DE923492C

DE923492C - Circuit for the integration of a differentiated pulse voltage

Info

Publication number: DE923492C
Application number: DET6792A
Authority: DE
Inventors: Helmut Oberbeck
Original assignee: Telefunken AG
Current assignee: Telefunken AG
Priority date: 1952-10-05
Filing date: 1952-10-05
Publication date: 1955-02-14

Description

Das Patent 884655 betrifft eine Schaltungsanordnung zur Integration einer differenzierten Impulsspannung, bei welcher zwei Diodenstrecken vorgesehen sind, deren eine Kathode und deren andere Anode zusammengeschaltet und mit dem einen Beleg eines mit seinem anderen Beleg an Masse liegenden Kondensators verbunden sind. Diese Schaltung arbeitet in der Weise, daß die Impulse der einen Art, z. B. die positiven Impulse der Anode der einen Diodenstrecke zur Aufladung des Kondensators auf den Spitzenwert des an ihm auftretenden Impulses, und die Impulse der anderen Art, z. B. die negativen Impulse zur Entladung bzw. Umladung des Kondensators auf ein durch diese Impulsreihe bedingtes Potential über die andere Diodenistrecke deren Kathode zugeführt werden. Die an dem Ladekondensator entstehenden Impulse stellen dann die gewünschten integrierten Impulse dar. Sie können beispielsweise mittels einer durch die Impulse gesteuerten nachfolgenden Röhre oder auch direkt über einen hohen Verbraucherwiderstand abgegriffen werden. Es ist vorteilhaft, die Kapazität des der ständigen Umladung unterworfenen Kondensators so klein zu wählen, daß seine Lade- und Entladezeitkonstante in der Größen-Ordnung der Impulsdauer liegt, da nur in diesem Falle eine volle Ausnutzung der Impulsamplitude gewährleistet ist. Ist die Ladezeitkonstante beispielsweise zu groß, so wird der Kondensator während der Dauer eines der Schaltung zugeführtenThe patent 884655 relates to a circuit arrangement for the integration of a differentiated pulse voltage, in which two diode lines are provided, one cathode and one other anode connected together and with one receipt one with its other receipt Ground capacitor are connected. This circuit works in such a way that the pulses of one kind, e.g. B. the positive pulses of the anode of a diode path to charge the Capacitor to the peak value of the pulse occurring on it, and the pulses of the other Kind, e.g. B. the negative pulses for discharging or reloading the capacitor on a through this pulse series is supplied with the potential due to the cathode of the other diode path will. The impulses arising on the charging capacitor then provide the desired integrated You can, for example, by means of a downstream tube controlled by the pulses or can also be tapped directly via a high consumer resistance. It is beneficial to choose the capacitance of the capacitor subjected to constant charge reversal so small that its charge and discharge time constant is in the order of magnitude of the pulse duration, since only in this Case full utilization of the pulse amplitude is guaranteed. For example, is the load time constant too large, the capacitor is fed to the circuit for the duration of one

Impulses nur auf einen Bnuchteil der Amplitude der an ihn gelangenden Impulse aufgeladen.Momentum to only a fraction of the amplitude charged with the impulses reaching him.

Wie im Hauptpatent ausgeführt ist, kann diese Schaltung sowohl zur Integration einer Impulsfolge verwendet werden, welche aus abwechselnd positiven und negativen Impulsen besteht, als auch zur Integration von zwei zeitlich gegeneinander verschobenen¹ Impulsfolgen verschiedener Polarität. Letztere Aufgabe tritt beispielsweise bei der Um-Wandlung von zeitmodulierten Impulsen in breitenmodulierte Impulse auf.As stated in the main patent, this circuit can be used both for the integration of a pulse train, which consists of alternating positive and negative pulses, as well as for the integration of two time-shifted ¹ pulse trains of different polarity. The latter task occurs, for example, when converting time-modulated pulses into width-modulated pulses.

