NO116326B - - Google Patents

Description

Pulsbreddemodulator.

Den foreliggende oppfinnelse vedrbrer pulsbreddemodulator med minst en monostabil multivibrator, hvor pulsbredden svarer til en kondensators ladeperiode ilopet av hvilken multivibratoren holdes i astabil tilstand, og hvor det for kondensatorens lading er anordnet en generator for konstant stromstyrke, dvs. en anordning som gir utgangspulser med konstant amplitude og en bredde avhengig a.v momentanverdien av en, modulerende spenning.

Det er et vel kjent faktum at modulasjonskoblinger. av denne type kan omfatte en mono-stabil multivibrator i hvilken varig- heten nv don tid "mitivibra toren h'-lde3 1 sin aotnbiLe o Li i Lin.* bej!.-jnr"3j nv ut Lad ringen av an knnden^ntr<r.hvilken vririrhet hejLenmcir 'Pwlden «v den fre^hrnr.te jm Lj.

■'r.r ntiSeue Ugg jarede nv tekr.ikkar.s jtnnd er ri-jt i C±£. L vift-en hjfiiit monutnbi L nultjvibrator jen er tiLpnssat 3 Lik an-V3»leLje. Denne au I ti vibrator on ["nil sr tu PNP-trMii-iiJ torer

I op 2. idet tr r, us 1 j tor ens L kol. lektor ever en kondensntui; 5 er forbund91 nod bnjiJ ,i: trnnsijtoi 2 slik at utladning*!]'nv denne i-, ond en sn tor ha:; tenner vnrlpheten'iv den tid -nuLtivibr.-i-turen buLdes 1 jiu nj Ln bl Le tilstand. Sliterene i di to transistorer er lr.i:byrdes forbund na o£er :.-£3-Lcrbundnu iiecl den ,1'j-itivj pul 5!>•'■ en 3trov.i Lda !£<h>vlj nu-r.-itlve poL er Jordet. VJdsre a** tr.*insijtoreneo L og 2 kr. L Lekterar ever<h>.en-holdjvij T.-tjtandenu<*>i c;* 7 fer hund na ■■■ed den ner-'itive klemre '•* , y en Spenningjki Lde 16 hvis positive p«-.L er Jordet.

Retur forbinde L::en noi Lusi trnn-j jt.-r 2 sir transistor'L utfjores nv ut nattverk onTnttendden kondensator 8 innskutt parnLLolt

■ ici sr. metst-m! J vslli.in bn.;jj ,,- transistor 1 og he Hektor p;: transistor 2. Zn motstand 1/ er innskutt nellc-n >.le:wie 5 og basis p- LrnndLstor 2.

Jut er vei. kj-3iit nt vsdj>-issei:d<jva Lg or dinensj. nerlng av ko-vonentene nrbeider den her viste n uord ni n.- so.n en multivibrator. id-st dens stabile tlist.-md u,ipn..j n-r transistor L er Ledende ::«; tr-iiujjtor 2 er sperret. For Initiering av

-iisltivlbrnturen. er det nelio-n basis p.-, tranjljtcr L og denj.c:iltlve ; Le.-'io 5 Jnnskutt en Jiude L( i serie -ied en motstand LL. Idet denne dji.de ligger tu: r ne ro basis enr. motstanden og

tillater passasje nv stron j retning fra kLemme 5 not basis p; transljtur !.

De positive styrepuLser som initierer nuLtivibratoren, p; trykkes inngnngsklernnon L3, son ever en kondensator 12 er tilkoblet Tor-blndel3espunktet mel Lom dioden 1C og motstanden 11. Utgangs-puljene opptrer \ v en klemme Lh son er tilkoblet kollek tor pr.

transistcren 2.

i mul tivibratorens stabile Li Lo tand er kondensator 3 fu'. •3 tend in u tindet ett.3r jr.m dans ve nu tre k Lemme ligger J-i""-e ,>c. tensi-* Loon klen<g>e 5. Kondensatorens hbyre kleme Ligger or3-';i--to potenainl idet denne over motstanden LV er forbundet med k I em-

rie 5. Ved overgang fra stabi 1 Li L nstabil ti Lstnnd bringe.; kondensn torens 3 venstra klenme momentant samme potensial som klemme4. idet transistor I ikke Le nr' å r er ledende. 1

dette cyeblikk er kondensatoren fremdeles ut Ladet slik nt potensialet p;. klen<g>e h- i sin helhet trykkes kondensatorens hoyre kleimne, hvorfor transistor 2 biir ledende.

