DE2219936A1

DE2219936A1 - CIRCUIT ARRANGEMENT FOR DELAYING ELECTRICAL SIGNALS (RUN TIME LINE)

Info

Publication number: DE2219936A1
Application number: DE19722219936
Authority: DE
Inventors: Kurt Heine
Original assignee: KOERTING RADIO WERKE GmbH
Current assignee: KOERTING RADIO WERKE GmbH
Priority date: 1972-04-22
Filing date: 1972-04-22
Publication date: 1973-10-31

Description

BESCHREIBUNG Schaltungsanordnung zur Verzögerung elektrischer Signale (Laufzeitleitung) Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung, die der variablen Verzögerung von elektrischen Signalen dient. Die Erfindung gestattet es, die Verzögerungszeit entweder durch einen mechanischen Abgleichvorgang oder mit Hilfe eines einstellbaren Gleichstromes zu variieren. DESCRIPTION Circuit arrangement for delaying electrical signals (Delay line) The invention relates to a circuit arrangement that the variable Delay of electrical signals is used. The invention allows the delay time either through a mechanical adjustment process or with the help of an adjustable one To vary direct current.

Zur Verzögerung von elektrischen Signalen bedient man sich vorwiegend sog. Verzögerungsleitungen. Die bekannteste -Verzögerungsleitung ist das Koaxialkabel bzw. die abgewandelte Form mit gewendeltem Innenleiter. Daneben existieren eine Reihe von Konstruktionen mit konzentrierten Bauelementen,' die auf der Basis des klassischen t- oder T-Vierpoles aufgebaut sind. All diese Arten von Laufzeitleitungen gestatten es nicht ohne weiteres, eine variabel einstellbare Laufzeit zu erhalten.One mainly uses to delay electrical signals so-called delay lines. The best known delay line is the coaxial cable or the modified form with a coiled inner conductor. There are also one Series of constructions with concentrated building elements, based on the classic t- or T-four-pole are constructed. All these types of delay lines do not allow a variably adjustable running time to be obtained without further ado.

Als Verzögerungsleitung mit variabel einstellbarer Laufzeit ist eine Schaltungsanordnung bekannt geworden, die nach Art einer Laufzeitkette in-lt-Schaltung aufgebaut ist. Fig. 6 zeigt die Grundschaltung dieser Schaltungsanordnung. Die sonst üblichen Kondensatoren werden durch Dioden 20 ersetzt, welche in Sperrichtung betrieben werden. Das zu verzögernde Signal liegt an den Eingangsklemmen 4 und 6 der Laufzeitleitung an. Der Widerstand 22 und 18 hat die Aufgabe, die Leitung abzuschließen und zugleich den Gleichstromweg für die Dioden zu schließen. Von der Eingangsklemme 4 gelangt das Signal über eine Reihe von Tiefpaßanordnungen, bestehend aus den Induktivitäten 2 und den Sperrschichtkapazitäten der Dioden 20 an den Ausgang der Leitung 5. Der Kondensator 21 ist der gemeinsame Massekondensator und muß- viel größer sein als die Summe aller Sperrschichtkondensatoren. Die Kapazität der Sperrschicht kann in gewissen Grenzen mit einer Gleichspannung 15 - 16 am Widerstand 17 eingestellt werden. Diese Gleichspannung wird -weckmäßigerweise mittels eines Potentiometers und einem Trennwiderstand den Dioden 20 in Sperrrichtung zugeführt. Die Laufzeit der Leitung wird nun bestimmt durch wobei LtQt die Gesamtinduktivität aller Einzelinduktivitäten 2 ist und Ctot die Gesamtkapazität aller Diodensperrschichtkapazitäten darstellt.As a delay line with variably adjustable transit time, a circuit arrangement has become known which is constructed in the manner of a transit time chain in-IT circuit. Fig. 6 shows the basic circuit of this circuit arrangement. The usual capacitors are replaced by diodes 20, which are operated in the reverse direction. The signal to be delayed is applied to input terminals 4 and 6 of the delay line. Resistors 22 and 18 have the task of terminating the line and at the same time closing the direct current path for the diodes. From the input terminal 4 the signal passes through a series of low-pass arrangements, consisting of the inductors 2 and the junction capacitors of the diodes 20 to the output of the line 5. The capacitor 21 is the common ground capacitor and must be much larger than the sum of all junction capacitors. The capacitance of the barrier layer can be adjusted within certain limits with a DC voltage 15-16 at the resistor 17. This direct voltage is supplied to the diodes 20 in the reverse direction for the purpose of a potentiometer and an isolating resistor. The running time of the line is now determined by where LtQt is the total inductance of all individual inductances 2 and Ctot is the total capacitance of all diode junction capacitances.