Bei einem im Hauptpatent dargestellten Ausführungsbeispiel wenden .die zu integrierenden Impulse einer solchen Schaltungsanordnung über je ein mit den Diodenstrecken in Serie liegendes und die Diodenstrecken vorspannendes-RC-Glied zugeführt. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch richtige Dimensionierung dieser RC-Glieder optimale Verhältnisse zu schaffen. Besitzt die durch die RC-Glieder bewirkte Vorspannung einen zu geringen Betrag, so treten, wie noch gezeigt wird, von der rechteckigen Form abweichende Impulsformen an dem Ladekondensator in Erscheinung, die für viele Zwecke ungünstig sind. Wenn· sich dagegen die Vorspannungen für die beiden Diodenstrecken oberhalb eines mittleren Spannungswertes befinden, entstehen integrierte Impulse, mit nahezu rechteckförmigem zeitlichem Verlauf an dem Ladekondfensator. Diese haben, wie man sich leicht überzeugt, eine um so kleinere Amplitude aufzuweisen, je größer die Vorspannung gewählt ist. Optimale Verhältnisse bekommt man daher, wenn die Vorspannung genau diesem mittleren Spannungswert entspricht. Es ergeben sich dann Impulse, welche, ohne eine Veränderung ihrer ursprünglich rechteckigen Form zu erleiden, eine maximal mögliche Amplitude besitzen.In an embodiment shown in the main patent, turn .the pulses to be integrated such a circuit arrangement via one and the one in series with the diode lines Diode lines fed to the biasing RC element. The present invention is based on the object to create optimal conditions by correctly dimensioning these RC elements. If the preload caused by the RC elements is too low, how is still shown, pulse shapes deviating from the rectangular shape on the charging capacitor in appearance which are unfavorable for many purposes. If, on the other hand, the preloads for the both diode lines are above an average voltage value, integrated Pulses with an almost rectangular temporal course on the charging capacitor. These have how it is easy to convince oneself that the amplitude is smaller, the greater the bias chosen is. Optimal conditions are therefore obtained when the preload is exactly this mean Voltage value corresponds. There are then impulses which, without changing their original rectangular shape to have a maximum possible amplitude.

Um das Auftreten von Impulsen mit nicht rechteckförmigem Verlauf an dem Ladekondensatoc zu vermeiden, wird daher erfindungsgemäß vorgeschlagen, d'ieVorspanniungswerte für jede der beiden Diodenstrecken in dieser Schaltung derart zu wählen, daß ihre Summe höchstens gleich der Impulsamplitude der der Schaltung zugeführten Impulse ist.To the occurrence of pulses with non-rectangular According to the invention, it is therefore proposed to avoid the course of the charging capacitor d'ie pre-tension values for each of the two To choose diode paths in this circuit such that their sum is at most equal to the pulse amplitude of the pulses applied to the circuit.

Bei einer Schaltungsanordnung, wie sie im Hauptpatent vorgeschlagen ist, bei welcher die Vorspannung der beiden Diodenstrecken auf selbsttätige Weise mit Hilfe von RC-Gliedern erzeugt wird, ist diese Forderung in einfacher Weise durch geeignete Bemessung dieser RC-Glieder zu erfüllen. Die erforderliche Vorspannung kann aber auch mit Hilfe von Spannungsquellen herbeigeführt werden, deren Spannungswerte geeignet gewählt sind,, und welche mit richtiger Polung in Reihe mit den beiden Diodenstrecken liegen.In a circuit arrangement as proposed in the main patent, in which the bias of the two diode lines generated automatically with the help of RC elements this requirement can be met in a simple manner by suitable dimensioning of these RC elements. The required preload can also be brought about with the help of voltage sources, whose voltage values are suitably selected, and which with correct polarity in series with the both diode lines.

Zur Erläuterung der Erfindung wird auf das bereits im Hauptpatent beschriebene Ausführungsbeispiel Bezug genommen, dessen Schaltung in der Abb. ι nochmals dargestellt ist. Mit dieser Schaltungsanordnung soll beispielsweise die in Abb. 2 a dargestellte Impulsfolge integriert werden, d. h. es sollen Rechteckimpulse gebildet werden, deren Dauer gleich dem zeitlichen Abstand zwischen je einem positiven und -dem darauffolgenden negativen Impuls dieser Folge ist (vgl. Abb. 2b). Zu diesem - Zweck wird die Impulsfolge gemäß Abb. 2a sowohl über das RC-Glied 1,5 als gleichzeitig auch über das R/C-Glied 3,6 der Schaltung zugeführt. Die linke Diodenstrecke der Doppeldiode 2 läßt dann entsprechend ihrer Durchlaßrichtung jeweils nur die positiven Impulse der gegebenen Impulsfolge passieren, während die rechte Diodenstrecke nur die negativen Impulse verarbeiten kann. Man kann in diesem Falle einfacher aber auch so verfahren, daß man die beiden Eingänge der Schaltung miteinander verbindet (in Abb. 1 durch die gestrichelte Linie angedeutet) und die aus positiven und negativen Impulsen bestehende Impulsfolge nun lediglich an dem gemeinsamen Verbindungspunkt 7 der Schaltung zugeführt wird.To explain the invention, reference is made to the embodiment already described in the main patent, the circuit of which is shown in FIG Fig. Ι is shown again. With this circuit arrangement For example, if the pulse sequence shown in Fig. 2 a is to be integrated, i. H. it rectangular pulses are to be formed, the duration of which is equal to the time interval between each a positive and the following negative impulse of this sequence is (cf. Fig. 2b). To this - Purpose is the pulse sequence according to Fig. 2a both via the RC element 1.5 and simultaneously via the R / C element 3,6 fed to the circuit. The left diode section of the double diode 2 then leaves accordingly only the positive impulses of the given impulse sequence pass in the direction of their passage, while the right diode section can only process the negative pulses. One can in In this case, however, it is easier to proceed in such a way that the two inputs of the circuit are connected to one another connects (indicated by the dashed line in Fig. 1) and that of positive and negative Pulses existing pulse train now only at the common connection point 7 of the Circuit is supplied.

