DE1762921A1 - Impulsbreitendiskriminator - Google Patents

Description

STANDARD ELEKTRIK L0R3NZ AG

Stuttgart-Zuffenhswjsen

Hellmuth-Hirth-Straße 41 . 1762921

SEL/Reg.11 865
G·G.Gassmann-69

. Impulsbreitendiskriminator

Die Erfindung befasst aioh mit einem Impulsbreitendiskriminator mit einer Diskriminatorausgangsspannung, die unterhalb und bei der Impulsbreite ti_m^_n einen Wert U"_ma3C

und oberhalb und bei der Impulsbreite ti_mnw einen Wert

max

U . und zwischen diesen Impulsbreiten ti . und ti einen nahezu linearen steilen Abfall von U auf U. aufweist.

Zur Demodulation impulsbreitenmodulierter Impulssignale ist es bekannt, das Impulssignal einem RC-Tiefpaß zuzu -. führen. Die gesiebte Spannung entspricht dem Mittelwert des Impulssignales welcher linear von der Impulsbreite abhängt. Eine derartige Impulsbreitendemodulation ist zwar sehr wirtschaftlich, hat aber dafür den erheblichen Nachteil, daß die Diskriminatorkennlinie einen sehr flachen Verlauf hat, sodaß mit anderen Worten der Demodulationswirkungsgrad sehr schlecht ist. Diese Art der Demodulation ist nicht geeignet, wenn es darauf ankommt relativ kleine Impulsbreitenschwankungen zu erfassen.

Es ist ferner bereits ein Diskriminator mit steiler Diskriminatorkennlinie bekannt, der zur ^pulsbreitendemodulation geeignet ist und der den einleitend genannten Kennlinienverlauf aufweist. Dieser Diskriminator arbeitet unter Ausnutzung der Sperrverzögerungszeit von Halbleiterelementen und ist im wesentlichen für integrierte Schaltungen unter Vermeidung von Kondensatoren und Spulen gedaoht. Da dieser Diskriminator im wesentlichen auf der Ausnutzung der Sperrverzögerungezeit von Halbleitern beruht, ist die Linearität der Diskriminatorflanke von sohleoht beeinflussbaren HaIbleitereigensohaften abhängig. Darüberhlnaus int dieser Diskriminator nicht für große Impulsbreiten bei niedriger Impulsfrequenz geeignet, da die Sperrverzogerungs zeit von Halbleitern nioht beliebig verlängert werden kann. 19.9.68
Dr.Hi(ga)~AS . 009838/1744 BAD ORIGINAL

1762B21

SEL/Reg. 11 865 -2-

Die Erfindung stellt sioh die Aufgabe die Nachteile der bekannten Diskriminatoren zu vermeiden und einen Impulsbrei tendiskriminator zu sohaffen, der einen weitgehend linearen steilen Abfall · des Verlaufs seiner Diskriminatorkurve zwisohen den Impulsbreiten ti ^ und ti hat, der sich darüberhinaus auch für sehr große Impulsbreiten bei ' sehr niedriger Frequenz eignet.

Dies wird bei einem Impulsbreitendiskriminator der eingangs erwähnten Art naoh der Erfindung daduroh erreicht, daß die auf eine bestimmte Amplitude begrenzten Eingangsimpulse duroh einen ersten Gleiohriohter 4- gleiohgeriohtet werden und die Zeitkonstante des diesem Gleiohriohter 4 naohgesohalteten RO-Gliedes 5,6 und die Vorspannung Uy dieses ersten Gleiohrichters und die Vorspannung eines naohgesohalteten Transistors 7 derart bemessen ist, daß dieser Transistor 7 bei Impulsbreiten unterhalb der Impulsbreite ti . der Diskriminatorflanke immer gesperrt ist, bei Impulsbreiten zwisohen ti

IQcLX ' »

und ti . relativ zur Impulsperiodendauer nur kurzzeitig geöffnet wird und Impulse abgibt, deren Amplitude weitgehend linear mit der Zunahme der Breite der Eingangsimpulse an steigt und bei Impulsbreiten oberhalb ti Impulse konstanter maximaler Amplitude abgibt und die Diskriminatorausgangsspannung durch Spitzengleiohriohtung der vom Transistor 7 abgegebenen Impulse mittels eines weiteren Gleichrichters 9 gewonnen wird. Dabei wird es als vorteilhaft angesehen, daß diese Spitzengleiohriohtung duroh einen in Kollektorschaltung arbeitenden Transistor erfolgt. Darüberhinaus wird es als vorteilhaft angesehen, die Diskriminatorausgangsspannung mit einem HC-Tiefpaß zu sieben, dessen Zeitkonstante so groß ist, daß auoh die tiefsten Frequenzen des Niederfrequenzanteils der Diskriminatorausgangsspannung der bei impulsbreitenmodulierten Impulssignalen auftritt,, unterdrückt werden und die so gesiebte Spannung ale Vorspannung für den ersten Gleiohriohter dient.

