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Sehaltungeanordaung Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung
nach Art der unter den Bezeichnungen "Diodenpumpe", "Transistor-Diodenpumpe" oder
" "Zähldiskriminator" bekannten elektrischen Umladungsschaltungen zur Gewinnung
einer Ausgangsspannung, deren Größe abhängig ist von der Frequenz der zugeführten
Eingangsspannung, mit einem in Abhkngigkeit von der angelegten Frequenz arbeitenden
Schalter zum Auf-und Entladen eines Ladekondensators aus einer Gleichspannungsquelle,
welcher Ladekondensator beim in Rhythmus der angelegten Frequenz erfolgenden Entladevorgang
seine Ladung über ein (als Diode oder Transistor ausgebildetes) elektrisches Ventil
wenigstens teilweise an ein den Ausgang der Schaltungsanordnung bildendes RC-Glied
abgibt.
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Unter der Frequenz der Eingangsspannung wird dabei auch z. B. die
Impuls-folgefrequenz einer angelegten Eingangsspannung verstanden.
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Zwei derartige Schaltungsanordnungen sind in den Fig. 1 und 2 angegeben,
wobei Fig. 1 die Schaltung einer "Diodenpumpe" und Fig. 2 die Schaltung einer "Transistor-Diodenpumpe"
zeigt.
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Das Funktionsprinzip der beiden Schaltungen ist in beiden Fällen gleich.
Solange am Eingang (E) kein Signal (U~) liegt, ist der Transistor T1 gesperrt und
der Ladekondensator C2 lädt sich über den Widerstand R2 und die Diode D1 auf die
Betriebsspannung Ub auf.
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Wird an den Eingang ein positiver Impuls gegeben, so wird T1 leitend,
d.h. das Potential an seinem Kollektor springt auf Null (Massepotential). Entsprechend
verkleinert sich das Potential auf der
mit der Diode D2 bzw. dem
Emitter von T2 verbundenen Seite des Ladekondensators C2, was bewirkt, daß die Diode
D2 (Fig-. 1) bzw. die Basis-Emitter-Diode des Transistors T2 (Fig. 2) leitend wird
Der Ladekondensator 02 entlädt sich nuntber die Diode D2 bzw. über die Basis-Emitter-Diode
des Transistors T2 und teilt seine Ladung dem Kondensator 03 mit0 Im Falle der Fig.
1 lädt sich somit der Kondensator C3 um einen gewissen Betrag negativ auf, während
im Falle der Fig. 2 die in 03 gespeicherte positive Ladung um einen gewissen Betrag
vermindert wird, was im Endeffekt zum gleichen Ergebnis führt0 Je nach der Frequenz
der ansteuernden Frequenz bzw. Impulsfolge tritt nun am Kondensator 03 (d.h, am
Ausgang A) ein bestimmter Gleichspannungswert (a) auf, der sich ergibt aus der Entladung
des Ladekondensators C2 über R3 und der Aufladung des Kondensators C3 und nach der
Theorie streng linear von der Frequenz abhängen sollte. In der Praxis wird diese
theoretische Linearität jedoch nicht erreicht. Es zeigt sich vielmehr generell,
daß die Ausgangsspannung von der erwarteten Linearität je nach Schaltungsauslegung
mehr oder weniger stark abweicht Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, den genannten-
Nachteil der bekannten Schaltungen zu vermeiden, d. h. die Linearität zu verbessern0
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der mit dem Ladekondensator
verbundene Anschluß des elektrischen Ventils (D2 bzw. T2) ) an ein gegenüber dem
vor Beginn der ersten Umladung an dem ausgangsseitigen Anschluß des elektrischen
Ventils liegenden Spannungspotential erhöhtes Spannungspotential angeschlossen ist.
