DE1276754B - Verfahren und Schaltungsanordnung zur Phasentastung einer Schwingung fester Frequenzfuer die Nachrichtenuebertragung - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

H03c

Deutsche Kl.: 21 a4 -16/01

Nummer: 1276 754

Aktenzeichen: P 12 76 754.3-35 (R 37951)

Anmeldetag: 23. Mai 1964

Auslegetag: 5. September 1968

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zur Phasentastung einer Schwingung fester Frequenz für die Nachrichtenübertragung, bei denen eine Phasenschieberbrücke einen Brückenzweig mit festen Impedanzen und einen weiteren Brückenzweig mit mindestens einer veränderbaren Impedanz aufweist, die mit Hilfe des vorspannungsabhängigen Widerstandes von Dioden einer Gleichrichterbrückenschaltung verändert wird.

Für die Nachrichtenübertragung sind verschiedene Anordnungen zur Phasentastung bekannt, bei denen entweder eine Phasenvoreilung oder eine Phasennacheilung der Trägerschwingung benutzt wird. Die Schwingung wird hierzu im allgemeinen einem aus Wirkwiderständen und kapazitiven und bzw. oder induktiven Blindwiderständen aufgebauten Netzwerk zugeführt. Die Phasentastung der an diesem Netzwerk abgenommenen Schwingungen erreicht man entweder durch Widerstandsänderungen oder durch Umschaltung auf verschiedene Widerstandswerte. Das Widerstandsnetzwerk kann beispielsweise an die Sekundärwicklung eines Transformators mit Mittelanzapfung angeschlossen sein, und feste Phasenverschiebungen können durch entsprechende Schaltkreise abgeleitet werden.

Ferner ist es bereits bei Frequenzmodulationsschaltungen bekannt, zur Frequenzänderung eines Oszillators zusätzliche Blindwiderstände einem Schwingkreis kontaktlos zu- oder abzuschalten. Dies erfolgt mit Hilfe von Dioden auf Grund ihres vorspannungsabhängigen Widerstandes.

Die Erfindung geht von einer bekannten Schaltung aus, bei der zwei in Reihe liegende, gleiche Widerstände an eine Spannungsquelle, beispielsweise an die Sekundärwicklung eines Transformators, angeschlossen sind. Den beiden Widerständen ist eine Reihenschaltung aus einem Kondensator und einem veränderbaren Widerstand parallel geschaltet. Die Ausgangsspannung wird zwischen dem Verbindungspunkt der beiden gleichen Widerstände und dem Verbindungspunkt zwischen dem Kondensator und dem veränderbaren Widerstand abgenommen. Diese Anordnung liefert eine Ausgangsschwingung, die gegenüber der Eingangsschwingung um einen Phasenwinkel verschoben ist, dessen Tangens dem Quotienten aus dem kapazitiven Widerstand und dem veränderbaren ohmschen Widerstand proportional ist. Die Phasenverschiebung wird durch den veränderbaren Widerstand eingestellt. An Stelle des Kondensators kann auch eine Spule in Reihe mit dem veränderbaren Widerstand liegen. Während die erstgenannte Schaltung normalerweise eine Phasen-Verfahren und Schaltungsanordnung zur
Phasentastung einer Schwingung fester Frequenz für die Nachrichtenübertragung

Anmelder:

Robertshaw Controls Company, Richmond, Va.

(V. St. A.)

Vertreter:

Dr.-Ing. W. Reichel, Patentanwalt,

6000 Frankfurt, Parkstr. 13

Als Erfinder benannt:
Perry Hamlin Goodwin jun.,
Corona Del Mar, Calif. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. ν. Amerika vom 27. Mai 1963 (283 379)

voreilung bewirkt, erzeugt die zweitgenannte Schaltung eine Phasennacheilung, die je nach dem Wert des veränderbaren Widerstandes einstellbar ist.

Die Phasen- und Widerstandsverhältnisse dieser bekannten Schaltungen sind beispielsweise in dem Buch »Reference Data for Radio Engineers«, S. 120 bis 127, 1956, herausgegeben von der »International Telephone and Telegraph Corporation«, sowie in dem Buch »Applied Electronics« von M. I. T. Staff, »Technology Press«, S. 316 bis 319, angegeben.

Um bei der Nachrichtenübertragung mittels Phasentastung die Kapazität der Übertragungskanäle voll auszunutzen, ist es notwendig, daß die Phasentastung bei konstanter Schwingungsamplitude und fester Frequenz sehr schnell und in diskreten Schritten erfolgt, so daß ein möglichst großer Phasenbereich überstrichen werden kann. So soll beispielsweise während einer vorbestimmten Zeitspanne eine Phasenverschiebung von 120° und während einer anderen Zeitspanne eine Phasenverschiebung von 140° vorgenommen werden, oder es sollen Phasenverschiebungswinkel erzeugt werden, die ein Vielfaches eines vorgegebenen Winkels darstellen, beispielsweise eine Phasenwinkelfolge von 72, 144, 216

