DE1947554A1 - Impulsform-Schaltung - Google Patents

Description

Iwatsu Electric Company Limited I o4 7554

Tokio, Japan \9, Sep. tS6S

Impulsform-Schaltung

Die Erfindung betrifft eine neuartige und verbesserte Impulsform-Schaltung zur Erzeugung von Impulsen mit steiler Anstiegs- und Abfall-Charakteristik aus einer Sinuswelle oder einem Signal ähnlicher Wellenform.

Es sind bereits verschiedene Schaltungen zur Erzeugung von Impulsen mit hoher Folgefrequenz vorgeschlagen worden, die entweder Transistoren allein oder für hohe Folgefrequenzen geeignete Dioden, wie Tunnel-Dioden, und Transistoren verwenden. Bei diesen Schaltungen war es jedoch wegen der großen Lodungs-Speicherzeit des Transistors nicht nur schwierig, Impulse mit ausreichend hoher Folgefrequenz zu erzeugen, sondern auch die Anstiegs- und Abfall-Zeit des Impulses ausreichend zu verkürzen· Es war mithin schwierig, Impulse hoher Folgefrequenz zu erzeugen.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile des Bekannten zu vermeiden und insbesondere eine neuartige Schaltung zur Erzeugung von Impulsen mit äußerst kurzer Anstiegs- und Abfall-Zeit zu schaffen.

Dabei soll erfindungsgemäß auch eine neuartige Impulsform-Schaltung geschaffen werden, die mit außerordentlich hohen Frequenzen zu arbeiten vermag und bei welcher auf eine neue

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und erfinderische Weise die Breite des abgegebenen Impulses durch einfache Mittel ohne weiteres auf jede gewünschte Breite variiert werden kann.

Die Erfindung sieht die Verwendung einer auch Impuls-Rückform-Diode (step recovery diode) oder Ladungs-Speicherdiode (charge storage diode) genannten Speicher-Schaltdiode sowie die Anlegung eines Signals eine» Sinuswellerifortn oder einer ähnlichen Wellenform an die Diode als deren Eingang vor, aus denen Impulse derselben Frequenz wie das Eingangssignal und mit äußerst kurzer Anstiegs- und Abfall-Zeit erzeugt werden.

In erster Linie schafft die Erfindung eine Impulsforin-Schaltung, die dadurch gekennzeichnet ist, daß sie eine zwischen eine Eingangsklemme zur Einspeisung eines zu formenden Eingangssignals und eine Ausgangsklemme für den geformten Impuls eingeschaltete erste Speicher-Schaltdiode, eine zwischen Masse und eine erste Verzweigung zwischen dem eingangsseitigen Anschluß der Speicher-Schaltdiode und der Eingaiigskleiame eingeschaltete Impedanz, eine an eine zweite Verzweigung zwischen dem ausgangsseitigen Anschluß der ersten Speicher-Schaltdiode und der Ausgangsklemme geschaltete zweite Speicher-Schaltdiode, welche mit ihrem anderen Anschluß an Masse liegt, und eine Einrichtung zur Erdung der zweiten Verzweigung aufweist, wobei diese Einrichtung eine vergleichsweise niedrige Impedanz für Gleichstrom, aber eine verhältnismäßig hohe Impedanz für Hochfrequenzströme aufweist, und daß die beiden Speicher-Schaltdioden im Hinblick auf die Ausgangsklemme entgegengesetzt gepolt sind.

Gemäß einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung ist eine Gleichstromquelle an die an Masse liegende Klemme der

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Impedanz angeschlossen und ist eine weitere Gleichstromquelle mit der zweiten Speicher-Schaltdiode über eine Gleichstrom-Impedanz an der der zweiten Verzweigung gegenüberliegenden Soite der Speicher-Schaltdiode angeschlossen und ist die Verzweigung zwischen der zweiten Speicher-Schaltdiode und der zuletzt genannten Gleichstrom-Impedanz über einen Kondensator geerdet.

Im folgenden ist die Erfindung in Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Schaltbild einer Impulsform-Schaltung mit den Merkmalen der Erfindung,

Fx£-, 2a bis 2d graphische Darstellungen von Spannungsformen ZUi* Erläuterung der Arbeitsweise der Schaltung gemäß iig. 1,

Fig. 3 ein Schaltbild einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung und

Fig. h ein Schaltbild einer weiteren abgewandelten Ausführungsform der Erfindung.