Die Wirkungsweise der Schaltung ist folgende: Im stationären Zustand haben sich die Kondensatoren ι und 3 der Schaltung je auf einen Spannungswert aufgeladen, dessen Größe außer durch die Kapazitäten 1. und 3 auch durch die Widerstände 5 und 6 gegeben ist. Diese Spannung stellt für jede der beiden Diodenstrecken eine Vorspannung dar, die von den ankommenden Impulsen überwunden werden muß, und zwar bekommt die Anode der linken Diodenstrecke der Doppeldiode 2 ein negatives Vorspannungspotential, während die Kathode der rechts befindlichen Diodenstrecke positives Potential erhält. Zur Vereinfachung der Betrachtungsweise sei angenommen, daß die positiven und negativen Impulse der gegebenen Impulsfolge den gleichen Amplitudenwert besitzen, der im folgenden mit Uj bezeichnet sei (vgl. Abb. 2a). Ferner sei für die folgenden Betrachtungen die Ladespannung des Kondensators 1 mit U₁ und diejenige des Kondensators 3 mit U₃ bezeichnet. Gelangt nun ein positiver Impuls über das RC-Glied 1,5 an die Diode 2; so ruft nur der Teil des Impulses in dieser einen Stromnuß hervor, der die durch den Kondensator ι bedingte Vorspannung übersteigt. Der Kondensator 4 wird daher durch jeden positiven Impuls auf den positiven Spannungswert Uj— U₁ aufgeladen. Man erkennt, daß die Amplitude des Ladeimpulses um so kleiner sein wird, je größer die die Diode sperrende Vorspannung ist. Ist die durch das RC-Glied 3,6 bedingte Vorspannung der anderen Diodenstrecke mindestens ebenso groß, was vorausgesetzt sei, so kann eine Entladung des Kondensators 4 über diese Strecke nicht erfolgen. Da außerdem an dem Kondensator 4 kein Ableitwiderstand vorgesehen ist (allenfalls ein sehr großer), so bleibt seine Ladung jeweils so lange auf einem konstanten Wert gespeichert, bis ein über die andere Diodenstrecke auf den Kondensator 4 gelangender negativer Impuls den Kondensator auf den WertThe mode of operation of the circuit is as follows: In the steady state, the capacitors ι and 3 of the circuit have each charged to a voltage value, the size of which is given not only by the capacitances 1 and 3 but also by the resistors 5 and 6. This voltage represents a bias voltage for each of the two diode sections, which must be overcome by the incoming pulses, namely the anode of the left diode section of the double diode 2 receives a negative bias potential, while the cathode of the diode section on the right receives a positive potential. To simplify the approach, it is assumed that the positive and negative pulses of the given pulse sequence have the same amplitude value, which is designated below with Uj (see Fig. 2a). Furthermore, for the following considerations, the charging voltage of the capacitor 1 is denoted by U ₁ and that of the capacitor ₃ is denoted by U 3. If a positive pulse now arrives via the RC element 1.5 to the diode 2; so only that part of the pulse causes a current in this which exceeds the bias voltage caused by the capacitor ι. The capacitor 4 is therefore charged to the positive voltage value Uj − U _{1 by every positive pulse.} It can be seen that the amplitude of the charging pulse will be smaller, the greater the bias voltage blocking the diode. If the bias voltage of the other diode path caused by the RC element 3, 6 is at least as great, which is a prerequisite, then the capacitor 4 cannot discharge over this path. In addition, since there is no bleeder resistor on the capacitor 4 (at most a very large one), its charge remains stored at a constant value until a negative pulse reaching the capacitor 4 via the other diode path causes the capacitor to reach the value

