DE890967C - Amplitudenregeleinrichtung fuer elektrische Impulse - Google Patents

Description

(WiGBI. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 24. SEPTEMBER 1953

/ 3327 VIIIa/21 α,ι

Victor John Terry, London

ist als Erfinder genannt worden

Die Erfindung richtet sich auf die Regelung der Amplitude elektrischer Impulse. Erfindungsgemäß ist die Regeleinrichtung für elektrische Impulse so ausgebildet, daß sie nur ankommende Impulse aufnimmt, die eine Amplitude haben, welche einen bestimmten Schwellwert überschreitet, wobei der Schwellwert mit dem Anwachsen und Abnehmen der empfangenen Energie steigt oder fällt, und daß sie die aufgenommenen Impulse beschneidet, so daß die Amplitude der Impulse ein bestimmtes Maximum nicht überschreitet.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung wird die Energie einer Reihe von ankommenden Impulsen in einer Speicheranordnung aufgespeichert, von der sie in gleichförmigem Maße aufgebraucht wird, und nur die Impulse, welche einen Amplitudenwert überschreiten, der dem der durch den Pegel in der Speicheranordnung vorhandenen Energie entspricht, werden aufgenommen und mit einer Amplitude, die auf ein bestimmtes Maximum begrenzt ist, durchgelassen.

Die erfindungsgemäße Anordnung kann also zwischen langsamen und schnellen Änderungen in der Stärke der ankommenden Impulse einen Unterschied machen, da sie durch langsame Änderungen für einen beträchtlichen Amplitudenbereich im wesentlichen unbeeinflußt bleiben.

Ferner soll bei der erfindungsgemäßen Anordnung die resultierende Ausgangsspannung, falls die Reihe der ankommenden Impulse aus einer sinusförmigen

Spannung besteht, im wesentlichen keine geraden Harmonischen und nicht die dritte Harmonische enthalten.

Die Erfindung soll an Hand der Zeichnung näher erläutert werden.

Die Fig. ι und 2 zeigen zwei Ausführungsformen der Erfindung, bei denen die Schaltungen so ausgebildet sind, daß sie langsame Änderungen in der Amplitude elektrischer Wechselspannungen beseitigen, dagegen schnelle Änderungen hervorheben, so daß bei einem plötzlichen Abfall der Energie, beispielsweise um die Hälfte der erzeugten Energie, die Amplitude auf den Wert Null herabgedrückt wind.

Bei beiden Ausführungsformen ist die Schaltung so ausgebildet, daß sie schneller auf eine Zunahme in der Stärke der zugeführten Energie anspricht als auf eine entsprechende Abnahme. Ferner wird beim stärksten Anwachsen der Energie dieMaxiriialamplitude der Spannung augenblicklich auf einen nicht höheren Wert gebracht als ein Drittel über dem Nornialwert der Amplituden.

Derartige Schaltungen besitzen für die Verwendung in Empfangsanordnungen für Trägerfrequenztelegraphenanlagen u. dgl., bei denen sich die Stärke der Signale beträchtlich ändern kann, und bei denen die Zwischenräume zwischen den aufeinanderfolgenden Zeichen durch Echos und Störungen beeinflußt werden können, bestimmte Vorteile.

In der Schaltung nach Fig. 1 gelangt die zu regelnde Spannung über eine 'Verstärkerröhre 1 und einen Transformator zu der Regeleinrichtung, und die geregelte Ausgangsspannung wird dem Steuergitter einer zweiten Verstärkerröhre 10 zugeführt. Die Gleichrichtereigenschaft des Gitters dieser zweiten Röhre trägt gleichfalls zu dem Regelvorgang bei, und ein außerhalb der Schaltung gedachter Gleichrichter 11, der in der Figur gestrichelt eingezeichnet ist, hat eine Regelwirkung, die der durch das Gitter der Röhre hervorgerufenen Wirkungentspricht. Außerdem ist dem Gitter der Röhre ein Gleichrichter 12 parallel geschaltet, der parallel zu dem gedachten Gleichrichter 11, jedoch in entgegengesetzter Richtung zu ihm liegt. Es kann natürlich vorteilhaft sein, einen wirklichen Gleichrichter 11 zu benutzen, der dem Gleichrichter 12 genau gleich ist. In diesem Fall wind die Änderung des rückwärts durch 12 fließenden Stromes¹, der normalerweise dann vorhanden ist, wenn nur eine kleine oder überhaupt keine Signaleingangsspannung da ist, durch einen ähnlichen, durch den Gleichrichter 11 fließenden Leckstrom ausgeglichen, so daß keine Änderung in der der Röhre 10 zugeführten Gittervorspannung erfolgt.