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Die Lösung beruht auf der Erkenntnis, daß das Ventil mit abnehmendem
Strom hochohmiger wird, wodurch der Entladungsvorgang zeitlich verlängert wird0
Bei hohen Frequenzen folgt dabei der nächste Impuls, bevor die vorhergehende Entladung
des Kondensators 02 ausreichend vollständig abgeschlossen ist. Daraus folgt, daß
mit zunehmender Frequenz der Wert der Gleichspannung über C3 jeweils etwas höher
liegt als der Wert bei strenger Linearität.
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Weitere Vorteile der Erfindung werden nachfolgend ahnad@der Fig, 3
bis 5 erläutert9 die Ausführungsbeispiele der Erfindung darstellen0 Es zeigen Fig.
3 die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung als Verbesserung der Schaltung nach Fig.
1 , Fig. 4 eine erfindungsgemäße Verbesserung der Schaltung nach Fig. 2, Fig0 5
ein Diagramm, aus dem die Verbesserung der Linearität bei der Schaltung nach Fig.
4 gegenüber der Schaltung nach Fig. 2 entnehmbar ist0 Die Schaltungsanordnungen
funktionieren wie oben angegeben Nur ist jetzt erfindungsgemäß zusätzlich zwischen
den Anschluß der Gleichspannungsquelle Ub und den Eingang des elektrischen Ventils
D2 (Fig, 3) bzw. T2 (Fig. 4) parallel zum Ladekondensator C2 ein Widerstand R4 eingeschaltet.
Der Spannungsabfall über dem Widerstand R4, der durch den durch ihn hindurchfließenden
eingeprägten Strom erzeugt wird, bewirkt, daß das Potential auf der mit dem Ladekondensator
C2 verbundenen Seite des elektrischen Ventils D2 bzwe T2 angehoben wird (was im
Rahmen der Erfindung auch mittels anderer bekannter Maßnalimen - Anl@gen einer gewünschten
Vorspannung -erfolgen kann), was wiederum bewirkt, daß das Ventil D2 bzw. T2 schneller
gesperrt wird, somit der Umladevorgang schneller beendet und auf Grund dessen die
Linearität deutlich verbessert wird.
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Bei einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel, das besonders für
hohe Frequenzen geeignet ist, haben die Schaltelemente der Schaltungsanordnung nach
Fig. 4 die folgenden Zahlenwerte bzw. folgende Typenbezeichnungen: T1, T2 = BCY
58 D1 = SSD 55 R1, 10 k#, R2 = 1 k#, R3 = 27 k#, R4 = 150 kR, = 0,i/UF, C2 = 33
pF, C3 = 100 pJ? Ub = + 9 V.
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Der mit dieser Schaltungsanordnung gemessene Spannungsverlauf ist
in Fig. 5 in Abhängigkeit von der Eingangsfrequenz (f) ausgezogen eingezeichnet.
Zum Vergleich ist der Spannungsverlauf derselben Schaltungsanordnung nach Fig. 2,
d. h. ohne den erfindungsgemäßen Widerstand R gestrichelt aufgezeichnet, wobei die
Abweichungen vom linearen Verlauf durch zwei Vergleichsgeraden 1 und 2 optisch anschaulicher
dargestellt sind.
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Der Effekt der Linearitätsverbesserung durch die erfindungsgemäßen
Schaltungsanordnungen wird nicht nur bei Schaltungsanordnungen im Tiefstfrequenzbereich,
wie er in der Elektromedizin (Anwendung bei Puls- oder Atemfrequenzmessern) vorkommt,
beobachtet, sondern auch bei wesentlich höheren Frequenzen, wo die in der Figo 2
beschriebene Schaltungsanordnung unter der Bezeichnung"Zähldiskriminator"wegen ihrer
an sich schon recht guten Linearität zunehmend Verwendung findet Die erfindungsgemäße
Schaltungsanordnung kann daher auch im Bereich der Nachrichtentechnik vorteilhaft
Verwendung finden, und zwar als extrem linearer Diskriminator in frequenzmodulierten
Systemen (Mehrkanaltelefonie über Richtfunkstrecken, HI-FI-Systeme extremer Ansprüche
etc.).