■ (Uj— U₃) umlädt. Das Ergebnis ist daher die in Abb. 2b dargestellte Rechteckspannung, welche an dem Kondensator 4 in Erscheinung tritt. Eine rechteckige Impulsform tritt aber, wie gesagt, nur dann auf, wenin die Vorspannung der beiden Diodensfrecken genügend hoch gewählt ist, so daß■ (Uj - U ₃ ) reloads. The result is therefore the square wave voltage shown in Fig. 2b, which appears on the capacitor 4. As already mentioned, a rectangular pulse shape only occurs when the bias voltage of the two diode segments is selected to be sufficiently high so that

der über die eine Diodenstrecke aufgeladene Kondensator sich nicht selbsttätig über die andere Diodenstrecke wieder entladen kann.the capacitor charged via one diode path does not automatically switch itself over the other Diode path can discharge again.

Es ist leicht einzusehen, daß im einfachsten Falle einer symmetrischen Anordnung, d. h. einer Anordnung, bei welcher sowohl die Kondensatoren ι und 3 als auch die Widerstände 5 und 6 gleich bemessen sind, die Spannung an den Koppelkondensatoren nicht niedriger als Uj ₂ werden darf, wenn die rechteckige Gestalt der am Kondensator 4 entstehenden, integrierten Impulse gewährleistet sein soll. Wenn nämlich beispielsweise der Kondensator 1 und der Kondensator 3 je eine Spannung von U_J/st —Δ U hat, wobei Δ U eine gegen Uj kleine Spannungsgröße ist, dann wird der Kondensator 4 über die links befindliche Diodenstrecke auf einen Wert Uj —(Uj/2 — Δ U) = Uj₁₂ + Δ U aufgeladen. Da die andere Diodenstrecke jedoch voraussetzungsgemäß nur die Vorspannung U'_ΐΆ-—Δ U an ihrer Kathode besitzt, wird der Kondensator 4 nach Verschwinden des Ladeimpulses seine Spannung nicht bis zum Eintreffen des nächsten negativen Impulses ,auf der ursprünglichen Ladespannung halten können, sondern sich sofort wieder über die andere Diodenstrecke entladen, und zwar so lange, bis er ebenfalls die Spannung Uj,₂ — Δ U angenommen hat. Erst dieses Potential, welches also um den Betrag 2 Δ U niedriger liegt als das ursprüngliche Ladepotential, wird dann bis zum Eintreffen des nächsten negativen Impulses beibehalten, der den Kondensator umlädt, und den gleichen. Vorgang in umgekehrter Richtung einleitet. Es entsteht daher am Kondensator 4 die in Abb. 2 c gezeigte Spannung, deren Form nicht mehr dem gewünschten rechteckigen Verlauf entspricht.It is easy to see that in the simplest case of a symmetrical arrangement, ie an arrangement in which both the capacitors ι and 3 and the resistors 5 and 6 are dimensioned the same, the voltage on the coupling capacitors must not be lower than Uj ₂ if the rectangular shape of the integrated pulses arising on the capacitor 4 should be guaranteed. Namely, when for example, the condenser 1 and the condenser 3 each have a voltage of U _{J / st} - Δ U, said Δ U is a small compared Uj voltage magnitude, the capacitor 4 is on the left contained diode path to a value Uj - (Uj / 2 - Δ U) = Uj ₁₂ + Δ U charged. _{Since the other diode path} , however, only has the bias voltage U ' ΐΆ - - Δ U at its cathode, the capacitor 4 will not be able to keep its voltage at the original charging voltage until the next negative pulse arrives, after the charging pulse has disappeared, but rather immediately discharged again via the other diode path, until it has also assumed the voltage Uj, ₂ - Δ U. Only this potential, which is lower than the original charging potential by the amount 2 Δ U , is then retained until the arrival of the next negative pulse, which charges the capacitor, and the same. Initiates the process in the opposite direction. The voltage shown in Fig. 2c therefore arises at the capacitor 4, the shape of which no longer corresponds to the desired rectangular shape.