Der Regelvorgang wird in zwei Stufen durchgeführt, die an Hand der in Fig. 3 dargestellten Kurven erläutert werden sollen.

Vier Gleichrichterelemente 3, 4, 5 und 6 liegen in einer Brückenschaltung mit einer Gleichstrombelastung aus den Widerständen 13 und 14 sowie einem Kondensator 15. Diese bilden die erste Regelstufe. Die genannten Elemente sind gegenüber der Anodenimpedanz der Röhre 1 dem Übersetzungsverhältnis des Transformators 2 und dem Wert eines Widerstandes 16 so bemessen, daß der durch die Eingangsklemmen der Gleichrichterbrücke fließende Strom während eines bestimmten Teils jeder Periode der Eingangsspannung durch ein am Kondensator 15 ausgebildetes Potential unterdrückt wird.

Die Eingangsklemmen der Gleichrichterbrücke liegen in Serie mit einem Widerstand 16, der durch die Primärwicklung eines Transformators 17 überbrückt ist. Der in Serie zur Sekundärwicklung dieses Transformators liegende Widerstand 9 hat einen hohen Wert, so daß die Spannung sowohl an der Primär- als auch an 'der Sekundärwicklung des Transformators dem durch die Emgangsklemmen der Brücke fließenden Strom annähernd proportional ist.

Für kleine Amplituden ist die dem Gitter der Röhre 10 zugeführte Spannung gleichfalls dem durch die Gleichrichterbrücke fließenden Strom proportional, da,, obwohl der Widerstand 9 einen hohen Wert hat, die Widerstände der Gleichrichter 11 und 12, welche dem Gitter parallel geschaltet sind, gleichfalls sehr hoch sind, was durch die ihnen von den Gitterbatterien 18 und 19 angelegten Potentiale verursacht wird. Sobald jedoch die Sekundärspannung des Transformators 17 die EMK der Batterie 19 in positiver Richtung überschreitet, fließt ein Strom durch den Gleichrichter 11, der ein weiteres merkliches Ansteigen im Potential des Gitters verhindert, und in ähnlicher Weise ist die Spannung, die in negativer Richtung dem Gitter der Röhre 10 zugeführt werden kann, durch den Gleichrichter 12 und die Batterie 18 begrenzt.

Die Arbeitsweise der Anordnung ist an Hand der Fig. 3 und 4 zu ersehen. In Fig. 3 stellt die Kurve 30 die Eingangsspannung, d. h. die effektive EMK im Anodenkreis der Röhre 1 dar. Die Linie 32 bezeichnet das Potential, auf das der Kondensator 15 durch den gleichgerichteten Strom aufgeladen wird, wenn die Eingangsspannung lange genug konstant war, um einen stationären Zustand zu erreichen. Es wird dabei angenommen, daß die Kapazität des Kondensators 15 so groß ist, daß während einer einzigen Periode keine merkliche Änderung des Potentials erfolgt. Die Kurve 31 stellt den durch die Emgangsklemmen der Gleichrichterbrücke fließenden Strom dar.

Es ergibt sich, daß abgesehen von einer geringen Ableitung kein Strom die Gleichrichterbrücke durchfließen kann, bis die EMK der Kurve 30 das Potential der Linie 32 überschreitet. Ist 'dies jedoch der Fall, so fließt ein Strom. Dieser wird durch den Widerstand der Gleichrichter 3, 4, 5 und 6, den Widerstand 13, den Widerstand 16 und den parallel dazu liegenden Transformator 17 begrenzt. Falls die Kapazität des Kondensators 15 groß ist, hat der Widerstand 14 keine Einwirkung auf den fließenden Strom, abgesehen davon, daß er das Potential 32 bestimmt.