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und 288°. Ferner ist es erforderlich, durch Tastung Die Schaltungsanordnung nach der Erfindung ereine Phasenumkehr zu bewirken, beispielsweise von laubt es ferner, eine rasche Phasentastung in dis-—72 nach +72°. Eine weitere Forderung besteht kreten Schritten vorzunehmen, wobei die Phasendarin, daß bei einer Phasenverschiebung von etwa verschiebung über einen weiten Phasenänderungs-180° der Richtungssinn der Verschiebung erhalten 5 bereich dem Wert der als Steuerspannung dienenden bleibt, also die Information, ob es sich um eine vor- Gleichspannung an der Gleichrichterbrücke proporeilende oder nacheilende Phasenverschiebung han- tional ist. delt. In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der

Die bekannten Phasentastschaltungen, bei denen Erfindung dargestellt.

die Phasenverschiebung durch Veränderung eines i° F i g. 1 zeigt eine übliche Schaltung zur Phasen-Widerstandes erzeugt wird, können den Anforderun- verschiebung mit einer Reihenanordnung aus Kongen hinsichtlich einer raschen und genauen Phasen- densator und Widerstand mit dem zugehörigen

änderung in diskreten Schritten nicht genügen, da die Phasendiagramm;

Widerstandsänderung zu langsam erfolgt. Ferner ist F i g. 2 zeigt eine abgeänderte Schaltung mit einer

im allgemeinen das Ausmaß der Phasenverschiebung, 15 Reihenanordnung von Kondensator, Widerstand und

die sich ohne Amplitudenänderung der Ausgangs- Induktivität mit dem zugehörigen Phasendiagramm; spannung erzielen läßt, zu gering. Erfolgt die Phasen- F i g. 3 zeigt eine typische Strom-Spannungs-Kenn-

umtastung durch Zu- oder Abschalten von Wider- linie einer Diode;

ständen, dann entstehen beim Schaltvorgang einer- Fig.4 zeigt eine Schaltung zur Phasenverschie-

seits störende Schaltimpulse und andererseits geht 20 bung nach der Erfindung;

der Richtungssinn der Phasenverschiebung verloren, F i g. 5 zeigt eine Abänderung der Schaltung der

da das Umschalten nicht kontinuierlich erfolgt. F i g. 4;

Weiterhin ist es nicht möglich, die Phasentastung ent- F i g. 6 zeigt in einem Diagramm die Linearität der

sprechend den Werten einer Steuerspannung durch- Phasenverschiebung der Schaltung nach Fig. 4

zuführen. Bei den bekannten Schaltungsanordnungen 25 oder 5 unter Verwendung einer Diodenbrücke mit

wird daher eine schnelle und genaue Phasentastung Kennlinien nach Fig. 3;

auf Kosten der Linearität und des Phasenbereichs F i g. 7 zeigt ein Tastsignal, das bei der Schaltung oder auf Kosten einer Verformung der Schwingung nach F i g. 4 und 5 verwendet wird, und die Ändeim Zeitpunkt der Phasentastung erreicht. rung der transformierten Impedanz für typische Tast-Diese Nachteile werden bei dem erfindungs- 30 spannungen, die Phasenverschiebungen bis zu 180° gemäßen Verfahren zur Phasentastung einer Schwin- ohne Mehrdeutigkeit bezüglich der Richtung der gung fester Frequenz, bei der die veränderbare Im- Phasenverschiebung hervorrufen, pedanz einer Phasenschieberbrücke mit Hilfe des Diese und andere Eigenschaften und Vorteile der vorspannungsabhängigen Widerstandes von Dioden Erfindung werden unter Verwendung einer Brückeneiner Gleichrichterbrückenschaltung verändert wird, 35 schaltung mit Halbleiterdioden erzielt, wobei eine dadurch beseitigt, daß der spannungsabhängige äußere Tastspannung dem Sekundärkreis eines Gleichrichterbrückenwiderstand induktiv in den Transformators zugeführt wird, dessen Primärkreis Phasenschieberbrückenzweig eingekoppelt wird, daß den veränderlichen Widerstand in der Schaltung nach eine auswählbare Vorspannung zur Veränderung F i g. 1 ersetzt. Eine solche Diodenbrückenschaltung der veränderbaren Impedanz an die Gleichrichter- 40 ist wie ein Vollweggleichrichter aufgebaut, dem eine brücke gelegt wird und daß die Änderungsgeschwin- Wechselspannung an zwei Diagonalpunkten zugedigkeit der Impedanz durch eine Verzögerung des führt und eine Gleichspannung an den entgegenAnstiegs und des Abfalls der induktiven Kopplung gesetzten Diagonalpunkten entnommen wird. Desgesteuert wird. halb wird eine Gleichspannung geeigneter Polarität Eine Schaltungsanordnung zur Durchführung die- 45 diesen Klemmen zugeführt, um die Dioden leitend ses Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß die zu machen. Wenn eine Taste betätigt wird, um eine veränderbare Impedanz die Primärwicklung eines kleine äußere Spannung an die Brücke zu legen, dann Transformators enthält, dessen Sekundärwicklung an sind die beiden an den Erregerklemmen liegenden die Wechselstromklemmen der Gleichrichterbrücken- Zweige leitend und haben einen niedrigen Widerschaltung angeschlossen ist, und daß an die Gleich- 50 stand. Wenn die volle Leitfähigkeit durch Anlegen spannungsklemmen der Gleichrichterbrückenschal- einer genügend hohen Gleichspannung entsprechend tang die getastete Gleichspannung gelegt ist, die Fig. 3 erzielt wird, ist die Sekundärwicklung des sprungartig mehrere vorgegebene Spannungswerte Transformators praktisch kurzgeschlossen, so daß annehmen kann. der effektive Widerstand der Primärwicklung auf Die Einkopplung des Gleichrichterbrückenwider- 55 einen Wert vermindert wird, der sich im Vergleich Standes erfolgt dabei mit Hilfe eines Transformators, mit dem Widerstand des Kondensators C dem Wert der nicht nur den Widerstand in seinem Sekundär- Null nähert. Für den Phasenwinkel gilt dabei die kreis in den Phasenschieberbrückenzweig transfor- Beziehung miert, sondern auch in Abhängigkeit von der Tast- %_c spannung eine mehr oder weniger große Induktivität 60 Φ = arc tan ——. in seinem Primärkreis bereitstellt, um beispielsweise ^x eine zur Phasenverschiebung dienende Kondensatorreaktanz zu neutralisieren und damit auch eine Um- Die Gleichrichterbrückenschaltung nach Fig. 4 kehr des Phasenwinkels zu ermöglichen. Ferner fällt oder 5 hat beim Fehlen der Vorspannung einen sehr der Transformatorinduktivität die Aufgabe zu, die 65 hohen Widerstand, so daß kein Strom in der Sekun-Impedanzänderung zu verzögern, so daß ein Phasen- därwicklung des Transformators fließt und der detektor den Richtungssinn einer Phasenänderung Widerstand der Primärwicklung ebenfalls möglichst angeben kann. hoch wird. Die Schaltung nach Fig. 5 arbeitet im