Die in Fig. 1 dargestellte Impulsform-Schaltung weist eine im folgenden einfach als Diode bezeichnete Speicher-Schaltdiode Dl auf, deren Kathode an eine Eingslclemme I und deren Anode an eine Ausgangsklemme 0 angeschlossen ist. Die Verzweigung Pl zwischen der Eingangsklemme I und der Diode Dl ist über eine Reibenschaltung aus einer Induktivität Ll und einem regelbaren Widerstand Rl an eine Stromquelle B an-

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geschlossen. Die Verzweigung P2 zwischen ei.or Diode Dl und der Ausgangsklemme 0 ist über eine Reihenschaltung aus einer zweiten Diode D2 und einem Kondensator Cl mit Masse verbunden. Die Verzweigung P3 zwischen der Anode der Diode D2 und dem Kondensator Cl ist über einen regelbaren Widerstand R2 an eine Stromquelle C angeschlossen. Weiterhin liegt die Verzweigung P2 über eine Induktivität L2 an Masse.

Im folgenden ist die Arbeitsweise der Iinpulsf orm-Schaltung gemäß Fig. 1 anhand der Bezugssignalspannung gemäß Fig. 2 näher erläutert. Zunächst sei angenommen, daß das an der Eingangsklemme I erscheinende Signal die in Fig. 2a dargestellte Sinusform aufweist. Zum Zweck der Beschreibung sind in der Schaltung gemäß Fig. 1 zwei Fälle angenommen, nämlich einmal der Fall, in welchem die Diode D2 abgeklemmt ist, und zum anderen der Fall, in welchem die Diode Dl kurzgeschlossen ist.

Zunächst sei der Fall betrachtet, in welchem die Diode D2 abgeklemmt ist:

Wenn an der Eingangsklemme I ein sinusförmiges Signal gemäß Fig. 2a anliegt, liegt an der Anode der Diode Dl ein in Fig, 2b dargestelltes Signal. Genau beschrieben, wird nach einer Zeitspanne tb die positive Halbwelle 2o des Eingangssignals gesperrt. Dies ist darauf zurückzuführen, daß, wenn die Diode Dl Strom in Durchlaßrichtung leitet und dann die Stromflußrichtung durch die Diode Dl durch das ankommende Eingangssignal umgekehrt wird, die Diode . ihren Leitzustand noch während einer bestimmten Zeitspanne, d.h. während ihrer Lrdungsspeicherzeit aufrechterhält und nach Ablauf dieser Ladungsspeicherzeit plötzlich zum Zeitpunkt tb sperrt, so daß der Ausgang, wie bei 21 angedeutet, praktisch auf Null absinkt. Sobald die Spannung an der Diode Dl während der negativen

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Halbperiode des Eingangssignals wieder in Durchlaßrichtung anliegt, leitet die Diode wieder und gibt das bei 22 angedeutete Ausgangssignal ab. Wenn sich im weiteren Vorlauf die Polarität des Eingaiigssignals von der Durchlaß- in Sperrichtung ändert, sperrt die Diode wie vorstehend beschrieben nicht augenblicklich, sondern schaltet gemäß Fig, 2b erst nach Ablauf der Ladungsspeicherzeit ab. Dor Punkt, an weichern sich Durchlaßstrom und Durchlaßspannung der Diode Dl in Sperrspannung ändern, kann durch Veränderung des W.vrts des regelbaren Widerstands Rl variiert werden. Di jo

ihi'^ auch zur Änderung der Ladungsspeicherzeit, i.odurch es möglich wird, den Zeitpunkt tb, an welchem die Diose Dl sperrt, auf jeden beliebigen Zeitpunkt einzustellen. Wenn die Stromquelle B negativ gepolt ist, wird bei Verkleinerung des Werts des Widerstands Rl die Zeitspanne, tb länger bzw. verschiebt sich nach rechts, und umgekehrt. Wenn dagegen die Stromquelle B positive Polarität besitzt, hat eine Verkleinerung des Werts des regelbaren Widerstands Rl eine Verschiebung des Zeitpunkts tb nach links zur Folge, so daß die Diode früher sperrt. Dasselbe gilt, wenn die Spannung der Stromquelle B gleich Null ist. In diesem Zusammenhang ist zu beachten, daß die Induktivitäten bzw. Drosseln Ll und L2 so ausgelegt sind, daß sie große Reaktanzen für das Eingangssignal darstellen.

