DE2003454B - Amplitudendiskriminator - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Amplitudendiskriminator zur Auswertung von mit einem Rauschsignal überlagerten Signalen. Liegt bei Diskriminatoren die Eingangsspannung unter einem bestimmten Schwellwert, dann befindet sich die Schaltung in dem einen Schaltzustand. Die Schaltung kippt in den anderen Schaltzustand um, wenn die Eingangsspannung den Schwellwert überschreitet. Beim Unterschreiten des Schwellwertes wird dann der Ausgangszustand wieder eingenommen. Der Übergang zwischen den beiden Schaltzuständen kann weich oder hart eingestellt werden. Im ersten Fall ist eine größere Aussteuerspannung notwendig, um eine Schaltzustandsänderung zu erreichen. Im zweiten Falle ist die Kopplung innerhalb des Diskriminators so groß, daß er, wenn die Eingangsspannung den Schwellwert erreicht, sprunghaft umschaltet. Bei größer werdendem Kopplungsgrad zeigen Amplitudendiskriminatoren eine Art Hysteresis. Dies bedeutet, daß der Ansprechpegel des Diskriminators verschieden ist, je nachdem, ob die Eingangsspannung den Schwellwert von unten oder von oben her überschreitet. Bei zunehmender Eingangsspannung muß sie den Schwellwert um ein bestimmtes Maß überschreiten, bis der Diskriminator anspricht. Nimmt sie ab, dann muß der Schwellwert unterschritten werden, damit der Diskriminator umschaltet.

Die Hysteresis von Amplitudendiskriminatoren ist im allgemeinen unerwünscht, und man stellt daher eine kleine Kopplung ein, so daß die Hysteresis gering bleibt und der Übergang zwischen den Schaltzuständen weich ist. Dies hat aber, wenn dem Eingangssignal ein Rauschsignal überlagert ist, den Nachteil, daß, wenn die Eingangsspannung den eingestellten Schwellwert überschreitet, der Amplitudendiskriminator nicht plötzlich von dem einen Zustand in den anderen umschaltet, sondern daß er während des Umschaltens das Rauschsignal verstärkt wiedergibt. Bei einer härteren Einstellung wird zwar schneller umgeschaltet, es wird aber auch das Rauschen während dieser kurzen Zeit höher verstärkt. Es entstehen daher beim Über- oder Unterschreiten des Schwellwertes mehrere Ausgangsimpulse, was sehr störend ist, da an Amplitudendiskriminatoren meistens Auswertegeräte, wie Impulszähler, angeschlossen sind, die dann falsche Werte anzeigen. Ist die Dauer des Nutzsignals verhältnismäßig groß, dann können diese Schwierigkeiten dadurch umgangen werden, daß man das Signal zunächst mit einem Tiefpaß glättet und dann erst mit einem Amplitudendiskriminator auswertet. Häufig ist dies aber nicht möglich, z.B. bei der fernsehtechnischen Analyse von Bildern, bei der die interessierenden Bildteile entsprechend ihrem Helligkeitswert mit einem Amplitudendiskriminator erfaßt werden. In einer Fernsehanlage werden bekanntlich die Helligkeitswerte der einzelnen Bildpunkte beim Abtastvorgang in Augenblickswerte der Videospannung umgesetzt. Bildteile bestimmter Helligkeit können daher mit einem Diskriminator, dem die Videospannung zugeführt wird, festgestellt und aussortiert werden. Häufig ist dem Videosignal ein störendes Rauschen überlagert. Hat man Bilder mit großen Teilchen zu analysieren, so kann man den Kanal für das Videosignal mit einem Tiefpaß schmalbandig machen. Sollen aber Bilder mit kleinen Teilchen untersucht werden, dann ist die volle Bandbreite des Videosignals erforderlich, und es kann kein Tiefpaß in den Signalweg geschaltet werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lösung für diese Schwierigkeiten zu finden. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Amplitudendiskriminator bei ansteigendem Signalpegel bei einer höheren Schwelle als bei sinkendem Signalpegel anspricht und daß der Unterschied der Signalpegel an die Amplitude des Rauschsignals angepaßt ist. Es wird also die sonst unerwünschte Hysteresis bei der Ansteuerung mit einem Signal, das von einem Rauschsignal überlagert ist, für eine eindeutige Umschaltung ausgenutzt. Die genaue Einstellung der Hysteresis ergibt sich aus der Forderung des Einzelfalles. Man wird die Hysteresis keinesfalls größer machen, als es notwenig ist. Man muß sie aber andererseits mindestens so groß machen, daß die Anzahl der beim Umschalten zusätzlich entstehenden Impulse unter der vorgegebenen Grenze bleibt. Sind keine zusätzlichen Impulse zugelassen, dann muß die Hysteresis größer als die höchste vorkommende Amplitude des Rauchsignals gewählt werden. In diesem Falle schaltet der Amplitudendiskriminator sicher in einem einzigen Sprung um. Beeinflussen einige zusätzliche Impulse das Meßergebnis nur wesentlich, dann kann die Hysteresis klar eingestellt werden. Die Hysteresis ist also an die Amplitude des Rauschsignals anzupassen.

