DE3029346C2 - Impulsverstärkereinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Impulsverstärkereinrichtung mit Lichtwandlereingang, insbesondere zur Verwendung für eine impulsdauermodulierte Mehrkanalsystemeinrichtung mit Zeitmultiplex-Signalübertragung mittels Licht- oder Infrarotstrahlung, zum Empfang von aus elektrischen Nadelimpulsen abgeleiteten Lichtblitzen und deren Rückumsetzung urd Verstärkung mit zusätzlicher Nutz-Störsignaltrennung.

Der Empfang von kurzen schnellen Licht- oder Infrarotimpulsen bei Gegenwart von Störlicht mit konstanter oder niederfrequenter Amplitude, z. B. von Glühlampen, Leuchtstoffröhren, Tageslicht, bedarf besonderer Störunterdrückungsmaßnahmen. Die Notwendigkeit einer sehr schnellen rauscharmen Impulsverarbeitung ist gegeben, um die zeitliche Empfangsunschärfe der Impulsflanke gering zu halten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen schnellen, rauscharmen Impulsverstärker zu erstellen, bei dem bei Fehlen von Nutzsignalen sowohl niederfrequente Störsignale als auch die damit verbundenen Rauschimpulse, die zu einer Fehlinformation führen könnten, unterdrückbar sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die von einer oder mehreren Fotodioden als Lichtwandlereingang empfangenen Lichtblitze als elektrische Signale an den Eingang einer als Strom-Spannungskonverter geschalteten Kaskode geführt sind,

deren Arbeitspunkteinstellung über eine mit einem Kondensator überbrückte Konstantstromquelle erfolgt, wobei eine Verstärkung schneller kurzer Impulse und eine Unterdrückung niederfrequenter Störsignale erfolgt, daß der Kaskodeneingang zusätzlich über einen Eingangswiderstand gegen Masse geschaltet ist, wobei der Einsatzpunkt für die Untere^ückung der mit den niederfrequenten Signalen korrelierten Rauschimpulse durch eine Vorspannung in der Kaskode festgelegt ist, daß der Strom-Spannungskonverter direkt oder über einen Verstärker an einen Diskriminatortransistor angeschlossen ist, dessen Emitter am Teilerpunkt eines zum einen über einen Widerstand gegen Bezugspotential und zum anderen über einen weiteren Widerstand gegen eine feste oder steuerbare Spannung geschalte- '5 ten Spannungsteilers liegt, wobei zudem der Emitter über einen Endverstärker den Ausgang der Impulsverstärkereinrichtung bildet, und daß der Kollektor an eine Schaltung zur automatischen Rauschunterdrückung angeschlossen ist, wobei in einer dem Ausgang des Impulsverstärkers nachgeschalteten Demodulationsstufe ausgangsseitig bei ausreichendem Nutzsignalpegel eine Signalfreigabe erfolgt, und daß durch Bemessung des Eingangswiderstandes und der Vorspannung in der Kaskode bei Fehlen eines eingangsseitigen Nutzsignales die mit den niederfrequenten Störsignalen korrelierten Rauschimpulse ab einem festzulegenden Störsignalpegel in der Kaskode unterdrückbar sind, bevor die Schaltung zur automatischen Rauschunterdrückung die Rauschimpulse als unechte Nutzsignale auswertet.

Vorteilhaft ist hier, daß durch Verwendung der Konstantstromquelle die dynamischen Eigenschaften der Kaskode bei Störlicht solcher Intensität, die noch nicht die vorgesehene Sperre auslöst, praktisch nicht beeinflußt werden, wodurch bei mäCigen Störlicht noch ^ ein guter Empfang vorliegt, daß durch Wahl des die Konstantstromquelle überbrückenden Kondensators die Grenzfrsquenz der zu unterdrückenden niederfrequenten Stö^rsignale festgelegt ist, daß die niederfrequenten Störsignale ab einer gewissen Größe die ⁴ⁿ Kaskode mittels des Stromgenerators sperren, wobei das mit den niederfrequenten Störsignalen gekoppelte Rauschen unterdrückt ist, daß der Einsatzpunkt der Sperre in der Kaskode beliebig festlegbar ist, wobei eine nachgeschaltete automatische Rauschunterdrückung durch die Rauschsignale allein nicht anspricht, daß der Einsatzpunkt in der Sperre eine Optimierung hinsichtlich Störlicht'.'erträglichkeit und Rauschen zuläßt, wobei eine unterschiedliche Schwelle bei Übertragung digitaler oder analoger Signale festzulegen ist. so

