-
Begrenzerschaltung Die Erfindung betrifft eine GleichstromADegrenzerschaltung
oder Nivellierschaltung, die ein Signal formt, dessen Gleichstromkomponente mittels
eines Koppelkondensators abgetrennt ist, und die die Grundlinie des Signals auf
iZullpotential hält.
-
Eine Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt
und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 eine grundsätzliche Gleichstrom-Begrenzerschaltung;
Fig. 2 eine übliche, zwei Dioden aufweisende Gleichstrom-Begrenzerschaltung mit
den zugehörigen Impuls- bzw. Signalformen; Fig. 3 eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Gleichstrom-Begrenzerschaltung; und Fig. 4 ein Schaubild mit Kennlinien der erfindungsgemäßen
Schaltung sowie der bekannten Schaltung gemäß Fig. 2, das einen Vergleich der beiden
Schaltungsanordnungen ermöglicht.
-
Fig. 1 veranschaulicht eine übliche, grundsätzliche Gleichstrom-Begrenzerschaltung,
die, wie bekannt ist, verschiedentl iche
Anwendung findet, z.B.
bei Videoverstärkern von Fernsehgeräten.
-
Bei dieser Schaltungsanordnung bewirkt die Einschaltspannung (annähernd
0,6 Volt bei einer Siliziumdiode und annähernd 0,2 Volt bei einer Germaniumdiode)
der Diode D, daß die Grundlinie des Ausgangssignals zum Nullpotential verschoben
wird, so daß diese Schaltungsanordnung für einen genau arbeitenden Impulshöhenanalysator
nicht verwendet werden könnte.
-
Fig. 2 veranschaulicht eine Gleichstrom-Begrenzerschaltung, die nach
dem sogenannten RobinsonSschen Zwei-Dioden-Prinzip arbeitet und bei der während
eines Impuls-Pausenintervalles tO-tl eines Eingangssignals E1 Gleichströme 1, die
von einer Konstantstromquelle A abgegeben werden durch eine Diode D1 bzw. durch
eine Diode D fließen, wobei die Diode D und die Diode D2 je-2 1 weils gleiche Kennlinien
aufweisen, so daß das Potential am Punkt a auf Null gehaltsn wird. Zum Zeitpunkt
tl wird mit Auftreten eines positiven Eingangsimpulses die Diode D1 gesperrt und
dieser Eingangsimpuls dem Ausgangsanschluß zugeführt. Während der Impulsdauer t1-t2
wird der Strom I von einem Kondensator C einer Konstantstromquelle B zugeführt,
was einen Spannungsabfall ef (= I/C) des Ausgangssignals E2 und danach ein Überschwingen
ef zur Impulsabfallzeit t2 bei dem Signal E2 verursacht. Aufgrund dieses fiberschwingens
wird die Spannung in Flußrichtung bzw. die Durchlaßspannung der Diode D1 größer
als diejenige an der Diode D2, so daß ein Strom I-a durch die Diode D2 und ein Strom
I4c( durch die Diode D1 aus der Konstantstromquelle A fließt. Der Strom I des Stromes
I+ wird der Konstantstromquelle B zugeführt, während der restliche Betrag OL dem
Kondensator C zugeführt wird, wodurch das Potential am Punkt a auf Null Volt angehoben
wird.
-
Ein Impulshöhenanalysator mit einer hohen Zählfrequenz oder Zählgeschwindigkeit
benötigt einen Gleichstrom-Begrenze r, der sehr schnell anspricht bzw. ein äußerst
günstiges Einschwingverhalten aufweist, um bei einem Überschwingen sehr schnell
auf Nullpotential zurückzukehren. Sogar wenn bei der bekannten Zwei-
Dioden-Begrenzerschaltung
die Diode D2 aufgrund des Ubersdlwingens gesperrt wird und ein Strom des Betrages
2 durch die Diode D1 fließt, so daß der Strom 1, der gleich dem von dem Kondensator
C während der Impulsdauer abgegebenen Strom ist, dem rondensator C zugeführt wird,
ist eine Zeit T 5die der Impulsbreite entspricht) erforderlich, damit das Potential
am Punkt a auf Nullpotential zurückkehrt. Die Spannung e ist in der Praxis nicht
so hoch, daß sie die Diode Dz sperrt, so daß der dem Kondensator C zugeführte Strom
viel geringer als der Betrag 1 ist und somit die Erholzeit wesentlich länger dauert.
