DE959572C

DE959572C - Circuit arrangement for measuring the pulse duration of periodically recurring electrical pulses

Info

Publication number: DE959572C
Application number: DEM27161A
Authority: DE
Inventors: George Lambert Grisdale
Original assignee: Marconis Wireless Telegraph Co Ltd
Current assignee: Marconis Wireless Telegraph Co Ltd
Priority date: 1954-05-24
Filing date: 1955-05-21
Publication date: 1957-03-07

Description

Schaltungsanordnung zur Messung der Impulsdauer von periodisch wiederkehrenden, elektrischen Impulsen Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Messung der Impulsdauer bzw. des Tastverhältnisses der im wesentlichen rechteckförmigen Impulse einer periodilschen elektrischen Impulsfolge.Circuit arrangement for measuring the pulse duration of periodically recurring, electrical impulses The invention relates to a circuit arrangement for Measurement of the pulse duration or the duty cycle of the essentially square-wave Pulses of a periodic electrical pulse train.

Es ist oft erwünscht, die Dauer von Impulsen einer periodisch wiederkehrenden Impulsfolge zu messen oder eine Anzeige vorzusehen. So sind z. B. It is often desirable to set the duration of pulses to be periodically repeating Measure pulse train or provide a display. So are z. B.

Funknavigationssysteme bekannt, in welchen die Navigationsangabe in Form des Phasenunter schiedes zweier Wellen der gleichen Hörfrequenz ausgedrückt ist. Bei solchen Systemen ist es bekannt, jede der beiden Wellen von Hörfrequenz zu beschneiden und zu begrenzen, um sie in Wellenformen von im wesentlichen rechteckiger Form, d. h. in Impulsform, umzuwandeln. Diese Wellenformen werden dann durch geeignete differenzierende Netzwerke-gegeben, um scharfe schmale Impulsspitzen an den Impulsflanken der rechteckförmigen Impulse zu erzeugen. Die so erhaltenen Impulsspitzen werden dazu benutzt, einen sogenannten Multivibrator zu steuern, um eine periodische Impulsfolge von rechteckiger Wellenform zu erhalten, deren Impuls dauer dem gegen- seitigen Phasenabstand zwischen den beiden ursprünglichen hörfrequenten Wellenzügen entspricht.Radio navigation systems known in which the navigation information in Expressed the form of the phase difference between two waves of the same audio frequency is. In such systems it is known to have each of the two waves of audio frequency to crop and limit to make them waveforms of essentially rectangular Shape, d. H. to convert into pulse form. These waveforms are then matched by differentiating networks-given to sharp narrow pulse peaks on the pulse edges to generate square-wave pulses. The pulse peaks thus obtained are used to control a so-called multivibrator to generate a periodic pulse train of rectangular waveform, the pulse duration of which corresponds to the opposite sided Phase distance between the two original audio-frequency wave trains corresponds.

In einer solchen Anordnung erfolgt die Anzeige der ursprünglichen Phasendifferenz durch einen Indikator, welcher auf die Länge der periodischen Impulse anspricht, die von dem Multivibrator erzeugt werden.In such an arrangement, the original is displayed Phase difference through an indicator which indicates the length of the periodic impulses responds, which are generated by the multivibrator.

Es ist ferner eine Anordnung zur Bestimmung der Phasendifferenz zwischen zwei Impulsfolgen bekannt. Bei dieser bekannten Anordnung werden beide zu vergleichenden Impuls folgen differenziert, so daß kurze Impulse entstehen. Die eine differenzierte Impulsfolge wird einer phasenverzögernden Anordnung, deren Phasenverzögerung einstellbar ist, zugeführt und nach erfolgter Verzögerung zusammen mit der anderen differenzierten Impulsfolge einer Anzeigevorrichtung zugeführt. Die Phasenverzögerung wird von Hand so lange reguliert, bis an der Anzeigevorrichtung Koinzidenz zwischen den beiden differenzierten Impulsfolgen zu beobachten ist. Die Phasendifferenz ist gleich der eingestellten Phasenverzögerung. It is also an arrangement for determining the phase difference between two pulse trains known. In this known arrangement, both are to be compared Impulse follows differentiated so that short impulses arise. The one differentiated Pulse train is a phase-delaying arrangement whose phase delay is adjustable is fed and differentiated after the delay has taken place along with the other Pulse train fed to a display device. The phase delay is done manually regulated until there is coincidence between the two on the display device differentiated pulse trains can be observed. The phase difference is equal to that set phase delay.