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß als Strom-Spannungskonverter ein eingangsseitiger und ein ausgangsseitiger Transistor über ihre Kollektor-Emitterstrecken in Serie geschaltet sind, wobei die Basis des eingangsseitigen Transistors mit dem Kollektor des ausgangsseitigen Transistors über einen Gegenkoppelwiderstand verbunden sind, und wobei zwischen der Basis des eingangsseitigen Transistors und Speisespannung der Lichtwandler angeschlossen ist, und wobei über den Emitter des eingangsseitigen Transistors die mit einem Kondensator überbrückte Konstantstromquelle angeschlossen ist, und wobei der Kollektor des ausgangsseitigen Transistors sowohl den Strom-Spannungskonverterausgang bildet als auch über einen Kollektorwiderstand an &⁵ Speisespannung liegt und daß die Basis des ausgangsseitigen Transistors an die Vorspannung angeschlossen ist. Vorteilhaft ist hier, daß der Strom-Spannungskonverter fur kurze schnelle Impulse eine kleine reelle Eingangsimpedanz darstellt, wodurch kurze Impulsanstiegszeiten erzielbar sind.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß als Schaltung zur automatischen Rauschunterdrückung ein gegen Speisespannung geschalteter Ladekondensator dient, wobei der Diskriminatortransistor als gepulster Stromgenerator dient, und wobei der Ladekondensator durch einen weiteren Spannungsteiler aus zwei Widerständen überbrückt ist, dessen spannungsseitigem Widerstand die Basis-Emitterstrecke eines Rauschabschalt-Transistors parallel geschaltet ist, deren Schwellcharakteristik zur Festlegung des Einsatzpunktes der automatischen Rauschunterdrückung vorgesehen ist, und daß der Kollektor des Rauschabschalt-Transistors als Steuerausgang für die Signalfreigabe bei ausreichendem Nutzpegel dient. Vorteilhaft ist hier, daß der Diskriminator-Transistor einerseits eine Unterscheidung der Impulse nach der Höhe, andererseits für jene Impulse, die diese freiwählbare Schwelle überschreiten, als gepulster Stromgenerator mit der /?C-Kombination im Kollektorkreis eine Diskriminierung nach der Impuls-Zeitfläche zuläßt, daß bei Übertragung von Licht- oder InTrarotimpulsen konstanter Dauer durch den Diskriminator-Transistor eine Unterscheidung zwischen Rausch- und Nutzsignal durch die Kombination dieser beider Auswahlkriterien auf einfachste Weise ermöglicht ist.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor. daß der Diskriminator-Transistor durch den angeschlossenen Spannungsteiler bei kleinen Impulsamplituden gesperrt ist, daß bei Überschreitung der durch die feste oder steuerbare Spannung einstellbaren Schwelle der Diskriminator-Transistor einerseits als Emitterfolgerstufe zur Weitergabe der freigegebenen Impulse an den Endverstärker dient, andererseits als gepulster Stromgenerator gemäß der Impulszeitflächc der durchgeschalteten Impulse der Aufladung des Ladekondensators dient. Vorteilhaft ist hier, daß in einer Transistorstufe drei Funktionen einer elektronischen Verarbeitung kombiniert sind und eine Auffächerung zur weiteren Impulsverarbeitung und zur Schaltung zur automatischen Rauschunterdrückung erfolgt.