Nunmehr sei der Fall betrachtet, in uelchem die Diode Dl kurzgeschlossen ist: Beim Anliegen eines Eingangssignals gemäß Fig. 2a an der Eingangsklemme I tritt wiederum das Signal gemäß Fig. 2b an der Kathode der Diode D2 auf. Dies ist darauf zurückzuführen, daß beim Wechsel der Signalspannung an der Diode von Durchlaß- in Sperrichtung die Diode nicht augenblicklich, sondern erst nach Ablauf der Ladungsspeicher-

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zeit sperrt. Durch Wiederholung dieses Vorgangs kann eine Signalform gemäß Fig. 2c erhalten werden. Der Kondensator Cl dient dazu, die Anode der Diode D2 für höhere Frequenzen auf Mass^po tential zu legen. Wenn die Polarität der Stromquelle C positiv ist, bewirkt eine Verkleinerung des Werts des regel/baren Widerstands R2 eine Verschiebung der Sperr-Z^it te der Diode D2 nach rechts, während eine V -rgrößerung des Worts des regelbaren Widerstands R2 zu einer Verschiebung der Sperr-Zeit te der Diode nach units führt. Wenn dagegen die Stromquelle C negativ gepolt ist, verschiebt sich der Zeitpunkt te weiter nach links. Das gleiche trifft auch dann zu, wenn die Spannung der Stromquelle C gleich Null iät,

In der vorangehenden Beschreibung sind die Verhältnisse an den Dioden Di und D2 getrennt betrachtet worden. Im folgenden ist die Arbeitsweise der Schaltung gemäß i'ig. 1 insgesamt beschrieben. Wenn dabei das Eingangssignal gemäß Fig. 2a an der Eingangsklemme I anliegt, wird an der Ausgangsklemme 0 ein Aus gangs signal in Form einer Inipulsreihe mit äußerst steiler Anstiegs- und Abfall-Charakteristik gemäß Fig. 2d erscheinen, wobei die Breite des Ausgangs-Impulses durch die Zeitpunkte tb' und te' bestimmt wird, welche entsprechend der vorstehenden Beschreibung wie die Zeitpunkte tb bzw. te eingestellt werden. Die Impulsbreite ist also abhängig von den Dioden Dl und D2, dem Wert der regelbaren Widerstände Rl und R2 sowie den Polaritäten der Stromquellen B und C. Wenn dabei die regelbaren Widerstände Rl und R2 beispielsweise zur Herstellung eines bestimmten Verhältnisses Uc' p> tb· eingestellt werden, ist es erfindungsgemäß möglich, den Ausgangsimpuls beim Anliegen eines Eingangssignals zu unterdrücken. Die Induktivität bzw. Drossel L2 gemäß Fig. 1 weist einen unerheblichen Widerstand für Gleich-

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strom über die Dioden Dl und D2 auf, stellt jedoch eine ausreichend hohe Impedanz für hohe Frequenzen darj ir^esamt liegt die Verzweigung D2 also gleichstrommäßig an Hasse.

Fig. 3 zeigt als abgewandelte Ausführungsform der Erfindung einer Änderung der Schaltung gemäß Fig. l,bei welcher die Spannungen der Stromquellen B und C auf Null reduziert sind. Vorzugsweise wird der Wert des Widerstands Rl so gewählt, daß er als Abschlußwiderstand für das Eingangssignal wirkt.

Bei einer noch weiter abgewandelten Ausf ührungsf oi~m der Erfindung gemäß Fig. k ist eine mit dem regelbaren Widerstand Rl in Reihe geschaltete variable Induktivität bzw. Drossel Ll vorgesehen.

Obgleich bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ein sinusf öx*miges Eingangssignal vorausgesetzt wurde, ist zu beachten, daß die Erfindung keineswegs auf sinusförmige Signale beschränkt ist j vielmehr kann auch ein impulsförmiges Eingangssignal verwendet werden. Während außerdem bei den dargestellten Ausführungsformen positive Ausgangs-Impulse erzeugt und geformt werden, können auch negative Impulse durch einfache ,Umkehrung der Polarität der Dioden Dl und D2 geformt werden.

Die Erfindung schafft somit eine verbesserte Impulsform-Schal· tung, welche Impulse mit sehr steiler Anstiegs- und Abfall-Charakterisiil; aus einem sich allmählich ändernden Eingangssignal, wie einer Sinuswelle o.dgl., zu erzeugen vermag. Da dabei die Impulse durch Formung des Eingangssignals geformt werden, ist die Freqxienz des Ausgangsimpulses desto höher, je höher die Frequenz des Eingangssignals ist. Die

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Amplitude des Ausgangsinipulses kann bis auf einen der Durclibruchspannung der verwendeten Dioden entsprechenden Wert eingestellt werden, während die Impulsbreite vorteilhaft durch Einstellung der regelbaren Widerstände auf jeden beliebigen Wert geändert werden kann. Die erfindungsgemäße Itnpuls-

exnfachen form-Sclialtung eignet sich mithin besonders zur/Erzeugung von Impulsen außergewöhnlich geringer Breite.

