DE1762693B2 - Elektrische schaltung zur ableitung einer impulsfolge aus einem analogsignal - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Schaltung zur Ableitung einer Impulsfolge aus einem Analogsignal, bei der eine für die einzelne Amplitudenprobe des Analogsignals charakteristische Anzahl von Einzelimpulsen vorgegebener Folgefrequenz abgeleitet wird.

Bekannt ist ein Codierer nach dem Zählverfahren, bei dem ein Analogwert in einen dauermodulierten Puls und dieser wieder in eine von der Dauer dieses Impulses

abhängige Zahl von impulsen umgewandelt wird. Dies is: in dem Buch »Theorie und Technik der Pulsmodulation« von H ö 1 ζ 1 e r und Holzwarth, Springer-Verlag, Berlin/Göttingen/Heidelberg, 1957, auf den S. 436 bis 439 und 452 bis 455, beschrieben.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe befteht darin, eine derartige Schaltung zu realisieren, die gegenüber der bekannten eine größere Bandbreite und höhere Schnelligkeit aufweist.

Ausgehend von einer elektrischen Schaltung zur Ableitung einer impulsfolge aus einem Analogsignal, bei der eine für die einzelne Amplitudenprobe des Analogsignals charakteristische Anzahl von Einzelimpulsen vorgegebener Folgefrequenz abgeleitet wird, wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Impulsgenerator vorgesehen ist, dessen Ausgangsimpulse in der Folgefrequenz mit den zu erzeugenden Impulsen übereinstimmen und an den ein Verbraucher angeschaltet ist, an dem die der jeweiligen Amplitudenproben entsprechenden, kurzen Jmpulsfol- zo gen abnehmbar sind, daß diesem Impulsgenerator-Stromkreis ein Kippwiderstand zugeordnet ist, der mittels eines Steuerstromkreises in seinem Widerstandswert veränderbar ist und daß der Steuerstromkreis einen weiteren Kippwiderstand enthält, dessen Widerstandswert durch das Analogsignal in Verbindung mit einem zeitlich, im Amplitudenwert zunehmenden oder abnehmenden Signal, vorzugsweise sägezahnförmig verändernden Verlaufs vom niederohmigen in den hochohmigen Bereich kippt und daß das an diesem zweiten Kippwiderstand gewonnene elektrische Kriterium das Steuersignal ist.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind Kippwiderstände vom Dynatrontyp vorgesehen.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Schaltung mit derartigen Kippwiderständen besteht darin, daß eine Parallelschaltung einer ersten Tunneldiode, eines Verbrauchers, eines Impulsgeneraiors mit Vorwiderstand und einer ersten Vorspannungsquelle mit Vorwiderstand derart vorgesehen ist, daß der negative Anschluß der Vorspannungsquelle mit der Kathode der ersten Tunneldiode verbunden ist, daß ferner eine Parallelschaltung einer zweiten Tunneldiode, eines Widerstandes, einer zweiten Vorspannungsquelle mit Vorwiderstand, einer Sägezahnspannungsquelle mit Vorwiderstand und eines Einganges mit Vorwiderstand derart vorgesehen ist, daß die positiven Anschlüsse der Sägezahnspannungsquelle und der zweiten Vorspannungsquelle mit der Anode der zweiten Tunneldiode verbunden sind, daß die Kathode der ersten Tunneldiode über einen Koppelwiderstand mit der Anode der zweiten Tunneldiode und deren Kathode mit der Anode der ersten Tunneldiode verbunden sind und daß die Quelle der Amplitudenproben derart an den Eingang angeschlossen ist, daß ihr negativer Anschluß mit der Anode der zweiten Tunneldiode verbunden ist.

Vorteilhaft ist es dabei, wenn der Erzeugung eingeprägter Ströme dienende hochohmige Vorwiderstände vorgesehen sind.