Der erfindungsgemäße Impulsbreitendiskriminator hat den Vorteil, duü f-r für ho] lobig große Impulsbreiten bei niedrigen Frequenzen geeignet ist, einen steilen nahezu linearen Kenn- linitnvorlauf im Arbeitsbereich awieohen den Impulsbreiten

009838/1744 /.

B1VÄ...1186, -*-

"^max ^{hai:> wotei die} Neigung dieses Verlaufs und dessen Linearität relativ einfach durch, schaltungstechnische Mittel beeinflussbar ist und außerhalb des Bereiches ti . und ti einen waggereohten Verlauf hat.

min max ^oo

Die letztgenannte Eigenschaft ist besonders bei der Anwendung des Impulsbreitendiskriminators in Regelschaltungen ( z.B. bei Drehzahlregelungen für Motoren) erwünscht,weil in Regelschaltungen eine umgekehrte Neigung der Kennlinie relativ zur Arbeitsflanke erhebliche Probleme mit sich bringen würde. Selbst bei großen Abweichungen vom eigentlichen Arbeitsbereich behält die Diskriminatorausgangsspannung einen Wert bei, der dem entsprechenden Minimalbzw. Maximalwert entspricht, so daß ein Kriterium für die erforderliche Verstimmungsriohtung vorliegt.

Anhand der Ausführungsbeispiele der beigefügten Zeichnungen sei im folgenden die Erfindung, weitere ihrer Merkmale und Vorteile näher erläutert.

In Pig.1 iat 1 die Spannungsquelle, die die impulsförmigen bereits begrenzten Signale liefert. Von der Ausgangsklemme dieser Spannungsquelle wird das impulsförmige Signal dem Gleichrichter 4 zugeführt, hinter dem das RC-Glied 5,6 zur Anwendung kommt, wobei dem Widerstand dieses RC-Gliedes eine Gleiohrichtervorpsannung Uy zugeführt wird. Die auf diese Weise ε~ι Kondensator 5 entstehende Spannung, die einen sägezahnförmigen Teil hat, wird beim Ausführungsbeispiel über die Zenerdiode 3 der Basis der Transistorstufe zugeführt, die beim Ausführungsbeispiel aus einem pnp-Transistor besteht. Die Zenerdiode 3 kann eingespart werden, wenn der Emitter des Transistors 7 eine positive Vorspannung erhält . oder' der Impulsspannquelle 1 eine feste negative Vorspannung überlagert ist. 8 ist der Kollektorwiderstand des Transistors 7. 9 ist ein in Kollektorschaltung arbeitender Transistor, der als Spitzengleiohrichter hohen Eingangswiderstandes arbeitet und der im vorliegenden Beispiel als pnp-Transistor ausgebildet ist. 10 ist der Arbeitswiderstand dieses Glelchriohters und 11 der Abblockkondensator. Vom