Nach einer zusätzlichen Ausgestaltung der Erfindung ist noch vorgesehen, daß als Schalter für die Signalfreigabe bei ausreichendem Nutzpegel ein Feldeffekttransistor dient, dessen Steuerelektrode an den Ausgang der Schaltung zur automatischen Rauschunterdrückung angeschlossen ist, und über dessen Schaltstrecke die niederfrequenten Signale von einem Demodulationsstufenausgang geführt sind, wobei die Schaltstrecke durch einen hochohmigen Widerstand überbrückt ist. Vorteilhaft ist hier, daß durch den hochohmigen Widerstand bei gesperrtem Feldeffekttransistor ein niederfrequentes Signal kleiner Amplitude zur Funktionskontrolle anliegt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 ein Ersatzschaltbild für den Lichtwandlereingang und

F i g. 2 die Schaltung einer erfindungsgemäßen !•npulsverstärkereinrichtung.

Anhand von F i g. 1 wird der Lichtwandlereingang der Impulsverstärkereinrichtung erklärt. Die Schnelligkeit einer Fotodiode als Lichtwandler wird neben den Ladungsträgerlaufzeiten durch die Zeitkonstante RE.

CG, wo RE die reelle Eingangsimpedanz und CG die Summe von Sperrschichtkapazität der Fotodiode und Eingangskapazität des Empfängers darstellt, festgelegt. Für eine schnelle Impulsverarbeitung eignet sich daher am besten ein schneller Strom-Spannungskonverter, dessen Parallelgegenkopplung eine sehr kleine, reelle Eingangsimpedanz realisieren läßt, wie die erfindungsgemäße Lösung es vorsieht.

Anhand von Fig. 2 wird die Schaltung einer erfindungsgemäßen Impulsverstärkereinrichtung beschrieben und erläutert. In einer als Lichtwandler D dienenden Fotodiode werden Lichtblitze aus einer impulsdauermodulierten Mehrkanalsystemeinrichtung mit Zeitmultiplex-Signalübertragung empfangen. Der Lichtwandler D ist mit einem Anschluß an Speisespannung gelegt und mit dem zweiten Anschluß zürn einen über einen Eingangswiderstand Λ 1 an Bezugspotential und zum anderen an die Basis eines eingangsseitigen Transistors T2 einer Kaskode geschaltet. Von Speisespannung aus über einen Kollektorwiderstand R 3 ist die Kollektor-Emitterstrecke eines ausgangsseitigen Transistors Ti der Kaskode über die Kollektor-Emitterstrecke des eingangsseitigen Transistors T2 an eine durch einen Kondensator Ci überbrückte Konstantstromquelle G angeschlossen, die mit ihrem zweiten Anschluß an Bezugspotential liegt. Der Kollektor des ausgangsseitigen Transistors Ti, der im weiteren an einen Verstärker V angeschlossen ist, ist über einen Gegenkoppelwiderstand R 2 an die Basis des eingangsseitigen Transistors Γ2 geschaltet. Die Basis des ausgangsseitigen Transistors Ti ist an eine Vorspannung U1 gelegt, durch die der Einsatzpunkt für die Unterdrückung der mit niederfrequenten Signalen korrelierten Rauschimpulse festlegbar ist. Der Ausgang des Verstärkers V ist an die Basis eines Diskriminator-Transistors Γ3 geschaltet, dessen Emitter zum einen an den Teilerpunkt eines zwischen einer festen oder steuerbaren Spannung U2 und Bezugspotential liegenden Spannungsteilers, bestehend aus zwei Widerständen R 5, R 4, geschaltet ist, und zum anderen über einen Endverstärker EV den Ausgang A i der Impuls-Verstärkercinrichtung bildet. Ein gegen Speisespannung geschalteter und durch einen weiteren Spannungsteiler aus zwei Widerständen R 6, R 7 überbriickter Ladekondensator C2 ist an den Kollektor des Diskriminator-Transistors 7"3 angeschlossen und bildet zusammen mit einem über seine Basis an den Teilerpunkt des weiteren Spannungsteilers R 6, R 7 angeschlossenen Rauschabschalt-Transistor 7" 4 eine Schaltung zur automatischen Rauschunterdrückung SQ. Von Speisespannung aus über die Emitterkollektorstrecke des Rauschabschalt-Transistors Γ4 wird der Ausgang A 2 der Schaltung zur automatischen Rauschunterdrückung gebildet über den (in der Zeichnung nicht mehr dargestellt) die Freigabe der demodulierten Signale erfolgt, wobei dieser Ausgang Λ 2 an die Steuerelektrode eines Feldeffekttransistors angeschlossen ist und in einer an die Impulsverstärkereinrichtung angeschlossenen Demodulationsstufe ausgangsseitig die Schaltstrecke des Feldeffekttransistors liegt Ein hochohmiger Widerstand der diese Schaltstrecke überbrückt, läßt ein niederfrequentes Signal durch, wodurch aus Betriebssicherheitsgründen erkennbar ist daß die Anlage wohj in Betrieb ist, jedoch eine gestörte Signalabgabe erfolgt