allgemeinen in der gleichen Weise. Beim Drücken der Taste wird eine Phasenverschiebung in der einen Richtung erzeugt. Beim Freigeben der Taste wird die Phasenverschiebung rückgängig gemacht. Das Ausmaß der Phasenverschiebung hängt von der Spannung ab, die beim Tasten der Brückendiagonale zugeführt wird. Die Schaltung nach F i g. 5 erzeugt eine Phasenverschiebung, die einer anderen Formel gehorcht als bei der Schaltung nach F i g. 4, jedoch dem gleichen allgemeinen Schema entspricht, so daß das Verhalten der Schaltung in Abhängigkeit von der Tastspannung an der Brücke in den beiden Fällen ziemlich ähnlich ist, wobei die letztere für einige Zwecke bevorzugt wird.

Die Wirkungsweise der Schaltung wird an Hand von F i g. 1 erläutert. Eine sinusförmige Eingangswechselspannung Ef wird an der Stelle 10 mit einer Phasenlage E Φ_ο einer Phasenschieberbrückenschaltung aus zwei parallelgeschalteten Reihenzweigen zugeführt. Der eine Reihenzweig besteht aus einem Kondensator C und einem Widerstand R_x und der andere aus zwei Widerständen A₁ und R₂. Die in ihrer Phase veränderbare Ausgangsspannung wird an der Phasenschieberbrückendiagonale abgenommen, also am Verbindungspunkt zwischen R_x und C sowie am Verbindungspunkt zwischen R₁ und R₂. Die Phasenverschiebung der Ausgangsspannung E₀ wird mit ΕΦ_ί bezeichnet. Der Widerstand R_x ist veränderlich, so daß auf diesem Weg Phasenverschiebungen begrenzten Ausmaßes erzeugt werden können. Die Fig. Ib zeigt das zugehörige Phasendiagramm. In dem Diagramm wird E₁ durch einen Vektor dargestellt, der vom Punkt A über B nach dem Punkt C gerichtet ist, während die Ausgangsspannung, die zwischen dem Mittelpunkt der Widerstandsanordnung R₁, R₂ und dem Mittelpunkt des Reihenzweiges C, R_x abgenommen wird, durch den Vektor vom Punktß zum Punkt P dargestellt ist. Da AC die Hypotenuse eines rechtwinkligen Dreiecks ist, liegt P auf einem Halbkreis oberhalb des Vektors A C, wenn R_x geändert wird. In ähnlicher Weise kann man R_x konstant halten und C verändern, um einen Ort für die Punkte P zu erhalten, die ebenfalls auf einem Halbkreis liegen, da der Vektor I₂R_x immer rechtwinklig zum Vektor C liegt, der vom Punkt P ausgeht. Der Winkel Φ ist daher der Außenwinkel des Dreiecks ABP und ist doppelt so groß wie der Winkel PAB. Wenn die Reaktanz des Kondensators C die Größe X_c hat und der veränderbare Widerstand den Wert R_x aufweist, dann ist der Winkel

Φ — 2 arc tan ——.
Rx

Theoretisch wird hierdurch eine Phasenverschiebung des Vektors E₀ zwischen 0 und 180° ermöglicht, in der Praxis sind aber diese Werte nicht erreichbar.

Theoretisch ist es ferner möglich, eine Ausgangsspannung zu erzielen, deren Amplitude sich bei der Phasenänderung nicht ändert. Dies ergibt sich aus dem Vektordiagramm der Fig. Ib, da der Vektor BP (oder E₀) immer gleich dem halben Wert des Vektors A C ist. Es werden die praktischen Grenzen des Ausmaßes der Phasenverschiebung, die ohne Verzerrung der Schwingung und ohne Einbuße der Beziehung zwischen E₁ und E₀ erhalten werden können, ausgedehnt, so daß im Bedarfsfall eine Phasenverschiebung von praktisch 180° bei Tastung der Brückenschaltung erzielt werden kann. Der Punkt P' stellt einen weiteren willkürlich gewählten Vektor E₀ dar, dessen Phasenwinkel Φ' beträgt, wobei der Strom im Kondensator C gleich I₂ ist.