BAD ORIGINAL

009838/1744

fritter des Transistors 9 geht zusätzlich die Diskriminator'·' ausgangsspannung von der Klemme 12 ab. In den Fällen, in denen, der Wideretand 10 und die Belastung der Klemme 12 relativ hochohmig ist, kann anstelle des Gleichrichtertransiators 9 auch, eine Diode venrendet werden. Zur Erläuterung der Wirkungsweise der Schaltung Fig. 1 dienen die Fig. 2a bis 2c. Xn Fig. 2a wird das impulsförmige auf einen konstanten Aaplitudenwert be« grentte Eingangssignal gezeigt. T ist die Periodendauer dee Iapulssignales. Mit ti 1st die Impulsbreite bezeichnet, auf die die Diekrimi na torschaltung anspricht. Fig. 2b se igt die Span* nung aa Kondensator 5. Wahrend der Zeit (T-tl) ist der Gleichrichter 4 leitend, so daß die Spannung aa Kondensator 5 identisch let alt dem Augenblickswert der Impulsspannung. Nach Ablauf der Zeit (T-ti) wird der Gleichrichter gesperrt, so daß der Kondensator 5 von der Gleichrichtervorspannung Uy. über den Wideretand aufgeladen wird. Xn Fig. 2b ist strichpunktiert der Spannungswert eingetragen, bei dem der Traneistor 7 unter Verwendung der Zener-diode 3 zu leiten beginnt. Steigt die Spannung am Kondensator 5 über diesen Spannungewert, so fällt die Xollektorspannung des Transistors 7 nahezu linear und sehr stell ab. Flg. 2c zeigt die Kollektor spannung. Nach Ablauf der Zeit ti wird der Gleichrichter 4 wieder leitend, so daß die Spannung am Kondensator 5 wieder auf nahezu 0 Volt absinkt, der Transistor 7 gesperrt wird und somit die Kollektorspannung des Transistors 7 wieder auf den ursprünglichen positiven Wert zurückspringt. Auf diese Weise entstehen am Kollektor des Transistors 7 negativ gerichtete Nadelimpulse, die In Wirklichkeit viel schmaler sind, als sie in der Fig. 2c dargestellt sind. Die Amplitude dieser Impulse hängt nahezu linear ab von dem Zuwachs der Impulsbreite ti.. Bei der Impulsbreite ti_ftax erreichen diese Impulse einen Maximalwert, well in diesem Fall der Transistor 7 voll durchgesteuert wird.Das Impulssignal Flg. 2c am Kollektor des Transistors 7 wird mit einem Spltzengleiohrichter gleichgerichtet, der im Aueführungsbeispiel durch einen in Kollektorschaltung arbeitenden pnp-Transistor dargestellt ist. 10 ist der Arbeitswiderstand dieses Gleichrichters und 11 der Abblookkondensator. Tom

Q0iiif/1f44

Emitter dieses Transistors 9 wird die Diskriminatorausgangsspannung über die Klemme 12 abgenommen. Aus den Fig. 2a-2c ist erkennbar, daß bei Impulsbreiten kleiner ti . der Transistor 7 immer gesperrt bleibt und somit die an der Klemme 12 erscheinende Diskriminatorausgangsspannung identisch, ist mit der in diesem Ausführungsbeispiel positiven Speisespannung und daß bei Impulsbreiten großer ti__e__ der- Transistor 7 voll durch-

IHcL-A.

gesteuert wird, sodaß an der Klemme 12 eine konstante Spannung ^Umin ^erscileint· ^In Eig· 2c wurde zur Definition der Impulsbreite ti _o__ die volle'Impulsamplitude gestrichelt gezeichnet.

In den Fig. 3a - 3d ist die Impulsspannung am Kollektor des Transistors 7 in stark gedehnter Form für verschiedene Impulsbreiten ti innerhalb des Bereiches ti . und ti wiedergegeben. Wie man daraus erkennt, steigt der Amplitudenwert dieser negativ gerichteten Impulse nahezu linear mit der Impulsbreite ti an. Die Spannung ILj₁₁ i& Eig· 3a entspricht der Diskriminatorausgangsspannung bei der Impulsbreite ti_max· ^De^ Wert U_max in Fig. 3d entspricht dem Spannungswert der Diskriminatorausgangsspannung bei Impulsbreite unterhalb ti_min. Die Spannungen TL und Up in den Fig. 3b und 3c entsprechen den Impulsbreiten t^j und tp, die zwischen den Werten ti_m^ und ti_max liegen.

In Fig. 4 schließlich ist die Diskriminatorkennlinie, also die Funktion der Diskriminatorausgangsspannung, über der Impulsbreite ti aufgetragen. In dieser Figur sind wieder die gleichen Bezugsymbole wie in den Fig. 2ä - 3d verwendet. Die Diskriminatorkennlinie endet bei dem Wert ti -T, mit anderen Worten: Wenn die Impulsbreite gleich der Periodendauer ist und damit das Impulssignal selbst verschwindet. Wird die Frequenz des Impulssignals verringert, so steigt die Periodendauer T und die Kennlinie ist entsprechend zu verlängern. In der Fig. 5 sind für gleiche Teile die gleichen Bezugszeichen wie in der Fig. 1 verwendet. Von der Anordnung der Fig. 1 unterscheidet sich die Anordnung der Fig. 5 nur dadurch, daß die Vorspannung Uy für den ersten Gleichrichter 4 nicht feet ist, sondern abhängig bzw. identisch ist vom zeitlichen Mittelwert der Diskriminatorausgangsspannung. Durch dies· Maßnahme wird erreicht, daß bei