Sollen mit dem Amplitudendiskriminator Signale mit verschiedenen Rauschpegel ausgewertet werden, dann ist die Hysteresis zweckmäßig einstellbar.

Dies kann, wie schon erwähnt, durch Verändern der Kopplung erreicht werden. Hierzu könnte man eines oder mehrere die Kopplung beeinflussende Schaltelemente verändern. Oft ist dies aber nicht möglich, da der Amplitudendiskriminator von dem Bedienungspult weit entfernt ist, die die Kopplung beeinflussenden Schaltelemente aber über kapazitätsarme und daher kurze Leitungen angeschlossen sein müssen. Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird die Einstellung der Hysteresis dadurch fernbedienbar gemacht, daß als Amplitudendiskriminator eine bistabile Schaltungsanordnung verwendet wird, deren Schaltzustand durch die Eingangsspannung bestimmt ist, und die mindestens zwei Transistoren enthält, zwischen denen mindestens eine galvanische Kopplung besteht, und daß einem den Kopplungsgrad bestimmenden Widerstand eine Diode parallel geschaltet ist, die derart gepolt und vorgespannt ist, daß sie in dem einen Schaltzustand der bistabilen Schaltungsanordnung leitend und in dem anderen gesperrt ist. Eine derartige Fernbedienung der Hysteresiseinstellung ist besonders bei einem automatischen Betrieb einer Fernsehbild-Auswertungsanlage erwünscht, damit alle Parameter von einer Zentrale aus einstellbar sind. In diesem Falle werden die Vorspannungen der Dioden von einer automatisch arbeitenden Schaltung geliefert. Selbstverständlich können die Vorspannungen der Diode auch von einem Potentiometer abgegriffen werden. Auf der Leitung der Steuerspannung ist keine Spannung mit rasch veränderlichem Pegel, so daß die Steuerspannung über lange Leitungen geführt werden kann. Sie bewirkt, daß bei jeder positiven Halbwelle der Ausgangsspannung des Diskriminators die Diode leitend wird und in dieser Phase des Umschaltvorganges den die Kopplung bestimmenden Widerstand überbrückt und damit die Kopplung verstärkt und die Hysteresis vergrößert wird.

An Hand der Zeichnung werden im folgenden die Erfindung sowie weitere Ergänzungen näher beschrieben und erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen herkömmlichen Amplitudendiskriminator und

F i g. 2 und 3 je einen Amplitudendiskriminator mit einstellbarer Kopplung.

In der Schaltung nach F i g. 1 arbeitet der Transistor T1 in Emitterschaltung und T2 in Basisschaltung. Ein gemeinsamer Emitterwiderstand Re dient zur Mitkopplung zwischen den Transistoren. Der Kollektor des Transistors T1, dessen Basis die Eingangsspannung Ue zugeführt ist, ist über einen Widerstand R an die Basis des Transistors T2 angeschlossen. Die Basisvorspannung des Transistors T2 wird von einem Spannungsteiler mit den Widerständen R1 und R2 gebildet, durch deren Verhältnis der Schwellwert der Eingangsspannung Ue bestimmt wird, bei dem der Amplitudendiskriminator anspricht. Der Anteil der Ausgangsspannung des Transistors T1, der zur Basis des Transistors T2 gelangt, d. h. der Kopplungsgrad, wird durch die Größe des Widerstands R bestimmt. Wird der Widerstand R verändert dann ändert sich nicht nur die Kopplung und damit die PIankensteilheit beim Umschalten von dem einen Schaltzustand in den anderen, sondern auch die Hysteresis der Schaltung, d. h., sie schaltet beim Ansteigen der Eingangsspannung Ue bei einem höheren Wert dieser Eingangsspannung um als beim Absinken der Eingangsspannung Ue. Soll diese Einstellung der Hysteresis fernbedienbar sein, dann muß der Widerstand R aus der Schaltung herausgenommen und an einen von dieser gegebenenfalls weit entfernten Stelle in einem Bedienungspult untergebracht werden. Dies ist jedoch nicht möglich, da der Widerstand R in einem Stromkreis liegt, in dem nur kurze Leitungen zugelassen sind.