Wenn daher das Tastverhältnis des Eingangssignals E1höher wird (d.h., eine höhere
Zählfrequenz der Impulse auftritt), verschiebt sich die Grundlinie des Ausgangssignals
E2 um einen wesentlichen Betrag, so daß eine genaue Impulshöhenanalyse nicht erhalten
werden kann.
-
Zur Vermeidung dieses Nachteils wird auch eine Gegenkopplung der
Konstantstromquelle A vorgeschlagen. Die bekannte Schaltungsanordnung wird jedoch
dann sehr komplex und arbeitet nicht zuverlässig, so daß die Grundlinie des Ausgangssignals
nicht mit dem Nullpotential übereinstimmt.
-
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Gleichstrom-Begrenzerschaltung
zu schaffen, die mit höher werdendem Tastverhältns der Eingangs impulse lediglich
eine geringe Verschiebung der Grundlinie des Ausgangssignals zuläßt, und außerdem
einfach aufgebaut und zuverlässig ist.
-
Eine vorzugsweise verwendete Ausführungsform der Erfindung soll nun
unter Bezugnahme auf die Fig. 3 und 4 beschrieben werden.
-
Bei der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 3 ist eine Stromquelle 1 mit
dem Ausgangsanschluß T2 eines Kondensators C über einen Schalttransistor Q verbunden.
Der Ausgangsanschluß T2 ist außerdem mit einer Konstantstrom-Steuerschaltung 2 (Betrag
des Stromes: I) verbunden. Die Basis des Transistors Q ist mit Masse über eirie
Diode D verbunden. Eine gesteuerte Konstantstromquelle 3 ist m:t der Basis des Transistors
Q verbunden, um einen Versorg-tngsst om I (dessen Betrag gleich dem Strom der Konstantstrom-S
luer--haltung 2 ist) der Diode D zuzuführen und die Basis des
Transistors
Q auf einem Potential Vf zu halten.
-
Die VBE/IC-Kennlinie des Transistors Q (Spannungs-Steuerkennlinie
der Basis-Emitter-Spannung VBE des Transistors Q gegenüber dem KolleXtorstrom 1c)
sollte derart gewählt werden, daß sie so nahe wie möglich an der Durchlaßspannung/Durchlaßstromkennlinie
der Diode D liegt. Aus diesem Grunde werden vorzugsweise zwei Transistoren mit gleichen
<ennlinien verwendet, und zwar der eine als Transistor Q und der andere als Diode
D in einer Dlodenschaltung.
-
Im Ruhezustand der Schaltungsanordnung, in dem kein Eingangsimpuls
a; Eingangs anschluß T1 des Kondensators C anliegt, wird der gesamte durch den Transistor
Q fließende Strom IC der Konstantstromquelle 2 zugeführt, d.h., es gilt 9e=I, wodurch
die Spannung Vf an der Diode D@gleich der Basis-Emitter-Spannung VBE des Transistors
Q wird. Das Potential des P.usgangsanschlusses T2 wird daher auf Null Volt gehalten.
-
Wenn ein positiver Impuls dem Eingangsanschluß T1 zugeführt wird,
wird der Transistor Q in Sperrichtung vorgespannt, so daß der Impuls zum Ausgangsanschluß
T2 weitergeleitet wird.
-
Während der Impulsdauer wird der Strom 1 vom Kondensator C der Konstantstromquelle
2 zugeführt.