■ ■:' VV.- , .■ ■ ■ .Λ

BAD ORIGINAL

impulsbreitenmodulierten Signalen die dynamische Kennlinie nach wie vor sehr steil ist, während die statische Kennlinie außerordentlich flach verläuft, so daß Toleranzen völlig aufgefangen werden können und ein Abgleich der Schaltung überflüssig ist. Sinkt z.B. der statische Wert der Diskriminatorausgangsspannung, beispielsweise infolge einer Bauelementalterung, ab, so sinkt auch die Spannung IJy ab, die aus der Mskriminatorausgangsspannung durch Siebung mit dem RC-Tiefpaß 13» 14 gewonnen wird. Durch diesen Abfall der Spannung U,_r wird die Zeit ti_mj_n verlängert, so daß die Amplitude der negativen Impulsspitzen am Kollektor des Transistors 7 absinkt und damit wiederum die Diskriminatorausgangsspannung ansteigt. Wie man daraus erkennt, wirkt diese Rückführung extrem stark gegenkoppelnd. Der Niederfrequenzanteil der Diskriminatorausgangsspannung, der bei impulsbreitenmodulierten Eingangssignalen auftritt, wird jedoch nicht zurückgeführt, weil die Zeitkonstante der Glieder 13, 14 so bemessen ist, daß selbst der niedrigste vorkommende Niederfrequenzanteil nicht oder nur vernachlässigbar rückgefühirt wird. Durch diese starke durch die Rückführung entstehende Gegenkopplung wird es möglich, daß der Diskriminator sich selbsttätig mit seiner Arbeitsflanke auf die mittlere Impulsbreite des Eingangssignals abstimmt. Die mittlere Impulsbreite kann dabei in weiten Grenzen, z.B. 1 : 20,variieren. In den Fällen, wo die Flanke der Di skrimi na torkurve einen umgekehrten Verlauf haben soll, müssen anstelle des npn-Transistore 7 ein pnp-Transistor und anstelle des pnp-Transistors 9 ein npn-Transistor verwendet werden. Außerdem muß der Gleichrichter 4- in umgekehrter Polung eingefügt werden. Ferner müssen die Batteriespannung und die Vorspannung. Uy eine umgekehrte Polarität erhalten.

BAD ORIGINAL

.ι ■,.'■'

009138/1744

Claims (3)

1. SEL/Reg.11 865

   Pat entanaprüche

   ' impulabreitendiskriminator mit einer Diskriminatorausgangsspannung, die unterhalb und bei der Impulsbreite "fci_aia einen Wert ti _ö und oberhalb und bei der Impulebreite t einen Wert U ^ und zwischen diesen Impulsbreiten

   und ti „ einen nahezu linearen steilen Abfall von π auf Utax max

   Utax , max

   ^Umin ^aufweiBt» daduroh gekennzeichnet, daß/die auf eine bestimmte Amplitude begrenzten Eingange impulse duroh einen ersten Gleichrichter (4^gleiöh]^richtei werden und die Zeitkonstante des'diesem Gleichrichter (4) naohgesohalteten RC-Gliedes (_JJL_r6-)''"und die Torepannung JJy. "dieses ersten Gleichrichters und die Vorspannung eines naohgesohalteten transistor· [PfYderart bemessen ist, daß dieser franeietorC^Tbei Impulsbreiten unterhalb der Impulsbreite ti^^ der Diekriminatorflanke iaaier gesperrt iet_f bei Impulsbreiten «wischen "bi_maac und ti^^ relativ zur ImpuleperiocCendauer nur kurseeitig geöffnet wird und Impulse abgibt, deren Amplitude weitgehend linear mit der Zunahme der Breite der EingangsImpulse ansteigt und bei Impulsbreiten oberhalb ti^^ Impulse konstanter maximaler Amplitude abgibt und die Diskriminatorausgangsspannung durch SpitBengleichrichtung der rom Transistor J[T) abgegebenen Impulse mittels eines weiteren Gleichrichters {9) gewonnen wird./
2. 2) Impulsbreitendiskriminator nach Anspruch 1,daduroh gekennzeichnet, daß der weitere Gleichrichter (9) ein in Kollektorschaltung arbeitender Transistor ist.
3. 3) Impulsbreitendiskriminator nach Anspruch 1 oder 2,daduroh gekennzeichnet, daß die Diskriminatorausgangsspannung mit einem RC-Tiefpaß (13,H) gesiebt wird, dessen Zeitkonstante so groß ist, daß auch die tiefsten Frequenzen des Hiederfrequenzanteila der Diskriminatorausgangsspannung, der bei impulsbreitenmodulierten Impuls Signalen auftritt, unterdrüoktwardenund die so gesiebte Spannung als Vorspannung (Uy) für den ersten Gleichrichter (4) dient.

   '" ' ''^;ii7 ' ^¹"' Ändcrungsges. ν. 4. ü. ι

   BAD ORIGINAL

   Leerseite