Im weiteren wird die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Impulsverstärkereinrichtung beschrieben, wobei speziell ein Empfang von Infrarot-Impulsen angenommen ist Die Kaskode mit dem Gegenkoppelwiderstand R 2 stellt einen Strom-Spannungskonverter dar, dessen reelle Eingangsimpedanz RE (in Fig. 1) dynamisch so verringert wird, daß der Eingangswiderstand R i keinen Nebenschluß bildet. Für die Dauer der Infrarot-Impulse (z. B. 1 μ&εΰ) wird die Konstantstromquelle G durch den überbrückenden Kondensator Ci kurzgeschlossen und ist damit wirkungslos. Bei niederfrequenten Infrarot-Signalen (Störlicht) ist die Konstantstromquelle G voll wirksam und ihre hohe Ausgangsimpedanz bewirkt eine derart starke Stromgegenkopplung der Kaskode, daß kein niederfrequentes Störsignal am Ausgang der Kaskode auftritt. Jeder Fotodiodenstrom ist mit einem Rauschstrom gekoppelt, dessen Größe direkt vom Diodenstrom abhängt. Wenn nun ein niederfrequentes Störlicht (Sonne, Glühlampe) einen Fotodiodenstrom erzeugt, so ist damit ein Rauschstrom korreliert, dessen hochfrequente Anteile als Spannungsimpulse sehr wohl am Ausgang der Kaskode auftreten und bei genügend starker Störlichtintensität die nachgeschaltete Schaltung zur automatischen Rauschunterdrückung SQ bei Abwesenheit eines Nutzsignales zum Ansprechen bringen, so daß Fehlinformationen von der Impulsverstärkereinrichtung abgegeben werden. Dies verhindert ein Sperrmechanismus, bestehend aus der Kaskode und der Konstantstromquelle G. Da bei niederfrequenten Eingangssignalen die Konstantstromquelle G voll wirksam ist, ist der Eingang der Kaskode hochohmig, da der Gegenkoppelwiderstand R 2 nicht dynamisch reduziert wird. Daher baut sich das niederfrequente Signal als Spannungsabfall am Eingangswiderstand R1 auf und hebt die Basis des eingangsseitigen Transistors T2 der Kaskode an. Da der Emitter des eingangsseitigen Transistors T2 der Kaskode nachfolgt, verringert sich die Kollektorspannung des eingangsseitigen Transistors T2 der Kaskode bei genügend starker Störlichtintensität soweit, daß der Verstärkungsmechanismus des eingangsseitigen Transistors T2 der Kaskode zusammenbricht und kein Rauschsignal am Ausgang der Kaskode auftreten kann.

•Ό Der Einsatzpunkt dieses Sperrmechanismusses wird durch die Vorspannung Ui des ausgangsseitigen Transistors Ti der Kaskode festgelegt, und zwar so, daß die nachgeschaltete Schaltung zur automatischen Rauschunterdrückung SQ durch die vom Störlicht

⁴S herrührenden Rauschimpulse nicht zum Ansprechen gebracht wird. Ein weiterer Vorteil der Konstantstromquelle G besteht darin, daß bei Störlichteinfall unterhalb der Einsatzschwelle des Sperrmechanismusses zwar die Basisspannung des eingangsseitigen Transistors Γ2 der Kaskode angehoben wird, aber der Kollektorstrom der Kaskode unverändert bleibt und damit praktisch auch die dynamischen F.igensrhaften. Ober den Verstärker V gelangen die Impulse an den Diskriminator-Transistor Γ3, dessen Emitterkreis eine Impulstrennung bewirkt und dessen Kollektor an die Schaltung zur automatischen Rauschunterdrückung SQ angeschlossen ist Durch die feste oder steuerbare Spannung i/2, die als dynamische Schwelle ausgebildet sein kann, wird nach der Impulshöhe diskriminiert, & h. nur Impulse ab einer gewissen Höhe gelangen in den Endverstärker EV. Der Kollektor des Diskriminator-Transistors Ti wirkt als gepulste Stromquelle, die den Ladekondensator CI je nach Höhe und Form der anstehenden Impulse auflädt Neben der Impulshöhe bildet damit die Impuls-Zeitfläehe ein weiteres Kriterium, so daß bei Infrarot-Impulsen konstanter Dauer eine Unterscheidung zwischen Nutzsignal und Rauschen möglich ist Die Spannung am Ladekondensator Cl ist daher das Maß dafür, ob

Nutzsignale genügender Stärke zur Verfügung stehen. Ist dies der Fall, wird der Rauschabschalt-Transistor Γ4 aufgesteuert, und im weiteren über einen nicht gezeichneten Schalter der Weg des demodulierten Signales freigegeben.

Die erfindungsgemäße Impulsverstärkereinrichtung erzielt in vorteilhafter Weise, daß bei durch Fremdlicht hervorgerufenem Rauschen allein kein Nutzsignal

vorgetäuscht wird, daß erst ab einer gewissen Nutzsignalintensität die automatische Rauschunterdrükkung ein Nutzsignal freigibt, daß bei mäßigem Störlichteinfall die Nutzsignalfreigabe nicht beeinflußt wird und die Empfangsqualität nur unwesentlich verschlechtert wird. Weiterhin ist es vorteilhaft, daß durch mehrere Fotodioden als Lichtwandler die Betriebssicherheit und die Empfindlichkeit erhöht wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Impulsverstärkereinrichtung mit Lichtwandlereingang, insbesondere zur Verwendung für eine impulsdauermodulierte Mehrkanalsystemeinrichtung mit Zeitmultiplex-Signalübertragung mittels Licht- oder Infrarotstrahlung, zum Empfang von aus elektrischen Nadelimpulsen abgeleiteten Lichtblitzen und deren Rückumsetzung und Verstärkung mit zusätzlicher Nutz-Störsignaltrennung, dadurch gekennzeichnet, daß die von einer oder mehreren Fotodioden als Lichtwandlereingang empfangenen Lichtbütze als elektrische Signale an den Eingang einer als Strom-Spannungskonverter geschalteten Kaskode geführt sind, deren Arbeitspunkteinstellung über eine mit einem Kondensator überbrückte Konstantstromquelle erfolgt, wobei eine Verstärkung schneller kurzer Impulse und eine Unterdrückung niederfrequenter Störsignale erfolgt, daß der Kaskodeneingang zusätzlich über einen Eingangswiderstand gegen Masse geschaltet ist, wobei der Einsatzpunkt für die Unterdrückung der mit den niederfrequenten Signalen korrelierten Rauschimpulse durch eine Vorspannung in der Kaskode festgelegt ist, daß der Strom-Spannungskonverter direkt oder über einen Verstärker an einen Diskriminatortransistor angeschlossen ist, dessen Emitter am Teilerpunkt eines zum einen über einen Widerstand gegen Bezugspotential und zum andern über einen weiteren Widerstand gegen eine feste oder steuerbare Spannung geschalteten Spannungsteiler liegt, wobei zudem der Emitter über einen Endverstärker den Ausgang der Impulsverstärkereinrichtung bildet, und daß der Kollektor an eine Schaltung zur automatischen Rauschunterdrükkung angeschlossen ist, wobei in einer dem Ausgang des Impulsverstärkers nachgeschalteten Demodulationsstufe ausgangsseitig bei ausreichendem Nutzsignalpegel eine Signalfrcigabe erfolgt, und daß durch Bemessung des Eingangswiderstandes und der Vorspannung in der Kaskode bei Fehlen eines eingangsseitigen Nutzsignals die mit den niederfrequenten Störsignalen korrelierten Rauschimpulse ab einem festzulegenden Störsignalpegel in der Kaskode unterdrückbar sind, bevor die Schaltung zur automatischen Rauschunterdrückung die Rauschimpulse als unechte Nutzsignale auswertet.

2. Impulsverstärkereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Strom-Spannungskonverter ein eingangsseitiger und ein ausgangsseitiger Transistor über ihre Kollektor-Emitterstrecken in Serie geschaltet sind, wobei die Basis des eingangsseitigen Transistors mit dem Kollektor des ausgangsseitigen Transistors über einen Gegenkoppelwiderstand verbunden sind, und wobei zwischen der Basis des eingangsseitigen Transistors und Speisespannung der Lichtwandler angeschlossen ist, und wobei über den Emitter des eingangsseitigen Transistors die mit einem Kondensator überbrückte Konstantstromquelle angeschlossen ist, und wobei der Kollektor des ausgangsseitigen Transistors sowohl den Strom-Spannungskonverterausgang bilde» als auch über einen Kollektorwiderstand an Speisespannung liegt und daß die Basis des ausgangsseitigen Transistors an die Vorspannung angeschlossen ist.

3. Impulsverstärkereinrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Schaltung

zur automatischen Rauschunterdrückung ein gegen Speisespannung geschalteter Ladekondensator dient, wobei der Diskriminatortransistor als gepulster Stromgenerator dient, und wobei der Ladekondensator durch einen weiteren Spannungsteiler aus zwei Widerständen überbrückt ist, dessen spannungsseitigem Widerstand die Basis-Emitterstrecke eines Rauschabschalt-Transistors parallel geschaltet ist, deren Schwellcharakteristik zur Festlegung des Einsatzpunktes der automatischen Rauschunterdrückung vorgesehen ist, und daß der Kollektor des Rauschabschalt-Transistors als Steuerausgang für die Signalfreigabe bei ausreichendem Nutzpegel dient.

4. Impulsverstärkereinrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Diskriminator-Transistor durch den angeschlossenen Spannungsteiler bei kleinen Impulsamplituden gesperrt ist, daß bei Überschreitung der durch die feste oder steuerbare Spannung einstellbaren Schwelle der Diskriminator-Transistor einerseits als Emitterfolgerstufe zur Weitergabe der freigegebenen Impulse an den Endverstärker dient, andererseits als gepulster Stromgenerator gemäß der Impulszeitfläche der durchgeschalteten Impulse der Aufladung des Ladekondensators in der Schaltung zur automatischen Rauschunterdrückung dient.

5. Impulsverstärkereinrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Schalter für die Signalfreigabe bei ausreichendem Nutzpegel ein Feldeffekttransistor dient, dessen Steuerelektrode an den Ausgang der Schaltung zur automatischen Rauschunterdrückung angeschlossen ist, und über dessen Schaltstrecke die niederfrequenten Signale von einem Demodulationsstufenausgang geführt sind, wobei die Schaltstrecke durch einen hochohmigen Widerstand überbrückt ist.