Gradvis Lades kondensatoren 3 ever motstanden !./. cg spenningen p;, basis p,'. transistor 2 bkes tiLsvarende fra potensialet pi. klervie 4- cg til potensin Let p;. kleime 5. hvilket siste potensia L er ni.-dd i det byebLikk kondensatoren er fuLLstendig ladet, idet strcmm.en gjennom motstanden LV da er ubetydeLig. i dettebyebLikk er spenningsforskjellen mellom basis og emitter pa transistor 2 .meget Liten, hviLket bevirker at denne transistor sperrer og bringer muitivibratoren tilbake til stabil tils tand. 1 punkt IM- hersker s; ledes en spenning som i Lbpet av den periode da transistor 2 ikke Lenger er Ledende, dvs. i Lbpet av den periode da koblingen befinner seg i sin stabile tilstand, er lik spenningen pa kLemme 4-. mens spenningen i punkt iA i lbpet av den periode da transistor 2 er ledende. dvs. i lbpet

av den periode da mu1tivibratorkoblingen befinner seg i sin astabile tilstand, er lik spenningen pi klemme<c>). Dette fenomen svarer til at det pit utgangskiemme 14- frembringes en puls hvis spissverdi' tilsvarer spenningen p;" klemme 5- mens puLsens bredde tilsvarer den tid som kreves for oppladning av kondensatoren 3. Denne bredde er imidlertid ikke proposjonal med forskjellen mellom de spenninger som påtrykkes klemmene 4- og 5?da opp-ladningen av kondensatoren folger en eksponentialfunksjon og således på ingen mate er en lineær funksjon av tiden.

Et formål med den foreliggende oppfinnelse er å modifisere den ovenfor beskrevne kobling slik at det for oppladningstiden for kondensatoren 3, dvs. for bredden av pulsen på klemme 14- oppnås en tilnærmet lineær avhengighet av momentanverdien av den modulerende spenning.

Dette oppnås ifblge oppfinnelsen ved en kobling hvor det for lading av kondensatoren er anordnet en generator for konstant strbmstyrke, hvilken kobling kjennetegnes ved at generatoren utgjbres av en transistor hvis ene elektrode påtrykkes mcdulasjonsspenningen, som styrer generatoren slik at den fremkalte pulsbredde er prop'6sjonait avhengig av modulasjonsspenningens nivå.

1 denne hensikt er motstand 6 utelatt og erstattet av forbindel-sen mellom kollektor og emitter på en ytterligere transistor, i som f.eks. kan være av NPN typen, idet basis på denne transistor bringes på et på forhånd bestemt potensial i forhold til jord, mens emittéren over en motstand bringes på den modulerende]

-spennings nivå i forhold' til jord.Oppfinnelsen skal nærmere forklares nedenfor ved hjelp av et utfbrelseseksempel under henvisning til tegningene, hvorpå<......>i i fig. 2 er en* modifikasjon ifblge oppfinnelsen av koblingen ifblge fig. 1,

fig. 3 er en ytterligere utfbrélsesform ifblge .oppfinnelsen, og

fig.4- viser pulsforlbp for illustrering av koblingens virke-I måte.- '< ■ 1

Fig. 2 viser multivibratoren i fig. 1 modifisert ifblge oppfinnelsen. Delene 1 til 5 bg 7 til 17 er inntegnet i fig. 2, med samme referansenummera, da de har samme funksjon: 1 begge, tilfelle. Som for nevnt, er motstanden 6 utelatt, og kollektoren på transistor 1 som allerede er forbundet med venstre rkilimme på kondensatoren 3, er forbundet med kollektoren på en ytterligere transistor 18 hvis basis er forbundet med den negative pol på en spenningskilde 19, slik at det frembringes en negativ modulasjonsspenning relativt jord. Smitteren på transistor l8 er over en motstand forbundet med den negative pol på

en spenningskilde 20, hvis spenning er hbyere enn spenningen fra kilden 19, idet den positive klemme på kilden 20 er jordet.