Bei einer anderen praktischen Ausführung des Erfindungsgegenstandes sind Kippwidei stände vom Lichtbogentyp vorgesehen.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes mit derartigen Kippwiderständen besteht darin, daß eine Parallelschaltung einer Reihenschaltung eines ersten Kippwiderstandes, eines Verbrauchers, einer ersten Vorspannungsquelle und eines Impulsgenerators, ferner einer Reihenschaltung eines zweiten KippwiderstandeS; eines Widerstandes, eines Einganges, einer Sägezahnspannungsquelle und einer zweiten Vorspannungsqueiie und ferner eines Koppelwiderstandes vorgesehen sind, und daß die Kippwiderstände in der Parallelschaltung entgegengesetzt gepolt angeordnet sind.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes ist die zweite Vorspannungsqueiie derart bemessen, daß die Arbeitsgerade des zweiten Kippwiderstandes kurz unterhalb des Spannungs- bzw. Strommaximums der Kennlinie liegt.

Die Sägezahnspannungsquelle ist vorteilhaft derart bemessen, daß der Strom bzw. die Spannung während des Anstieges nach der Kompensation des jeweiligen Ana'sogstromes bzw. Analogspannung die Arbeitsgerade über das Slrommaximum bzw. das Spannungsmaximum der Kennlinie des zweiten Kippwiderstandes anhebt.

Die erste Vorspannungsquelle ist vorteilhaft derart bemessen, daß die Arbeitsgerade die Kennlinie de.. ersten Kippwiderstandes ungefähr in der Mitte des Bereiches näherungsweise konstanten Stromes bzw. konstanter Spannung schneidet.

Der Impulsgenerator kann vorteilhaft derart bemessen sein, daß der Strom bzw. die Spannung durch periodische Veränderung der Lage der Arbeitsgeraden noch kein Umspringen des ersten Kippwiderstandes bewirkt. Das Steuersignal kann jedoch die Arbeitsgerade des ersten Kippwiderstandes derart absenken, daß dieser umspringt.

Der Impulsgenerator kann vorteilhaft aber auch derart bemessen sein, daß die durch ihn hervorgerufene periodische Veränderung der Arbeitsgeraden ein Umspringen des ersten Kippwiderstandes im Takte der Impulsfolgefrequenz bewirkt. Das Steuersignal kann dabei den Variationsbereich der Arbeitsgeiaden des ersten Kippwiderstandes unter das Strom- bzw. Spannungsmaximum der Kennlinie absenken.

In Weiterbildung der Erfindung kann eine Sägezahnspannungsquelle vorgesehen sein, deren Strom- bzw. Spannungsanstieg durch einen negativen Impuls oder negative Werte eingeleitet wird.

Als Kippwiderstände vom Lichtbogentyp dienen beispielsweise Gallium-Arsenid-Filme.

An Hand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend näher erläutert.

F i g. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes unter Verwendung von Tunneldioden;

Fig. 2 zeigt die Kennlinie und Arbeitsgerade der zweiten Tunneldiode, und

F i g. 3 und 4 zeigen die Kennlinie und Arbeitsgerade der ersten Tunneldiode;

Fig.5 zeigt ein Ausführungsbeispie! des Erfindungsgegenstandes unter Verwendung von Kippwiderständen des Lichtbogentyps.

Die Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltung. Diese enthält Tunneldioden 1 und 7, Widerstände 2, 4, 6, 8, 10, 12, 13 und 14, V^rspannungsquellen 5 und 9. eine Sägezahnspannungsquelle 11, einen Impulsgenerator, wie beispielsweise eine Hochfrequenzspannungsquelle 3, einen Eingang E für die Analogspannung und einen Ausgang A für die abgeleitete Impulsfolge. Die Widerstände 4,6,10,12,13 sind derart hochohmig, daß alle Spannungsquellen eingeprägte Ströme in die Schaltung einspeisen.