Die Schaltung der F i g. 2 unterscheidet sich von der der Fig. 1 dadurch, daß eine InduktivitätX_L in Reihe mit dem Kondensator C und einem Widerstand R angeordnet ist, so daß sich eine Impedanz Z₁ ergibt, die in Reihe mit dem Kondensator C liegt. Das Phasendiagramm der Fig. 2b sieht ähnlich aus wie das der Fig. Ib mit der Abweichung, daß die Induktivität X₁ die theoretische Arbeitsweise etwas ändert, ohne jedoch das Endergebnis praktisch zu ändern. Die Phasenwinkel Φ' und Φ" entsprechen den nacheilenden Strömen I₂ und I₂". In F i g. 4 und 5 ist die Induktivität X_L der F i g. 2 durch die Primärwicklung T_p des Transformators T₁ ersetzt. Der Reihenwiderstand R kann als Widerstandskörper entfallen, er ist jedoch dargestellt, da er nicht vollständig eliminiert werden kann.

Außerdem wird eine charakteristische Eigenschaft einer Halbleiterdiode, vorzugsweise einer Siliciumdiode ausgenutzt, deren Strom-Spannungs-Kennlinie 9 in F i g. 3 dargestellt ist. Diese Kennlinie kann in der Phasenschieberschaltung dazu benutzt werden, eine Phasenverschiebung zu erzeugen, deren Größe sich linear mit der Vorspannung an der Diodenschaltung ändert. In F i g 4 ist eine praktische Anwendung in Verbindung mit einer Phasentastschaltung für Nachrichtenzwecke angegeben. Die Schwingung hat normalerweise die Form einer Sinuswelle und wird in einem stabilen Schwingungserzeuger mit der Ausgangsphase Φ gleich Null erzeugt. Bei dem vorliegenden System handelt es sich mehr um die Phasenänderung gegenüber einer Bezugsschwingung als um die Phasenänderung gegenüber einem bestimmten Zeitwert.

Die Spannung E Φ_ο tritt also als Schwingung am Generator 10 auf und wird den Klemmen 11 und 12 zugeführt, die mit den Klemmen 13 und 14 der Phasenschieberschaltung verbunden sind. Die Widerstände R₁ und R₂ liegen in Reihe zwischen diesen Klemmen, wobei der Verbindungspunkt als eine Ausgangsklemme für die phasenverschobene Schwingung ΕΦ₁ dient. Die zweite Ausgangsklemme ist mit dem Punkt 16 verbunden, der zwischen dem Kondensator C und der Primärwicklung T_p des Transformators T₁ liegt. Aus theoretischen Gründen ist der Widerstand R dargestellt, der am Punkt 17 mit der Primärwicklung des Transformators auf der Seite verbunden ist, die dem Punkt 16 gegenüberliegt, während seine andere Seite mit dem Punkt 14 verbunden ist.

Die Sekundärwicklung T_s des Transformators T₁ ist an der Stelle 18 mit einem Widerstand R_s verbunden, der an der Stelle 19 an einen Vollweggleichrichter angeschlossen ist, dessen Dioden die Kennlinien nach F i g. 3 aufweisen. Die gegenüberliegende Klemme 21 der Brückenschaltung ist an die andere Seite der Sekundärwicklung T_s angeschlossen. Die Dioden 22, 23, 24 und 25 sind in der dargestellten Weise verbunden, so daß jeder Zweig zwischen der Klemme 19 und der Klemme 21 zwei entgegengesetzt gerichtete Dioden 22 und 24 bzw. 23 und 25 mit den Verbindungspunkten 26,27 aufweist. Eine gleichgerichtete Ausgangsspannung würde an der Klemme 26 positiv sein, wenn die Brückenschaltung mit einem Wechselstrom gespeist würde.

Eine derart aufgebaute und geschaltete Brückenschaltung an der Sekundärwicklung T_s ist nichtleitend, und zwar unabhängig vom Spannungswert an den Klemmen 19 und 21, solange dieser unterhalb der Durchschlagspannung der Dioden liegt, wenn die Klemme 26 positiv gegenüber der Klemme 27 ist. Aus der Kurve 9 der F i g. 3 ergibt sich, daß eine kleine Spannung an der Diode diese leitend macht, wenn sie in der Vorwärtsrichtung angelegt wird. Eine Tastschaltung liefert eine kleine Spannung, welche die Dioden der Brückenschaltung leitend macht. Da der Spannungsabfall an der Diode bei Vorspannung in Vorwärtsrichtung klein ist, macht schon eine kleine positive Spannung zwischen den Klemmen 27 und 26 die Dioden 22 bis 25 leitend. Im leitenden Zustand haben die beiden Zweige gegenüber den Klemmen 19 und 21 einen niedrigen Widerstand, während, falls keine äußere positive Spannung an den Klemmen 26 und 27 liegt, der Widerstand zwischen den Klemmen 19 und 21 so groß ist, daß er für die Zwecke der Erfindung als unendlich groß betrachtet werden kann.

