DE1224376B - Schaltung zum Umformen von Gleichspannungssignalen in zyklisch auftretende Wechselspannungsimpulse - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

H04j

Deutsche Kl.: 21 a4 - 49

Nummer: 1 224 376

Aktenzeichen: S 81658 IX d/21 a4

Anmeldetag: 25. September 1962

Auslegetag: 8. September 1966

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung zum Umformen von an mehreren Signaleingängen gleichzeitig vorhandenen Gleichspannungssignalen in zyklisch auftretende Wechselspannungsimpulse, mit einem Zerhacker pro Signaleingang.

Bisher haben sich Versuche, Signale, wie sie z. B. durch Thermoelement-Übertrager od. dgl. erzeugt werden, in einem Multiplexverfahren zu verarbeiten, nicht als völlig zufriedenstellend erwiesen; dies ist auf die Informationsverluste zwischen den Eingangsklemmen der Kanäle und dem gemeinsamen Ausgang des Systems zurückzuführen. Zu den dabei auftretenden Problemen gehört z.B. die Gleichstromauswanderung, die bei den erforderlichen Verstärkungselementen auftritt, sowie der Einfluß einer gemeinsamen Spannung auf das Differentialsignal (gemeinsamer Fehler). Bei Signalen mit niedrigem Pegel liegt die Auswanderungsamplitude häufig in der gleichen Größenordnung wie die Amplitude der Informationssignale. Auswanderung und gemeinsamer Fehler lassen sich stark verringern, wenn man mit einer Kopplung über Transformatoren arbeitet. Nachteile einer solchen Kopplung sind jedoch die Mikrophoneffekte, die durch niederfrequente mechanische Störungen hervorgerufen werden, sowie die as Verzerrung, die auf die Sättigung zurückzuführen ist, welche ihrerseits durch die Speicherung von Energie mit einer bestimmten Polarität erzeugt wird. Die Sättigung beeinträchtigt die Signale auch insofern, als sie zwischen den Kanälen Nebensprechen hervorruft.

Viele dieser Schwierigkeiten lassen sich ausschalten; so ist z. B. aus dem Aufsatz »Transistorized Data Amplifier Has High Gain-Stability« aus der Zeitschrift Electronics vom 1. 7.1960, S. 55 ff., eine weiter unten genauer beschriebene Schaltung bekannt, die ein Gleichstromeingangssignal in ein alternierendes Signal verwandelt, dadurch einen Wechselstromverstärker benutzen kann und so die bei Gleichstromverstärkersystemen auftretende Auswanderung vermeidet. Auf S. 96 des Werkes »Radio Telemetry« von Nichols und Rauch, John Willey and Sons, 1956, ist ferner ein Verfahren beschrieben, um die Probleme der Gleichstromauswanderung bei einem mit Zeitunterteilung arbeitendem Multiplexsystem mit Hilfe einer Plus-Minus-Abtastung zu vermeiden, bei welcher der Kommutator die Polarität der Verbindungen an miteinander abwechselnden Kontakten bei jedem einzelnen Kanal umkehrt. Systeme der genannten Art sind naturgemäß sehr langsam, verglichen mit denMöglichkeiten, die sich bei neuzeitlichen elektronischen Schaltungen bieten.

Schaltung zum Umformen von
Gleichspannungssignalen in zyklisch auftretende
Wechselspannungsimpulse

Anmelder:

Systems Engineering Laborities,

Incorporated, Fort Lauderdale, Fla. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. H. v. Schumann,
Patent- und Rechtsanwalt,
München 22, Widenmayerstr. 5

Als Erfinder benannt:

John H. Searcy,

Fort Lauderdale, Fla. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 25. September 1961
(140 469)