Die Wirkungsweise der Anordnung ist folgende: Die Vorspannungsquelle 9 ist so dimensioniert, daß die

Widerstandsgerade 15 in der Fig. 2 kurz unterhalb des Kennlinienmaximums, des Sprungpunktes S liegt. Der eingeprägte Strom der Sägezahnspannungsquelle 11 fließt in die gleiche Richtung wie der eingeprägte Strom der Vorspannungsquelle 9. Liegt keine Analogspannung am Eingang E an, so hebt der Strom der Sägezahnspannungsquelle unmittelbar nach Beginn seines Anstieges die Arbeitsgerade 15 über den Sprungpunkt 5 in die Lage 16 und die Tunneldiode 1 springt von ihrem niederohmigen in ihren hochohmigen Zustand, so daß an ihren Klemmen statt der Spannung U1 die Spannung U 2 abfällt.

Liegt eine Analogspannung an, so fließt ein dem Strom der Sägezahnspannungsquelle 11 und dem Strom der Vorspannungsquelle 9 entgegengerichteter Analogstrom durch den Widerstand 13. Die Arbeitsgerade gelangt in der F i g. 2 dadurch beispielsweise in die Lage 17. Der Strom der Sägezahnspannungsquelle 11 muß nun einen entsprechend höheren Wert erreichen bis die Tunneldiode 7 umspringen kann. Er verursacht dies nach einer entsprechend längeren Zeit, als wenn keine Analogspannung anliegt, so daß die Zeit zwischen dem Beginn des Sägezahnstromanstieges und dem Sprung der Tunneldiode 7 dem Analogstrom direkt proportional ist.

Die Tunneldiode 1 dient als Schalter eines Hochfrequenzstromes der Hochfrequenzspannungsquelle 3 und wird durch den Spannungssprung U\IU2 der Tunneldiode 7 gesteuert. Die Vorspannungsquelle 5 liefert über den Widerstand 6 einen eingeprägten Vorstrom, der die Tunneldiode 1 auf den Arbeitspunkt A auf der Arbeitsgeraden 18 in F i g. 3 einstellt. Die Tunneldiode 1 ist gegenüber der Tunneldiode 7 umgepolt. Dies ist in der F i g. 3 dadurch berücksichtigt, daß die Kennlinie mit umgekehrter Polung dargestellt ist. Der negative Vorstrom der Vorspannungsquelle 5 und der Widerstand 2 sind so dimensioniert, daß die Arbeitsgerade 18 die Kennlinie ungefähr in der Mitte ihres waagerechten Bereiches schneidet. Die Hochfrequenzspannungsquelle 3 bewirkt durch ihren Strom, daß die Arbeitsgerade 18 im schraffierten Bereich periodisch um ihre Mittellage pendelt. Die Breite des schraffierten Bereiches wird über die Hochfrequenzspannungsquelle 3 derart eingestellt, daß die Tunneldiode 1 noch nicht umspringt, d. h. der schraffierte Bereich nicht über den Punkt B hinausreicht.

Die an dem Ausgang A entstehende Hochfrequenzspannung ist durch die Projektion der Schnittpunkte der Bereichsgrenzen mit der Kennlinie auf die Spannungsachse gegeben und hat den verhältnismäßig großen Hochfrequenzspannungswert Ui. Ein geringer positiver, von der Tunneldiode 7 herrührender Stromimpuls verschiebt nun den Aussteuerbereich der Arbeitsgeraden 18 über den Punkt B hinaus, so daß die Tunneldiode 1 beim nächsten Maximum des Hochfrequenzstromes in ihre niederohmige Lage springt. Die jetzt entstehende Hochfrequenzspannung U2 ergibt sich durch die Projektion der Schnittpunkte der Bereichsgrenzen der Arbeitsgeraden 18 mit dem steilen Kennlinienteil. Die Hochfrequenzspannung U\ ist wesentlich kleiner als die Hochfrequenzspannung U2 und die Hochfrequenzspannung ist praktisch abgeschaltet.