Die Impedanz des Transformators 17 und die der angeschlossenen Belastung 9 sindhoch. DieKurve3i

stellt daher in. einem anderen Maßstab auch das der Röhre io über den Widerstand 9 und infolgedessen den Gleichrichtern 11 und 12 zugeführte Potential dar, welches dem dem Gitter der Röhre 10 zugeführten Potential entspricht und auf die in Kurve 36 gezeigte Kurvenform begrenzt ist, worin £18 und £19 die Spannungen der Batterien 18 und 19 darstellen.

Fig. 4 zeigt im gleichen Maßstab wie Fig. 3 eine ähnliche Reihe von Kurven für eine viel größere Eingangsspannung. Die Kurve 40, welche der Kurve 30 in Fig. 3 entspricht, stellt die EMK dar und die Linie 42 zeigt den neuen Wert des Potentials Vi 5, auf das der Kondensator 15 aufgeladen wird.

Das Verhältnis von Vi 5 zum Maximalwert der Eingangsspannung wird hauptsächlich durch die Bemessungsverhältnisse der Anodenimpedanz der Röhre 1, die entsprechend dem· Übersetzungsverhältnis des Transformators 2 korrigiert ist, der Widerstände der Gleichrichter 3, 4, 5 und 6 und der Widerstände 13, 14 und 16 bestimmt. Es ist daher bei beiden Figuren gleich. Aus diesem Grund fließt der Strom bei beiden Figuren über den gleichen Teil einer Periode und, obgleich der in der Kurve 41 dargestellte Strom größer ist als der der Kurve 31, bleiben-die Maximalwerte des Potentials 46, welches ,dem Gitter der Röhre 10 zugeführt wird, nahezu unverändert, weil sie im wesentlichen vollkommen durch £ 18 und Big bestimmt werden.

Es. besteht jedoch ein geringer Unterschied zwischen der Kurve 46 und der Kurve 36·, da, obgleich beide für den gleichen Teil einer Periode vorhanden sind, die Kurve 46 schneller auf ihren Maximalwert ansteigt und die mittlere Länge der Stromimpulse etwas größer ist. Für sehr große Werte der Erregerspannung nimmt die Kurve 46 eine rechteckige Form an, und die Stromimpulse haben eine feste Menge, die durch die Schnittpunkte der Kurven 40 und 42 festgelegt ist.

Wenn E 18 = E 19 ist, enthält die geregelte Spannung (36 oder 46) keine geraden Harmonischen, falls die Eingangsspannung sinusförmig ist. Ferner beträgt, wenn Vi 5 halb so groß wie der Maximalwert der Eingangsspannung gemacht wird, die Dauer jedes der positiven und negativen Stromimpulse ein Drittel einer Periode, so daß für große Werte der Eingangsspannung die eine rechteckige Impulsform ergeben, die geregelte Spannung frei von der dritten Harmonischen ist.

. Theoretisch sind die fünfte und die höheren Harmonischen vorhanden, die fünfte Harmonische mit einer Amplitude von einem Fünftel der Gmndwelle. Da jedoch in der Praxis die Kurvenform etwas abgerundet ist, verringert sich dieses Verhältnis und die höheren Harmonischen werden geschwächt, so daß die geregelte Spannung trotz ihres Aussehens ziemlich frei von Störkomponenten ist.

Es ist klar, daß, wenn die Amplitude der Eingangsspannung plötzlich auf einen Wert fällt, der kleiner ist als das Potential V15, die geregelte Spannung vollkommen unterdrückt wird. Hiermit wird eine der Bedingungen, die für die Schaltung gestellt waren, erfüllt. Außerdem kann das Maß, mit dem der Kondensator-15 aufgeladen wird, bei Anwendung einer geeigneten Eingangsspannung größer gemacht werden als das seiner Entladung beim Fehlen der Eingangsspannung, weil die Zeitkonstante für die Aufladung sich aus dem Produkt der Kapazität 15 und dem Effektivwert des Widerstandes 14 in Parallelschaltung mit einer Serienkombination aus den Widerständen 13, 16 und der Anodenimpedanz der Röhre 1 ergibt, während die Zeitkonstante für die Entladung durch das Produkt der Kapazität 15 und des Widerstandes 14 allein gebildet wird.