Wie aus der Formel I zu ersehen ist, kann die Laufzeit r variiert werden, wenn man die Kapazität CSp ändert. Durch Variation der angelegten Sperrspannung an den Klemmen 15 -16 ergibt sich eine Anderung der Sperrschichtkapazität nach der Beziehung o = Sperrschichtkapazität Sp O = Dioden-C ohne äußere Spannung 0 UR = Sperrspannung UD = Diffussionsspannung T = Dotierungsprofil (0,33-0,5) und daraus resultierend eine variable Laufzeit C(UR). Wie aus der Formel II zu erkennen ist, wird die Änderung der Sperrschichtkapazität umso größer, je kleiner der Absolutwert der Sperrspannung wird. Bei großen Signalen muß die Sperrspannung genügend groß sein, um sicherzustellen, daß die Dioden nicht in den Durchlaßbereich gesteuert werden können, was nichtlineare Verzerrungen zur Folge hätte. Andererseits benötigen wir aber für ein großes A r ein großes C5 und dieses ist nur im Bereich einer relativ kleinen Sperrspannung erreichbar. Damit zeichnen sich die Grenzen der Anwendbarkeit dieser Schaltungsanordnung bereits ab. Zu diesem Nachteil kommt noch die Tatsache eines relativ großen elektrischen Aufwandes und der damit sich ergebenden Reduzierung der Zuverlässigkeit.As can be seen from the formula I, the running time r can be varied by changing the capacitance CSp. By varying the reverse voltage applied to terminals 15 -16, there is a change in the barrier layer capacitance according to the relationship o = junction capacitance Sp O = diode-C without external voltage 0 UR = blocking voltage UD = diffusion voltage T = doping profile (0.33-0.5) and a resulting variable transit time C (UR). As can be seen from formula II, the change in the junction capacitance becomes greater the lower the absolute value of the reverse voltage becomes. With large signals, the reverse voltage must be large enough to ensure that the diodes cannot be driven into the pass band, which would result in non-linear distortion. On the other hand, we need a capital C5 for a capital A r and this can only be achieved in the range of a relatively low reverse voltage. This already shows the limits of the applicability of this circuit arrangement. In addition to this disadvantage, there is the fact that the electrical outlay is relatively high and the reliability is reduced as a result.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Aufbau einer solchen Schaltung zu vereinfachen und die elektrischen Eigenschaften zu verbessern.The invention is based on the structure of such Simplify circuitry and improve electrical properties.

Die Erfindung geht aus von einer Schaltungsanordnung zur Verzögerung von elektrischen Signalen mit Hilfe an sich bekannter klassischer Tiefpaßanordnungen, bestehend aus konzentrierten Längsinduktivitäten und Querkapazitäten, und ist so aufgebaut, daß eine genau definierte Kopplungsinduktivität von Spule zu Spule erreicht wird, wobei sich die variable Verzögerung der Signale durch Variation der Kopplungsinduktivitäten oder der Längsinduktivitäten ergibt.The invention is based on a circuit arrangement for delay of electrical signals with the help of known classic low-pass arrangements, consisting of concentrated longitudinal inductances and transverse capacitances, and is so built to achieve a well-defined coupling inductance from coil to coil the variable delay of the signals by varying the coupling inductances or the series inductances.

