DE3914888A1 - Schaltungsanordnung zum erzeugen eines steuersignals in abhaengigkeit vom auftreten eines extremwerts einer sinusschwingung und anwendung einer solchen schaltungsanordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zum Erzeugen eines Steuerimpulses in Abhängigkeit vom Auftreten eines Extremwerts einer Sinusschwingung sowie auf eine Anwen­ dung einer solchen Schaltungsanordnung zum Aufrechterhalten der Schwingungen eines mittels eines kurzzeitigen HF-Träger­ schwingungsimpulses zum Schwingen gebrachten Resonanzkreises mit einer Spule und einem Kondensator.

Ein Resonanzkreis hat die Eigenschaft, daß er nach einer Anre­ gung mit seiner Resonanzfrequenz auch dann noch weiter schwingt, wenn die Anregungsenergie nicht mehr zugeführt wird. Da die Bauelemente des Resonanzkreises jedoch verlustbehaftet sind und auch die an ihn angeschlossenen weiteren Bauelemente eine Dämpfung bewirken können, klingt die Schwingung in der Regel sehr schnell aperiodisch ab, wenn dem Resonanzkreis nicht wieder Energie zugeführt wird, die zumindest so groß ist, daß die Dämpfungsverluste ausgeglichen werden. Die Energiezufuhr muß dabei im richtigen Zeitpunkt erfolgen, damit sie im Sinne einer Mitkopplung wirkt und zur Aufrechterhaltung der Schwin­ gung führt. Es besteht somit ein Bedarf nach einer Schaltungs­ anordnung, die ein Steuersignal erzeugen kann, mit dessen Hil­ fe die Energiezufuhr zu einem Resonanzkreis mit dem Ziel der Aufrechterhaltung seiner Schwingungen herbeigeführt werden kann.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Schal­ tungsanordnung der eingangs angegebenen Art zu schaffen, mit deren Hilfe ohne großen Schaltungsaufwand ein solches Steuer­ signal unter Anwendbarkeit in einem größeren Frequenzbereich der Sinusschwingung generiert werden kann.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch ein Spei­ cherglied, das über eine Diode auf einen der Extremwerte der Sinusschwingung aufladbar ist, einen Entladeweg für das Spei­ cherglied, dessen Zeitkonstante so bemessen ist, daß innerhalb der Periodendauer der Sinusschwingung eine merkliche Entladung des Speicherglieds erfolgt, und ein durch die Ladespannung am Speicherglied steuerbares Schalterelement, das für die Zeit­ dauer, während der die Ladespannung kleiner als der Extremwert der Sinusschwingung ist, an seinem Ausgang das Steuersignal abgibt.

Mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung kann jeweils bei einem der Extremwerte einer Sinusschwingung ein Impuls erzeugt werden, wobei dieser Zusammenhang über einen größeren Bereich der Sinusschwingungen erhalten bleibt.

Eine bevorzugte Anwendung der erfindungsgemäßen Schaltungsan­ ordnung ist im Unteranspruch 3 gekennzeichnet. Bei dieser An­ wendung wird ein Resonanzkreis, der mit Hilfe eines kurzzeiti­ gen HF-Trägerschwingungsimpulses zum Schwingen angeregt wird, dadurch stets wieder mit Energie versogt, die er für das Wei­ terschwingen benötigt, indem das erzeugte Steuersignal einen Schalter schließt, über den die Energiezufuhr zum Resonanz­ kreis jeweils phasenrichtig erfolgen kann. Da das Steuersignal bei einem Extremwert der Sinusschwingung erzeugt wird, erfolgt die Energiezufuhr zwangsläufig phasenrichtig, so daß sich tat­ sächlich eine Energiezufuhr zum Resonanzkreis im Sinne einer Mitkopplung ergibt.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Anwendung der erfindungs­ gemäßen Schaltungsanordnung ist im Unteranspruch 4 gekenn­ zeichnet. Bei dieser Weiterbildung ist der Resonanzkreis Teil eines Transponders, in dem die Schwingungen des Resonanzkrei­ ses zur Erzeugung von Taktsignalen ausgenutzt werden, die den Funktionsablauf im Transponder steuern. Die Besonderheit be­ steht dabei darin, daß der Transponder keine eigene Versor­ gungsspannungsquelle hat, sondern lediglich mit einem Spei­ cherkondensator versehen ist, der durch Gleichrichten des HF- Trägerfrequenzimpulses aufgeladen wird, der auch den Resonanz­ kreis zum Schwingen anregt. Unmittelbar nach Beendigung des HF-Trägerschwingungsimpulses beginnt die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit der Erzeugung der Steuersignale in Ab­ hängigkeit von einem der Extremwerte der Sinusschwingung im Resonanzkreis, und mit Hilfe der erzeugten Steuersignale wird dann dem Resonanzkreis Energie aus dem Speicherkondensator zu­ geführt, was so lange fortgesetzt wird, bis die Energie im Speicherkondensator verbraucht ist. Dieser Zeitraum wird dazu ausgenutzt, eine im Transponder gespeicherte Nachricht unter der Steuerung durch die aus der Sinusschwingung des Resonanz­ kreises abgeleiteten Taktsignale zu einem Empfangsgerät zu übertragen.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung beispielshalber erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Schaltbild der erfindungsgemäßen Schaltungsanord­ nung und