Diese bekannte Meßanordnung ist in ihrem Aufbau wegen des Vorhandenseins einer phasenverzögernden Vorrichtung und einer Anzeigevorrichtung zur Beobachtung der Koinzidenz der beiden Impuls folgen wesentlich komplizierter und damit teurer als die erfindungsgemäße Anordnung.This known measuring arrangement is in its construction because of the presence a phase retarding device and a display device for observation The coincidence of the two impulses is much more complicated and therefore more expensive than the arrangement according to the invention.

Darüber hinaus kann bei der bekannten Anordnung der Meßwert erst nach einem von Hand vorzunehmenden Abgleich abgelesen werden, während bei der Anordnung nach der Erfindung die Phasendifferenz direkt angezeigt wird.In addition, with the known arrangement, the measured value can only be measured after a manual adjustment can be read while in the arrangement according to the invention, the phase difference is displayed directly.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer sehr einfachen Schaltungsanordnung zur Messung der Impulsdauer bzw. des Tastverhältnisses von gegenüber den bekannten Anordnungen wesentlich verringertem Aufwand. The object of the invention is to create a very simple circuit arrangement for measuring the pulse duration or the duty cycle of compared to the known Arrangements significantly reduced effort.

Erfindungsgemäß dient als Maß für die Impulsdauer der Vergleichswert zweier Spannungen, von denen die eine dem Scheitelwert der Impulse verhältnisgleich, aber kleiner als dieser ist, und die andere Spannung dem Gleichstrommittelwert der Impulse verhältnisgleich ist, wobei beide Spannungen auf das gleiche Bezugspotential, beispielsweise NuII, bezogen sind. According to the invention, the comparison value serves as a measure for the pulse duration two voltages, one of which is proportional to the peak value of the impulses, but smaller than this, and the other voltage is the mean DC value of the Impulses is proportional, with both voltages on the same reference potential, for example NuII.

Zum besseren Verständnis wird die Erfindung im folgenden an Hand der Zeichnung näher erläutert, von denen Fig. I das Schaltschema eines Ausführungsbeispieles der Schaltung nach der Erfindung und Fig. 2 ein Impulsdiagramm zur Erklärung der Wirkungsweise zeigt. For a better understanding, the invention is illustrated below with reference the drawing explained in more detail, of which Fig. I the circuit diagram of an embodiment the circuit according to the invention and FIG. 2 is a timing diagram for explaining the Shows how it works.

In Fig. I stellt die Doppelröhre I das Röhrensystem einer bekannten Multivibratorschaltung dar (weitere Details sind nicht wiedergegeben), an deren Anode eine Impulsfolge auftritt, deren Verlauf bei a in Fig. 2 dargestellt ist und welche aus periodischen Impulsen der Wiederholungsperiode t und der veränderlichen Dauer w besteht. Der Zweck der im folgenden zu beschreibenden Anordnung besteht darin, die veränderlichen Werte der Impulsdauer im Verhältnis zur Wiederholungsperiode t anzuzeigen. In Fig. I, the double tube I represents the tube system of a known one Multivibrator circuit (further details are not shown), on their Anode a pulse sequence occurs, the course of which is shown at a in Fig. 2 and which consist of periodic pulses of the repetition period t and the variable Duration w exists. The purpose of the arrangement to be described below is therein, the variable values of the pulse duration in relation to the repetition period t display.

Die Anode 2 der Doppelröhre I ist mittels eines Kondensators 3 mit der Anode 4 einer Diode 5 oder eines anderen Gleichrichters gekoppelt, an deren Kathode 6 eine vorbestimmte positive Spannung gelegt ist, welche den positiven Spannungswert an der Anode 4 auf einen Wert X begrenzt, wie. bei b in Fig. 2 dargestellt ist Die Spannung, welche an der Anode 4 auftritt, wird dann einer Röhre 7 zugeführt, welche als Kathodenverstärker geschaltet ist. Die Kathode 8 dieser Röhre kann dabei nicht unter das Nullpotential fallen, so sehr deren Steuergitter 9 auch einen negativen Wert annimmt. Jedoch steigt das Potential an der Kathode I oder 2 Volt über den Wert der begrenzten Spannung X am Gitter g an, wenn das besagte Gitter positiv wird. Die Spannung an der Kathode 8 wird daher von rechteckiger Form sein, die beim Nullpotential beginnt und einen genau begrenzten Scheitel hat, der ein wenig über den Wert X hinausgeht. Diese begrenzte Welle ist bei c in Fig. 2 wiedergegeben. Der Spannungsanstieg an der Anode 2 muß etwas größer als X sein, damit die Begrenzung des Nullpotentials stattfinden kann. Die Kathode 8 ist verbunden mit der Anode 10 einer weiteren Diode oder eines anderen Gleichrichters II, dessen Kathode 12 über einen Kondensator 13 mit Erde verbunden ist. The anode 2 of the double tube I is by means of a capacitor 3 with the anode 4 of a diode 5 or another rectifier coupled to their Cathode 6 is applied a predetermined positive voltage, which is the positive voltage value limited to a value X at the anode 4, such as. shown at b in Fig. 2 is Die Voltage which occurs at the anode 4 is then fed to a tube 7, which is connected as a cathode amplifier. The cathode 8 of this tube cannot do this fall below zero potential, as much as their control grid 9 also has a negative one Assumes value. However, the potential at cathode I or 2 volts increases above the The value of the limited voltage X on the grid g when said grid becomes positive. The voltage at the cathode 8 will therefore be of rectangular shape, that at zero potential begins and has a precisely delimited vertex that goes a little beyond the value X. This limited wave is shown at c in FIG. The voltage rise the anode 2 must be slightly larger than X, so that the limitation of the zero potential can take place. The cathode 8 is connected to the anode 10 of a further diode or another rectifier II, the cathode 12 of which has a capacitor 13 connected to earth.