Die Erfindung besteht darin, daß über die Längsinduktivitäten ein gemeinsamer Ferritstab so angeordnet wird, daß er in der Lage ist, durch Veränderung des Abstandes zwischen Ferritstab und Längsinduktivitäten sowohl die Haupt- als auch die Koppelinduktivitäten zu beeinflussen. Wie aus Formel I zu ersehen ist, kann auf diese Weise eine Beeinflussung der Laufzeit r errecht werden. Bei der erfindungsgemäßen Anordnung werden beide Vorteile, d. h. sowohl die variable Verzögerung von elektrischen Signalen als auch eine weitgehende Unabhängigkeit von der Signalgröße, in Verbindung mit einer außerordentlich großen Zuverlässigkeit der Schaltungsanordnung, bei gleichzeitig geringem Aufwand erreicht.The invention consists in that on the longitudinal inductances common ferrite rod is arranged so that it is able to change the distance between the ferrite rod and longitudinal inductances both to influence the main as well as the coupling inductances. As from Formula I too can be seen, the running time r can be influenced in this way. In the arrangement according to the invention, both advantages, i.e. H. both the variable Delay of electrical signals as well as an extensive independence from the signal size, in connection with an extremely high reliability the circuit arrangement, achieved with little effort at the same time.

Die Erfindung wird im folgenden an einigen Ausführungsbeispie len anhand der Figuren näher erläutert: Fig. 1 zeigt ein praktisches Ausführungsbeispiel der Erfindung.The invention is len in the following on some Ausführungsbeispie explained in more detail with reference to the figures: FIG. 1 shows a practical embodiment the invention.

Fig. 2 zeigt das Ersatzschaltbild des in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispieles.FIG. 2 shows the equivalent circuit diagram of the exemplary embodiment shown in FIG.

Fig. 3 zeigt die Ersatzschaltung fiir eine Anordnung, bei der die Variation der Hauptinduktivität durch Vormagnetisierung der Eisenkerne erreicht wird.Fig. 3 shows the equivalent circuit for an arrangement in which the Variation of the main inductance achieved by premagnetization of the iron cores will.

Fig. 4 zeigt eine Ersatzschaltung ähnlich Fig. 3, jedoch wird hier die Koppelspule zur Erzielung der Vormagnetisierung gleichzeitig mit seiner Windungskapazität als Qierkapazität benutzt.FIG. 4 shows an equivalent circuit similar to FIG. 3, but here the coupling coil to achieve the premagnetization at the same time as its winding capacity used as Qiercapacitance.

Fig. 5 zeigt das Ersatzschaltbild für die Fig. 2 - 4, welches sich ergibt, wenn men die Koppelindukt ivitäten mit berücksichtigt.FIG. 5 shows the equivalent circuit diagram for FIGS. 2-4, which is results if men take the coupling inductivities into account.

Fig. 6 zeigt eine Schaltungsanordnung, bei der die Querkapazitäten 3 durch Dioden 20 im Sperrschichtbetrieb ersetzt werden und durch Veränderung der Sperrschicht spannung eine variable Laufzeit erreicht wird.Fig. 6 shows a circuit arrangement in which the cross capacitances 3 can be replaced by diodes 20 in junction mode and by changing the Junction voltage a variable running time is achieved.

Fig. 7 zeigt den Vorschlag, die Querkapazitäten 3 durch eine Leitschicht auf den Spulenkörpern 25 und der dadurch erreichbaren Wickelkapazitäten zu den Spulen 2 zu realisieren.Fig. 7 shows the proposal that the transverse capacitances 3 by a conductive layer on the bobbins 25 and the thereby achievable winding capacities for the coils 2 to be realized.