In der Schaltungsanordnung nach Fig. 2 arbeitet der Transistor T1 wiederum in Emitterschaltung und T2 in Basisschaltung. Die Transistoren sind über einen gemeinsamen Emitterwiderstand Re miteinander verkoppelt. Die Eingangsspannung Ue wird wiederum der Basis des Transistors T1 zugeführt. Die Basisvorspannungen der beiden Transistoren werden von Spannungsteilern R7, R8, R9 bzw. R10, R11, R12 eingestellt, die den Schwellwert des Diskriminators bestimmen. Die Kollektorkreise der beiden Transistoren sind über je einen Widerstand R3 bzw. R4 mit dem Basiskreis des jeweils anderen Transistors gekoppelt. Parallel zu diesen Kopplungswiderständen liegt je eine Diode D1 bzw. D2. Die Arbeitswiderstände R5 und R6 der Transistoren T1 und T2 sind auf einen gemeinsamen Punkt 4 geführt, dem einerseits über einen Widerstand die Speisespannung UB und andererseits über einen anderen Widerstand die Steuerspannung USt zugeführt sind. Ist z.B. bei einer bestimmten Steuerspannung USt die Eingangsspannung UE kleiner als der eingestellte Schwellwert des Diskriminators, dann sind der Transistor T1 und die Diode D2 gesperrt und der Transistor T2 und die Diode D1 leitend. Bei zunehmender Eingangsspannung wird ein Arbeitspunkt des Transistors T1
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kürzer, je früher die Dioden durchschalten, d. h. je höher die Steuerspannung USt ist.

Bei Änderung der Steuerspannung in der Schaltungsanordnung nach F i g. 2 ändert sich auch die Kollektorspannung des jeweils gesperrten Transistors und damit auch die Ausgangsspannung, da diese an dem Kollektor eines Transistors abgenommen wird. Manchmal ist dies nicht erwünscht. Ferner zeigt eine Schaltung, die diesen Nachteil
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nicht aufweist. In dieser Schaltung sind die beiden Transistoren T1 und T2 wieder über einen gemeinsamen Emitterwiderstand Re und über Widerstände R3 und R4, die von den Kollektorkreisen in den Basiskreis des jeweils anderen Transistors führen, verkoppelt. Die Basisspannungen der Transistoren werden mittels Spannungsteilern R7, R8, R9 und R10, R11, R12 erzeugt. Im Gegensatz zur Schaltung nach Fig. 2 sind die Speisespannung UB und die Steuerspannung USt nicht auf einen gemeinsamen Punkt geschaltet. Die Diode D3 liegt nicht unmittelbar dem Widerstand R4 parallel, sondern es ist ihr ein Widerstand R16 in Reihe geschaltet, und diese Reihenschaltung liegt dem Widerstand R4 parallel. Entsprechend liegt dem Widerstand R3 die Reihenschaltung der Diode D4 mit einem Widerstand R14 parallel. Die Steuerspannung wird den Verbindungspunkten zwischen den Dioden D3 bzw. D4 und den Widerständen R16 bzw. R14 zugeführt. Zweckmäßig werden die Steuerspannungen aus einer gemeinsamen Quelle über Widerstände R15 und R13 entnommen. Der Umschaltvorgang läuft in dieser Schaltung entsprechend dem in der Schaltung nach Fig. 2 ab. Dabei ist die z.B. am Kollektor des Transistors T2 abgegriffene Ausgangsspannung nahezu von der Größe der Steuerspannung USt unabhängig, ist z.B. der Transistor T2 gesperrt, dann fließt ein Strom durch den Kollektorwiderstand über die Diode D3 in den Basisspannungsteiler des Transistors T1. Dieser Strom ist praktisch unabhängig von der Höhe der Steuerspannung, so daß auch die Kollektorspannung von der Steuerspannung unabhängig ist. Auf die Kollektorspannung des jeweils durchgeschalteten Transistors, z.B. die des Transistors T1, hat die Steuerspannung wegen des hohen Kollektorstromes und des kleinen Kollektorwiderstandes keinen Einfluß.

Claims (5)

1. Amplitudendiskriminator zur Auswertung von mit einem Rauschsignal überlagerten Signalen, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansprechschwelle bei ansteigendem Signalpegel größer als die Ansprechschwelle bei sinkendem Signalpegel ist und daß der Unterschied der Signalpegel an die Amplitude des Rauschsignals angepaßt ist.

2. Amplitudendiskriminator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einem den
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von zwei Transistoren (T1, T2) mit dem Basiskreis des jeweils anderen Transistors (T1, T2) über je eine Parallelschaltung einer Diode (D1, D2) und eines Widerstandes (R3, R4) verbunden sind und daß den den Kollektoren abgewandten Enden der Kollektorwiderstände (R5, R6) eine Steuerspannung (USt) zugeführt ist.

4. Amplitudendiskriminator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollektorkreise von zwei Transistoren (T1, T2) mit dem Basiskreis des jeweils anderen Transistors (T1, T2) über je einen Widerstand (R3, R4) verbunden sind, dem die Reihenschaltung einer Diode (D3, D4) und eines Widerstandes (R14, R16) parallel geschaltet ist, und daß dem Verbindungspunkt zwischen der Diode (D3, D4) und dem Widerstand (R14, R16) eine Steuerspannung (USt) zugeführt ist.

5. Amplitudendiskriminator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerspannung über je einen Widerstand (R13, R15) aus einer gemeinsamen Steuerspannungsquelle den Verbindungspunkten zugeführt ist.