Zusammenfassend schafft die Erfindung mithin eine Impulsform-S -haltung zur Erzeugung von Hochfrequenz-Impulsen außerordentlich steiler Wellenform, insbesondere bestehend aus einer zwischen Eingangs- und Ausgangsklemmen geschalteten ersten Speicher-Schaltdiode, einer an die Verzweigung zwischen der ersten Speicher-Schaltdiode und der Ausgangsklemme angeschlossenen zweiten Speicher-Schaltdiode sowie einer zwischen Masse und die Verzweigung zwischen der Eingangsklemme und der ersten Speicher-Schaltdiode eingeschalteten Impedanz,wobei die beiden Speicher-Schaltdioden gegenüber der Ausgangsklernrae entgegengesetzt gep±t sind. Die Breite der geformten Impulse wird durch die Einstellung der Impedanz bestimmt. An die Impedanz und an die zweite Speicher-SchalLdiode können Gleichstromquellen passender Polarität angeschlossen sein.

Obgleich die Erfindung vorstehend in Verbindung mit bevorzugten Ausführungsformen dargestellt und beschrieben ist, sind dem Fachmann selbstverständlich zahlreiche Änderungen und Abwandlungen soxiie Kombinationen und Unterkombxnatxonen erfindungsgemäßer Merkmale möglich, ohne daß der Rahmen der Erfindung verlassen wird·

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Claims (9)

Patentansprüche

1. Impulsform-Schaltung, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine zwischen eine Eingangsklemme zur Einspeisung eines zu formenden Eingangssignals und eine Ausgangsklemme für den geformten Impuls eingeschaltete erste Speicher-Sohaltdiode, eine zwischen Masse und eine erste Verzweigung zwischen dem eingangsseitigen Anschluß der Speicher-Schaltdiode und der Eingangskienirne eingeschaltete Impedanz, eine an eine zweite Verzweigung zwischen dem ausgangsseitigen Anschluß der ersten Speicher-Schaltdiode und der Ausgangsklemme geschaltete zweite Speicher-Schaltdiode, welche mit ihrem anderen Anschluß an Masse liegt, und eine Einrichtung zur Erdung der zweiten Verzweigung aufweist, wobei diese Einrichtung eine vergleichsweise niedrige Impedanz für Gleichstrom, aber eine verhältnismäßig hohe Impedanz für Hochfrequenzströme aufweist, und daß die beiden Speicher-Schaltdioden im Hinblicl; auf die Ausgangsklemme entgegengesetzt gepolt sind.

2. Inipuleform-Schaltung, insbesondere nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine zwischen eine Eingangskiemnie zur Einspeisung eines zu formenden Eingangssignals und eine Ausgangsklemme für den geformten Impuls eingeschaltete erste Speicher-Schaltdiode, eine über eine Gleichstrom-Impedanz an eine Verzweigung zwischen ^er Eingangsklemme und der einen Klemme der ersten Speicher-Schaltdiode angeschlossene erste Gleichstromquelle, eine zweite Speicher-Schaltdiode, deren eine Klemme an eine zweite Verzweigung zwischen der anderen Klemme der ersten Speicher·

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Schaltdiode und der Ausgangsklemme angeschlossen ist und deren andere Klemme über eine zweite Impedanz, welche eine verhältnismäßig hohe Impedanz für Hochfrequenzstrome aufweist, an Masse liegt, und eine zweite, über eine zweite Gleichstrom-Impedanz an eine dritte Verzweigung zwischen der zweiten Speicher-Schaltdiode und der zweiten Impedanz angeschlossene Gleichstromquelle, wobei die beiden Speicher-Schaltdioden in Richtung auf die Ausgangskletnme entgegengesetzt gepolt sind.

3· Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des geformten Impulses durch Einstellung der Impedanz veränderbar ist.

4. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Impedanz ein Festwert-Widerstand ist.

5· Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des geformten Impulses durch Einstellung der ersten Gleichstrom-Impedanz veränderbar ist.

6. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des geformten Impulses durch Einstellung der zweiten Gleichstrom-Impedanz veränderbar ist.

7. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß

BCeifce des
die /geformten ImpulseSdurch Einstellung der ersten und der zweiten Gleichstrom-Impedanz veränderbar ist.

8« Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Eingangssignal ein hochfrequentes sinusförmiges oder ähnliches Signal ist.

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9. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Eingangssignal ein hochfrequentes sinusförmiges oder ähnliches Signal ist.

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