In Fig. i wird der mechanische Aufbau einer Laufzeitleitung angedeutet, die es gestattet, durch Veränderung des Abstandes eines Ferritstabes 8 zu den Ferritspulen 2 eine Beeinflussung des Kopplungsfaktors zwischen den einzelnen Spulen 2 zu verursachen. Auf der Grundplatte 1 sind die Ferritspulen 2 und die Querkapazitäten 3 angeordnet. Bei diesen Querkapazitäten 3 kann es sich sowohl um Scheibenkondensatoren handeln, die auf der metallischen Oberfläche der Grundplatte 1 kontaktiert sind, als auch um eine aus Isoliermaterial bestehende Grundplatte mit aufgedampften Kondensatorbelägen. Der Ferritstab 8 ist in seiner Länge - sämtliche Ferritspulen überdeckend - so an der Blattfeder 10 angeordnet, daß durch Drehen der Schraube 9 der Abstand zu den Spulen 2 verändert werden kann. Der elektrische Aufbau der Schaltungsanordnung ist aus Fig. 2 zu entnehmen. Das zu verzögernde Signal liegt an der Eingangsklemme 4 und 6 und gelangt über die Tíefpaßanordnung, bestehend aus den Längsinduktivitäten 2 und den Querkondensatoren 3 zu den Ausgangsklemmen 5 und 6. Aus ökonomischen Gründen sollten die Querkapazitäten 3 und die Grundplatte 1 ein integriertes Bauteil sein.The mechanical structure of a delay line is indicated in FIG. which makes it possible to change the distance between a ferrite rod 8 and the ferrite coils 2 to influence the coupling factor between the individual coils 2. The ferrite coils 2 and the transverse capacitances 3 are arranged on the base plate 1. These transverse capacitances 3 can be disk capacitors, which are contacted on the metallic surface of the base plate 1, as well as around a base plate made of insulating material with vapor-deposited capacitor layers. The length of the ferrite rod 8 - covering all ferrite coils - is so on the leaf spring 10 arranged that by turning the screw 9 the distance to the Coils 2 can be changed. The electrical structure of the circuit arrangement is can be seen from FIG. The signal to be delayed is at input terminal 4 and 6 and passes through the Tíefpass arrangement, consisting of the longitudinal inductances 2 and the cross capacitors 3 to the output terminals 5 and 6. Off For economic reasons, the cross capacities 3 and the base plate 1 should be an integrated Be a component.

Eine weitere Möglichkeit, Signale variabel zu verzögern, wird in den Figuren 3 und 4 dargestellt. Die Ferritspulen (Garnrollen) sind entgegen dem vorher beschriebenen Beispiel mit 2 Wicklungen 2 und 2' bewickelt. Das der eigentlichen Verzögerung dienende Tiefpaßnetzwerk wird wiederum aus den Längsinduktivitäten 2 und den Querkapazitäten 3 gebildet. Läßt man nun durch die in Serie geschalteten Sekundärspulen 2' in Fig. 3 einen Gleichstrom fließen, so erhält man eine dem Stromfluß entsprechende Magnetisierung im Eisen. Die Induktivität der Spulen 2 kann also mit dem durch die Wicklung 2' fließenden Vormagnetisierungsstrom in der gewünschten Weise beeinflußt werden, wobei sicherzustellen ist, daß man nicht im nichtlinearen Bereich der Magnetisierungskurve arbeitet. Auch bei dieser Methode wird, wie mathematisch nachweisbar ist, mit der Vormagnetisierung sowohl die Längs- als auch die Koppelinduktivität beeinflußt.Another possibility to delay signals variably is in the Figures 3 and 4 shown. The ferrite coils (spools of thread) are contrary to the previous one described example with 2 windings 2 and 2 'wound. The real one The low-pass network serving the delay is in turn made up of the series inductances 2 and the transverse capacitances 3 are formed. If one now lets through the series connected Secondary coils 2 'in Fig. 3 flow a direct current, one obtains a current flow corresponding magnetization in iron. The inductance of the coils 2 can therefore with the bias current flowing through the winding 2 'in the desired Be influenced in a way, making sure that one is not in the non-linear Area of the magnetization curve is working. Again, this method is how mathematical is demonstrable, with the premagnetization, both the series and the coupling inductance influenced.

Der Unterschied der Schaltungsanordnung, dargestellt in Fig. 4, gegenüber derjenigen nach Fig. 3 besteht im wesentlichen in zwei Punkten: a) Die Vormagnetisierungswicklungen 2' sind alle parallel geschaltet, wobei ein Ende jeder Spule an Punkt 6 der gemeinsamen Masse von Aus- und Eingang der Schaltungsanordnung liegt.The difference in the circuit arrangement, shown in Fig. 4, compared to that of Fig. 3 consists essentially in two points: a) The bias windings 2 'are all connected in parallel, with one end of each coil at point 6 of the common Ground of the output and input of the circuit arrangement.

b) Die Querkapazitäten 3 werden in Fig. 4 durch die Wicklungskapazität der beiden Spulen 2 und 2' ersetzt. Gewisse Freiheitsgrade zur Erreichung eines bestimmten Wertes der Wickelkapazität bieten sich durch geeignete Wickelarten an, wie z. B. Bifilar- oder Lagenwicklung.b) The transverse capacitances 3 are in Fig. 4 by the winding capacitance of the two coils 2 and 2 'replaced. Certain degrees of freedom to achieve a certain value of the winding capacity are offered by suitable types of winding, such as B. bifilar or layer winding.