Der F i g. 3 kann man entnehmen, daß sich der Widerstand einer Siliciumdiode über einen großen Spannungsbereich praktisch linear ändert. Dies läßt sich durch eine gerade Linie veranschaulichen, welche den Widerstand in Abhängigkeit von der Spannung darstellt, da die Beziehung zwischen/ und E annähernd quadratisch oder parabolisch verläuft. Das Ergebnis der Beziehung ist in F i g. 6 gezeigt. Die Diodenbrücke liegt an der Sekundärwicklung des Transformators T₁. Durch Änderung der Vorspannung E_K wird ein Ausgangsphasenwinkel Φ₁ erzeugt, der sich praktisch linear mit der angelegten Spannung ändert, und zwar praktisch linear in einem Bereich von 0,1 bis 0,6 V. Die Kurve enthält einen Abschitt 42, der linear ist, einen Abschnitt 43, der eine obere Grenze im Sättigungsbereich der Dioden aufweist, und einen Abschnitt 41, der einen unteren nichtlinearen Knick enthält. Eine an die Brücke angelegte Tastspannung kann daher in Beziehung mit dem Phasenwinkel Φ_χ gebracht werden, wobei sich eine Kurvenschar für verschiedene Parameter der Phasenschaltung ergibt.

Verschieden große Kondensatoren ergeben dabei verschieden große Phasenverschiebungen. Dabei ist ein Kondensator C₁ angegeben, bei dem eine Tastspannung von 0,6 V eine Phasenverschiebung von 120° ergibt, während bei einem zweiten Kondensator C₂ von größerem Wert die Phasenverschiebung 144° beträgt. Phasenverschiebungen kleineren Ausmaßes, die genau linear mit der angelegten Spannung verlaufen, können bis zu Werten von 30° erzeugt werden. Bei Nachrichtensystemen werden Phasenverschiebungen von weniger als 60° aus praktischen Gründen meist nicht in Frage kommen, während Phasenverschiebungen bis zu 180° wünschenswert sein können. Durch Abänderung der Schaltung kann man eine Phasenverschiebung von etwa 180° erhalten, die bis zu 160° oder mehr linear verläuft. _

Um eine geeignete Tastspannung zur Vorspannung der Dioden zu erzeugen, sind zwei Anschlußklemmen 28 und 29 vorgesehen, die mit den Anschlußpunkten 26 und 27 der Brückenschaltung verbunden sind. Eine Taste 31 verbindet einen Widerstand 32 und eine Batterie 33, wenn die Taste geschlossen wird. Der Widerstand 32 kann Anzapf ungen 34, 35, 36 und in regelmäßigen Abständen aufweisen, die durch einen Abgriff 39 eingeschaltet werden können, so daß den Klemmen 28 und 29 verschiedene Spannungswerte zuführbar sind. Die Spannung der Batterie 33 hat eine solche Größe, daß bei geschlossener Taste zwischen den Klemmen 19 und 21 der Widerstand Null auftritt, während bei offener Taste der Widerstand sehr hoch ist. Wenn eine kleinere Phasenänderung erwünscht ist, kann der Abgriff 39 mit einem der Punkte 35, 36 oder 37 verbunden werden. Die verschiedenen Abgriflspunkte können so gewählt sein, daß sich Phasenverschiebungen ergeben, die auf dem Kurvenstück 42 der F i g. 6 liegen und ganzzahlige Vielfache voneinander sind. Dies hat besondere Bedeutung bei Nachrichtenübertragungssystemen, bei denen Phasenverschiebungen verschiedener Größe erforderlich sind. So kann z.B. die Tastspannung am Punkt 35 eine Phasenverschiebung von 120° und die Spannung am Punkt 36 eine Phasenverschiebung von 60° hervorrufen. Es kann auch wahlweise eine andere Spannung oder ein anderer Kondensator in Reihe mit der Primärwicklung des Transformators verwendet werden, so daß sich eine Phasenverschiebung von 144° ergibt, wenn ein anderer Abgriff zur Erzeugung der Tastspannung benutzt wird. Die Schaltung ist auch anwendbar, wenn negative Phasenverschiebungen gefordert werden. Dazu wird X_c durch X_L ersetzt. Die Phasenverschiebung beträgt entweder + oder —180°, wenn kein Widerstand in Reihe mit der Kapazität der F i g. 2 geschaltet ist. Die Auswahl zwischen positiven und negativen Werten der Phasenverschiebung ist im allgemeinen willkürlich und kann durch Veränderung der Parameter der Phasenschaltung bestimmt werden.