Det er vel kjent at en transistor innskutt på denne måte avgir en strbm av konstant styrke som bestemmes av nivåene av de spenninger som påtrykkes fra kilden 19 og over motstanden 21 fra kilden 20. Det er klart at denne modifikasjon ikke har noen virkning på transistorenes 1 og 2 skifting mellom ledende og sperrende tilstand, mens på den annen side kondensator 3 i dette tilfelle bare lades av den strbm'som passerer mellom emitter og kollektor på den ytterligere transistor 18, hvilken strbm har i det vesentlige konstant styrke. Ladningen kan foregå inntil det byeblikk da kondensatorspenningen har nådd samme nivå som spenningen fra kilden 19, i hvilket byeblikk ladningen opphorer. En.variasjon av spenningen over motstand 17 frembringer en variasjon av spenningen på basis for transistor 2, hvilken spenning ned passende dimensjonering av de forskjellige komponenter., er tilstrekkelig tii å bringe transistor 2 tilbake til stabil tilstand efter som en viss del av

ladestrbmmen .passerer gjennom motstand 17 som i det betraktede byeblikk er innskutt i parallell mellom emitter og basis på -

transistor 2.

i Den i fig. 2 viste kobling muliggjbr ladning av kondensator 3 i i samsvar med en lineær funksjon av tiden og å avbryte lad.ning-en i det byeblikk da kondensatorspenningen tilsvarer spenningen ■ I fra kilden 19. Imidlertid kan man eksperimentelt fastslå at

I byeblikket for initiering av multivibratoren ikke bare er avhengig av spenningen fra kilden 19,. men også av spenningene

fra kildene 15, 16 og 20,. som således bor stabiliseres. Videre avhenger strømstyrken av stbrrelsen åv den modulasjonsspenning

som påtrykkes fra kilden 19.

i

Ifblge et ytterLigere trekk ved oppfinnelsen kan disse ulemper elimineres ved anvende en nod uln o j onsk iId e sen ikke lenger best,.!'nv kilden 1:) som n; ska L vxre en kilde nsd konstant spenning, .ion"v en uavhengig spenningskilde. Det nevnte resultat oppn's ved sammen med den nettopp beskrevne kobling anordne en spenningskonparntor 2^ <\ samman Ligner spenningen p" transistorens L koHektor med den momentane nodulasjons-spenning, hvilket oppn..s ved hjelp nv'to ytterligere komponenter so;'!ogs-- er vist i fig. 2.

Disse komponenter er en seriokobiing nv en diode 22 og en kundensa tor 23 meilen kc'.lektor pa transistor 1 og jord, idet dioden son tillater at strbm kan flyte fra Lcondensa toren mot nevnte koLLektor, er'innskutt m.eliom transistorens kollekter og kondensatoren. Forbinde Ise spunk tet 24- mellom kondensatoren og dioden er forbundet med en klemme p; den spenningskilde 25 som påtrykker noduLasjonsspenningen, nens kildens 25 annen klemme er jordet.

Kildens 19 spenning velges slik at dennes absolutte verdi er stbrre enn maksimalspenningen fra kilden 25. Med slike komponenter innkoblet er det åpenbart at dioden 22 blir ledende s. snart kondensatorspenningen 3 n: r det momentane niv.-' for spenningen fra kilden 25, pa grunn av at de betraktede spenninger er negative. i dette byeblikk vil en brbkdel av den stron med konstant styrke som avgis fra transistor 18,lade opp kondensatoren 23. Dette bevirker en reduksjon av styrken av strommen gjennom motstand 17, og likeledes som i forbindelse med fig. L. vii denne reduksjon av strbmstyrke ved en passende dimensjonering av de forskjellige komponenter være tilstrekkelig til :'. bringe koblingen tilbake til stabil tilstand.

Den i fig. 2 viste anordning, som således er forbedret ved til-fbye Ise av komponentene 22 og 23, har ytterligere begrensninger p.\grunn av fblgende forhold: Motstanden i forbindelsene mellom kollektor og emitter på transistor 18 er ikke uendelig stor, og motstanden i den retning i hvilken dioden er ledende er ikke forskjellig fra null.

Videre er bredden nv de , i: utriingsVlemne m opptredende in::.-:er ikke |iro,;cjJor.nl "ied v som er r.o-ient-inverdien nv spenningen fm kiLden 2?, nen :ied differansen E-K. hvor E er den konstante verdi nv spenningen fra kilden L?.

ifoLge 3'u yLtorLlger-J trekk ved oppfinnelsen, cg Tor ■: elJninere rte sistnevnte -rnjler.^-fattar "mndiiL:i3jor.j"i.:rt lene to systu-er nv den i flg. 2 viste type. x det ene systdT er I:Le-i-ie * h forbundet med den modulerende3penninr3kilde hvis spenning sknL

gi opphav til pulser nv en vi3s bredde, rens 1 de<*.>:innst svjten kleire 2'-i er Jordet. Videre p--. trykkes utgnnrspiilsuntt en r.nti-kolnsidenskrets som fru sin utgr.nc siv^ir es. pisLs hvis brodde er lik forskJeLLen nei Lon bredd ine »«v de to puLser son på-

trykkes dens innganger.