Die Schaltung nach Fig. 2 unterscheidet sich von der nach Fig. 1 hauptsächlich dadurch, daß diedem Gitter der Röhre 10 und dem Widerstand 9 zugeführte Spannung die der Eingangsklemmen der Gleichrichterbrücke ist, anstatt daß sie dem die Brücke durchfließenden Strom proportional ist und daß die Widerstände 13 und 14 und der Konden- _, sator 15 durch den Widerstand 8 und die Induktivität 7 ersetzt sind.

Bei der Schaltung.nach Fig. 2 fließt, wenn der 8g stationäre Zustand erreicht ist, ein Gleichstrom durch die Induktivität, der so' groß ist, daß während einer Periode der zugeführten Eingangsspannung keine merkliche Änderung auftritt.

Unter diesen Umständen fließt ein vorwärts gerichteter Strom durch sämtliche Gleichrichter 3, 4, S und 6 während derjenigen Teile der Periode, in denen die Eingangsspannung klein ist. Da der Widerstand des Gleichrichters klein ist, ist auch die durch den in der Sekundärwicklung des Transf ormators 2 fließenden Wechselstrom erzeugte Spannung klein.

Wenn jedoch der Strom in der Sekundärwicklung des Transformators in genügendem Maße ansteigt, daß er dem durch die Induktivität 7 fließenden Strom gleich ist, verlieren zwei der Gleichrichter ihre Leitfähigkeit, und jegliches weitere Ansteigen in den Amplituden der Eingangsspannung macht sich als eine Spannung an den Eingangsklemmen der Brücke bemerkbar, weil kein unmittelbares Ansteigen des Stromes durch sie möglich ist. Die durch diesen Kreis dem Widerstand 9 und dem Gitter der Röhre 10 zugeführte Spannung hat daher die gleiche Form wie die entsprechende Spannung der Fig. 1, und die Arbeitsweise kann in gleicher Weise aus den Fig. 3 und 4 entnommen werden. In diesen Figuren stellen die Kurven 30 und 40 für diesen _c, Fall wiederum die Wechselstrom-EMK im Anoden- ' kreis der Röhre 1 dar, und in einem anderen Maßstab zeigen sie auch den Strom, der sich bei Kurz-Schluß der Sekundärwicklung des Transformators 2 ergeben würde. In dem gleichen Maßstab geben die Linien 32 und 42 die Werte des durch die Induktivität 7 fließenden Stromes für den stationären Zustand an.

Die Kurven 36 und 46 stellen die an den Wechselstromklemmen der Gleichrichterbrücke entwickelte Spannung dar, wenn der Kurzschlußstrom (30 und 40) den für den stationären Zustand geltenden Strom (32 und 42) überschreitet. Die Kurven 36 und 46 zeigen die Spannung, welche dem Gitter der

69-0-967

Röhre ίο angelegt wird, nachdem sie durch den Widerstand 9 in Verbindung mit den Gleichrichtern 11 und 12 begrenzt ist.

Damit die Spannung während des Teils jeder Periode, in dein der Kurzschlußstrom (30 oder 40) den durch die Induktivität fließenden Strom überschreitet, gleich Null ist, müssen die Widerstände in der positiven Richtung der Gleichrichter 3, 4, 5 und 6 gleich Null sein. In der Praxis ist jedoch eine ausreichende Annäherung an diese Bedingung möglich, um ein richtiges Arbeiten der Schaltung zu erzielen.