Dieser Kondensator ist mit einem Paar gleich groß bemessener in Serie liegender Widerstände I4, I5 überbrückt, welche für den Kondensator 13 eine Entladezeitkonstante vorsehen, die, verglichen mit der Periode der an der Kathode 8 erscheinenden Impulsfolge c so groß ist, daß sich die Spannung am Kondensator 13 im wesentlichen konstant auf dem Spitzenwert der Impulse hält.This capacitor is sized in series with a pair of the same size lying resistors I4, I5 bridged, which for the capacitor 13 a discharge time constant provide which, compared with the period of the pulse train appearing at the cathode 8 c is so large that the voltage across the capacitor 13 is essentially constant at the peak value of the impulses.

Zwischen der Kathode 8 und Erde ist weiterhin noch eine Serienanordnung, bestehend aus dem Widerstand I6 und dem Kondensator 17, vorgesehen. Diese beiden Schaltelemente bilden eine zweite große Zeitkonstante, derart, daß die Spannung am Kondensator I7 im wesentlichen gleich dem Mittelwert der Spannung an der Kathode 8 ist. There is still a series arrangement between the cathode 8 and earth, consisting of the resistor I6 and the capacitor 17 are provided. These two Switching elements form a second large time constant, so that the voltage at capacitor I7 essentially equal to the mean value of the voltage at the cathode 8 is.

Zwischen dem Verbindungspunkt des Widerstandes I6 mit dem Kondensator I7 und dem Verbindungspunkt zwischen den beiden gleich großen Widerständen 14 und I5 ist ein als einfaches Instrument dargestellter Spannungsmesser 18 geschaltet. Selbstverständlich kann auch jede andere geeignete Art von Anzeigeinstrument, wie z. B. ein Röhrenvoltmeter, verwendet werden. Es leuchtet ein, daß bei Abwesenheit des Instrumentes I8 die Spannung am Verbindungspunkt der beiden Widerstände I4, I5 gegenüber Erde halS so groß wie der positive Spitzenspannungswert am Kondensator I3 sein wird. Between the connection point of the resistor I6 with the capacitor I7 and the connection point between the two equal resistors 14 and A voltmeter 18, shown as a simple instrument, is connected to I5. Of course, any other suitable type of display instrument, such as z. B. a tube voltmeter can be used. It stands to reason that in absence of the instrument I8 the voltage at the connection point of the two resistors I4, I5 with respect to earth is as large as the positive peak voltage value on the capacitor I3 will be.