Erfindungsgemäß werden die erwähnten Nachteile bei einer Schaltung der eingangs bezeichneten Art dadurch vermieden, daß jeder Zerhacker zwei Transistoren aufweist, an deren Emitter je ein Pol des Signaleingangs anliegt, deren Kollektor je über eine Primärwicklung eines Übertragers, dessen Sekundärwicklung den Schaltungsausgang darstellt, mit dem Emitter des anderen Transistors verbunden ist und deren Basis je über eine Sekundärwicklung eines Steuertransformators an den Emitter angeschaltet ist. Auf der Primärseite des Transformators erscheint dadurch das Eingangssignal mit abwechselnder Polarität. Das sekundärseitig auftretende Signal wird in einer Weise verwertet, wie sie in der obengenannten Arbeit in der Zeitschrift »Electronics« beschrieben ist. Die zyklische Abfrage der einzelnen Signaleingänge gestattet einen Multiplexbetrieb mit Zeitunterteilung. Eine Schaltung dieser Art bietet gegenüber bekannten Anordnungen zur Verwendung in einem Multiplexsystem zahlreiche Vorteile. Beispielsweise werden in jedem Gatterkreis Transistoren der gleichen Art verwendet, und zwar entweder PNP-Transistoren oder NPN-Transistoren, so daß sich

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eine erheblich bessere Ausbildung der Leitungswege wicklung 63 des Transformators 70 an den Kollektor

erzielen läßt. Durch Verwendung von Transistoren des Transistors 61 angeschlossen. Der Emitter des

gleichen Herstellungsverfahrens ist eine gegenseitige Transistors 61 ist mit der Eingangsklemme 52, über

Anpassung erheblich wahrscheinlicher. die Sekundärwicklung 57 des Transformators 76 mit

In weiterer Ausgestaltung stellt die Erfindung eine 5 der Basis des Transistors 61 und über die Primär-Schaltvorrichtung dar, bei der die Sekundärwick- wicklung 62 des Transformators 70 mit dem Kolleklungen von einer Impulsschalteinrichtung gesteuert tor des Transistors 60 verbunden. Die Primärwickwerden. Vorzugsweise besteht diese Impulsschalt- lungen 62 und 63 des Transformators 70 sind gegeneinrichtung aus mindestens einem Transistor, dessen sinnig gewickelt. Die Eingangsklemmen 51 und 52 Basis mit einer Impulserzeugerstufe verbunden ist. io sind durch einen Kondensator 53 miteinander ge-Bei einer solchen Ausführung können die dem Gatter koppelt.

zugeführten Treiberimpulse von in transistorisierten Mit Hilfe der F i g. 3 ist nachstehend die Arbeitslogischen Schaltungen üblichen Potentialen sein, so weise der Gatterschaltung 5 beschrieben. Während daß sich besondere Maßnahmen zur Erzeugung von einer ersten Zeitspanne b bewirkt ein von der Quelle Impulsen höheren Potentials erübrigen. 15 65 kommender Signalimpuls, daß der Transistor 54

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung leitfähig wird und daher eine Potentialdifferenz zwi-

ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines sehen dem Emitter und der Basis des Transistors 60

Ausführungsbeispiels an Hand der Zeichnungen, in entsteht. Hierdurch wird ein vollständiger Signalweg

denen von der Klemme 51 über den Transistor 60 die

Fig. 1 eine schematische Darstellung der oben- 20 Primärwicklung 62 zur Klemme 52 hergestellt. Wäh-

erwähnten, aus der Zeitschrift Electronics bekannten rend einer zweiten Zeitspanne c ist die Impulsquelle

Schaltung ist, 65 abgeschaltet, während die Impulsquelle 66 zusam-

F i g. 2 eine bevorzugte Ausbildungsform der Er- men mit der Quelle 67 eingeschaltet ist. Der Tran-

findung schematisch zeigt, sistor 55 wird leitfähig und bewirkt einen Strom

Fig. 3 die zeitliche Abfolge der Vorgänge bei der 25 durch die Wicklung 58 des Transformators 76, der in

bevorzugten Ausbildungsform nach F i g. 2 veran- der Wicklung 57 eine Spannung induziert und den

schaulicht. Transistor 61 leitfähig macht. Jetzt ist ein vollstän-

In Fig. 1 ist ein einziger Kanal gezeigt, bei dem diger Signalweg von der Klemme 51 über die Primär- =

ein direkt gekoppelter Transistor-Wechselstrom- wicklung-63 und den Transistor 61 zur Klemme 52 >

verstärker^ mit über Transformatoren gekoppelten 30 hergestellt. Die Tränsformätorwicklungen sind pola-

