromquellen gespeist, die in dem gezeigten Ausführungsbeispiel durch die Transistoren T₁₁ und T₁₂ gebildet sind. Der Basis des Transistors T₁ werden die zu verzögernden Rechteckimpulse als Eingangsspannung Ve zugeführt. Am Kollektor eines dritten TransistorsT₃ können die gegenüber dem Eingang zeitlich verzögerten Rechteckimpulse als Ausgangsspannung V₃ abgegriffen werden. Parallel zu den Speicherkondensatoren C₁ und C₂ sind Steuertransistoren T₂₁ bzw. T₂₂ mit entsprechenden Kollektorwiderständen J?₄ bzw. R₆ geschaltet. An den Basen dieser Steuertransistoren T₂₁ bzw. T₂₂ liegt die Steuerspannung V_et an, beispielsweise eine zur Puls-Phasen-Modulation der am Eingang des Transistors T₁ eingespeisten Rechteckimpulsfolge geeignete Modulationsspannung. Parallel zur Emitter-Kollektor-Strecke dieser Steuertransistoren T₂₁ bzw. T₂₂ sind außerdem zusätzlich noch Dioden D₁ bzw. D₂ geschaltet. Diese Dioden D₁ und D₂ dienen bei Betrieb mit höheren Frequenzen, dazu, eine schnellere Sperrung der nachfolgenden Transistoren T₂ bzw. T₃ zu erreichen. _x-Die Wirkungsweise dieser Schaltung ist folgende*' Bei Eingangsspannung Ve = 0 ist der Transistor T₁ gesperrt. Der Kondensator C₁ wird über den als Konstantstromquelle wirkenden Transistor T₁₁, an dessen Kollektor ein linearer Spannungsanstieg erzielt wird, aufgeladen, und zwar bis zum Leitendwerden des Steuertransistors T₂₁. Der Transistor T₂ wird damit auch leitend, und der Transistor T₃ ist gesperrt. Wird nun durch das Eintreffen des ersten zu verzögernden Rechteckimpulses die Basisspannung am Transistor T₁ positiv, so wird dieser Transistor T₁ leitend und damit auch die im Kondensator C₁ gespeicherte Spannung U₁ etwa Null. Daraufhin wird der Transistor T₂ gesperrt, und es kann sich nunmehr der Kondensator C₂ über den Transistor T₁₂ aufladen. Dieser Aufladevorgang erfordert eine gewisse Zeit τ und erfolgt so lange, bis die Umschaltspannung des Transistors T₃ erreicht ist und dieser leitend wird. Der gleiche Ladevorgang tritt beim Sperren des Transistors T₁ bezüglich des Speisekondensators C₁ auf. Aus F i g. 2 ist ersichtlich, daß die ansteigende Flanke des zu verzögernden Impulses durch das ÜC-Glied zwischen Transistor T₂ und T₃ und die abfallende Flanke dieses Impulses durch das .RC-Glied zwischen Transistor T₁ und T₂ um eine vorbestimmte Zeitdauer τ verzögert wird. Die Zeitverzögerung für die ansteigende und abfallende Flanke ist gleich groß, wenn die beiden ÄC-Glieder die gleiche Zeitkonstante besitzen und die Umschaltspannungen der Transistoren gleich groß sind. Hierbei wird ferner angenommen, daß die Kollektorrestspannung der Transistoren praktisch vernachlässigbar klein gegenüber deren Schwellspannung ist. In diesen Fällen wird also der Impuls nicht verzerrt. Die Größe der Umschaltspannung V für die Transistoren entspricht im Sinne der F i g. 2 der Summe der angelegten Steuerspannung Vn und der Schwellspannung V₁ des Transistors T₂₁. Aus F i g. 2 ist zu ersehen, daß dep-Steuerbereich der Verzögerungszeit τ nicht größer als die Impulsdauer /₂ sein kann. Wenn Z₁ sehr klein gegenüber /₂ ist, ist demzufolge eine Phasenänderung von fast 360° möglich. Dieser Bereich wird allerdings in der Praxis dadurch eingeschränkt, daß eine Steuerung der Umschaltspannung von dem Wert Null ab häufig nicht möglich ist. Allerdings lassen sich beliebig große

Laufzeit- bzw. Phasenänderungen durch in Kette hintereinandergeschaltete i?C-Verzögerungsglieder erreichen.