In F i g. 5 bildet der Widerstand A₅ den einen Zweig der Brückenschaltung, und ein Kondensator C liegt parallel zur Primärwicklung des Transformators T₁, wodurch die Beziehung zwischen der Tastspannung und der resultierenden Phasenverschiebung etwas geändert wird. In einer solchen Schaltung verhalten sich die Kapazität und die Induktivität sowie der Widerstand R₅ in bekannter Weise und ähnlich wie bei der Anordnung nach F i g. 1, bei der der Kondensator C in Reihe mit dem Widerstand R_x liegt. In diesem Fall wird X_L durch den von der Sekundärwicklung des Transformators T₁ transformierten Widerstand verändert, um die Reaktanz von C" je nach Bedarf mehr oder weniger zu neutralisieren. In einer solchen Schaltung wird die transformierte Induktivität .X^ im Primärkreis des Transformators T₁ normalerweise kleiner als die Reaktanz X_L von C" gehalten, damit die Richtung der Phasenverschiebung nicht mehrdeutig wird. Zu diesem Zweck kann ein Widerstand R₄ in Reihe mit der Sekundärwicklung liegen, der jedoch vorzugsweise parallel dazu nach F i g. 5 angeordnet wird. Wenn der Widerstand i?₄ die Sekundärwicklung überbrückt, kann die transformierte Impedanz nicht größer sein als ein Wert, der durch i?₄ bestimmt ist, da dieser Widerstand im Nebenschluß zum Widerstand der Diodenbrücke liegt. Bei einer praktischen Ausführung hat i?₄ die Größe von 30 Kiloohm und C eine Kapazität von 0,022 Mikrofarad, während R₅ einen Wert von 10 Kiloohm hat. Diese Werte ergeben sich für eine Phasenschaltung mit einer Frequenz von 1025 Hz.

Eine Tastschaltung 49 ist an die Klemmen 28 und 29 angeschlossen und kann für die Schaltung nach

9 ίο

F i g. 4 oder 5 benutzt werden. Die getrennten Schal- danz sich nicht sofort auf die Primärwicklung des tor K₁, K₂, K_z liegen je in Reihe mit einer Batterie Transformators auswirkt. Diese Eigenschaft der Erverschiedener Spannung, um schematisch das Aus- findung besteht darin, daß der Betrag der Verzögemaß der Phasenverschiebung anzudeuten, das durch rung im Anstieg der Kurve 47 an der Stelle 51 und eine verschieden große Vorspannung der Dioden 5 im Abfall der Kurve beim öffnen des Schalters an

erzielt wird. der Stelle 52 eingestellt werden kann. Wenn eine

F i g. 7 zeigt das Ergebnis einer Tastung. Das Tast- neue Phasenlage der Ausgangsschwingung E Φ₁ oder signal 45 hat eine Spannung E_K, die so lange züge- ΕΦ₂ eingestellt wird, ergibt sich auch ein allmählicher

führt wird, wie die Taste gedrückt ist. In den übrigen Übergang entsprechend dem Abschnitt 51 der Kurve

Zeiträumen transformiert der Transformator den io 57. Wenn man auf die Ausgangsschwingung ΕΦ₀

hohen Widerstandswert des Sekundärkreises, der dem beim öffnen des Schaltkreises zurückkehrt, ergibt

Widerstand R_x der F i g. 1 entspricht und so groß sich aus dem Abschnitt 52 der transformierten Impe-

gemacht wird, daß er die nichtgetastete Phase so nahe danzkurve, daß die Phase nicht sofort auf den ur-

wie möglich beim Wert£i»₀ hält. Das Tastsignal 46 sprünglichen Wert zurückkehrt. Gemäß der Erfin-

in gestrichelten Linien entspricht einer Tastspannung 15 dung beträgt die Verzögerung einen vorbestimmten

2E_K und erzeugt eine doppelt so große Phasen- Bruchteil des normalen Tastsignals, so daß ein Pha-

verschiebung bei der Betätigung des Schalters. Grö- sendetektor oder Demodulator auf den Richtungssinn

ßere Vorspannungen können verwendet werden, um ansprechen muß, selbst wenn die Phasenänderung

noch größere Phasenänderungen innerhalb der Gren- etwa 180° beträgt. Auf diese Weise kann zwischen

zen der Diodenströme hervorzurufen. 20 vor- und nacheilender Phase unterschieden werden.

Die Phase kann auch, wenn die Taste nicht ge- Der Bereich der Impedanzänderung zwischen dem drückt ist, von E Φ_ο abweichen, und es kann zur Er- offenen und dem geschlossenen Stromkreis, durch zeugung einer Phasenverschiebung entgegengesetzter den die Diodenbrücke getastet wird, kann möglicher-Richtung eine Umkehrschaltung verwendet werden, weise für die Phasenverschiebungsschaltung nicht so daß man die verschiedenen Phasenverschiebungen, 25 ausreichen, jedoch kann diese Maßnahme beim Entdie durch die Wahl der Tastspannungen gegeben sind, wurf der Schaltung berücksichtigt werden. Der Transin beiden Richtungen erhalten kann. Eine solche formator T₁ kann sowohl in der Primärwicklung als Anordnung kann z. B. verwendet werden, wenn vier auch in der Sekundärwicklung eine hohe Impedanz Phasenverschiebungen von + und —72° und + und haben, so daß mindestens ein Streufluß zwischen den — 144° benötigt werden. Wahlweise können auch 30 Wicklungen vermieden wird und der Transformator zwei oder mehr verschiedene Phasenverschiebungen sich einem Idealtransformator annähert. Bei offener hervorgerufen werden, indem verschiedene Tast- Sekundärwicklung des Transformators ist die transspannungen mit Bezug auf irgendeinen anderen Pha- formierte Impedanz für R_x der Primärwicklung sehr senwinkel gegenüber einer Eingangsspannung ge- hoch und nähert sich dem Wert Unendlich. Bei kurzwählt werden, die der Phasenverschiebung Null ent- 35 geschlossener Sekundärwicklung des Transformators spricht. ist die transformierte Impedanz nahezu Null. Wenn