Fig. 3 viser det fullstendige ki.b Lings skjen;; lfflge cppfir/.iei-sen. omfattende disse og ytterli<g>ere forbedringer son skal be-skrives nodenfer.

I flg. 3 er vist to sy„■ teser 3t "E 2i- i likhet med den 1 L'1,-. *. viste modulntor. ■""•ysto'- 2l er 'orsynt med kLs-1 iene i.2• r ^'* t oe 24^, mens system 31 jr forsynt ned tilsvarende kLernor 12^.

L*r^og 24"2'idet disse :■• Lsm-ier _■ varor tiL Msrhs.-ia.jvJj 1. Ld>'ien-*

13. Lf cg A i fir. 2.

-om det lett v!l rrrjt-er ie^.ieno 12^og '-$ 2 fc r bundne - v* en ' Li.nme 3<!>+ son rettar de ,u'.sor -:r.m initier?-* -uLfsv."-brntoren, hvilke ,.uLjer s. Ledes sa.-ti.lij p-Iryki. sj'«jc*"-"»*-•!!•-Lua Jons sys terner 20 c r 2 L. v lemme 2>k p: ncdu L-ijJ^nsjysts- 2c

er over en motstand 32 ffrV&det med den modn Lårande .".pennin^j-klLde 33:mens kildens ;;nnen xiemme er JcrJet. J.icniie 2*^-%r Jordet over en raotstnnd 3£. ".yste-iene 2o tg 31 ..ir.les fcrtrlns-vi3 fra de såmne kilder 15, i6. Ly ug 2., og utformas s Like som mulig.

Oet er klart at under disse c. ms tend Tghe ter avgir system 3C p«.

sin utgnngsklem-ne 1h^en ,.11 Ls hvis bredde er propc3jonaL med

differansen E-M, hvor E er spenningen fra kilden 15 som utgjor en del av systemet, og K er moraéntanverdien av modulasjonsspenningen fra kilden 33.

Videre avgir modulasjonssystem 33 på sin utgangsklemme lHv, en puls hvis bredde er proposjonal med E. mens proposjonalitets-koeffisientene er de samme i begge systemer på grunn av at deres komponenter er tilnærmet identiske.

Utgangspulsene 14-^ og lH^ p<å>trykkes en spenningskomparator 36 som på sin utgangsklemme avgir en puls hvis bredde er lik differansen mellom bredden nv de pulser som avgis fra klemmene 14-^ og lHv,, og dette bevirker at bredden av pulsen på klemme 37 er direkte proposjonal med M.

Fig. 4- viser kurver som anskueliggj br denne virkemåte. 4-1 betegner den puls som fremkommer pr. klemme 14-^ i system 31 som kan kalles et referansemodulasjonssystem, og 4-2 betegner den puls som avgis fra system 3C som danner det målende modulasjonssystem. I det tilfeile da spenningen fra kilden 33 nar en positiv momentanverdi, opptrer det på utgangen fra komparatoren 36 en puls 4-3 som starter i det byeblikk da puls 4-2 opphorer, og som opphorer samtidig med puls 4.1. I det tilfelle at nomentanverdien av spenningen fra kilde 33 er negativ, er den puis 4-4- som avgis fra klemme 14-,, bredere enn pulsen 4-1 fra 14-1 , og fbigelig starter den puis 4-5 som avgis fra klemme 37, ved opphor av pulsen 4-1 og opphorer samtidig med pulsen 4-4-.

Det faktum at puls 4-3 i tilfelle positiv momentanverdi av modulasjonsspenningen opphorer samtidig med puls 4-1, mens derimot i tilfelle med negativ momentanverdi av modulasjonsspenningen, den resulterende puls 4-5 fra klemme 37 opphorer etter opphor av pulsen 4-1 fra referanse modulasjonssystemet, anvendes som indikasjon p;:. polariteten av modulasjonsspenningens momentanverdi. Det er tilstrekkelig å påtrykke pulsene fra ut-gangsklemmene 31 og 36 en bistabii multivibrator 38 som styrer et indikasjonsorgan 39, hvorved multivibratoren 38 gir en. polaritetsindikasjon i avhengighet av hvor vidt pulsen på utgangen fra komparatoren 36 er tilstede eller ikke i det byeblikk pulsen på utgangen fra systemet 31 opphorer.

Fig. 3 viser også en anordning for beskyttelse mot tilfeldige overspenninger. Anordningen består av to dioder 4-6 og 4-7 antiparallelt koblet, idet en klemme på hver av disse dioder er koblet til klemme 24-^, mens de to andre klemmer er jordet over de spenningskilder 4-8 og49som gir forspenninger av passende verdier.

Det er åpenbart at det beskrevne modulasjonssystem muliggjor

at man for en modulasjonsspenning som kan variere mellom positive og negative verdier, i hvert byeblikk kan oppnå indikasjon på polariteten av modulasjonsspenningeh, hvilket er av interesse ved visse anvendelser.

Bruken av to elementære modulasjonssystemer 30 og 31 tillater oppnåelse av en dobbelt operasjon (i likhet med en dobbelt veie-operasjon) ved hvilken målefeil som tilskrives den ufullkomne virkning av et enkelt modulasjonssystem elimineres, mens virke-måten av heie anordningen er betydelig forbedret til tross for aldring av komponentene og til tross for forandringer i spenningene fra de forskjellige kilder 16, 19 og 2C.

Claims (6)

1. Pulsbreddemoduiator med minst en monostabiL multivibrator, hvor pulsbredden svarer til en kondensators ladeperiode, i lbpet av hvilken multivibratoren holdes i astabil tilstand, og hvor det for kondensatorens (3) lading er anordnet en generator for konstant strbmstyrke,karakterisert vedat generatoren utgjbres av en transistor (18), hvis ene elektrode påtrykkes modulasjonsspenningen, sem styrer generatoren slik at den fremkalte puisbredde er proporsjonalt avhend? av modulasjonsspenningens nivå.

2. PuLsbreddemoduiato"som angitt i krav 1. hvor det son generator-transistor (i8) er anordnet en npn-transistor, karakterisert vedat modulasjonsspenningen (2C) j-ålrykl-63 npn-transistorens emitter og en konstant spenning (19)jåtrykkes npn-transistorens basis.

3. Pulsbreddemodulntor sotn angitt i krav i. hvor det som generator-transistor (]8) er anordnet en npn-transistor,karakterisert vedat transistorens emitter og basis påtrykkes konstante forspenninger, og at kol lektoren via en diode (22) og ytterligere en kondensator (23) i serie-kobling er koblet til jord og at modulasjonsspenningen (25) påtrykkes mellom jord og forbinde Isespunktet (24-) for dioden (22) og kondensatoren (23) (fig. 2).

4- . Pulsbreddemodulntor som angitt i et av de foranstående krav.karakterisert vedat det er anordnet to likeartete monostabiie multivibrntorer (30,31), nv hvilke bare den forste (30) påtrykkes modulasjonsspenningen (33), mens derimot den annen monostabiie multivibrator (31) avgir pulser med konj tant bredde, som oppstår ved at den i denne monostabiie multivibrator (31) forekommende klemme (24-^) som svarer til klemmen (24^) for den forste monojtabile multivibrator (30)' hvilken mcdulasjonsspenningen (33) iåtrykkes, er fort til jord og at utgangspuIsene for begge monostabiie multivibratorer (30, 31) fores til en spenningskomparator (36),>om avgir en ut-gangspu Is med en bredde svarende tii differansen mellom bredd-ene for de to til spenningsko.mparatoren (36/forte inngangs-pulser (fig,. 3).

5- Pulsbreddemodulntor som angitt i krav 4-, k a r a k t e-' risert ved at det til utgangene for spenningskompa-ratoren (36) og den annen monostabiie multivibrator (31) er koblet en vippeoscillntor (38), hvis utgangssignal benyttes for å angi modulasjonssignalets polaritet (fig. 3). i i

6. Pulsbreddemodulator som angitt i krav 4- eiler 5, ikarakterisert vedat det til den forste monostabiie mul tivibra tors (30) inngangsk lemme (24- ) som påtrykkes modulasjonsspenningen, er forbundet en overspenning-beskytteLseskobling bestående av to forspennte, antipara 1 LeLt koblede dioder (4-6.4-7) (fig. 3)-