Die Vorspannungswerte der beiden Kondensatoren ι und 3 sollten also im Falle einer symmetrischen Schaltung zweckdienlich nicht kleiner als die halbe Impulsamplitude gewählt werden, was man in allgemeinerer Formulierung auch so ausdrücken kann, daß die Summe der beiden absolut genommenen Vorspannungswerte höchstens gleich dem absoluten Betrag der Impulsamplitude sein darf. In mathematischer Form lautet dies:The bias values of the two capacitors ι and 3 should so in the case of a symmetrical Circuit expediently chosen not to be smaller than half the pulse amplitude, which is more general Formulation can also be expressed in such a way that the sum of the two taken absolutely Bias values may not exceed the absolute value of the pulse amplitude. In mathematical Form is this:

Es leuchtet nach diesen Ausführungen ohne weiteres ein, daß man in praktischen Fällen, sofern keine anderen Erwägungen dagegenstehen, stets bestrebt sein wird, den Fall des Gleichheitszeichens zu verwirklichen. In diesem Falle haben dann die am Ladekondensator 4 auftretenden integrierten Impulse unter Beibehaltung ihrer rechteckförmigen Gestalt die maximal mögliche Amplitude, was mit einem Gewinn an Verstärkung gleichbedeutend ist.It is obvious from these explanations that in practical cases, provided there are no other considerations against it, the case of the equal sign will always be sought to realize. In this case the on the charging capacitor 4 occurring integrated pulses while maintaining their rectangular shape Shape the maximum possible amplitude, which is equivalent to a gain in gain.

Ähnliche Überlegungen lassen sich auch für den Fall ungleicher Amplituden der positiven und negativen Impulse sowie für den Fall einer unsymmetrischen Anordnung der Schaltung gemäß Abb. 1 anstellen. Alle diese mit einem größeren mathematischen Aufwand durchführbaren Überlegungen führen ebenfalls zu derselben in obiger Gleichung ausgedrückten Bedingung. Im Falle, daß die positiven und negativen Impulse ungleiche Höhe haben, ist allerdings zu beachten, daß die Spannung am Ladekondensator 4 höchstens so groß werden kann wie der kleinere der beiden Impulse, was unmittelbar einleuchtet, weil dieser Impuls nur eine Spannung am Kondensator 4 umladen kann, die kleiner ist als der Impuls selbst.Similar considerations can also be made for the case of unequal amplitudes of the positive and negative Impulses as well as in the case of an asymmetrical arrangement of the circuit according to Fig. 1 set up. All of these considerations that can be carried out with greater mathematical effort also lead to the same condition expressed in the above equation. In the event that the positives and negative pulses have unequal levels, it should be noted, however, that the voltage on Charging capacitor 4 can be at most as large as the smaller of the two pulses, which is immediate Obvious, because this pulse can only reload a voltage on the capacitor 4 that is smaller is than the impulse itself.

Die in Abb. 3 dargestellte Schaltungsanordnung zeigt eine weitere Ausführungsform, bei welcher die Vorspannung der beiden Diodenstrecken mit Hilfe von zwei Batterien oder anderen Spannungsquellen erfolgt. Diese den Kondensatoren entsprechenden, ebenfalls mit den Bezugszeichen 1 und 3 versehenen Schaltelemente müssen mit einer solchen Polarität vor die beiden Diodenstrecken geschaltet sein, daß die Anode der linken Diodenstrecke ein negatives Vorspannungspotential und die Kathode der rechten Diodenstrecke ein positives Vorspannungspotential erhält. Die in Abb. 1 mit 5 und 6 bezeichneten Widerstände erübrigen sich natürlich hier.The circuit arrangement shown in Fig. 3 shows a further embodiment in which the Pre-tension the two diode sections with the help of two batteries or other voltage sources he follows. These corresponding to the capacitors, also provided with the reference numerals 1 and 3 Switching elements must be connected in front of the two diode paths with such a polarity that the anode of the left diode path has a negative bias potential and the cathode of the right Diode path receives a positive bias potential. Those labeled 5 and 6 in Fig. 1 Resistance is of course superfluous here.

Claims

Patent claims:

1. Circuit arrangement for the integration of a differentiated pulse voltage according to the patent 884 655, in which the pulses of different polarity over two correspondingly biased Diode sections alternately charge and discharge or reload a capacitor with a small capacity, characterized in that the bias values for each of the two diode paths are chosen such that their sum is at most equal to the pulse amplitude of the Circuit supplied pulses is.

2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that correspondingly dimensioned RC elements are provided for the automatic production of the bias.

3. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that for generating the Preload appropriately dimensioned voltage sources are provided.

1 sheet of drawings

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