Eine besonders nützliche Eigenschaft der Erfin- man einen Wert der transformierten Impedanz zwidung ist in F i g. 7 dargestellt. Sie kann bei einer An- sehen diesen Extremwerten zu erhalten wünscht, Ordnung benutzt werden, bei der die Phasenänderang dann ist es notwendig, das Verhältnis der Impedanzen etwa 180° beträgt. Die normalen Verfahren zur 40 beim Tasten des Sekundärkreises entsprechend einPhasenverschiebung von Schwingungen für die Nach- zustellen. Dies liegt im Können des Fachmanns, der richtenübermittlung ergeben keine Möglichkeit, daß weiß, daß die transformierte Impedanz sich etwa mit ein Detektor zwischen einer Phasenverschiebung von dem Quadrat des Windungsverhältnisses ändert. Auf 0 und 180° unterscheidet, außer wenn eine Bezugs- diese Weise kann ein begrenzter Bereich veränderphase am Empfänger vorliegt, mit der die empfan- 45 licher Impedanzwerte bei der Tastung des Sekundärgene Schwingung verglichen wird. Dies liegt daran, kreises mit Hilfe unterschiedlicher Vorspannungen daß nach der üblichen Theorie zwei Schwingungs- in Impedanzändemngen eines ganz anderen Bereichs abschnitte einer Welle mit 180° Phasenverschiebung im Primärkreis transformiert werden, wie es der identisch sind, so daß es nicht möglich ist, festzu- spezielle Fall verlangt.

stellen, ob eine Verschiebung auf einer Voreilung 50 Sowohl bei der Reihenschaltung nach F i g. 4 als oder Nacheilung beruht. Gemäß der Erfindung kann auch bei der Parallelschaltung von Kapazität und eine Phasenverschiebung von 180° hervorgerufen Induktivität nach F i g. 5 ist die Wirkung der Induk- und der Richtungssinn dieser Phasenverschiebung tivität der Wirkung der Kapazität entgegengesetzt. ohne Mehrdeutigkeit, wie sich aus F i g. 7 ergibt, Wenn in F i g. 1 der Kondensator durch eine Indukbestimmt werden. Die Kurve 47 stellt das Ansprechen 55 tivität ersetzt wird, würde die resultierende Phasender Primärwicklung des Transformators T₁ auf eine verschiebung entgegengesetzt sein. Durch verschie-Impedanzänderung der Diodenbrücke infolge eines dene Tastspannung an der Diodenbrücke kann eine Tastsignals 45 dar, während die Kurve 48 einem Tast- sehr hohe Impedanz, die in der Phasenschiebersignal 46 entspricht. schaltung als veränderliches Reaktanzelement auf-

Die Kurve hat einen Knick 51 und ergibt sich aus 60 tritt, auf einen sehr kleinen Reaktanzwert verändert

der Reaktanz im Sekundärkreis, die noch einen werden, der in Reihe mit den Widerstandselementen

Reihen-oder Parallelwiderstand zwischen dem Trans- oder dem kapazitiven Element liegt. Die Verminde-

formator und der Diodenbrücke enthalten kann. rung der Induktivität dient dazu, den Einfluß der in

Auch bei nicht vorhandenem Widerstand gestattet Reihe liegenden Kapazität zu erhöhen und dadurch

die hochinduktive Sekundärwicklung des Transfer- 65 die Phasenverschiebung zu vergrößern. Wenn der

mators T₁ keinen plötzlichen Anstieg des Stromes, so Wert X₁ in der Reihenschaltung den Wert von X_c

daß beim Öffnen oder Schließen des Vorspannungs- übersteigt, dann wird die Richtung der Phasenver-

kreises der Diodenbrücke eine Änderung der Impe- Schiebung umgedreht. Wenn man die Formeln für

die Reaktanz bei einer Parallelschaltung von C und L betrachtet, findet man die gleiche Beziehung zwischen X_c und X_L. Vorzugsweise ist X_c größer als der maximale Wert von X_L, um eine unbeabsichtigte Phasenumkehr zu vermeiden. In F i g. 5 verhindert der Widerstand i?₄, daß die transformierte Induktivität einen Wert überschreitet, bei dem diese Phasenumkehr eintreten kann. In F i g. 4 liegt der Widerstand R₃ in Reihe mit der Diodenbrücke, um zu verhindern, daß der minimale Wert der Impedanz des Sekundärkreises zu niedrig ist. Der Widerstand dient daher als Hilfsmittel, um die maximale Phasenverschiebung beim Öffnen oder Schließen der Taste zu erzielen. In den Schaltungen nach F i g. 4 und 5 können entweder die Widerstände R₃ oder U₄ oder beide verwendet werden.

Die Werte von X_L und X_c können vertauscht werden, um absichtlich eine Phasenumkehr bei einer Tastung zu erhalten. Ferner können die Transformationsverhältnisse so gewählt werden, daß verschiedene Werte der Tastspannung die Impedanz in dem Sekundärkreis des Transformators verändern, so daß X_L in der Phasenschieberschaltung von einem Wert, der größer als X_c ist, auf einen kleineren Wert veränderbar ist, und umgekehrt. Je nach Bedarf können verschiedene Einstellungen und Abänderungen vorgenommen werden, so daß die Erfindung nicht an die dargestellten Beispiele gebunden ist. Wenn auch bestimmte Frequenzwerte für die getastete Schwingung angegeben sind, sollen diese nur als Beispiel dienen. Die Schaltung läßt sich auch für andere Frequenzen ausführen.