Besonders günstig arbeitet der »Schalter«, wenn die Amplitude der Hochfrequenzspanungsquellc 3 so groß gewählt ist, daß die Tunneldiode 1 im Takte der Hochfrequenz hin- und herkippt. Der Bereich, den die Widerstandsgerade dann überstreichen muß, ist in Fig.4 mit ausgezogenen Grenzgeraden dargestellt. Diese Betriebsart ergibt im angeschalteten Zustand eine wesentlich größere Hochfrequenzspannung (71. Abgeschaltet wird wiederum durch einen von der Tunneldiode 7 herrührenden positiven Stromsprung über dem Widerstand 14, der den Bereich, den die Arbeitsgerade überschreiten muß, so verschiebt, daß er unter dem Sprungpunkt 5 liegt, was durch die gestrichelt ausgezogenen Grenzgeraden angedeutet ist. In diesem Augenblick springt die Tunneldiode 1 nicht mehr hin und her, sondern der Betrieb spielt sich nur noch auf dem nullpunktseitigen steilen Ast der Kennlinie ab, wodurch die Hochfrequenzspannung nur den kleinen Wert U2 aufweist. Das Zurückschalten erfolgt dann, wenn der über den Widerstand 14 von der Tunneldiode 7 herrührende Stromsprung verschwindet, weil die Tunneldiode 7 zurückspringt. Dies kann zu Beginn einer jeden Sägezahnperiode durch einen negativen Impuls oder durch den Sägezahn selbst bewerkstelligt werden wenn letzterer mit negativen Werten beginnt. In beiden Fällen muß gewährleistet sein, daß die Arbeitsgerade in Fig. 2 zu Beginn des Sägezahnes kurzzeitig unter den Punkt £?der Kennlinie gedruckt worden ist.

Die Fig.5 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes in Form einer zu F i g. 1 dualer Schaltung unter Verwendung von Gallium-Arsenid-Filmen als Kippwiderstande. Die dualen Beziehunger zwischen den Schaltungen beider Typen von Kipp widerständen sind in den »Nachrichtemechnischer Fachberichten«, Bd. 13, 1958, F. Vieweg & Sohn, Braun schweig, von U r t e 1, auf S. 25 beschrieben.

Die Anordnung enthält Kippwiderstände 21, 27 Widerstände 22,28 und 34, Vorspannungsquellen 25 unc 29, eine Hochfrequenzspannungsqueüe 23. eine Säge zahnspannungsquelle 31. einen Eingang E für di( Analogspannung und einen Ausgang A. Die Wirkungs weise der Anordnung ist zu der nach der F i g. 1 dual.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (15)

Patentansprüche: 17 δ 693

1. Elektrische Schaltung zur Ableitung einer Impulsfolge aus einem Analogsignal, bei der eine für die einzelne Amplitudenprobe des Analogsignals charakteristische Anzahi von Einzelimpulsen vorgegebener Folgefrequenz abgeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Impulsgenerator vorgesehen ist, dessen Ausgangsimpulse in der Folgefrequenz mit den zu erzeugenden Impulsen übereinstimmen und an den ein Verbraucher angeschaltet ist, an dem die den jeweiligen Amplitudenproben entsprechenden kurzen Impulsfolgen abnehmbar sind, daß diesem Impulsgenerator-Stromkreis ein Kippwiderstand zugeordnet ist, der mittels eines Steuerstromkreises in seinem Widerstandswert veränderbar ist und daß der Sleuerstromkreis einen weiteren Kippwiderstpnd enthält, dessen Widerstandswert durch das Analog-Signal in Verbindung mit einem zeitlich im Amplitudenwert zunehmenden oder abnehmenden Signal, vorzugsweise sägezahnförmig verändernden Verlaufs vom niederohmigen in den hochohmigen Bereich kippt, und daß das an diesem zweiten Kippwiderstand gewonnene elektrische Kriterium das Steuersignal ist.

