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Frequenzdemodulations schaltung
Die Erfindung betrifft eine Schaltung zur Frequenzdemodulation eines elektrischen Signals mittels eines einzigen Resonanzkreises, wobei der elektrische Signalstrom dem aus der geschlossenen Reihenschal- tung wenigstens einer Selbstinduktion, eines Kondensators und eines Widerstandes aufgebauten Resonanzkreis zugeführt wird.
In einer bekannten Schaltung dieser Art ist der Resonanzkreis über die Emitterbasisstrecke eines ersten Transistors geschlossen und die Spannung über dem Resonanzkreis wird einem zweiten Transistor zugeführt. Die Transistoren arbeiten dabei als elektronische Schalter, die in unterschiedlichen Momenten, abhängig vom gegenseitigen Phasenunterschied zwischen der Spannung über dem Resonanzkreis und dem Strom durch ihn, stromdurchlässig sind. Der Gesamtstrom der beiden Transistoren ist dann ein Mass für die momentane Frequenz des zu demodulierenden Signals.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Frequenzdemodulationsschaltung, die auf dem Gegentaktprinzip nach Foster und Seeley beruht. Sie eignet sich ebenfalls zur Anwendung von Transistoren, die dann aber als Detektoren, vorzugsweise als Stromdetektoren, geschaltet sind. Sie zielt darauf ab, die günstigen Eigenschaften eines derartigen Gegentaktdemodulators, nämlich geringe Verzerrungen und geringere Empfindlichkeit für unerwünschte Amplitudenmodulation als die oben angedeutete bekannte Schaltung mit der Verwendung eines einzigen Resonanzkreises, der weniger der Nachregelung bedarf, zu kombinieren.
Das wesentliche Merkmal der Erfindung ist, dass der im Resonanzkreis um den Gütefaktor dieses Kreises erhöhte Strom über dem Widerstand eine bei der Mittenfrequenz (zentralen Frequenz) des Signals um 900 in der Phase verschobene Spannung in bezug auf den erstgenannten Strom erzeugt, und dass die Zusammensetzung beider Ströme einem Gegentaktdetektor mit zwei Gleichrichtern und einem Gegentaktausgangskreis zugeleitet wird.
Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert. Fig. 1 veranschaulicht ein Prinzipschaltbild der Erfindung. Fig. 2 zeigt ein Vektordiagramm zur Erläuterung der Schaltung nach Fig. 1. Fig. 3 zeigt eine Variante der Schaltung nach Fig. l. Fig. 4 veranschaulicht die Verwendung von Detektortransistoren in der Schaltung nach Fig. 3. Fig. 5 zeigt eine Variante der Schaltung nach Fig. 3. Fig. 6 zeigt
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der frequenzmodulierten Signale um 900 gegenüber dem Strom i in der Phase verschoben ist.
Der Strom i durchfliesst einen weiteren Widerstand 7 und die Spannungen zwischen der unteren Klemme des Widerstandes 7 und der linken bzw. der rechten Klemme des Widerstandes 5, 6 werden mittels Gegentaktdetek- toren 8, 9 demoduliert, so dass die demodulierte Schwingung den Ausgangsklemmen 10 entnommen werden kann.
Fig.2veranschaulichtdieSpannungsvektorenVbzw.VundV der über den Widerständen 7 bzw. 5, 6 erzeugten Spannungen bei einem von der Mittenfrequenz abweichenden Wert der Momentanfrequenz des frequenzmodulierten Signals. Man erkennt aus dieser Figur, dass das gleiche Verhalten wie beim bekannten Poster-Seeley-Frequenzdetektor vorliegt. Die den Vektoren V bzw. V entsprechenden Spanntmgen
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gelangen an die Gleichrichter 8 bzw. 9 und die Ausgangsspannung an den Klemmen 10 verläuft praktisch linear mit der Eingangsfreql1enz und ist bei der Mittenfrequenz von etwaigen Amplitudenschwankungen der Eingangsschwingungen praktisch unabhängig.