Ferner muß zur Erzielung einer vollständigen Unterdrückung der Ausgangsspannung bei der Schaltung nach Fig. 1 während der Perioden, in denen die Eingangsspannung klein ist, der Widerstand der Gleichrichter in negativer Richtung unendlich sein. Aber auch für diese Bedingung ist in der Praxis- eine ausreichende Annäherung möglich.

ao Obgleich die Arbeitsweise der Schaltung für eine sinusförmige Eingangsspannung beschrieben wurde, sind ihre Vorteile in hohem Maße auch dann vorhanden, wenn eine komplexe Eingangs spannung von zwei oder mehreren Frequenzen verwendet wird. Es hat sich in der Praxis gezeigt, daß die beschriebenen Schaltungen einen bestimmten Grad der Amplitudenregelung mit geringerer Modulation zwischen den Frequenzen der komplexen Spannung ergeben, als es mit anderen Schaltungen möglich ist, die ähnliche. Eigenschaften hinsichtlich der Amplitudenregelung besitzen.

Die Betrachtung der beiden beschriebenen Schaltungen zeigt, daß sie aus einer Gleichrichteranordnung·,, einem Kondensator oder einer Induktivität

zur Speicherung der gleichgerichteten Energie, einem Ableitungspfad für die gespeicherte Energie, einem Übertragungspfad, dessen Wirkungsgrad von der Amplitude der angelegten Eingangsspannung im Verhältnis zur gespeicherten Energie abhängig ist, und aus einer Begrenzungsanordnung in der Endstufe bestehen. Natürlich lassen sich ähnliche Schaltungen aus Widerständen, Kondensatoren, Induktivitäten und Elektronenröhren allein aufbauen, und die Kondensatoren oder Induktivitäten, welche als Energiespeicher wirken, können durch mechanische Federn oder sich bewegende Gewichte od.er eine elastische Gassäule, die elektromagnetisch, elektrostatisch oder durch piezoelektrische Beeinflussung gekoppelt ist, ersetzt werden.

Außerdem können zur Durchführung des Erfindungsgedankens Schaltungen verwendet werden, die mit zwei im Gegentakt arbeitenden Röhren in '■Verbindung mit einer Gitterableitkondensatorkembination (zwei Widerstände und ein Konden-

sator) im gemeinsamen Teil des Gitterkreises arbeiten. Eine andere Schaltung kann mit zwei derartigen Widerständen und einem Kondensator in jedem Gitterableitungspfad ausgerüstet sein.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Amplitudenregeleinrichtung für elektrische Impulse, bei der nur Impulse durchgelassen werden, die einen bestimmten Amplitudenschwellwert überschreiten, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwell wert mit dem Ansteigen und Abnehmen der von den ankommenden Impulsen empfangenen Energie steigt und fällt und daß die durchgelassenen Impulse beschnitten werden, so daß ihre Amplitude einen festen Maximalwert nicht überschreitet.

2. Amplitudenregeleinrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Energie einer Reihe von ankommenden Impulsen in einer Speicheranordnung gespeichert wird, von der sie in einem gleichbleibenden Maß abgeleitet wird und daß nur Impulse, deren Amplituden einen durch den Energiepegel in der Speicheranordnung bestimmten Schwellwert überschreiten, durchgelassen werden, mit einer Amplitude, die auf einen bestimmten Maximalwert beschränkt ist.

3. Amplitudenregeleinrichtung nach Anspruch ι oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß, wenn eine Reihe von Impulsen aus sinusförmigen Spannungen besteht, die resultierenden Ausgangsspannungen im wesentlichen keine geraden Harmonischen und nicht die dritte Harmonische enthalten.

4. Amplitudenregeleinrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Gleichrichterbrücke vorgesehen ist, deren Eingangsklemmen in Reihe zu einer der Impulsübertragungsleitungen liegen und deren Ausgangsklemmen durch einen Ableitkondensator verbunden sind.

5. Amplitudenregeleinrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Gleichrichterbrücke vorgesehen ist, deren Eingangsklemmen den Impulsübertragungsleitungen parallel geschaltet sind und deren Ausgangsklemmen durch eine Induktivität miteinander verbunden sind.

6. Amplitudenregeleinrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß den Übertragungsleitungen für die ausgewählten Impulse zwei . Gleichrichter in entgegengesetzter Richtung parallel geschaltet sind, die das Durchfließen eines Stromes nur entsprechend einer angelegten Spannung, die einen bestimmten Wert überschreitet, gestatten.'

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

54ä? 9. S