2. Elektrische Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Kippwiderstände vom Dynatrontyp vorgesehen sind.

3. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Parallelschaltung einer ersten Tunneldiode (1), eines Verbrauchers (2), eines Impulsgenerators (3) mit Vorwiderstand (4) und einer ersten Vorspannungsquelle (5) mit Vorwiderstand (6) derart vorgesehen ist, daß der negative Anschluß der ersten Vorspannungsquelle (5) mit der Kathode der ersten Tunneldiode (1) verbunden ist, daß ferner eine Parallelschaltung einer zweiten Tunneldiode (7), eines Widerstandes (8), einer Zweiten Vorspannungsquelle (9) mit Vorwiderstand (10), einer Sägezahnspannungsquelle (11) mit Vorwiderstand (12) und eines Einganges (E) mit Vorwiderstand (13) derart vorgesehen ist, daß die positiven Anschlüsse der Sägezahnspannungsquelle (11) und der zweiten Vorspannungsquelle (9) mit der Anode der zweiten Tunneldiode (7) verbunden sind, daß die Kathode der ersten Tunneldiode (1) über einen Koppelwiderstand (14) mit der Anode der !zweiten Tunneldiode (7) und deren Kathode mit der Anode der ersten Tunneldiode (1) verbunden sind lind daß die Quelle der Arnpütudcnproben derart an den Eingang ^angeschlossen ist, daß ihr negativer Anschluß mit der Anode der zweiten Tunneldiode (7) verbunden ist.

4. Schaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Erzeugung eingeprägter Ströme dienende hochohmige Vorwiderstände (4, 6, 10, 12, 13) vorgesehen sind.

5. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Kippwiderstände vom Lichtbogentyp vorgesehen sind.

6. Schaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Parallelschaltung einer Reihenschaltung eines ersten Kippwiderstandes (21), eines Verbrauchers (22), einer ersten Vorspannungsquelle (25) und eines Impulsgenerators (23), ferner einer Reihenschaltung eines zweiten Kippwiderstandes (27), eines Widerstandes (28), eines Einganges (E), einer Sägezahnspannungsquelle (31) und einer zweiten Vorspannungsquelle (29) und ferner eines Koppelwiderstandes (34) vorgesehen sind, und daß die Kippwiderstände in der Parallelschaltung entgegengesetzt gepolt angeordnet sind.

7. Anordnung nach Anspruch 3 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Vorspannungsquelle (9, 29) derart bemessen ist, daß die Arbeitsgerade de's zweiten Kippwiderstandes (7,27) kurz unterhalb des Spannungs- bzw. Strommaximums (S) der Kennlinie liegt.

8. Schaltung nach Anspruch 3 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Sägezahnspannungsquelle (11,31) derart bemessen ist, daß der Strom bzw. die Spannung während des Anstieges nach der Kompensation des jeweiligen Analogstromes bzw. der Analogspannung die Arbeitsgerade über das Strommaximum bzw. Spannungsmaximum (5,1 der Kennlinie des zweiten Kippwiderstandes (7,27) anhebt.

9. Schaltung nach Anspruch 3 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Vorspannungsquelle (5,25) derart bemessen ist, daß die Arbeitsgerade die Kennlinie des ersten Kippwiderstandes (1, 21) ungefähr in der Mitte des Bereiches näherungsweise konstanten Stromes bzw. konstanter Spannung schneidet.

10. Schaltung nach Anspruch 3 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulsgenerator (3, 23) derart bemessen ist, daß der Strom bzw. die Spannung durch periodische Veränderung der Lage der Arbeitsgeraden noch kein Umspringen des ersten Kippwiderstandes (1,21) bewirkt.

11. Schaltung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuersignal die Arbeitsgerade des ersten Kippwiderstandes (1, 21) derart absenkt, daß dieser umspringt.

12. Schaltung nach Anspruch 3 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulsgenerator (3, 23) derart bemessen ist, daß die durch ihn hervorgerufene periodische Veränderung der Arbeitsgeraden ein Umspringen des ersten Kippwiderstandes (1, 21) im Takte der Impulsfolgefrequenz bewirkt.

13. Schaltung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuersignal den Variationsbereich der Arbeitsgeraden des ersten Kippwiderstandes (1, 21) unter das Strom- bzw. Spannungsmaximum (S) der Kennlinie absenkt.

14. Schaltung nach Anspruch 3 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Sägezahnspannungsquelle (11, 31) vorgesehen ist, deren Strom- bzw. Spannungsanstieg durch einen negativen Impuls oder negative Werte eingeleitet wird.

15. Schaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Kippwiderstände (21, 27) Gallium-Arsenid-Filme vorgesehen sind.