DE2018349A1

DE2018349A1 - Schaltungsanordnung für die Höhenanzeige eines FM-CW-Höhenmessers

Info

Publication number: DE2018349A1
Application number: DE19702018349
Authority: DE
Inventors: Martin Harlow Essex Brandon (Großbritannien)
Original assignee: International Standard Electric Corp
Current assignee: International Standard Electric Corp
Priority date: 1969-04-23
Filing date: 1970-04-16
Publication date: 1970-11-12
Also published as: GB1249523A; NL7005877A; JPS5023623B1; FR2046384A5; US3626204A

Description

Dipl.-Phys. Leo Thul.
Patentanwalt
Stuttgart - 30
Kurze Strasse 8

M. Brandon — 6

INTERNATIONAL STANDARD ELECTRIC CORPORATION, NEW YORK

Schaltungsanordnung für die Höhenanzeige eines FM-CW- Höhenmessers

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Höhenanzeige von FM-CW-Höhenmessern, die im wesentlichen darin besteht, eine entsprechend der Höhe eines Flugzeuges über Grund variable Frequenz in eine Analog-Gleiehspannung entsprechender Größe umzuwandeln. Es wäre dabei von großem Vorteil, wenn die Anzeige und Ablesung bei niedrigen Frequenzen genauer als bisher zu gestalten wäre, weil die niedrigen Frequenzen den geringen Höhen über Grund entsprechen, deren genaue Kenntnis beispielsweise bei der Landung von Wichtigkeit ist. Die normalerweise verwendeten Höhenanzeigegeräte liefern eine der Eingangsfrequenz direkt proportionale Anzeige.

Aufgabe der Erfindung ist daher eine in dem oben angegebenen Sinne verbesserte Schaltungsanordnung für die Höhenanzeige eines FM - CW-Höhenmessers, der den gemessenen Höhenwert als diesem proportionale Folgefrequenz OJ einer Sinus- oder Rechteckwelle als Ausgangssignal anliefert.

Ktz/Gr

15. April 1970

009d4'6/1-681

M. Brandon - 6

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß dieses Ausgangssignal mittels einer Impulsformerstufe in eine Nadelimpulsfolge umgewandelt wird, daß über eine Stromregelschaltung ein Kondensator fortwährend aufgeladen wird, daß dieser Kondensator über ein steuerbares Tor bei jedem Nadelimpuls mn einen gewissen Betrag wieder entladen wird, und daß die hierdurch sich bildende resultierende, 1/(0 proportionale Ladespannung des Kondensators zur Höhenanseige ¥erwendet wird.

0098-46/ 1 S8 1

M. Brandon -6

Die Erfindung wird anhand von. Zeichnungen näher beschrieben; die einzelnen Figuren stellen dar: ·

Fig. 1 die.Schaltungsanordnung nach der Erfindungs

Flg. 2 einige Spannungsverläufe an verschiedenen Punkten der Schaltung der Fig. 1 und

Fig. 5 einige. Modifikationen der Schaltung der Fig. 1.

In der Schaltung der Fig. 1 liegt ein Kondensator C₁ mit einem seiner Beläge an + 25 V der Versorgungsspannungj sein ; zweiter Belag wird über Transistoren T₁ und T_g, die in Darlington-Schaltung arbeiten, negativ geladen. Der Eingang der Darlington-Schaltung (Basis des Transistors T^) wird von der an einem Kondensator C« anstehenden Spannung gesteuert. Das Eingangssignal für die gesamte Schaltung ist eine Impulsreihe, die von dem Signal variabler Frequenz (entsprechend der Höhe über Grund) abgeleitet wird. Das Signal variabler Frequenz wird zuerst in ein Rechtecksignal umgewandelt (Fig. 2) und dann einem Impulsgenerator (nicht gezeichnet) als Steuersignal eingegeben, der bei jedem in positive Richtung gehenden Nulldürchgang des Rechtecksignals einen sehr schmalen Impuls von beispielsweise 200 ns Dauer erzeugt. Diese Impulse (Fig. 2) werden der Steuerelektrode (Gatter) eines Feldeffekttransistors Fj zugeführt, der dann leitend wird, über die Quellen- und Senkenelektrode (Source und Drain) den Kondensator Cj kurzschließt und diesen wieder auf + 25 V auflädt (Fig. 2). Feldeffekttransistoren F₂ und F-, sind als Differenzverstärker geschaltet, mittels dem die am Kondensator C, anstehende Spannung mit einer Bezugsspannung, beispielsweise + 15 V, verglichen wird (s. Fig. 2), die am Punkte A der Schaltung ansteht und mittels eines Widerstands-

