DE911626C - Schaltungsanordnung zum Umwandeln von amplitudenmodulierten Impulsen in amplitudenproportionale Saegezaehne - Google Patents

Description

Bei der Lösung der Aufgabe, amplitudenmodulierte Impulse in längen- oder lagenmodulierte Impulse umzuwandeln, ist es bekanntlich zweckmäßig, die amplitudenmodulierten Impulse zunächst in spannungsproportionale Sägezähne zu verwandeln. Diese werden dann beschnitten und differenziert.

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Umwandeln von amplitudenmodulierten Impulsen in amplitudenproportionale Sägezähne, bei der über eine erste Diode ein Kondensator aufgeladen und an dem die abgeleitete sägezahnförmige Spannung abgenommen wird. Gemäß der Erfindung erfolgt die die hintere Flanke des Sägezahnes bestimmende Entladung des Kondensators über eine Stromquelle hohen inneren Widerstandes, die mit ihrer negativen Klemme an der positiven Belegung und mit ihrer positiven Klemme an der negativen Belegung des Kondensators liegt; ferner sind Mittel vorgesehen, die eine Umladung des Kondensators durch die Stromquelle beim Erreichen des Nullpotentials verhindern, derart, daß ein Sägezahn mit scharfem Knick an seinem hinteren Ende entsteht.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Schaltung sei an Hand der in den Abbildungen wiedergegebenen Schaltungsbeispiele erläutert.

In Abb. ι gelange ein positiver Impuls von der Eingangsklemme 2 über den Trennkondensator C₁ an den Verbindungspunkt der beiden Dioden d_t und d₂. Durch den Trennkondensator C₁ sei angedeutet, daß die Ankopplung an die die Impulse liefernde Vorstufe kapazitiv erfolgen soll, was in der Mehrzahl der Fälle auch geschieht. Es muß

dabei nur beachtet werden, daß bei dieser Form der Ankopplung die Gleichstromkomponente der Impulsfolge verlorengeht. Die positiven Teile der ihrer Gleichstromkomponente beraubten ursprünglich positiven Impulsfolge laden über die Diode d_t den Kondensator C₀ auf einen der Amplitude des Impulses proportionalen Spannungswert auf, während die negativen Teile der Impulsfolge den rechten Beleg von C₁ auf positives Potential bringen. Der ίο Verbindungspunkt der beiden Dioden d_x und d₂ besitzt also nicht das Potential Null, sondern befindet sich beim Durchtritt von Impulsen dauernd auf leicht positivem Potential, von der geringen Höhe der negativen Teile der Impulsfolge. (Bei hoch gewähltem Tastverhältnis können sich die über die Diode d_t fließenden positiven Teile der Impulsfolge nicht auch in der geschilderten Weise an der sehr hohen Kapazität C₁ auswirken.)

Man könnte natürlich auch auf die Diode d₂ verziehten und sie durch einen Widerstand R ersetzen. Dieser müßte aber dann sehr niederohmig sein, da man vermeiden muß, daß an dieser Stelle schon vor dem Eintreffen der Impulse, also im Leerlauf der Anlage, ein zu großer Spannungsabfall entsteht. as Denn solange noch keine Impulse an die Eingangsklemme 2 gelangen, fließt schon ein von der Stromquelle 5" gespeister konstanter Gleichstrom über die beiden Dioden d_x und d₂ bzw. den Widerstand R an Stelle von d.₂. Eine größere Aufladung des Kondensators C₀, entsprechend der Polarität der Stromquelle, schon vor dem Eintreffen von Impulsen, könnte daher nur verhindert werden, wenn man den Widerstand R niederohmig wählen würde. Dann brauchte man aber einen sehr großen Koppelkondensator C₁, was man im allgemeinen gern zu vermeiden bestrebt ist. Würde der Kondensator andererseits zu klein genommen, so käme Differenzierung der Eingangsimpulse und damit bei Anwendung auf Impulsmehrkanalsysteme Nebensprechen zustande. Es ist aus dem Gesagten ersichtlich, daß es vorteilhafter ist, in der Schaltung für positive Eingangsimpulse statt eines Widerstandes eine Diode zu verwenden, mit welcher die genannten Nachteile vermieden werden können.