Zerhacker-Eingangskreisen B und Ausgangskreisen C risiert, um eine Flußumkehrung zu bewirken und

verwendet werden. Das System arbeitet genauso wie dafür zu sorgen, daß an der Wicklung 21 eine

die an Hand von Fig. 2 und 3 zu beschreibende Wechselspannung induziert wird. Die Transistoren

Schaltung. Es wird ebenfalls eine einzige Sekundär- 60 und 61 können vor ihrer Verwendung bezüglich

wicklung C in Verbindung mit in der Mitte abgegrif- 35 des Spannungsabfalls zwischen Kollektor und Emitter

fenen Kondensatoren Cl und C 2 verwendet. Wäh- aufeinander abgestimmt werden. Der Ausgleich die-

rend der ersten Halbperiode wird der Kondensator ser Spannungsdifferenz erfolgt nicht direkt, wie bei

Cl auf die Spannung der ersten Hälfte der ersten anderen Gattern für Signale mit niedrigem Pegel,

Welle aufgeladen. Während der zweiten Halbperiode denn in jedem Zeitpunkt ist jeweils nur einer der

wird der Kondensator C2 auf die Spannung der 4° Transistoren leitfähig. Der Ausgleich erfolgt also

zweiten Hälfte der ersten Welle aufgeladen. Nach nicht sofort, sondern zu einem späteren Zeitpunkt,

einer einzigen Periode ist also das Ausgangssignal nämlich wenn das Signal am Ausgang des Verstär-

auf seinen vollen Wert angestiegen und entspricht kers gleichgerichtet wird. Hierin besteht ein neur

der Summe der an den beiden Kondensatoren liegen- artiges Merkmal der hier beschriebenen analogen

den Spannung. 45 Gatterschaltung.

Die erfindungsgemäße Schaltung umfaßt gemäß Die Gatterschaltungen 6, 7 und 8 für die Kanäle

Fig. 2 vier gleichartige Eingangskanäle 25, 26, 27 26, 27 und 28 arbeiten in der gleichen Weise wie die

und 28, deren jeder an eine Quelle für ein Signal Gatterschaltung 5.

niedrigen Pegels angeschlossen ist, wie es beispiels- Die in den Sekundärwicklungen 21 bis 24 erscheiweise durch Thermoelemente oder ähnliche Mittel 50 nenden Signale werden einem gemeinsamen Wechselerzeugt wird. Die im Aufbau völlig gleichen Kanäle stromverstärker 34 über einen Kopplungskondensator sind an die Gatter 5, 6, 7 und 8 angeschlossen, von 33 zugeführt, wenn die Schalter 29, 30, 31 und 32 denen im folgenden nur das Gatter 5 für den Kanal geschlossen werden, wobei jeder dieser Schalter bei 25 beschrieben ist. Dieses Gatter umfaßt vier NPN- seinem Schließen eine der Sekundärwicklungen erdet. Transistoren 54, 55, 60 und 61. Die Basis des Tran- 55 Bei dem Schalter 29 könnte es sich z. B. um einen sistors 54 ist über eine Quelle für periodische Signal- Transistor handeln, oder mit Hilfe eines dem Impulsimpulse geerdet. Der Emitter des Transistors 54 ist generator 67 entnommenen Impulses könnte ein ebenfalls geerdet, während sein Kollektor an einer Relais geschlossen werden. Der durch den Impulspositiven Spannungsquelle V über die Primärwick- generator 67 erzeugte Impuls erstreckt sich über die lung 59 eines Transformators 76 angeschlossen ist. 60 Zeitintervalle b und c sowie / und k und dient dazu, Die Basis des Transistors 55 ist über eine Quelle 66 den Schalter 29 während dieser Zeitintervalle zu für periodische Signalimpulse, der Emitter ist direkt schließen. Auf ähnliche Weise bewirken hier nicht geerdet, während der Kollektor mit der positiven gezeigte Impulsgeneratoren, daß die Schalter 30, 31 Spannungsquelle F über die Primärwicklung58 des und 32 während der in Fig. 3 gezeigten Zeitinter-Transformators 76 verbunden ist. Der Emitter des 65 valle geschlossen werden.