0.C9S -- ---EB V

_λ 2013349

M. Brandon - 6

Spannungsteilers erhalten wird. Wenn die Spannung am Kondensator C- unter die Bezugsspannung fällt, liefert der Differenzverstärker mit den Feldeffekttransistoren F₂ und F., am Feldeffekttransistor F₂ eine Ausgangsspannung, die über eine aus Transistoren T, und T₂, bestehende Verstärkerschaltung an die Basis eines Transistors Tg angelegt wird, wodurch dieser leitend wird. Die Basisspannung des Transistors Tg wird durch einen weiteren Transistor Tf- auf eine Spannung begrenzt, die an seiner Basis anliegt. Der Emitter des Transistors Tg wird daher auf eine definierte Spannung gesetzt, die in Bezug auf die Versorgungsspannung - 12 V positiv ist, wenn der Transistor T-, leitend ist; so wird über den Kollektor des Transistors Tg ein definierter Strom von beispielsweise 800 uA gezogen, durch den ein Kondensator C₂ geladen wird. Ein weiterer konstanter Strom von beispielsweise 20 uA zur kontinuierlichen Aufladung des Kondensators C₂ wird einem Transistor T„ entnommen Versorgungsspannung von + 12 V liegt.

wird einem Transistor T„ entnommen, dessen Basis an einer

Auf diese Weise wird der Kondensator C₂ mit einem niedrigen, stetigen Ladestrom aufgeladen, aber nur während kurzer Zeit periodisch mit einem höheren Entladestrom entladen, wobei das Verhältnis zwischen Lade- und Entladezeit von der momentanen Frequenz des Signals variabler Frequenz abhängig ist. Wenn die Frequenz konstant bleibt, erreicht die Schaltung einen Zustand, in dem die gesamte Aufladung und Entladung des Kondensators Cp einander gleich und seine mittlere Spannung konstant ist. Es sei nun angenommen, daß die Signalfrequenz fällt, daß also die Zeit zwischen den Eingangsimpulsen an der Steuerelektrode des Feldeffekttransistors F. größer wird. Dann fällt die Spannung am Kondensator C, unter die Bezugsspannung von + 15 V für -eine längere Zeit, der Transistor Tg leitet dann für eine längere Zeit, und der Kondensator C₂ wird mehr entladen als er aufgeladen wird. Die Erniedrigung der Spannung am Kondensator C

009846/1581

M. Brandon -6

verursacht eine Änderung des Ladestromes für den Kondensator C₁ durch· den Transistor Tp und, vorausgesetzt, daß sich die Signalfrequenz nicht weiter ändert, stabilisiert sich die Schaltung mit einer niedrigeren mittleren Spannung am Kondensator C₂. Wenn nun umgekehrt die Signalfrequenz steigt, so bleibt die Spannung am Kondensator G- für eine kürzere ,Zeit unter der Spannung von + 15 V, und der Kondensator C_ wird mehr aufgeladen, als er entladen wird. Es besteht also eine Rückwirkung von den Transistoren T₁ und T₀ auf den Kondensator C,. Die Ausgangsspannung der Schaltungsanordnung ist eine Gleichspannung, die am Emitter des Transistors T₂ abgenommen werden kann.