Fig. 2 ein Prinzipschaltbild zur Erläuterung eines Anwen­ dungsbeispiels der erfindungsgemäßen Schaltungsanord­ nung.

Die in Fig. 1 dargestellte Schaltungsanordnung 10 weist einen HF-Eingang 12 auf, an den im Betrieb eine Sinusschwingung an­ gelegt wird. Ferner weist sie einen Ausgang 14 auf, an dem sie ein Steuersignal abgeben kann. Ein Anschluß 16 dient als Ver­ sorgungsspannungsanschluß und ein Eingang 18 dient als Masse­ anschluß.

Der HF-Eingang 12 ist über einen als Diode geschalteten Feld­ effekttransistor 20 mit einem Belag eines Kondensators 22 ver­ bunden, der als Speicherglied wirkt, wie anschließend noch er­ läutert wird. Der andere Belag dieses Kondensators 22 ist mit dem Versorgungsspannungsanschluß 16 verbunden. Außerdem steht der HF-Eingang 12 mit zwei in Serie geschalteten Source-Drain- Strecken von zwei weiteren Feldeffekttransistoren 24, 25 in Verbindung, die zum Versorgungsspannungsanschluß 16 führt. Die Verbindung zwischen den beiden Source-Drain-Strecken der Feld­ effekttransistoren 24, 25 bildet den Ausgang 14. Der als Diode geschaltete Feldeffekttransistor 20 ist an die Gate-Elektrode des Feldeffekttransistors 24 und an die Drain-Elektrode eines weiteren Feldeffekttransistors 26 angeschlossen, dessen Source- Elektrode mit dem Versorgungsspannungsanschluß 16 verbunden ist, während seine Gate-Elektrode mit der Gate-Elektrode des Feldeffekttransistors 25 verbunden ist. Mit der Gate-Elektrode des Feldeffekttransistors 26 ist auch der Verbindungspunkt von zwei Widerständen 28, 30 verbunden, die in Serie zwischen den Versorgungsspannungsanschluß 16 und den Masseanschluß 18 ge­ schaltet sind.

Die in der Schaltungsanordnung von Fig. 1 enthaltenen Feldef­ fekttransistoren 20 und 24 sind N-Kanal-MOS-Feldeffekttransi­ storen, und die Feldeffekttransistoren 25, 26 sind P-Kanal- MOS-Feldeffekttransistoren.

Die Feldeffekttransistoren 25 und 26 sind wegen ihrer Verbin­ dung mit dem Spannungsteiler aus den Widerständen 28 und 30 an eine feste Vorspannung gelegt und wirken als Konstantstrom­ quellen; der Feldeffekttransistor 25 wirkt dabei als Lastwi­ derstand für den Feldeffekttransistor 24.