Transistors 60 ist an die Eingangsklemme 51, über Die den Sekundärwicklungen entnommenen Si-.

die Sekundärwicklung 56 des Transformators 76 an gnale, bei denen es sich um alternierende Signale

die Basis des Transistors 60 und über die Primär- handelt, werden über den Kopplungskondensator 33

der Eingangsklemme des wechselstromgekoppelten Verstärkers 34 zugeführt, der die Signale verstärkt, um sie aus Signalen von niedrigem Pegel in Signale von hohem Pegel zu verwandeln. Die Verwendung eines Wechselstromverstärkers an Stelle eines Gleichstromverstärkers in Verbindung mit einem modulierten gemeinsamen, zeitlich unterteilten Multiplexsignal von niedrigem Pegel ist sehr vorteilhaft, da hierbei keine Abwanderung auftritt.

Das Ausgangssignal des Wechselstromverstärkers 34 wird der Primärwicklung 35 eines Transformators 74 zugeführt. Dieses Signal wird auf die Sekundärwicklung 36 dieses Transformators übertragen und hierdurch abwechselnd an die Kondensatoren 37 und

38 angelegt, und zwar in Zeitpunkten, die mit der Betätigung der Transistoren, z. B. der Transistoren 60 und 61, zusammenfallen, welche als Eingangsschalter wirken. Diese Umschaltung wird mit Hilfe des abwechselnden Schließens der Schalter 39 und 40 synchron mit den Schalttransistoren 60 und 61 bewirkt. Die Kondensatoren 37 und 38 wirken als Halte- oder Speichervorrichtung für die ihnen zugeführten Wechselstromsignalspitzen.

Somit wirken die Schalter 39 und 40 sowie die Kondensatoren 37 und 38 als Synchrongleichrichter für das zugeführte Wechselstromsignal. Die an den Kondensatoren 37 und 38 erhaltene Ausgangsspannung wird einem Gleichstromverstärker 41 zugeführt, bei dessen Ausgangssignal es sich um ein zeitlich unterteiltes Multiplexsignal der Eingangssignale handelt, die ohne Verzerrung, Abwanderung oder Rauschen verstärkt worden sind. Der Verstärker 41 ist von bekannter Konstruktion mit hohem Eingangswiderstand und niedrigem Ausgangswiderstand, um eine Anpassung an eine geeignete Last zu erleichtern.

Die Arbeitsweise des an Hand von Fig. 2 beschriebenen Systems geht am besten aus der graphischen Darstellung in F i g. 3 hervor.

F i g. 3 veranschaulicht die zeitliche Abfolge der Vorgänge und läßt mehrere rechteckige Signalimpulse 43 bis 50 sowie 81 bis 86 erkennen. Ein positiv gerichteter Signalimpuls während einer der Zeitspannen zeigt das Schließen der angegebenen Schalter an. Bei den Schaltern könnte es sich z. B. um Transistoren handeln, die durch einen positiven Impuls in den in F i g. 3 angegebenen Zeitpunkten leitfähig gemacht werden, um als »geöffnete« oder »geschlossene« Schalter zu wirken.

Aus F i g. 2 ist ersichtlich, daß während der Zeitspanne b das Signal 43 positiv und daher der Schalter

39 geschlossen ist. Auch die Signale 45 und 47 sind positiv, so daß die Schalter 60 und 29 geschlossen werden. Während dieser Zeitspanne laufen Eingangssignalimpulse von der Klemme 51 aus über den Schalter 60 und die Primärwicklung 62 zur zweiten Klemme 52 des Eingangs 1 zurück. Ein Signalimpuls wird daher der Sekundärwicklung 21 des Transformators 70 zugeführt, denn die Sekundärwicklungen sind über den Schalter 29 geerdet worden. Dieses Signal läuft über den Kopplungskondensator 33 zu dem Wechselstromverstärker 34, wo er verstärkt wird, um dann der Primärwicklung 35 des Transformators 74 zugeführt zu werden. Dieses Signal gelangt zu der Sekundärwicklung 36, so daß der Kondensator 37 aufgeladen wird, wobei der Schalter 39 geschlossen ist.