Wenn die Dauer der Impulse in der Impulsfolge c gleich dem gegenseitigen Abstand zwischen den einzelnen Impulsen ist, werden die Punkte, zwischen welche das Voltmeter geschaltet ist, die gleiche Spannung besitzen, und wenn als Meßinstrument ein Instrument mit Nullpunkt in der Skalenmitte dient, wird es auf Null zeigen. Die Abweichung des Instrumentes vom Nullwert wird dann eine Funktion der Impulsdauer sein, denn das besagte Instrument wird nur dann den Nullwert anzeigen, wenn die Dauer der Impulse und die Impulszwischenräume gleich groß sind. Wenn die Impulse breiter sind als die Zwischenräume, wird das Instrument in der einen Richtung abweichen und wenn sie kürzer sind als die Impulszwischenräume, wird das Instrument in der anderen Richtung ausschlagen, wobei der Betrag der Abweichung in beiden Fällen von dem Verhältnis Impulsdauer zu Impulsabstand abhängen wird. In einem Funknavigationssystem wie das eingangs als Beispiel beschriebene, wird daher das Instrument üblicherweise ein Instrument mit Nullpunkt in der Skalenmitte sein, dessen Nullwert mit I800 und dessen beide Maximalausschläge mit o und 3600 geeicht werden. In diesem Fall wird das Instrument direkt die Phasenbeziehung zwischen den beiden hörfrequenten Wellen anzeigen, von denen die Impulsfolge ursprünglich abgeleitet wurde. If the duration of the pulses in the pulse train c is equal to the mutual Distance between each pulse is the points between which the voltmeter is connected, have the same voltage, and when used as a measuring instrument If an instrument is used with a zero point in the middle of the scale, it will point to zero. the Deviation of the instrument from the zero value then becomes a function the pulse duration, because the said instrument will only display the zero value if the duration of the pulses and the interpulse periods are equal. If the If pulses are wider than the spaces in between, the instrument will move in one direction deviate and if they are shorter than the interpulse gaps, the instrument will deflect in the other direction, with the amount of deviation in both cases will depend on the ratio of pulse duration to pulse spacing. In a radio navigation system as described as an example at the beginning, the instrument is therefore customary be an instrument with zero point in the middle of the scale, its zero value with I800 and whose two maximum deflections are calibrated with o and 3600. In this case it will the instrument directly identifies the phase relationship between the two auditory frequency waves from which the pulse train was originally derived.

Der Schalter 19 ist vorgesehen, um die Eichung zu erleichtern. Normalerweise ist dieser Schalter geöffnet. Wenn jedoch der Schalter geschlossen ist, kann die auf die Kathode der Diode 5 gelegte Vorspannung so lange verändert werden, bis der voll Skalenausschlag zustande kommt. The switch 19 is provided to facilitate calibration. Normally this switch is open. However, when the switch is closed, the on the cathode of the diode 5 applied bias voltage can be changed until the full scale deflection comes about.

In Fig. I sind lediglich an einem Ausführungsbeispiel praktisch günstige Werte für die Schaltelemente wiedergegeben. In Fig. I are practically favorable in only one embodiment Values for the switching elements are shown.

PATENTANSPRtJCHE I. Schaltungsanordnung zur Messung der Impulsdauer bzw. des Tastverhältnisses der im wesentlichen rechteckförmigen Impulse einer periodischen elektrischen Impuls folge, dadurch gekennzeichnet, daß als Maß für die Impulsdauer der Vergleichswert zweier Spannungen dient, von denen die eine dem Scheitelwert der Impulse verhältnisgleich, aber kleiner als dieser ist und die andere Spannung dem Gleichstrommittelwert der Impulse verhältnisgleich ist, und beide Spannungen auf das gleiche Bezugspotential, beispielsweise Null, bezogen sind. PATENT CLAIMS I. Circuit arrangement for measuring the pulse duration or the duty cycle of the essentially rectangular pulses of a periodic electrical pulse sequence, characterized in that as a measure of the pulse duration the comparison value of two voltages is used, one of which is the peak value the impulse is proportionate but smaller than this and the other voltage is proportional to the mean DC value of the pulses, and both voltages are related to the same reference potential, for example zero.

Claims

2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that Means are provided to the given impulses on the one hand to positive values there; on the other hand to limit towards negative values in order to impulses with steep edge steepness to generate and that the two voltage quantities to be compared from this pulse sequence be derived.

3. Circuit arrangement according to claim 2, characterized in that a diode is provided to limit the impulses upwards, one of which is an electrode the given impulses are supplied and their second electrode is attached to a fixed, there is a positive voltage with respect to the first electrode.

4. Circuit arrangement according to Claim 2 and 3, characterized in that that in order to limit the impulses to negative values one as a cathode amplifier switched electron tube is provided, the control grid of which is positive Values limited pulses are fed and m the cathode of both sides limited impulses.

5. Circuit arrangement according to claim I, characterized in that to generate the two voltage values to be compared, one each with a specific dimension Time constant element is provided, which follow the mutually limited pulse is fed.

6. Circuit arrangement according to claim 5, characterized -characterized, that the discharge time constant of one time constant member is large compared to the pulse repetition period and that in this time constant element a potentiometer is switched on, at which part of the generated voltage, preferably half, tapped, whichever one of the two voltage variables to be compared is used represents.

7. Circuit arrangement according to claim 5, characterized in that the other time constant member is dimensioned such that it is the mean value over time of the pulse train to be measured.

8. Circuit arrangement according to claim 6 and 7, characterized in that that for the voltage comparison of the two voltage quantities generated an instrument with Zero point is provided in the center of the scale, which is calibrated in such a way that it is the Displays zero value when the pulse duration is equal to the pulse pause.

References considered: U.S. Patent No. 2,633.