Eine weitere Möglichkeit, die Querkapazitäten 3 in den Anordnungen nach Fig. 1 - 4 zu ersetzen bzw. zu vergrößern, zeigt Fig. 7. Diese Erfindungsweiterbildung liegt darin, daß Ferritspulenkörper 25 (Garnrolle) mit einem leitenden Belag 26 (metallisieren) überzogen werden, und zwar so, daß dieser keine Kurzschlußwindung darstellt. Der Belag bildet dann mit der Wicklung der Längsinduktivität 2 die Querkapazität 3.Another option is the cross capacitance 3 in the arrangements According to FIGS. 1 to 4 to be replaced or enlarged, FIG. 7 shows this further development of the invention lies in the ferrite bobbin 25 (thread spool) having a conductive coating 26 (metallize) are coated in such a way that this does not have a short-circuit turn represents. The coating then forms the transverse capacitance with the winding of the series inductance 2 3.

Wie diese Leitschicht 26 aussehen kann, ist in Fig. 7 gezeigt.What this conductive layer 26 can look like is shown in FIG. 7.

Es bieten sich hier grundsätzlich zwei Lösungen an: In Fig. 7 a ist gezeigt, daß die Leitschicht 26 auf den Ferritspulenkörper 25 so angebracht ist, daß nicht der gesamte Umfang des Spulenkörpers mit der Leitschicht bedeckt ist, um eine Kurzschlußwindung zu vermeiden.There are basically two solutions: In Fig. 7 a is shown that the conductive layer 26 is attached to the ferrite bobbin 25 so that the entire circumference of the bobbin is not covered with the conductive layer, to avoid a short-circuit turn.

Fig. 7 b zeigt eine Anordnung, bei der die gesamte Oberfläche des Spulenkörpers metallisiert werden kann, ohne daß dadurch eine Kurzschlußwindung entsteht. Dieser Umstand wird dadurch erreicht, daß der Spulenkörper in seiner Längsachse geschlitzt wird. Der nun in der Leitschicht fließende Strom wird durch den gegensinnig fließenden Strom im Schlitz (sh. Fig. 7 c) kompensiert. Die schädliche Wirkung einer Kurschlußwindung~wird damit vermieden.Fig. 7 b shows an arrangement in which the entire surface of the Coil body can be metallized without creating a short-circuit turn arises. This fact is achieved in that the coil body is in its longitudinal axis is slotted. The current flowing in the conductive layer is reversed by the flowing Current in the slot (see Fig. 7 c) compensated. The harmful effect of a short-circuit turn ~ becomes thus avoided.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Schaltung wird anhand der Fig. 2 näher erläutert.The operation of the circuit according to the invention is based on the Fig. 2 explains in more detail.

Fig. 2 zeigt das an sich bekannte Ersatzschaltbild einer Verzögerungsleitung ohne induktive Kopplung zwischen den Spulen 2.Fig. 2 shows the known equivalent circuit diagram of a delay line without inductive coupling between the coils 2.

Bei dieser Leitung ist der-Wellenwiderstand Ltot = Q L2 Ctot =17 C3 daraus läßt sich die Laufzeit ar ableiten und die Grenzfrequenz Aus den Formeln III, IV und V kann man leicht ersehen, daß durch Vergrößerung von L2 die Laufzeit größer, die Grenzfrequenz niedriger und der Wellenwiderstand Z größer wird.With this line is the wave impedance Ltot = Q L2 Ctot = 17 C3 from this the transit time ar can be derived and the cutoff frequency From the formulas III, IV and V one can easily see that by increasing L2 the running time is longer, the cutoff frequency is lower and the characteristic impedance Z is higher.