Mit einem für den Kondensator C₂ konstanten Ladestrom von 20 ^A und einen gesteuerten Entladestrom von 800 uA für eine im Verhältnis zur Gesamtzeit nur sehr kurze Zeit hat eine Veränderung derjenigen Zeit, während der der Transistor Tg leitend ist, eine beträchtliche Wirkung auf die Gesamtaufladung des Kondensators C₂. Die Wirkung der Schaltung ist, die niedrigsten Frequenzen zu begünstigen, d.h. die Schaltung ist für die niedrigsten Frequenzen, die im Signal variabler Frequenz anfallen, empfindlicher. Wenn umgekehrt der Transistor T₇ einen konstanten Ladestrom liefern würde, der größer ist als der Entladestrora des Transistors Tg, so würde die Schaltung für die höchsten Frequenzen empfindlicher sein. Wenn Ladestrom und Entladestrom gleich sind, dann stellt die Schaltung ein Höhenanzeigegerät der üblichen Art dar.

Es kann aus verschiedenen Gründen auch vorkommen, daß das* Eingangssignal (F₁) der Schaltung für kurze Zeit ausfällt? das verursacht einen sehr lange anhaltenden Spannungsanstieg bei der Ladung des Kondensators C, mit dem Ergebnis, daß die

00984 6/158 1 ·/·

M. Brandon - 6

Spannung am ©inen Kondensatorbelag zu weit unter + 15 V fällt und für eine zu lange Zeit. Da die beschriebene Schaltung die niedrigen Frequenzen bevorzugt anzeigt, beeinflußt das zeitweise Fehlen des Eingangssignales das Ausgangssignal für eine viel längere Zeit« als es eigentlich der Zeit des Fehlens des Eingangssignales entspricht. Um dem abzuhelfen, kann die Schaltung (FIg₀ 3) modifiziert werden, Ein© Diode D. ist wischen den Kollektor des Transistors T₂ und die Basis eines weiteren Transistors To geschaltet, dessen Kollektor an die + 12 Volt Versorgungsspannung angebunden ist. Wenn, die Spannung am Kondensator C, unter eine zweite Bezugsspannungj, die niedriger als + 15 V ist, beispielsweise + 11 V gefallen ist, dann wird der Transistor To leitend. Der¹ Emitter des Transistors To ist mit der Basis eines weiteren Transistors Tg verbunden, der leitend wird, wenn der Transistor To leitetj der Kollektor des Transistors T_n nimmt dabei eine negativere Spannung an als in nicht-leitendem Zustand. Bar Kollektor des Transistors Tq ist über einen Kondensator (X mit der Steuerelektrode eines Feldeffekttransistors Fi₁ verbunden, und die negative Spannung an seiner Steuerelektrode bewirkt, daß die Quellen-Senkenstrecke (Souroe-Drain-Strecke) undurchlässig wird. So wird, wenn die Spannung am Kondensator C- unter die zweite, kleinere Bezugsspamung fällt* der Kondensator C₂ sowohl vom Transistor Tg als auch vom Transistor T₇ abgetrennt. Wenn das Eingangssignal wieder seinen normalen Wert annimmt, wird der Feldeffekttransistor F^ wieder leitend und die Schaltung arbeitet wieder normal. Dazu ist noch zu bemerken, daß wihrend des nicht-leitenden Zustandes des Feldeffekttransistors F^ der Kondensator C₃ mit seiner zuletzt vorhandenen Spannung die Darlington-Schaltung der Transistoren T^ und T₂ steuert; diese Spannung ist nicht weit entfernt von der Sollspannung, bis zu der Zeit, zu der der Feldeffekttransistor F₂^ wieder leitend wird. So wird durch diese Schaltung das Ausgangssignal mehr odor

00 9846/158 1.

M. Brandon -6

weniger auf dem richtigen Pegel gehalten, obwohl das Eingangssignal kurzzeitig ausfällt.