Beim Aufhören des Impulses kann eine Entladung des Kondensators über die Diode ^₁ wegen der Sperrichtung der Diode nicht erfolgen. Diese geht vielmehr über eine Quelle konstanten Stromes 6¹ vor sich, z. B. über eine Pentode, oder einen hochohmigen Widerstand an hoher Spannung, wobei allerdings darauf zu achten ist, daß die Polung der Stromquelle derjenigen des aufgeladenen Kondensators entgegengesetzt ist. Die besonderen Vorzüge einer solchen Schaltungsanordnung sollen an Hand von Abb. 2 noch näher erläutert werden, wo zwei Entladungskurven des Kondensators C₀ bei verschiedenen Entladungsbedingungen dargestellt sind. Würde z. B. an Stelle der Stromquelle »S" nur ein hochohmiger Widerstand im Entladestromkreis liegen, so würde sich der durch den positiven Impuls auf die Spannung + Uj aufgeladene Kondensator C₀ gemäß Kurve ι nach einer exponentiellen Funktion mit der Zeit entladen. Die Folge davon wäre ein zeitlich sehr ausladender, mit langem Schwanz behafteter Sägezahn, der vor allem bei Anwendung auf Impulsmehrkanalsysteme recht unerwünscht ist, da er Anlaß zu erheblichen Nebensprechstörungen sein kann.

Um diesem Übelstand abzuhelfen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, in den Entladestromkreis des Kondensators C₀ eine Stromquelle mit hohem innerem Widerstand einzubauen, über welche die Entladung vor sich gehen soll. Beträgt das Potential der Stromquelle z, B. — U_s, so ist der Kondensator bestrebt, sich bis auf das negative Potential dieser Stromquelle zu entladen bzw. um~ zuladen, und die zeitliche Abhängigkeit des Spannungsverlaufes würde sich gemäß Kurve 2 vollziehen. Zur Auswirkung kommt dabei allerdings nur der oberste, ausgezogene Teil der Kurve 2, d. h. die Entladung des Kondensators ist ungefähr beim Potential Null beendet, und eine Umladung auf entgegengesetzte Polarität kann nicht erfolgen. Ist nämlich der Kondensator C₀ fast ganz entladen, d. h. hat auch seine Spannung den Wert Null fast erreicht, so gerät man schließlich in das Anlauf Stromgebiet der Diode d_v was zur Folge hat, daß die bisher für die Kondensatorspannung gesperrte Diode plötzlich leitend wird und die im Verhältnis zur Kapazität C₁ (ungefähr μ¥) sehr klein gewählte go Kapazität C (ungefähr 50 bis 100 pF) über die Diode d_x den Rest ihrer Ladung plötzlich an den Kondensator C₀ abzugeben bestrebt ist. Das an sich schon positive Potential der rechten Belegung des Kondensators C₁ ändert sich hierdurch infolge der viel größeren Kapazität von C₁ praktisch nicht, während der Kondensator C₀ sich bis auf das leicht positive Potential der rechten Belegung des Kondensators C₁ entlädt. Durch diese Entladung über die Diode d_x wird eine Aufladung des Kondensators C₀ von entgegengesetzter Polarität durch die Stromquelle 6" verhindert, die Spannung an C₀ bricht zusammen, und es ergeben sich Sägezähne mit scharfem Knick am Ende, wie sie etwa in Abb. 3 dargestellt sind.

Wie Abb. 2 zeigt, wird für den Sägezahn nur der oberste Teil der e-Kurve verwendet. In diesem kurzen Stück wirkt sich der gekrümmte Kurvenverlauf kaum mehr aus und darf praktisch als linear angesehen werden. Da außerdem die in den Entlade-Stromkreis gelegte Pentode bzw. der hohe Widerstand an hoher Spannung im selben Sinne linearisierend wirkt, ist ein nahezu linearer Verlauf der hinteren Flanke des Sägezahnes gewährleistet, eine Forderung, die wichtig ist, da sich sonst bei einer späteren Umwandlung der Sägezähne in breitenmodulierte Impulse Verzerrungen ergeben würden. Die Entladezeit des Kondensators C₀ ist auf diese Weise proportional der Höhe der ursprünglichen Ladespannung des amplitudenmodulierten Impulses, und die Spannungskurve am Kondensator C₀ stellt demnach einen spannungsproportionalen Sägezahn dar.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung sind noch Mittel vorgesehen, die ein Überschreiten der höchstzulässigen Amplitude des entstandenen Säge-

zahnes und damit seiner maximalen Oauer verhindern, vorzugsweise durch einen vorgeschalteten Amplitudenbegrenzer.