Während der Zeitspanne c sind die Schalter 40, 61 und 29 geschlossen, während die übrigen Schalter geöffnet gehalten werden. Daher läuft ein Eingangssignal von der Klemme 51 zu der Primärwicklung 63, dann durch den Schalter 61 und zur zweiten Klemme 52 des Eingangs 1 zurück. Dieses Signal hat eine entgegengesetzte Polarität zu dem Signal am Eingang des Transformators 70 während der Zeitspanne b, da die Primärwicklungen entgegengesetzt gepolt sind. Das Signal wird der Sekundärwicklung 21 zugeführt, deren eine Klemme über den Schalter 29 geerdet

ίο worden ist, und das Signal läuft über den Kopplungskondensator 33 zu dem Wechselstromverstärker 34 und von dort zur Primärwicklung 35 des Transformators 74. Das Signal wird dann jeder der Sekundärwicklungen 36 zugeführt und lädt den Kondensator 38 über den geschlossenen Schalter 40 auf. Es sei bemerkt, daß. während der Zeitspanne c die an der Sekundärwicklung 36 liegende Spannung die entgegengesetzte Polarität zu der Spannung während der Zeitspanne b hat. Daher wird der Kondensator

zo 38 im Vergleich zum Kondensator 37 in der entgegengesetzten Richtung aufgeladen. Infolgedessen ist die Spannung an den beiden Kondensatoren zusammen gleich dem Unterschied der beiden Eingangssignalspannungen während der Zeitspannen b und c. Diese Differenzspannung wird dann über den Gleichstromverstärker 41 der Ausgangsklemme 42 zugeführt.

Auf ähnliche Weise werden die Kanäle 26, 27 und 28 nach der Betätigung des Kanals 25 nacheinander betätigt, und zwar durch das Öffnen und Schließen der Transistorschalter 60', 6Γ und der Schalter 30, 39 und 40 für den Kanal 26 bzw. der Transistorschalter 60", 61" und der Schalter 31, 39 und 40 für den Kanal 27 sowie der Transistorschalter 60'", 61'" und der Schalter 32, 39 und 40 für den Kanal 28 mit Hilfe des betreffenden Signalimpulses, wie es in F i g. 3 dargestellt ist.

Es sei bemerkt, daß es sich bei jedem der gezeigten Schalter vorzugsweise um einen Transistor handein könnte, der im geeigneten Zeitpunkt durch Zuführen eines Impulses zu seiner Steuerelektrode leitfähig gemacht wird. Daher würde es sich bei den Impulsen 43 bis 50 und 81 bis 86 in F i g. 3 um Zeitmarkenimpulse handeln, die in der beschriebenen zeitlichen Beziehung zueinander erzeugt werden, um die betreffenden Transistorschalter zu betätigen.

Es sei bemerkt, daß die Schaltgeschwindigkeit der Schalter an den Eingangsklemmen etwas größer ist als die Frequenz der Änderungen des Spannungspegels an den Eingangsklemmen, damit die Größe der positiven und negativen Wellen im wesentlichen die gleiche ist.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Schaltung zum Umformen von an mehreren Signaleingängen gleichzeitig vorhandenen Gleichspannungssignalen in zyklisch auftretende Wechselspannungsimpulse, mit einem Zerhacker pro Signaleingang, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Zerhacker zwei Transistoren (60, 61) aufweist, an deren Emitter je ein Pol des Signaleingangs (51, 52) anliegt, deren Kollektor je über eine Primärwicklung (62, 63) eines Übertragers (70), dessen Sekundärwicklung (21) den Schaltungsausgang darstellt, mit dem Emitter des anderen Transistors verbunden ist und deren

Basis je über eine Sekundärwicklung (56, 57) eines Steuertransformators (76) an den Emitter angeschaltet ist. β

2. Schaltvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärwicklungen (56, 57) von einer Impulsschalteinrichtung gesteuert sind.

3. Schaltvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsschalteinrichtung

mindestens einen Transistor (54, 55) aufweist, dessen Basis mit einer Impulserzeugerstufe (65, 66) verbunden ist.

4. Schaltvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsschalteinrichtung zwei Transistoren (54, 55) aufweist, deren Basis mit je einer Impulserzeugerstufe (65, 66) und deren Kollektor mit je einer Primärwicklung (59, 58) des Steuertransformators verbunden ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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