Um die Arbeltswelse der Schaltung noch zu verbessern, kann, wenn man beachtet, daß der Feldeffekttransistor F, den Kondensator C. nicht augenblicklich entladen kann, ein Widerstand R, zwischen dem Kondensator C. und dem Kollektor des Transistors T₂ eingeschaltet sein. Dieser Widerstand R₁, zu dem ein Kondensator CU parallel geschaltet ist, läßt die Spannung am Kondensator C- proportional zum Strom fallen, so daß am Ende eines jeden Eingangsimpulses die unvollständige Entladung des Kondensators C₁ durch eine kleine Verschiebung der Bezugsspannung gegenüber der an der Steuerelektrode des Feldeffekttransistors Fg anliegenden Bezugsspannung kompensiert wird.

3 Bl. Zeichnungen, 3 Fig.
9 Patentansprüche

009846/158 1

Claims

M. Brandon - 6

Patentansprüche

Schaltungsanordnung für die Höhenanzeige eines FM-CW-HÖhenraessers, der den gemessenen Höhenwert als diesem proportionale Folgefrequenz CO einer Sinus- oder Rechteckwelle als Ausgangssignal anliefert, dadurch gekennzeichnet, daß dieses Ausgangssignal mittels einer Impulsformerstufe in sine Nadelimpulsfolge umgewandelt wird, daß über eine Stromregelschaltung (T₁, T₂) ein Kondensator (Cl) fortwährend aufgeladen wird, daß dieser Kondensator (Cl) über ein steuerbares Tor (Fl) bei Jedem Nadelimpuls um einen gewissen Betrag wieder entladen wird, und daß die hierdurch sich bildende resultierende,^ proportionale Ladespannung des Kondensators (Cl) zur Höhenanzeige verwendet wird.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Abhängigkeit von der Ladespannung des Kondensators (Cl) die Stromregelschaltung (Tl, T2) so gesteuert wird, daß bei kleinen Folgefrequenzen (u) ) (hohe Ladespannung des Kondensators Cl) der Ladestrom des Kondensators (Cl) gegenüber dem bei höheren FoIgefrequenzen (co) (niedrigere Ladespannung des Kondensators Cl) vermindert wird, daß als Höhenwert der Ladestrom, gegeben durch die Spannung am Emitter des Transistors T2, angezeigt wird.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerspannung für die Stromregelschaltung (Tl, T2) aus der Ausgangsspannung einer Vergieiehseinrichtung (F2, F3, T3, T4) gewonnen wird, die die Ladespannung des Kondensators (Cl) mit einem Bezugswert (A) vergleicht.

Ktz/Gr
I₅. April

M. Brandon - 6

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3* dadurch gekennzeichnet, daß durch die Ausgangsspannung der Vergleichseinrichtung (F2, F3, T?, Τ4) ein erster Transistor (T6) im Sinne einer Konstantstromquelle gesteuert wird, daß ein zweiter Transistor (T7) durch eine Pestspannung Im Sinne einer zweiten Konstantstromquelle gesteuert wird, daß durch die

Differenz der Ausgangsströme der beiden Transistoren (To, T7) ein zweiter Kondensator (C2) aufgeladen wird, durch dessen Ladespannung die Stromregelschaltung (Tl, T2) gesteuert wird. .

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Basisspannung des ersten Transistors '(To') mittels eines dritten Transistors (T5) in Kollektorschaltung auf einen vorgegebenen Wert begrenzt wird.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als gesteuertes Tor ein Feldeffekttransistor (Fl) verwendet wird, dessen Quellen-Senkenstrecke dem Kondensator (Cl) parallel liegt und der durch die an das Gate angelegten Nadelimpulse leitend gesteuert wird.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Vergleichseinrichtung (F2, F3, T3, Tft) ein zweistufiger Differenzversta*rker verwendet wird.

8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangstransistoren (F2, FJ) dieses zweistufigen Differenzverstärkers Feldeffekttransistoren sind.

0 09 846/ 158 1

M. Brandon - 6

Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet^ daß die Differenz der Ausgangsströme der beiden Transistoren (To, T7) dem zweiten Kondensator (C2) über die Quellen-Senkenstrecke eines weiteren Feldeffekttransistors (F4) zugeführt werden, der gesperrt wird, wenn die Ladung des ersten Kondensators (Cl) einen vorgegebenen Wert überschreitet (Dl, T8, T9, C4).

009846/1581