Ein Schaltungsbeispiel für positive Eingangsimpulse ist in Abb. 4 gezeigt, in der die Diode d_s zur Amplitudenbegrenzung dient. Ist die Amplitude des ankommenden positiv orientierten Impulses größer als der Vorspannung der Diode entspricht, so wird die Diode d₃ leitend und schneidet den über dem zugelassenen Grenzwert befindlichen Teil des Impulses ab. Außerdem wird, wie aus der Schaltung zu ersehen ist, die am Kondensator C₀ entstehende Sägezahnspannung nicht direkt dem Verbraucher zugeführt, sondern mit ihr das Gitter einer Triode T₁ gesteuert, wodurch eine unverzerrte Übernahme der Spannungskurve ermöglicht wird.

Nicht immer hat man es, wie für die Schaltungen gemäß Abb. 1 und 4 vorausgesetzt, mit positiven Eingangsimpulsen zu tun. Häufig stehen in der Anwendung auch negativ orientierte, amplitudenmodulierte Impulse zur Verfugung, die in Sägezahnimpulse verwandelt werden sollen. Der Vorzug des beschriebenen Schaltprinzips besteht nun gerade darin, daß man in solchen Fällen die Impulse nicht

a5 erst umzukehren braucht, um das geschilderte Verfahren anzuwenden, d. h. also einen zusätzlichen Röhrenaufwand hat, sondern im Gegenteil sogar die Diode d₂ sparen kann.

Die Schaltung für negative Eingangsimpulse ist in Abb. 5 dargestellt. Wie man sieht, ist an Stelle der Diode d_z von Abb. 4 ein hochohmiger Widerstand geschaltet, eine Maßnahme, die allerdings nur erlaubt ist, wenn die am Kondensator C₀ entstehenden Sägezähne wie in Abb. 5 über eine Triode T₁ abgenommen werden. In diesem Falle fließt nämlich der von der Batterie gespeiste Ruhestrom, solange noch keine Impulse an die Klemme 2 gelangen, nicht über die Diode O₁ und den hochohmigen Widerstand R, sondern direkt über die Gitter-Kathoden-Strecke der Triode T₁. Infolge ihres geringen Widerstandes entsteht somit auch kein merklicher Spannungsabfall, und der Kondensator C₀ bleibt praktisch auf Potential Null. Wäre die Triode T₁ nicht vorhanden, so müßte man den Widerstand R niederohmig machen. Dies würde aber wieder einen großen Koppelkondensator C₁ erfordern, was man möglichst vermeiden will.

Während der Kondensator C₀ in der Schaltung gemäß Abb. 4 bei Erreichen eines bestimmten Schwellenpotentials plötzlich über die Diode O₁ entladen wird, erfolgt eine solche Entladung im Falle der Abb. 5 über die Gitter-Kathoden-Strecke der Triode T₁. Bei einem bestimmten, noch leicht negativen Potential wird die Gitter-Kathoden-Strecke plötzlich leitend und stellt in erster Näherung für den Kondensator C₀ eine Kurzschlußstrecke dar, wodurch die Spannung am Kondensator C₀ auf Null zusammenbricht und einen scharfen Knick am hinteren Ende des Sägezahnes bedingt. Eine Umladung des Kondensators durch die Stromquelle kann dabei auch in diesem Falle nicht eintreten, da durch die leitend gewordene Gitter-Kathoden-Strecke auch die Spannungsquelle praktisch kurzgeschlossen ist.