Claims (12)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Phasentastung einer Schwingung fester Frequenz für die Nachrichtenübertragung, bei dem eine Phasenschieberbrücke einen Brückenzweig mit festen Impedanzen und einen weiteren Brückenzweig mit mindestens einer festen Impedanz und mit mindestens einer veränderbaren Impedanz aufweist, die mit Hilfe des vorspannungsabhängigen Widerstandes von Dioden einer Gleichrichterbrückenschaltung verändert wird, dadurch gekennzeichnet, daß der spannungsabhängige Gleichrichterbrükkenwiderstand induktiv (T₁) in den Phasenschieberbrückenzweig eingekoppelt wird, daß eine auswählbare Vorspannung (49) zur Veränderung der veränderbaren Impedanz an die Gleichrichterbrücke (19 bis 27) gelegt wird und daß die Änderungsgeschwindigkeit der Impedanz durch eine Verzögerung des Anstiegs und des Abfalls der induktiven Kopplung gesteuert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine getastete Spannung (31; K₁, K₂, K₃) als Vorspannung der Gleichrichterbrückenschaltung (19 bis 27) zugeführt wird, die bei fehlender Vorspannung nichtleitend ist und in Abhängigkeit von der getasteten Spannung in veränderlichem Maße leitend wird, und daß durch die sprungartige Leitfähigkeitsänderung der Gleichrichterbrückenschaltung und Impedanzänderung im Phasenschieberbrückenzweig ein Phasenverschiebungsschritt hervorgerufen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannungsänderungen derart gewählt werden, daß die Impedanzänderungen mehrere gleich große Phasenverschiebungsschritte ergeben, die den ausgewählten Vorspannungsänderungen entsprechen.

4. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die veränderbare Impedanz die Primärwicklung (Tp) eines Transformators (T₁) enthält, dessen Sekundärwicklung (T_s) an die Wechselstromklemmen (19, 21) der Gleichrichterbrückenschaltung (19 bis 27) angeschlossen ist, und daß an die Gleichspannungsklemmen (26, 27) der Gleichrichterbrückenschaltung (19 bis 27) die getastete Gleichspannung (49) gelegt ist, die sprungartig mehrere vorgegebene Spannungswerte annehmen kann.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichrichterbrückenschaltung vier Festkörperdioden (22 bis 25) aufweist, wobei die Anoden von zwei Dioden (23, 25) bei der Tastung mit dem positiven Pol (29) der Gleichspannungsquelle (49) und die Katoden der beiden anderen Dioden (22, 24) mit dem negativen Pol der Gleichspannungsquelle verbunden sind und wobei die Sekundärwicklung (r_s) des Transformators (T₁) einerseits mit dem Verbindungspunkt der ersten und dritten Diode (22,23) und andererseits mit dem Verbindungspunkt der zweiten und vierten Diode (24,25) verbunden ist.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kondensator (C) als Blindwiderstand der festen Impedanz im Brückenzweig mit der veränderbaren Impedanz vorgesehen ist.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die feste Impedanz im Brückenzweig mit der veränderbaren Impedanz hauptsächlich einen ohmschen Widerstand (R₅) aufweist, während die veränderbare Impedanz aus der Primärwicklung des Transformators (T₁) besteht, zu der ein Kondensator (C) parallel geschaltet ist.

8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, da-. durch gekennzeichnet, daß die Reaktanz des Kondensators (C) größer ist als die Reaktanz der Primärwicklung des Transformators (T₁), wenn ein Vorspannungswert der Gleichrichterbrücke (22 bis 25) zugeführt wird, und kleiner als die Reaktanz der Primärwicklung ist, wenn ein anderer Vorspannungswert an der Gleichrichterbrücke (22 bis 25) liegt.

9. Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß Widerstände (R₃, i?₄, 32) die Impedanzänderung im Sekundärkreis des Transformators (T₁) für die getasteten und ungetasteten Werte der Gleichspannung (49) begrenzen.

10. Schaltungsanordnung zur Phasentastung einer Schwingung für Nachrichtenzwecke um praktisch 180° nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß im Sekundärkreis des Transformators (T₁) Impedanzen (Ts, R₃, R₄) das Ansprechen des Sekundärkreises auf die Tastung verzögern, so daß die Impedanzänderung auch in der Primärwicklung des Transformators (T₁) bei der Tastung verzögert auftritt.

11. Schaltung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Impedanz eines ohmschen Widerstandes (R₃) in Reihe mit der Sekundärwicklung (T₃) und dem Wechselspannungskreis (19, 21) der Gleichrichterbrücke aufweist.

12. Schaltung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Impedanz parallel zur Sekundärwicklung (T_s) und zu den Anschluß-

punkten (19,21) der Gleichrichterbrücke einen Widerstand (2?₄) aufweist.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Auslegeschrift Nr. 1001346; schwedische Patentschrift Nr. 125293; »Rohde & Schwarz-Mitteilungen«, H. 6, 1955, S. 404.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen