DE1284473B - Schaltungsanordnung zur impulsweisen Energieuebertragung - Google Patents

Description

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Im Hauptpatent ist eine Schaltungsanordnung zur patent angegebenen Schaltungsanordnung zur impulsimpulsweisen Energieübertragung zwischen mit weisen Energieübertragung normalerweise auftreten-Querkondensatoren versehenen Anschlüssen ange- den Energieverluste nach Belieben vermindert, komgeben. Eine derartige Schaltungsanordnung ist für pensiert oder überkompensiert werden. Bei Über-Impulsgeneratoren, für Vermittlungssysteme und für 5 kompensation der Verluste können derartige Reak-Übertragungseinrichtungen verwendbar, wie dort er- tanzfilter auch zur Schwingungserzeugung ausgenutzt läutert ist. In all diesen Fällen können die besonde- werden.

ren Eigenschaften dieser Schaltungsanordnung, näm- Das Wesen der Erfindung wird an Hand einiger

lieh daß für die Betätigungszeit der zugehörigen Schaltungsbeispiele für Reaktanznetzwerke im M-Schalter große Toleranzen zulässig sind und daß der io genden näher erläutert.

Widerstand der Schaltstrecken dieser Schalter sich F i g. 1 zeigt einen Reaktanzzweipol mit zwei Quer-

nicht nachteilig bemerkbar macht, in vorteilhafter kondensatoren, welcher eine ausnutzbare Parallel-Weise ausgenutzt werden. Es lassen sich dabei impuls- resonanz aufweist;

weise Energieübertragungen durchführen, welche F i g. 2 zeigt ein Beispiel dafür, wie bei einem an

praktisch verlustfrei sind. Unter bestimmten Bedin- 15 sich bekannten Reaktanzvierpol die im Hauptpatent gungen läßt sich sogar mit diesen Energieübertragun- angegebene Schaltungsanordnung für impulsweise gen eine Verstärkung verbinden. Energieübertragung benutzt werden kann.

Durch die Erfindung wird nun ein Weg gezeigt, Bei den in den F i g. 1 und 2 dargestellten beiden

wie eine derartige Schaltungsanordnung ganz allge- Ausführungsbeispielen handelt es sich um Reaktanzmein angewendet werden kann. Es ergeben sich da- 20 netzwerke, die als Frequenzfilter aufgebaut sind. Die bei Schaltungsanordnungen, durch die die elektri- bei ihnen die Energieübertragungen steuernden Schalschen Eigenschaften vergleichbarer Anordnungen ter sind derart in die Übertragungswege eingefügt, konventioneller Bauart verbessert werden können, daß sie die Energieübertragungen von und zu den z. B. hinsichtlich der Verluste und der Konstanz be- jeweils beteiligten Querkondensatoren steuern und stimmter Eigenfrequenzen. Ferner zeigt es sich, daß 25 daß sie zu gegeneinander versetzten Zeitspannen der Raumbedarf derartiger Schaltungen wesentlich periodisch geschlossen sind.

verringert werden kann. Die Erfindung betrifft dem- Bei dem in F i g. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel

gemäß eine Schaltungsanordnung zur impulsweisen sind die beiden Schalter Sl und 5 2 sowie die beiEnergieübertragung zwischen mit Querkondensatoren den Querkondensatoren C 01 und C 02 vorhanden, versehenen Anschlüssen, in welcher bei den energie- 30 Dieses Frequenzfilter ist als Zweipol an den mit dem liefernden Anschlüssen den Querkondensatoren par- Querkondensator C 01 versehenen Anschluß AG anallelliegende Zusatzkondensatoren vorgesehen sind geschlossen. Zum zweiten Anschluß gehört der Quer- und ein Zusatzkondensator jeweils mit Hilfe eines an kondensator C 02. Die Schaltungsweise ist hier so den betreffenden Querkondensator angekoppelten getroffen, daß zwischen den Polen des Zweipols die Verstärkerelementes während der vor der Übertra- 35 Reihenschaltung des Schalters S1 und des Querkongung liegenden Zeitspanne aus der Betriebsstrom- densators C 02 liegt und daß der Schalter S 2 parquelle des Verstärkerelementes derart mit Energie allel zu dem zur Reihenschaltung gehörenden Querversorgt wird, daß an ihm stets eine Spannung liegt, kondensator C 02 liegt. Bei dem Querkondensator welche der am Querkondensator angelegten Span- C 01 ist der Zusatzkondensator C11 vorgesehen. Mit nung entspricht, wobei sich bei der jeweils späteren, 40 Hilfe des Koppelkondensators C 21 ist an ihn das demgegenüber kurz dauernden Energieübertragung Verstärkerelement mit dem Transistor Ti 1 angekopdie im Zusatzkondensator enthaltene Energie mit pelt. Zum Querkondensator C 02 gehören in entspreauswirkt, nach Patent 1 227 079. Diese Schalrungs- chender Weise die Schaltelemente C12, C 22 und anordnung ist dadurch gekennzeichnet, daß sie zu Ti 2. Beide Querkondensatoren haben gleiche Kapaeinem Kondensatoren aufweisenden Reaktanznetz- 45 zität.

werk gehört, in welchem durch Schalter gesteuerte Wie sich nun zeigen wird, hat dieser Zweipol die

Energieübertragungen zwischen zugehörende Kon- Eigenschaften eines Frequenzfilters mit Parallelresodensatoren stattzufinden haben, und daß die davon nanz. Um diese Eigenschaften verständlich zu betroffenen Kondensatoren mit Zusatzkondensatoren machen, wird zunächst angenommen, daß er vom versehene Querkondensatoren sind. 50 Generator G über den Widerstand R mit Signalimpul-

Derartige Reaktanznetzwerke können in verschie- sen wechselnder Polarität beliefert wird. Diese werdener Weise aufgebaut sein, Voraussetzung ist ledig- den mit einer bestimmten Impulsfolgefrequenz gelich, wie vorstehend angegeben, daß in Frage korn- liefert. Mit Hilfe von Steuerimpulsen, welche die mende Energieübertragungen zwischen zugehörenden vierfache Impulsfolgefrequenz wie die vom Genera-Kondensatoren stattzufinden haben. Von besonderer 55 tor G gelieferten Signalimpulse haben, werden die Bedeutung sind solche Reaktanznetzwerke, die als Schalter S1 und S 2 gesteuert. Frequenzfilter aufgebaut sind und bei denen die die Bevor der Ablauf der Vorgänge in dem Zweipol

Energieübertragung steuernden Schalter derart in die erläutert wird, ist noch anzugeben, daß der Über-Übertragungswege eingefügt sind, daß sie die Energie- sichtlichkeit halber gewisse Vorspannungsquellen in Übertragungen von und zu den jeweils beteiligten 60 die F i g. 2 nicht eingezeichnet wurden. Es handelt Querkondensatoren steuern und daß sie zu gegen- sich hierbei um Vorspannungsquellen, welche sichereinander versetzten Zeitspannen periodisch geschlos- stellen, daß an den mit dem Schalter S verbundenen sen sind. Derartige Reaktanzfilter können insbeson- Klemmen der Kondensatoren C 01 und C 02 nur dere als Zweipole oder als Vierpole betrieben wer- negative Potentiale auftreten und deren Vorhandenden. Es ist aber auch möglich, derartige Reaktanz- 65 sein im Hauptpatent angegeben ist. Eine derartige netzwerke als durch Schiebeimpulse gesteuerte Vorspannungsquelle kann auch in den den Zwei-Schieberegister aufzubauen. Bei all diesen Reaktanz- pol speisenden Generator G eingefügt werden. Im netzwerken können mit Hilfe der in dem Haupt- folgenden wird das Vorhandensein dieser Vorspan-

nungsquelle stillschweigend vorausgesetzt, dagegen der Einfachheit halber bei der Erläuterung des Arbeitsprinzips des Zweipols vernachlässigt. Das Entsprechende gilt auch für den in F i g. 2 gezeigten Vierpol.

Eine durch einen Signalimpuls verursachte Aufladung des Querkondensators C 01 wird durch Steuerung des Schalters S1 mit Hilfe des ersten Steuerimpulses zum Querkondensator C 02 übertragen. Die Übertragung findet genauso statt, wie es im Hauptpatent an Hand der F i g. 4 für die Kondensatoren C 0 eingehend beschrieben ist. Mit Hilfe des darauffolgenden zweiten Steuerimpulses wird der Schalter S 2 gesteuert, was zur Folge hat, daß sich die Polarität der Ladung des Querkondensators C 02 umkehrt. Wenn nämlich der Schalter S 2 geschlossen wird, so werden zunächst die Kondensatoren C 02 und C12 entladen. Der Entladestrom des Kondensators C12 fließt dabei auch über den Kondensator C 22, welcher vorher ladungsfrei war und daher hierbei eine Ladung erhält, die die gleiche Größe hat, wie diejenige, die der Kondensator C11 vorher hatte, jedoch umgekehrte Polarität hat. Wenn danach der Schalter 5 2 wieder geöffnet worden ist, wirkt sich diese Ladung über den Transistor Ti 2 derart aus, daß nunmehr den Kondensatoren C 02 und C12 jeweils eine Ladung zugeführt wird, die der ursprünglichen völlig entspricht. Es ergibt sich daher, daß nun die beiden Kondensatoren C12 und C 02 eine Ladung aufweisen, die genauso groß ist, wie diejenige, die sie vorher hatten, die jedoch umgekehrte Polarität hat. Die Polarität der am Querkondensator C 02 liegenden Spannung hat sich also umgekehrt. Mit Hilfe des dritten Steuerimpulses wird dann abermals der Schalter S1 gesteuert, wodurch die im Querkondensator C 02 befindliche Ladung nunmehr zum Querkondensator C 01 zurückübertragen wird, der damit nunmehr eine Ladung aufweist, die umgekehrte Polarität wie vorher hat, weshalb 'auch seine Spannung die umgekehrte Polarität hat. Der vierte Steuerimpuls steuert wieder den Schalter 5 2. Bei dem jetzt betrachteten Betriebsfall tritt dadurch keine Ladungsänderung bei den Querkondensatoren auf. Bei anderen noch später zu erläuternden Betriebsfällen hat jedoch auch diese Steuerung des Schalters 52 bestimmte Umladungen zur Folge. Wenn danach der zweite Signalimpuls eintrifft und auch dieser umgekehrte Polarität wie vorher hat, so ergibt es sich, daß vom Zweipol keine Leistung aufgenommen wird. Werden also dem Zweipol Signalimpulse wechselnder Polarität zugeführt, deren Abstand viermal so groß ist, wie derjenige der Steuerimpulse, so nimmt der Zweipol keine Leistung bzw. Energie auf, abgesehen von solcher Energie, die z. B. zur Deckung von Entladungsverlusten der zugehörenden Kondensatoren über ihr Dielektrikum bedingt sind. Der Zweipol wirkt daher wie ein Sperrkreis in Resonanz und übt eine Sperrfunktion aus. Derselbe Effekt tritt ein, wenn der Generator G statt der vorher beschriebenen Signalimpulse einen sinusförmigen Signalwechselstrom liefert, dessen Frequenz halb so groß wie die Folgefrequenz der Signalimpulse und damit ein Achtel so groß wie die Folgefrequenz der Steuerimpulse ist. Die Phasenlage dieses Signalwechselstromes, und zwar bezogen auf die Steuerimpulse, kann beliebig verändert werden, ohne daß die Sperrwirkung gemindert wird. Ändert sich aber die Frequenz dieses Signalwechselstromes, so wird die Sperrwirkung ähnlich wie beim Parallelresonanzkreis gemindert. Dementsprechend ändert sich dann der am Widerstand R auftretende Spannungsabfall. Dieser Signalwechselstrom kann auch durch eine Folge von amplitudenmodulierten Impulsen ersetzt werden, deren Modulationsfrequenz mit der Frequenz des Signalwechselstromes übereinstimmt. Die beim vorstehend zuerst beschriebenen Betriebsfall benutzten Signalimpulse mit wechselnder Polarität können als ίο Sonderfall einer Folge von derartigen Amplitudenmodulierten Impulsen angesehen werden.

Es sei noch bemerkt, daß bei Zuführung eines Signalwechselstromes oder einer Folge von amplitudenmodulierten Impulsen und bei Vorhandensein einer anderen gegenseitigen Phasenlage als bei dem zuerst beschriebenen Betriebsfall auch bei Schließung des Schalters S 2 mit Hilfe des jeweils vierten Steuerimpulses eine Umladung des Querkondensators C 02 stattfindet, da dieser dann nicht ladungsfrei ist. Die vorstehend erläuterte Parallelresonanz tritt gerade dann auf, wenn die Impulsfolgefrequenz der Steuerimpulse in der angegebenen Beziehung zur Frequenz eines zugeführten Signalwechselstromes bzw. zur Modulationsfrequenz zugeführter Signalimpulse steht. Dies bedeutet, daß die Frequenz, bei der diese Parallelresonanz auftritt, durch Änderung der Impulsfolgefrequenz der Steuerimpulse veränderbar ist. Es läßt sich daher ein und derselbe Zweipol durch Änderung der Folgefrequenz der Steuerimpulse auf verschiedene Eigenfrequenzen abstimmen. Die Konstanz dieser Eigenfrequenz ist nur von der Konstanz der Steuerimpulse abhängig. Veränderungen von Eigenschaften der zugehörigen Schaltelemente, insbesondere der Kapazität der zugehörigen Kondensatoren, haben dagegen hierauf keinen merklichen Einfluß, sofern die Querkondensatoren C 01 und C 02 jeweils unter sich gleiche Kapazität haben und die übrigen Schaltelemente ihre vorgesehene Funktion ausführen.

Das in F i g. 2 gezeigte Reaktanznetzwerk bildet einen Vierpol, der zwischen dem Generator G und dem Verbraucher V liegt. Zwischen dem Generator G und dem Vierpol liegt noch der Widerstand R, der auch verschwindend klein sein kann. Dieser Vierpol ergibt sich dadurch, daß ein an sich bekanntes aus vier Kondensatoren bestehendes Reaktanznetzwerk (s. Trans. IRE, PGAM, Dezember 1953, S. 21 bis 26, insbesondere F i g. 9) durch die im Hauptpatent angegebene Schaltungsanordnung zur impulsweisen Energieübertragung ausgestaltet ist. Die einzelnen Kondensatoren dieser Schaltung sind dabei als zu Anschlüssen gehörende Querkondensatoren zu behandeln. Die zwischen ihnen stattfindenden Energieübertragungen werden mit Hilfe von Schaltern gesteuert, welche individuell diesen Kondensatoren vorgeschaltet sind. Der Vierpol weist demgemäß drei längsliegende Querkondensatoren C 01, C 02 und C 03 auf, welche mit individuellen Schaltern Sl, S 2 und 5 3 versehen sind und welche gemeinsam an dem zum Verbraucher V gehörenden Querkondensator C 04 angeschlossen sind.

Ein derartiger Vierpol hat, wenn die zugehörenden Schalter zu gegeneinander versetzten Zeitspannen jeweils periodisch geschlossen werden, die Eigenschaften eines Frequenzfilters, wobei mehrere Resonanzfrequenzen auftreten. Im Betrieb dieses Vierpols treten natürlich ebenfalls gewisse Verluste auf, welche z. B. durch Entladungen der Kondensatoren über ihr

Dielektrikum oder insbesondere durch Nachladungen vom Generator G über die drei Schalter bedingt sind. Wird nun jeder Querkondensator mit einem Zusatzkondensator versehen, an den mit Hilfe eines Koppelkondensators ein Verstärkerelement angekoppelt ist, wie es im Hauptpatent angegeben ist, so können sonst in dem Vierpol auftretende Verluste vermieden werden. Die sich hierfür ergebende Anordnung ist in der F i g. 2 im einzelnen gezeigt. Die Energieübertragungen zwischen den zugehörenden Kondensatoren wickeln sich in einer Weise ab, die der bereits erläuterten entspricht.

Der sich ergebende Vierpol weist ebenfalls eine Reihe von Resonanzfrequenzen auf, die auch hier im wesentlichen lediglich von der Folgefrequenz abhängen, mit der die zugehörigen Schalter gesteuert werden. Verändert man die Anzahl der längsliegenden Kondensatoren, so verändert sich genauso wie bei dem bekannten entsprechenden Vierpol die Anzahl der ausnutzbaren Resonanzfrequenzen. Haben die im so Längszweig liegenden Kondensatoren nicht die gleiche Kapazität wie der zum Verbraucher gehörende Querkondensator, so werden die mit den Energieübertragungen zwischen Kondensatoren verbundenen Ladungsaustauschungen modifiziert, es zeigt sich aber, daß der Vierpol insgesamt ähnliche Eigenschaften wie vorher beibehält. Das gleiche gilt übrigens auch für den in der F i g. 1 dargestellten Zweipol, wenn dort die Kapazität der Querkondensatoren nicht mehr untereinander gleich ist.

Gemäß den im Hauptpatent angegebenen Lehren wird eine Kompensation von Verlusten bei der Umladung der betreffenden Kondensatoren gerade dann erreicht, wenn die zu den Querkondensatoren zugehörenden Zusatzkondensatoren jeweils die gleiche Kapazität wie diese haben. Dort ist auch angegeben, daß, falls die Kapazität der Zusatzkondensatoren kleiner ist, noch eine Restdämpfung verbleibt. Wird die Kapazität der Zusatzkondensatoren vergrößert, so kann eine Verstärkung erzielt werden, durch die zumindest noch andere in der betreffenden Schaltungsanordnung auftretende Verluste kompensiert werden können. Ferner kann eine besonders große Flankensteilheit der zugehörenden Resonanzkurve erzielt werden. Eine weitere Vergrößerung der Kapazität der Zusatzkondensatoren kann dazu führen, daß Schwingungen in der Schaltung erzeugt werden. Dabei kann es zweckmäßig sein, daß lediglich nur ein Teil der Zusatzkondensatoren eine andere, insbesondere eine größere Kapazität, als der zugehörige Querkondensator hat.

An Hand des Ausführungsbeispiels gemäß F i g. 2 wurde gezeigt, wie ein bekanntes Reaktanznetzwerk auszugestalten ist. Gemäß den hier gegebenen Lehren können in entsprechender Weise auch andere bereits bekannte Reaktanznetzwerke ausgestaltet werden.

Die von der Erfindung betroffenen Reaktanznetzwerke sind lediglich mit Hilfe von Kondensatoren, Widerständen und Transistoren aufgebaut. Es ist da- So her möglich, diese Reaktanznetzwerke in Form von sogenannten integrierten Schaltkreisen herzustellen. Dabei bleibt die gute Frequenzkonstanz einerseits sowie die Abstimmbarkeit durch Verändern der Folgefrequenz der Steuerimpulse andererseits erhalten. Der Raumbedarf bei Benutzung integrierter Schaltkreise ist wesentlich geringer, als wenn konventionelle Bauweise vorgesehen ist.

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur impulsweisen Energieübertragung zwischen mit Querkondensatoren versehenen Anschlüssen, in welcher bei den Energie liefernden Anschlüssen den Querkondensatoren parallelliegende Zusatzkondensatoren vorgesehen sind und ein Zusatzkondensator jeweils mit Hilfe eines an den betreffenden Querkondensator angekoppelten Verstärkerelementes während der vor der Übertragung liegenden Zeitspanne aus der Betriebsstromquelle des Verstärkerelementes derart mit Energie versorgt wird, daß an ihm stets eine Spannung liegt, welche der am Querkondensator angelegten Spannung entspricht, wobei sich bei der jeweils späteren, demgegenüber kurz dauernden Energieübertragung die im Zusatzkondensator enthaltene Energie mit auswirkt, nach Patent 1227 079, dadurch gekennzeichnet, daß sie zu einem Kondensatoren aufweisenden Reaktanznetzwerk gehört, in welchem durch Schalter (51... 54) gesteuerte Energieübertragungen zwischen zugehörenden Kondensatoren stattzufinden haben, und daß die davon betroffenen Kondensatoren mit Zusatzkondensatoren (CIl ... C14) versehene Querkondensatoren (C 01.,, C 04) sind.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß das Reaktanznetzwerk als Frequenzfilter aufgebaut ist, bei welchem die die Energieübertragung steuernden Schalter (S 1 ... 5 4) derart in die Übertragungswege eingefügt sind, daß sie die Energieübertragungen von und zu den jeweils beteiligten Querkondensatoren (C 01... C 04) steuern und daß sie zu gegeneinander versetzten Zeitspannen periodisch geschlossen sind.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Frequenzfilter als Zweipol an einen mit einem Querkondensator (COl in Fig. 5) versehenen Anschluß (AG) angeschlossen ist, daß zwischen den Polen des Zweipols außerdem die Reihenschaltung eines zu Energieübertragungen dienenden Schalters (S 1) und eines Querkondensators (C 02) liegt und daß ein für Energieübertragungen in Form von Umladungen dienender Schalter (S 2) parallel zu dem zur Reihenschaltung gehörenden Querkondensator (C 02) liegt.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Frequenzfilter als Vierpol zwischen einem Generator (G in F i g. 6) und einem mit einem Querkondensator (C 04) versehenen Verbraucher (V) liegt, daß im Vierpol mehrere längsliegende Querkondensatoren (C 01, C 02, C 03) liegen, welche mit individuellen, zu Energieübertragungen dienenden Schaltern (S 1, S2, S3) versehen sind und welche gemeinsam an den zum Verbraucher (F) gehörenden Querkondensator (C 04) angeschlossen sind.

5. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zusatzkondensator (C 11... C14) jeweils die gleiche Kapazität wie der zugehörige Querkondensator (C 01... C 04) hat.

6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil der Zusatzkondensatoren je-

weils eine andere Kapazität als der zugehörige Querkondensator hat.

7. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ihre Eigenfrequenzen durch Änderung der Periode der gegeneinander versetzten Zeitspannen geändert werden, zu denen die Schalter geschlossen werden.

8. Schaltungsanordnung nach einem der vorher-

gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Reaktanznetzwerk und die dazugehörenden Schalter als integrierte Schaltkreise hergestellt sind.

9. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Reaktanznetzwerk zur Filterung von Signalen mit mehreren Frequenzen in Signalempfängern verwendet ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

809 640/1268