Im übrigen ist die Wirkungsweise im Prinzip dieselbe wie in den Schaltungen gemäß Abb. 1 und 4. Der Unterschied gegenüber der Abb. 4, außer dem bereits erwähnten, besteht lediglich darin, daß die Dioden d_t und d_s mit umgekehrter Polarität geschaltet werden und entsprechend auch in der Vorspannung umgekehrtes Vorzeichen bekommen. Ein an der Klemme 2 eintreffender Impuls lädt wieder über die Diode ^₁ den Kondensator C₀, diesmal aber auf negatives Potential auf. Da er sich rückwärts über die Diode d_x nicht entladen kann, erfolgt die Entladung in den Impulspausen wieder über die Spannungsquelle mit hohem innerem Widerstand. So entsteht am Kondensator C₀ ein Sägezahn negativer Polarität, der, ähnlich wie der in Abb. 3 dargestellte, infolge des schon geschilderten Gitterstromeinsatzes der Triode T₁ einen scharfen Knick am Ende besitzt. Die Entladekurve des Kondensators ist in Abb. 6 dargestellt. Das negative Potential Uj des Kondensators C₀ ist bestrebt, sich bis auf das diesmal positive Potential U_s der Vorspannungsquelle zu entladen, wobei infolge des bei einem bestimmten Schwellenpotential einsetzenden Gitterstromes wieder nur der ausgezogene Teil der Entladekurve zur Wirkung kommt.

Gegenüber der Schaltung gemäß Abb. 4 für positive Eingangsimpulse hat die Schaltung der Abb. 5 noch den weiteren Vorzug, daß in der Röhre T₁ schon eine einseitige Amplitudenbegrenzung der Sägezahnspannung erfolgt. Denn im allgemeinen ist es ja so, daß die erzeugten Sägezähne lediglich ein Zwischenglied darstellen, um von amplitudenmodulierten Impulsen zu breiten- bzw. lagenmodulierten Impulsen zu gelangen, was etwa dadurch geschieht, daß man aus dem Sägezahn durch doppelte Amplitudenbegrenzung gewissermaßen eine dünne Scheibe herausschneidet. Da in der Röhre T₁ eine solche Beschneidung schon erfolgt, braucht man für diesen Prozeß nur noch eine weitere Röhre. Außer der schon genannten Diode d₂ kann man also bei Verwendung der Schaltung gemäß Abb. 5 für negative Eingangsimpulse auch noch eine Triode einsparen.

Claims (5)

1. Patentansprüche:

   i. Schaltungsanordnung zum Umwandeln von amplitudenmodulierten Impulsen in amplitudenproportionale Sägezähne, bei der über eine erste Diode ein Kondensator aufgeladen wird, an dem die abgeleitete sägezahnförmige Spannung abgenommen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die die hintere Flanke des Sägezahnes bestimmende Entladung des Kondensators (C₀) über eine Stromquelle (S) hohen inneren Widerstandes erfolgt, die mit ihrer negativen Klemme an der positiven Belegung und mit ihrer positiven Klemme an der negativen Belegung des von dem Impuls aufgeladenen Kondensators liegt, und daß Mittel vorgesehen sind, die eine Umladung des Kondensators (C₀) durch die Stromquelle (S) iss beim Erreichen des Nullpotentials verhindern,

   derart, daß ein Sägezahn mit scharfem Knick an seinem hinteren Ende entsteht.
2. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch i, der positive Eingangsimpulse zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vermeidung einer großen Koppelkapazität eine zweite Diode (d₂) vorgesehen ist, die parallel zu der aus Kondensator (C₀) und Diode (^₁) bestehenden Serienanordnung geschaltet ist.
3. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, der positive Eingangsimpulse zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vermeidung einer Umladung des Kondensators (C₀) durch die Stromquelle (S) die Koppelkapazität (C₁) wesentlich größer bemessen wird als die parallel zu den in Serie geschalteten Dioden (J₁ und ^₂) liegende Kapazität (C₀), an der die Sägezahnspannungen abgenommen werden.
4. 4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, der negative Impulse zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß eine Impulsverstärkerröhre (T₁) vorgesehen ist, durch deren Gitterstromeinsatz eine Umladung des Kondensators (C₀) verhindert wird.
5. 5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, um ein Überschreiten der höchstzulässigen Amplitude des entstandenen Sägezahnes und damit seiner maximalen Dauer zu verhindern, insbesondere durch eine parallel zur Diode (^₂) liegende vorgespannte Diode (cü₃) mit vorzugsweise einstellbarem Schwellenwert.

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