Die Schaltungsanordnung von Fig. 1 arbeitet wie folgt: Wenn an den HF-Eingang 12 eine Sinusschwingung angelegt wird, folgt der Schaltungspunkt 32 der Sinusschwingung bis zum Er­ reichen ihres Minimums nach. Sobald die Sinusschwingung wieder ansteigt, setzt die Sperrwirkung des Feldeffekttransistors 20 ein, so daß der Schaltungspunkt 32 auf dem Potential des Mini­ mums der Sinusschwingung festgehalten wird. Der Kondensator 22 wirkt dabei als Speicherglied für dieses Potential des Mini­ mums der Sinusschwingung. Über den parallel zum Kondensator 22 geschalteten Feldeffekttransistor 26, der, wie erwähnt, als Stromquelle wirkt, erfolgt eine Entladung des Kondensators 22, wobei die Entladezeitkonstante mittels der vom Spannungsteiler aus den Widerständen 28 und 30 so eingestellt ist, daß inner­ halb der Periodendauer der Sinusschwingung eine merkliche Ent­ ladung des Speicherglieds erfolgt, das Potential am Schal­ tungspunkt 32 also in positiver Richtung verändert wird.

Sobald die Sinusschwingung am HF-Eingang 12 wieder gegen ihr Minimum geht und insbesondere wieder einen Spannungswert er­ reicht, der niedriger als das Potential am Schaltungspunkt 32 ist (abgesehen von der Schwellenspannung an dem als Diode ge­ schalteten Feldeffekttransistor 20), wird der Feldeffekttran­ sistor 20 wieder leitend, so daß ein Ladestrom zum Kondensator 22 fließt, der zur Folge hat, daß das Potential am Schaltungs­ punkt 32 wieder auf das Minimum der Sinusschwingung gezogen wird. Der kurze Stromimpuls, der zum Nachladen des Kondensa­ tors 22 fließt, hat zur Folge, daß der Feldeffekttransistor 24 für die Dauer dieses Stromimpulses in den leitenden Zustand übergeht, so daß demzufolge am Ausgang 14 ein negativer Impuls auftritt, der eindeutig im Zusammenhang mit dem Minimum der Sinusschwingung am HF-Eingang 12 steht.

Eine bevorzugte Anwendung der Schaltungsanordnung von Figur ist in Fig. 2 an einem schematischen Schaltbild angegeben.

Die in Fig. 2 dargestellte Schaltung ist Teil eines Transpon­ ders, von dem jedoch nur die Bauelemente dargestellt sind, die für die Erläuterung der Anwendung der Schaltungsanordnung von Fig. 1 notwendig sind. Der in der Schaltung von Fig. 2 ent­ haltene Resonanzkreis 34 mit dem Kondensator 36 und der Spule 38 kann mittels eines von einem Sendegerät abgestrahlten HF- Trägerschwingungsimpuls zum Schwingen angeregt werden. Dieser Impuls kann von einer in Fig. 2 nicht dargestellten Antenne empfangen und zum Resonanzkreis übertragen werden, wobei je­ doch die Spule 38 ein Teil der Antenne sein kann. Der parallel zum Resonanzkreis 34 liegende Widerstand 40 ist stellvertre­ tend für alle Elemente dargestellt, die den Resonanzkreis 32 bedämpfen.

Von der Parallelschaltung aus dem Widerstand 40, dem Kondensa­ tor 36 und der Spule 38 führt eine Diode 42 nach Masse. Paral­ lel zur Diode liegt ein Schalter 44, der vom Steuersignal aus der Schaltungsanordnung 10 geschlossen werden kann. Der Schal­ ter 44 ist in der Praxis ein elektronischer Schalter, der beim Empfang des Steuersignals vom Ausgang 14 vom Sperrzustand in den leitenden Zustand übergeht.

In Fig. 2 ist eine Versorgungsspannungsquelle 46 dargestellt, die beim geschilderten Anwendungsfall in einem Transponder aus einem Kondensator bestehen kann, der durch Gleichrichtung des HF-Trägerschwingungsimpulses mittels der Diode 42 aufgeladen wird. Die Spannung am Kondensator 46 dient als Versorgungs­ spannung für die Schaltungsanordnung 10, und sie dient gleich­ zeitig auch als Energiequelle, aus der der Resonanzkreis 34 unter der Steuerung durch das Steuersignal aus der Schaltungs­ anordnung 10 beim Schließen des Schalters 44 jeweils einen Energieimpuls emfängt, der die Sinusschwingung im Resonanz­ kreis 34 aufrechterhält. Natürlich ist die Aufrechterhaltung der Sinusschwingungen nur über eine begrenzte Zeitdauer mög­ lich, die von der Größe des Kondensators 36 und der in ihm ge­ speicherten Energie abhängt.

Die Schaltungsanordnung 10 erzeugt das Steuersignal am Ausgang 14 immer im Bereich des Minimums der Sinusschwingungen im Re­ sonanzkreis 34, so daß auch das Schließen des Schalters in diesem Bereich erfolgt. Dies führt zur phasenrichtigen Ener­ giezufuhr zum Resonanzkreis, die Voraussetzung für das Auf­ rechterhalten der Sinusschwingungen ist.

Es sei darauf hingewiesen, daß die in Fig. 1 dargestellte Schaltungsanordnung ohne weiteres so abgewandelt werden könn­ te, daß sie das Steuersignal jeweils im Bereich des Maximums der Sinusschwingungen erzeugt. Hierzu wäre es lediglich erfor­ derlich, anstelle der jeweils verwendeten N-Kanal-MOS-Feldef­ fekttransistoren P-Kanal-MOS-Transistoren und umgekehrt zu verwenden. Auch die Anwendungsschaltung von Fig. 2 könnte ohne weiteres an eine andere Polarität des Steuersignals aus der Schaltungsanordnung 10 angepaßt werden.

Claims (4)

1. Schaltungsanordnung zum Erzeugen eines Steuersignals in Ab­ hängigkeit vom Auftreten eines Extremwerts einer Sinusschwin­ gung, gekennzeichnet durch ein Speicherglied (22), das über eine Diode auf einen der Extremwerte der Sinusschwingung auf­ ladbar ist, einen Entladeweg für das Speicherglied (22), des­ sen Zeitkonstante so bemessen ist, daß innerhalb der Perioden­ dauer der Sinusschwingung eine merkliche Entladung des Spei­ cherglieds (22) erfolgt, und ein durch die Ladespannung am Speicherglied (22) steuerbares Schalterelement, das für die Zeitdauer, während der die Ladespannung kleiner als der Ex­ tremwert der Sinusschwingung ist, an seinem Ausgang (14) das Steuersignal abgibt.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß das Schalterelement ein Feldeffekttransistor (24) ist, an dessen Gate-Elektrode die Ladespannung am Speicher­ glied (22) anliegt, dessen Source-Elektrode die Sinusschwin­ gung zugeführt wird und dessen Drain-Elektrode mit einer als Lastwiderstand wirkenden Konstantstromquelle (25) in Verbin­ dung steht.

3. Anwendung der Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2 zum Aufrechterhalten der Schwingungen eines mittels eines kurzzeitigen HF-Trägerschwingungsimpulses zum Schwingen ange­ regten Resonanzkreises mit einer Spule und einem Kondensator, dadurch gekennzeichnet, daß der Resonanzkreis (34) in einer Serienschaltung mit einem steuerbaren Schalter (44) liegt, die ihrerseits parallel zu einer Versorgungsspannungsquelle (46) geschaltet ist, und daß der Schalter (44) durch das von dem Schalterelement (24) abgegebene Steuersignal in den geschlos­ senen Zustand versetzbar ist, in dem es die Ausgangsspannung der Versorgungsspannungsquelle (46) an den Resonanzkreis an­ legt.

4. Anwendung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (38) des Resonanzkreises (34) die Empfängerspule im Emp­ fängerteil eines Transponders ist, dessen Versorgungsspan­ nungsquelle von einem Kondensator gebildet ist, der durch Gleichrichten des von der Spule (38) des Resonanzkreises (34) empfangenen HF-Trägerschwingungsimpulses aufgeladen wird, und daß die Schwingungen des Resonanzkreises nach Beendigung des HF-Trägerschwingungsimpulses der Erzeugung von Taktimpulsen in dem Transponder dienen.