Die Schaltung nach F i g. 1 ist auch für feste Verzögerungszeiten benutzbar, wenn die Steuerspannung Vtt konstant gewählt wird. Werden geringere Anforderungen an die Linearität des Modulators gestellt, so können auch die Konstantstromquellen durch Widerstände ersetzt werden.

Um bei der Schaltung nach Fig. 1 eine gute Linearität zu erreichen, sollten die i?C-Verzögerungsglieder paarweise sehr gut übereinstimmende Eigenschaften besitzen.

Die erfindungsgemäße Schaltung setzt Rechteckimpulse .am Eingang voraus. Soll eine Puls-Phasen-Modulation beliebig anderer Wechselspannungsverläufe vorgenommen werden, so müssen diese Wechselspannungen zuerst in bekannter Weise in entsprechende Rechteckimpulsfolgen umgewandelt werden.

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Claims (6)

Patentansprüche:

1. Puls-Phasen-Modulator, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehrere an sich bekannte Schaltungen zur Pulsflankenver-Schiebung, jeweils bestehend aus einem linearen Sägezahngenerator (R₁, T₁₁, T₁, C₁ bzw. R₂, T₁₂, T₂, C₂) und einem vom Modulationssignal (U&) gesteuerten Schwellwertschalter (T₂^ bzw. T₂₂), derart

in Kaskade geschaltet sind, daß sowohl die Vorderals auch die Rückflanke eines Eingangsimpulses in Abhängigkeit vom Modulationssignal (U_tt) gleich lang verzögert werden.

2. Modulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Sägezahngenerator aus einem Speicherkondensator (C₁, C₂) mit parallelgeschaltetem elektronischem Steuerschalter (T₂₁, T₂₂) besteht und der elektronische Steuerschalter (T₁) des ersten Sägezahngenerators durch die zu verzögernden Rechteckimpulse (Ug) gesteuert ist, der elektronische Steuerschalter (T₂₂) des zweiten Sägezahngenerators durch die am Speicherkondensator (C₁) des ersten Sägezahngenerators auftretende Ladespannung (U₁) gesteuert ist und ein dritter elektronischer Steuerschalter (T₃) an eine Speisespannungsquelle (U₀) angeschlossen und durch die am zweiten Speicherkondensator (C₂) auftretende Ladespannung (U₂) gesteuert ist.

3. Modulator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronischen Steuerschalter jeweils durch einen in Emitterschaltung betriebenen Schalttransistor (T₁, T₂, T₃) gebildet sind.

4. Modulator nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherkondensatoren (C₁, C₂) in an sich bekannter Weise jeweils über Konstantstromquellen (7*_u, T₁₂) aufgeladen werden.

5. Modulator nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die gesteuerten Schwellwertschalter jeweils Steuertransistoren (T₂₁, T₂₂) sind, die mit ihren Emitter-Kollektor-Strecken jeweils" v" parallel zu den Speicherkondensatoren geschaltet sind und an deren Basen das Modulationssignal (Usi) anliegt und deren über Widerstände (A₄, R₅) an Masse liegenden Kollektoren jeweils mit der Basis des nächstfolgenden Schalttransistors (T₂, T₃) verbunden ist, so daß dieser nachfolgende Schalttransistor (z. B. T₂) jeweils dann leitend wird, wenn die Ladespannung des vorhergehenden Speicherkondensators (z. B. C₁) die Summe der Modulationssignalspannung (U_st) und der Schwellspannung (Us) des Steuertransistors (z. B. T₂₁) überschreitet.

6. Modulator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur Emitter-.Kollektor-Strecke des Steuertransistors (T₂₁, T₂₂) eine Diode (D₁, D₂) geschaltet ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen