DE1910973C3 - Laufzeitschaltung für Einrichtungen der elektrischen Nachrichtentechnik - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Laufzeitschalig für Einrichtungen der elektrischen Nachrichitenhnik zur zeitverzögerten Übertragung eines lalogsignals in Form von Abtastproben, bestehend wenigstens einem als Abzweigschaltung ausgedeten Grundglied, das im Längszweig zwei als sicher dienende Kondensatoren enthält, die über ien Impedanzwandler mit hochohmigem Eingangsierstand und niederohmigem Ausgangswiderstand rbunden sind und bei dem jedem der Konclenoren in je einem Grundzweig ein Schalter nach Bezugspotential zugeordnet ist, die wechselweise schließen und öffnen und dadurch eine Ladung des in Übertragungsrichtung zweiten Kondensators in Abhängigkeit von der Ladung des in Übertragungsrichtung ersten Kondensators bewirken, bei der das erste Grundglied mit einem im Querzweig des Übertraoungswegs liegenden ersten Schalters beginnt.

Laufzeitschaltungen dieser Art sind beispielsweise durch die Zeitschrift »Nature« Vol. 169 vom 26. Januar 1952, S. 148 und 149, bekannt. Bei dieser bekannten Schaltung wird zunächst der zweite Kondensator über einen ihm zugeordneten Schalter auf die Spannung des ersten Kondensators aufgeladen, anschließend wird dann die Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Kondensator aufgetrennt und der erste Kondensator über einen weiteren, ihm zugeordneten Schalter entladen. Der zwischen den Kondensator eingeschaltete Impedanzwandler, beispielsweise ein Verstärker, dient der Trennung der beiden Kondensatorstromkreise. Nachteilig an diesen bekannten Schaltungen ist, daß die Schalter nicht einseilig auf Bezugspotential gelegt werden können. Das hat zur Folge, daß die Steuerung der Schalter schaltungstechnisch relativ schwierig und aufwendig ist. Weiterhin ist es bei diesen bekannten Schaltungen nicht ohne weiteres möglich, innerhalb weiter Grenzen in der Amplitude variierende Abtastproben, vor allem gegenüber dem Bezugspotential positive und negative Abtastproben zu übertragen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Laufzeitschaltung der einleitend beschriebenen ArI in der Weise zu verbessern, daß die Schalter einseitig auf Bezugspotential gelegt werden können, wodurch sich der schaltungstechnische Aufwand für die Steuerung vermindert. Bei einer in dieser Hinsicht verbesserten Laufzeitschaltung wird im Gegensatz zu den bisher üblichen Laufzeitschaltungen die Übertragung von innerhalb weiter Grenzen in der Amplitude variierenden Abtastproben, vor allem auch vor gegensinnig polarisierenden Abtastproben ermöglicht.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Bezugspotentiale der lmpedanzwandlei im Längszweig jeweils das positive oder negative Betriebspotential sind, während das Bezugspotentia der im Querzweig am Eingang der Impedanzwandlei liegenden Schalter Massepotential ist, das vom posi tiven und negativen Betriebspotential abweicht.

Eine Weiterbildung der Erfindung, die zu eine; Verminderung des schaltungstechnischen Aufwand: führt, ist dadurch gekennzeichnet, daß b-ji einer Ket tenschaltung von Grundgliedern jeweils der dritti Schalter des in Übertragungsrichtung vorausgehen den Grundgliedes zugleich den ersten Schalter de in Übertragungsrichtung nachfolgenden Grundgliede bildet.

Zur Vermeidung von gegebenenfalls unerwünsch ten Veränderungen, vor allem von Verminderungei der in die Kondensatoren eingespeicherten Ladungei und damit einer unerwünschten Veränderung der Ab tastproben empfiehlt es sich, die Schließungszeit de jeweils zweiten Schalters wenigstens etwas kürzer al die Öffnungszeit des ersten und dritten Schalters zi wählen.

Für erfindungsgemäße Laufzeitschaltungen emp fiehlt es sich, als Impedanzwandler Feldeffekttran sistoren in Emitterfolgeschaltung vorzusehen, da au diese Weise besonders gut die Bedingung eines hoch