Bei der erfindungsgemäßen Verzögerungsleitung mit Längsinduktivitäten 2, welche untereinander einen ganz bestimmten Kopplungsfaktor besitzen, ergibt sich dagegen für die Leitung nach Fig. 2 ein Ersatzschaltbild nach Fig. 5. Der Wellenwiderstand folgt der Beziehung: = = f/fg = normierte Frequenz m2 L2 = m2 + 1 L VII 4m m2 - 1 K - VIII m2 +1 C3 =mC IX Vergrößert man nun den Kopplungsfaktor K durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen, so wird m nach Formel VIII ebenfalls größer.In the case of the delay line according to the invention with series inductances 2, which have a very specific coupling factor among themselves, an equivalent circuit diagram according to FIG. 5 results for the line according to FIG. 2. The characteristic impedance follows the relationship: = = f / fg = normalized frequency m2 L2 = m2 + 1 L VII 4m m2 - 1 K - VIII m2 +1 C3 = mC IX If the coupling factor K is now increased by the measures according to the invention, m according to formula VIII is also larger.

Die Folge davon ist, daß nach den Beziehungen VII und IX C3 größer und L2 kleiner wird. Da jedoch mit der Vergrößerung des Kopplungsfaktors (wie beschrieben) gleichzeitig eine Vergrößerung der Längsinduktivität mL/ 2 in Fig. 5 gegeben ist, erhält man aus VII eine Vergrößerung von L2. Zusammenfassend kann also gesagt werden, daß die Anderung des Wellenwiderstandes Z bei gleicher Laufzeit r infolge einer Vergrößerung des Wertes der Spulen L2 in der bekannten Anordnung nach Fig. 2 stets größer ist als bei der erfindungsgemäßen Leitung mit verkoppelten Spulen 2 entsprechend dem Ersatzschaltbild Fig. 5.The consequence of this is that after relationships VII and IX C3 is greater and L2 becomes smaller. However, since with the increase in the coupling factor (as described) at the same time there is an increase in the longitudinal inductance mL / 2 in Fig. 5, one obtains from VII an enlargement of L2. In summary, it can be said that that the change in the characteristic impedance Z with the same running time r due to a Always increase the value of the coils L2 in the known arrangement according to FIG. 2 is larger than in the line according to the invention with coupled coils 2 accordingly the equivalent circuit diagram of FIG. 5.

Claims

PATENT CLAIMS

(¾1.) Circuit arrangement for delaying electrical signals len with the help of known classic low-pass arrangements consisting of concentrated Longitudinal inductances (2) and transverse capacitances (3) constructed so that an exact defined Coupling inductance (8) from coil to coil is achieved, with the variable Delay of the signals by varying the coupling inductances (8) or the Longitudinal inductances (2) results, characterized in that over the longitudinal inductances (2) a Rerrit rod adjustable in its distance is arranged.

2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the variation of the longitudinal inductances (2) by one on the same ferrite coils applied coupling winding (2 ') is achieved through which a direct current leads to the premagnetization of the ferrite core.

3. Circuit arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that that the winding capacities fish the coupling coils used for premagnetization (2 ') and the series inductances (2) at the same time for realizing the transverse capacitances can be used.

4. Circuit arrangement according to claim 1, 2 or 3, characterized in that that the transverse capacitances (3) by applying a suitable conductive layer on the Ferrite body of the coils (2) and the thus formed capacitances to the longitudinal inductances (2) are realized.

5. Circuit arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that that the transverse capacitances (3) are applied to a common carrier in such a way that they have a common ground electrode.

6. Circuit arrangement according to claim 1, 2 or 3, characterized in that that by varying the longitudinal inductances (2) on the one hand, as well as the coupling inductances (8) on the other hand, conditional changes in the characteristic impedance (Z) of the circuit due to the coupling of the coils (2) directed in opposite directions and dimensioned in this way are that an approximate cancellation takes place.

7. Circuit arrangement according to claim 1, 2, 3, 4, 5 or 6, characterized characterized in that the assembly body (1) for the coils (2) is also the integrated Capacitor plate (3) is.