-
Nach Beendigung der Impulsdauer, wenn das Potential des Eingangsanschlusses
T1 auf Null Volt abfällt, wodurch das Potential des Ausgangsanschlusses T2 auf einen
Wert unterhalb Null Volt abfällt (d.h., es tritt ein Überschwingen ein), wird der
Transistor Q mit einer hohen Durchlaß-Vorspannung beaufschlagt, und ein starker
Strom IC fließt durch den Transistor Q und lädt den Kondensator C schnell auf, so
daß das Potential am Ausgangsanschluß T2 schnell auf den Wert Null Volt zurückkehrt.
-
Bei der bekannten, nach dem Zwei-Dioden-Prinzip arbeitenden Schaltungsanordnung
gemäß Fig. 2 beträgt der maximal durch die Diode D1 fließende Strom 21 und der maximal
dem Kondensator C zugeführte Strom hat den Betrag I, wenn das Potential am Punkt
a
unter Null Volt liegt. Bei der erfindungsgema..ßen Schaltungsanordnung besteht demgegenüber
keine derartige Beschränkung wie bei der bekannten, mit zwei Dioden arbeitenden
Schaltung, da der stark in Durchlaßrichtung vorgespannte Transistor Q einen sehr
hohen Strom IC führen kann, so daß der Kondensator C einen Strom IC-I erhält, der
wesentlich größer als der Betrag von I ist. Daher ist für die Rückkehr des Potentials
am Ausgangsanschluß T2 auf Null Volt nur eine sehr kurze Zeit erforderlich, so daß
ein höheres Tastverhältnis der Eingangsimpulse nur eine sehr geringe Auswirkung
auf eine Verschiebung der Grundlinie hat.
-
Das in Fig. 4 dargestellte Schaubild zeigt eine charakteristische
Kennlinie der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung im Vergleich mit einer Kennlinie
der bekannten, mit zwei Dioden arbeitenden Schaltungsanordnung gemäß Fig. 2, wobei
das Eingangssignal jeweils eine Impulsfolge mit einer Impulsfolgefrequenz von 100
KHz, einer Impulshöhe von 5 Vs g und variablem Tastverhältnis ist und die Verschiebungen
der Grundlinie des jeweiligen Ausgangssignals als Ergebnis eines Versuchs über dem
Tastverhältnis aufgetragen sind. Wie Fig. 4 eindeutig zu entnehmen ist, ist mittels
der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ein höheres Tastverhältnis von annähernd
80% bei einer nur geringen Verschiebung der Grundlinie von annähernd -30 mV analysierbar,
d.h., die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung weist ein doppelt so hohes oder höheres
Zählvermögen als die bekannte Schaltungsanordnung nach Fig. 2 auf.
-
Es ist ersichtlich, daß die Konstantstromquelle 3 und die Konstantstrom-Steuerschaltung
2 nicht auf Konstantströme beschränkt sind.
-
Mittels der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist somit in vorteilhafter
Weise eine bessere Gleichstrom-Begrenzung erzielbar, indem eine Stromquelle zur
Abgabe eines Versorgungsstroms mit der ausgangsseitigen Elektrode eines Kondensators
über ein Schaltelement verbunden wird, wobei diese ausgangsseitige Elektrode
des
Kondensators außerdem mit einer Stromsteuerschaltung verbunden ist, und indem eine
Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer Vorspannung für das Schaltelement vorgesehen
ist, die das Schaltelement in Durchlaßrichtung vorspannt, wenn das Potential am
Ausgang des Kondensators unter Null Volt liegt und das Schaltelement sperrt, wenn
das Potential positiv ist.
-
Es ist ersichtlich, daß das Schaltelement nicht auf den erwähnten
Transistor beschränkt ist, sondern daß viele Modifikationen und Änderungen im Rahmen
der Erfindung möglich sind.