an das sich gegebenen- ^Anschlußpunkt i des

Eingangs- iu.w. i-n.o_&«.._ö

der Übersichtlichkeit in dem πϋωμ^».^^

gelassen. Dieser jeweils zweite Anschluß kann auf Bezugspotential oder auf ein hierzu negatives oder positives Potential gelegt werden. Weiterhin enthält das Grundglied einen als Kondensator ausgebildeten Hauptspeicher Cl und einen als Kondensator ausgebildeten Hilfsspeicher C 2. Die beiden Speicher Cl bzw. C 2 liegen im Längszweig des durch die gesamte Anordnung gebildeten erdunsymmetrischen Vierpols. In den Querzweigen sind drei Schalter Sl, S 2 und S3 vorgesehen, von denen die Schalter Sl und S3 gleichzeitig geöffnet bzw. geschlossen werden, während der Schalter S 2 jeweils dann schließt, wenn die Schalter Sl und S3 geöffnet sind und dann öffnet, wenn die Schalter Sl und S3 geschlossen sind. Die Anschlüsse der drei Schalter sind mit <: und d, g und Ii und mit I und m bezeichnet, um bei den späteren Figuren die Zuordnung einzelner Anschlußpunkte deutlicher hervorzuheben.

Wird angenommen, daß dem Eingang E der Verzögerungseinrichtung ein Analogsignal U1 dergestalt zugeführt wird, wie es F i g. 1 a zeigt, so wird bei einem Betätigungszyklus des Schallers Sl entsprechend Fig. Ib daraus eine Folge von Abtastproben gewonnen, wie es in F i g. 1 c als Spannungsverlauf U 2 angedeutet ist. In F i g. Ib sind lüerzu die Steuerimpulsfolgen bzw. Taktimpulsfolgen. Tl und T 2 an- «»Hoiitet. Tl ist die Taktimpulsfolge für die Schalter

am Pionucasaiui ^»

Wird der Impedanzwandler u euciuai» .»-. — Übersetzungsverhältnis von 1 versehen, so entspricht die Spannung an C2 der Spannung an Cl. Im dar-♦5 auf folgenden Taktzyklus werden S1 und S 3 geöffnet, und S 2 wird geschlossen. Dadurch wird die in C 2 gespeicherte Abtastprobe am Ausgang des Grundgliedes A verfügbar, und zwar um einen solchen Betrag zeitlich verzögert, wie es durch die Taktimpulsfolge Tl und die Taktimpulsfolge T 2 festgelegt ist. Die Verzögerungszeit des Analogsignals kann daher durch Wahl der Taktimpulsfolgen Tl und T 2 in vorgegebener Weise eingestellt werden.

Am Ausgang des Grundgliedes A könnte nun an sich das in Form von Abtastprobea zeitverzögert anliegende Analogsignal in ein kontinuierliches Analogsignal entsprechend t/l in Fig. la umgewandelt werden, beispielsweise mit Hilfe eines Tiefpasses, der über einen Trennverstärker an den Ausgang des ^o Grundgliedes A angeschaltet wird. Für hohe Verzögerungswerte empfiehlt es sich jedoch, mehrere Grundglieder in Kette zu schalten, so wie es in Fig. 1 durch das Grundglied B angedeutet ist. Bei dieser Kettenschaltung vereinfacht sich der Gesamt-65 aufbau wesentlich, weil in diesem Fall der Schalter S3 des Grundgliedes A die Funktion des Schalters Sl im Grundglied ß übernimmt. Um die Äquivalenz entsprechender Teile der Grundglieder A und B zu

verdeutlichen, ist in der Fig. 1 für gleichartig wirkende Teile die entsprechende Bezeichnung vorgesehen, jedoch im Grundglied B jeweils als gestrichene Größe.

Zur Auswertung des am Ausgang der Laufzeiteinrichtung auftretenden Signals kann es in manchen Fällen vorteilhaft sein, nicht die einzelnen Abtastproben zu verwenden, sondern den ebenfalls zeitverzögerten Signalverlauf, der am Schalter 52 des letzten Grundgliedes verfügbar ist. Dieser Signalverlauf ist als F i g. 1 d dargestellt und läßt erkennen, daß er wesentlich mehr Energie beinhaltet als die entsprechende Folge von Abtastproben, die mehr oder weniger als Nadelimpulse aufgefaßt werden können.

Wie bereits bei der Beschreibung der Fig. 1 erwähnt, ist es zweckmäßig, dafür Sorge zu tragen, daß beim Schließen des Schalters 52 die Schalter 51 und 53 schon mit Sicherheit geöffnet sind, um Kurzschlüsse innerhalb der Schaltung zu vermeiden, die ein unter Umständen störendes, teilweises Entladen der Speicher bzw. Kondensatoren zur Folge haben könnten. Mit Sicherheit läßt sich dies vermeiden, wenn so, wie in F i g. 2 dargestellt, die Schließungszeiten der Schalter 51 und S3 kürzei als die Öffnungszeit des Schalters 52 gewählt sind. Dabei ist es zweckmäßig, das Schließen bzw. den leitenden Zustand von 53 erst dann herbeizuführen, wenn 51 bzw. 53 schon kurze Zeit geöffnet bzw. sperrend sind und die Schalter 51 bzw. 53 erst dann in den leitenden bzw. geschlossenen Zustand zu bringen, wenn der Schalter 52 bereits kurze Zeit geöffnet bzw. nichtleitend (sperrend) ist. Die Bedingung, daß alle Schalter während kurzer Zeiträume gleichzeitig geöffnet sind, stört in der Praxis im allgemeinen nicht, weil das Eingangssignal an sich ein Kontinuum ist und innerhalb dieser kurzen Zeit als konstant angesehen werden kann. Falls diese Bedingung nicht erfüllt wird, würden nämlich wegen der offenen Schalter Spannungsveränderungen am Ausgang der Gesamtschaltung auftreten.

Die F i g. 3 zeigt eine schaltungstechnische Ausführung des Grundgliedes A in Fig. 1, und zwar unter Verwendung von üblichen Transistoren, die beim Ausführungsbeispiel der F i g. 3 npn-Flächen-Transistoren sind. Hierbei ist aus Gründen der Übersichtlichkeit durch gestrichelte Umrahmungen jeweils der Schaltungsteil dargestellt, der dem entsprechenden Teil in Fig. 1 zuzuordnen ist. Der Impedanzwandler/l besteht demzufolge aus zwei npn-Flächen-Transistoren TsA und TsS, die in Darlington-Schaltung angeordnet sind und als Emitterfolgestufe mit sehr hohem Eingangswiderstand und sehr kleinem Ausgangswiderstand arbeiten. Die Kollektoren von Ts 4 und TsS liegen hierbei auf positivem Potential gegenüber Bezugspotential, und der Emitterwiderstand R 2 liegt auf gegenüber dem Bezugspotential negativem Potential. Dadurch ist erreichbar, daß je nach dem Potential des Anschlusses α positive oder negative Potenttalwerte gegenüber dem Bezugspotential am Anschluß b auftreten können. Gleichartig zum Impedanzwandler /1 ist der Impedanzwandler /2 ausgebildet, so daß sich ein Eingehen auf diesen Impedanzwandler erübrigt Die Schalter 51. 52 und 53 sind als elektronische Schalter aasgebildet and unter sich ebenfalls gleich. Es wird in jedem Schalter ein npn-Flachen-Transistor TsI, Ts2, Ts3 verwendet, dessen Emitteranschluß auf Bezugspotential liegt und dessen Kollektoranschluß mit dem Eingang des jeweils nachgeordneten Impedanzwandlers verbun den ist. Dem einzelnen Schalter wird die Taktimpulsfolge über einen der Sicherstellung einer Stromsteuerung dienenden Vorwiderstand R1 zugeführt. Dabei werden 51 und 53 parallel von der Taktimpulsquelle mit dem Taktimpuls Tl versorgt, während 52 und die entsprechenden Schalter in nachfolgenden Grundgliedern mit der Taktimpulsfolge Tl von einer weiteren Taktimpulsquelle versorgt werden. Die Takt-Impulsfolgen 71 und Tl haben zeitlichen Verlauf entsprechend dem Impulsdiagramm nach der Fig. Ib oder der F i g. 2.

Bei einer ausgeführten Laufzeiteinrichtung nach Fig. 3 wurden für die Transistoren TsA und TsS npn-Flächen-Transistoren vom Typ BCY 58 X gewählt, während für die Schalter TsI bis Ts3 npn-Flächen-Transistoren vom Typ BSY 18 vorgesehen wurden. Die Widerstände RX hatten hierbei Werte von etwa 1 kQ und die Widerstände R1 einen Widerstandsw3rt ran etwa 2 kn. U-- betrug hierbei gegenüber dem Bezugspotential —6 Volt. IM- betrug gegenüber dem Bezugspotential 4- 6 Volt. Die Taktimpulsfolge TX hatte beispielsweise Schließungszeiten zwischen 100 |is und 1 ms, während die Schlie- ßungszeiten von Tl etwa 1 bis 10 j«s betrugen. Für die Kondensatoren wurde ein Kapazitätswert von je 3,3 nF vorgesehen. Die Amplitude der Taktimpulsfolgen Tl bzw. Tl lag zwischen den Werten einige Volt positiv und einige Volt negativ gegenüber dem Bezugspotential und die Amplitude von U\ konnte ohne Schwierigkeiten zwischen ± 1 V variieren. Es waren auch höhere Spannungswerle von U1 noch zufriedenstellend verarbeitbar.

Während beim Ausführungsbeispiel nach der F i g. 3 für die Impedanzwandler und die Schalter Flächen-Transistoren vom npn-Typ verwendet sind, die nach Vertauschung der Polarität der Betriebsspannungsquellen durch entsprechende pnp-Flächen-Transistoren ersetzt werden können, sind in den Fi g. 4 und 5 Ausführungsformen für die Schalter und die Impedanzwandler angegeben, bei denen Feldeffekt-Transistoren angewendet sind. In beiden Fällen ist jeweils in N-Kanal-Sperrschicht-FeldefFekt-Transistor vorgesehen. An dte Stelle dieser FeIdeffekt-Transistoren können auch andere Ausführungsformen von Feldeffekttransistoren treten.

Bei dem in der F i g. 4 dargestellten Schalter liegt die Quellenelektrode (Source) des Feldeffekt-Transistors auf Bezugspotential, während die Zug-

elektrode (Drain) in den Schaltpunkt c — entsprechend Fig. 1 — geführt ist Der Steueranschluß (gate) ist über einen Hilfswiderstand Rh auf Bezugspotential gelegt und die Steuerspannung bzw. die Taktimpulsfolge T wird über eine Diode D der Steuerelektrode des Feldeffekt-Transistors zugeführt. Die Polarität D ist dabei so gewählt, daß sie bei negativem Potential des Punktes e gegenüber Bezugs- potential leitend wird, wodurch der Feldeffekttransistor sperrt. Bei positivem Potential des Punktes e

gegenüber Bezugspotential ist die Diode D gesperrt, wodurch die Steuerelektrode über den Hilfswiderstand RA auf Bezugspotential liegt und der Feldeffekt-Transistor zwischen Quellenelektrode und Zugelektrode leitend wird.

Bei dem in der Fig. 5 gezeigten Impedanzwandler wird ein Feldeffekt-Transistor Fl verwendet, der mit einem in den Quellenelektrodenstromkreis eingefügten Arbeitswiderstand Λ 4 als Emitterfoleestiife

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geschaltet ist. Im Regelfall ist die Steilheit von Feld- durch den Eingang des Impedanzwandlers bedingten effekt-Transistoren relativ gering und beträgt bei- Arbeitswiderstand, der zu den in den Schaltern bespielsweise nur einige Milliampere pro Volt. Da für gründeten Ableitwiderständen parallel liegt, ist sehr den dynamischen Ausgangswiderstand einer Emitter- groß gegenüber der Dauer der einzelnen Abtastprobe folgestufe der Kehrwert der Steilheit maßgebend ist. 5 und der Taktperioden — und daß andererseits die ist bei der Schaltung nach F i g. 5 zur Erhöhung der Grundfrequenz der gesamten Schaltungsanordnung Steilheit eine besondere Rückkopplung mittels eines wegen des sehr niedrigen dynamischen Ausgangs-Flächentransistors Ts 8 vorgesehen. Dieser Transistor Widerstands sehr hoch getrieben werden kann im ist vom pnp-Typ und erhält als Steuerspannung den Vergleich mit bisher bekannten Einrichtungen dieser Wert, der an einem in den Zugelektrodenstromkreis io Art. Weiterhin hat die an Hand der vorstehenden des Fcldeffekt-Transistors Fl eingeschalteten Wider- Figuren beschripbene Ausgestaltung nach der Lehre stand R 3 abfällt. Der Emitter des Transistors !58 der Erfindung den weiteren wesentlichen Vorteil, daß liegt dabei auf dem positiven Anschluß der Betriebs- durch die einseitig auf Bezugspotential liegenden spannungsquellc, während der Kollektor von TsS Schalter während der Schließungszeiten auch bei mit dem Anschluß des Widerstandes RA verbunden 15 einer großen Anzahl von in Kette geschalteten ist, der zur Quellenelektrode von F 2 führt. Dadurch Grundgliedern immer wieder definierte Bezugswird eine Rückkopplung vom Zugelektrodenstrom- potentiale in dem Übertragungsweg eingeführt werkreis des Feldeffekt-Transistors F2 in den Quellen- den. so daß als Ausgangsimpulsfolge eine solche mit elektrodenstromkreis und damit in den Ausgangs- konstantem Mittelwert erhalten wird, so wie es die kreis des Feldeffekt-Transistors eingeführt, die eine 20 F i g. 1 e und 1 f erkennen lassen. Letztere Bedingung wesentliche Erhöhung der für die Ausgan"simoedanz ist besonders gut dann erfüllbar, wenn die in den der Emitterfolgeschaitung maßgeblichen Steilheit zur Schaltern verwendeten Transistoren keine bzw. ver-Folge hat. Da bei einer Emitterfolgestufe die Ver- nachlässigbar geringe Kollektor-Emitter-Restspanstärkung sich um so mehr dem Wert 1 nähert, je klei- nung, häufig auch als Offset-Spannung bezeichnet, ner der in der Transistorschaltung begründete dyna- 25 aufweisen. Sehr gut erfüllen diese Bedingung die mische Ausgangswiderstand (Kehrv/ert der Steilheit Feldeffekt-Transistoren. Zu erwähnen ist noch, daß des jeweiligen Transistors) im Vergleich zu dem tat- bei Verwendung von bipolaren Transistoren in den sächlich eingefügten Widerstand RA ist, hat diese Schaltern die Schaltereigenschaften auch für zwi-Rückkopplung den zusätzlichen Vorteil, daß der Ver- sehen positiven und negativen Potentialwerten gegenstärkungswert besonders gut dem Wert 1 angenähert 30 über Bezugspotential liegende Signalspannungen erist und damit die Spannungssprünge an dem Haupt- halten werden.

speicher und dem Zwischenspeicher besonders gut Wie vor allem aus F i g. 3 erkennbar, ist das Begleich groß gemacht werden können. zugspotential für die Impedanzwandler /1 bzw. / 2 Die beschriebenen Schaltungen haben durch den das negative und positive Betriebspotential gegensehr hohen Eingangswiderstand der Impedanzwand- 35 über dem dargestellten Masseanschluß. Auf diese ler beispielsweise in der Größenordnung von einigen Weise ist erreicht, daß der Schaltpunkt b bzw. k je-100 ΜΩ und die sehr niedrige Ausgangsimpedanz der weils zwischen positiven und negativen Werten Impedanzwandler den Vorteil, daß während der Öff- gegenüber dem als Bezugspotential dienenden Massenungszeit von Schaltern praktisch keine merklich anschluß potentialmäßig variieren kann,
störende Entladung von Speichern bzw. Kondensato- 40 Die Impedanzwandler können mit Vorteil auch so ren über den Eingangswiderstand eines Impedanz- ausgebildet werden, beispielsweise durch Verwenwandlers eintreten kann — die Zeitkonstante aus dung von Verstärkern, daß das Ausgangssignal gröder Kapazität des jeweiligen Speichers und dem ßer als das Eingangssignal ist.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Laufzeitschaltung für Einrichtungen der elektrischen Nachrichtentechnik zur zeitverzögerten Übertragung eines Analogsignals in Form von Abtastproben, bestehend aus wenigstens einem als Abzweigschaltung ausgebildeten Grundglied, das im Längszweig zwei als Speicher dienende Kondensatoren enthält, die über einen Impedanzwandler mit hochohmigem Eingaiigswiderstand und niederohmigem Ausgangswiderstand verbunden sind und bei dem jedem der Kondensatoren in je einem Querzweig ein Schalter nach Bezugspoteutial zugeordnet ist, die wechselweise schlie-Ben und öffnen und dadurch eine Ladung des in Übertragungsrichtung zweiten Kondensators in Abhängigkeit von der Ladung des in Übertragungsrichtung ersten Kondensators bewirken, bei der das erste Grundglied mit einem im Querzweig des Übertragungswegs liegenden ersten Schalter beginnt, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugspotentiale der Impedanzwandler (/1; /2) im Längszweig jeweils das positive oder negative Betriebspotential sind, während das Bezugspotential der im Querzweig am Eingang der Impedanzwandler (71; 72) liegenden Schalter (t/2, U 3) Massepotential ist, das vom positiven und negativen Betriebspotential abweicht.

2. Laufzeitschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Kettenschaltung von Grundgliedern jeweils der dritte Schalter des in Übertragungsrichtung vorausgehenden Grundgliedes zugleich den ersten Schalter des in Übertragungsrichtung nachfolgenden Grundgliedes bildet.

3. Laufzeitschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schließungszeit des jeweils zweiten Schalters kürzer als die Öffnungszeit des ersten und dritten Schalters ist.

4. Laufzettschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Impedanzwandler (71, 72) Feldeffekt-Transistoren in Emitterfolgeschaltung vorgesehen sind.

5. Laufzeitschaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Feldeffekttransistor (F 2) ausgangsseitig ein weiterer Transistor (Ts 8) zugeordnet ist, der eine Rückkopplung vom Drainelektrodenstromkreis zum Sourceelektrodenstromkreis des Feldeffekttransistors (F2) ergibt.