In der Schaltung nach Fig. 3 ist das T-Glied 5, 6, 7 durch eine 11" -Anordnung 12,13, 14 ersetzt worden. Diese Schaltung ist besser für die Praxis geeignet, weil die Widerstände 12 und 14 ganz oder teilweise durch den Verlustwiderstand der Detektoren 8 bzw. 9 ersetzt werden können.
Fig. 4 veranschaulicht ein Beispiel dieser Art, in dem die Diodengleichrichter der Detektoren 8 bzw.
9 der Schaltung nach Fig. 3 durch die Emitter-Basisstrecken der Transistoren 17 bzw. 18 ersetzt worden sind. Die Transistoren 17 und 18 funktionieren durch Zusammenwirkung mit den Widerständen 19 bzw.
20 und der Drossel 21 als Stromdetektoren. Die Widerstände 19 und 20 bilden zusammen den Widerstand 13 aus Fig. 3. Die Drossel 21 sei vorzugsweise bei der Frequenz der zu demodulierenden Signalschwingungen gross in bezug auf die ihr parallelliegende Impedanz ; ihr Wert sei aber praktisch vernachlässigbar für die Frequenz der demodulierten Schwingungen. Da, wie aus Fig. 2 hervorgeht, die dem Widerstand 13 der Schaltung nach Fig. 3 bzw. den Widerständen 5 bzw. 6 der Schaltung nach Fig. 1 entsprechenden Widerstände 19 und 20 verhältnismässig niedrig zu wählen sind-z.
B. nur einige 10 Ohm - kann die entsprechende Bedingung für die Zeitkonstante der Drossel 21 und der Widerstände 19 bzw. 20 in Reihe mit den Eingangsinnenwiderständen der Transistoren 17 bzw. 18 leicht eingehalten werden. Überdies hat die Drossel 21 wegen des geringen Wertes der Widerstände 19 und 20 nur einen sehr geringen Einfluss auf die Resonanzfrequenz des Kreises 2. Die demodulierten Ausgangsschwingungen werden dem Ausgangsübertrager 22 entnommen. Dieser Übertrager 22 kann selbstverständlich auch von einem Widerstand ersetzt und, falls erforderlich, von einem Kondensator mit einer geringen Impedanz für die Frequenz der zu demodulierenden Signalschwingungen überbrückt werden.
Für bestimmte Anwendungszwecke weisen die bis jetzt angegebenen Schaltungen den Nachteil auf, dass das Ausgangssignal für Eingangssignalschwingungen mit einer Frequenz, die sehr weit von der Resonanzfrequenz des Kreises 2 entfernt ist, z. B. für die zweite Harmonische der Signalschwingungen, nicht Null ist. Dies bedeutet, dass die Demodulationsschaltung auch empfindlich ist für etwaige Verzerrungen der Eingangssignalschwingungen, die z. B. durch die vorangehenden Begrenzerstufen herbeigeführt sein können. Eine Verbesserung in dieser Hinsicht zeigt die Schaltung nach Fig 5.
Der Resonanzkreis 2 besteht in dieser Schaltung aus der Selbstinduktion 3, den beiden Kondensatoren 25 und 26, die den einzigen Kondensator 4 der Schaltung nach Fig. 1 ersetzen, und dem bereits veranschaulichten Widerstand 13 der Schaltung nach Fig. 3. Durch richtige Bemessung der Kondensatoren 25 und 26 kann erzielt werden, dass z. B. im Falle, dass die Quelle 1 einen impulsförmigen Signalstrom liefert, die durch den Kondensator 25 dem Detektor 8 zugeführten Oberwellen dieses Signalstromes etwa ebenso gross wie die durch die Reihenschaltung der Selbstinduktion 3 und des Kondensators 26 dem Detektor 9 zugeführten Oberwellen des Signalstroms sind. Die Kondensatoren sollen dann ungefähr gleich gross sein.
Weil aber die Kondensatoren 25 und 26 für die höheren Harmonischen der Signalschwingungen abnehmende Impedanzen zeigen, werden mit der Schaltung nach Fig. 5 höhere Anforderungen an den richtigen Ausgleich der Oberwellen gestellt, als in der Schaltung nach Fig. 6, wo der Eingangssignalstrom i einer Anzapfung 29, z. B. einer Mittelanzapfung der Selbstinduktion 3 zugeführt wird. Der Strom i verteilt sich dann über die beiden Teile der Selbstinduktion 3 und weil die Impedanz dieser Teile mit den höheren Harmonischen der Signalschwingl1ngen anwächst, kann ein wesentlich besserer Ausgleich der Empfindlichkeit für diese höheren Harmonischen erzielt werden als mit der Schaltung nach Fig. 5. Die Schaltelemente 17-21 haben dabei die gleiche Funktion wie in der Schaltung nach Fig. 4.
Die Schaltung nach Fig. 6 bietet auch die Möglichkeit, eine bestimmte Harmonische ganz und gar zu unterdrücken. Falls z. B. die Ausgangsspannung für die zweite Harmonische der Eingangssignalschwingungen Null sein soll, ist die Anzapfung 29 so zu wählen, dass die Teilselbstinduktionen 3a und 3b sich wie 5 : 3 verhalten. Auch braucht man nicht unbedingt diese beiden Teilselbstinduktionen 3a und 3b fest miteinander zu koppeln, aber aus praktischen Gründen ist die veranschaulichte Lösung mit zwei gleich grossen Selbstinduktionen, insbesondere einer mittelangezapften Spule, deren Teilselbstinduktionen auf demselben Träger angeordnet und fest miteinander gekoppelt sind, zu bevorzugen.
In einem praktischen Ausführungsbeispiel wurden die Schaltelemente nachfolgend bemessen :
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<tb>
<tb> Transistoren <SEP> Widerstände <SEP> Kondensatoren <SEP> Selbstinduktionen
<tb> 17 <SEP> = <SEP> OC <SEP> 170 <SEP> 19 <SEP> = <SEP> 39 <SEP> n <SEP> 4 <SEP> = <SEP> 470 <SEP> pF <SEP> 3 <SEP> = <SEP> 300 <SEP> pH <SEP> mit
<tb> Mittelanzapfung
<tb> 18 <SEP> = <SEP> OC <SEP> 170 <SEP> 20 <SEP> = <SEP> 39 <SEP> a <SEP> 30 <SEP> = <SEP> 20. <SEP> 000 <SEP> pF <SEP> 21 <SEP> = <SEP> 10 <SEP> mH <SEP>
<tb> mit <SEP> Eingangs- <SEP> 31 <SEP> = <SEP> 20. <SEP> 000 <SEP> pF <SEP> 33 <SEP> = <SEP> 10 <SEP> mH <SEP>
<tb> innenwiderständen <SEP> 32 <SEP> = <SEP> 10.
<SEP> 000 <SEP> pF
<tb> von <SEP> 500 <SEP> - <SEP> 200 <SEP> (1 <SEP> (abnehmend <SEP> mit <SEP> zunehmendem <SEP> Eingangssignal)
<tb>
Mittenfrequenz = 455 kHz, Gütefaktor des Kreises 2 = 40, Ausgangsstrom = 2 mA.
Der Trennkondensator 32 kann, falls erwünscht, auch in der Leitung 34 zwischen der Selbstinduktion 3 und dem Transistor 18 angeordnet werden. In der Schaltung nach Fig. 7 ist er, durch Verwendung eines vorgeschalteten Transistors 35 des entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps wie der der Detektortransistoren 17 und 18, erspart worden. Die Schaltung veranschaulicht weiter zwei Drosseln 36 und 37 parallel zu den Detektortransistoren 17 und 18. Die Teilselbstinduktionen 3a und 3b der Schaltung nach Fig. 6 sind durch gesondert gekoppelte Selbstinduktionen 38 und 39 ersetzt worden. Im Prinzip wäre es auch denkbar, die Detektortransistoren 17 und 18 des entgegengesetzten Leitfähigkeitiyps zu wählen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Schaltung zur Frequenzdemodulation eines elektrischen Signals mittels eines einzigen Resonanz- kreises, wobei der elektrische Signalstrom dem aus der geschlossenen Reihenschaltung wenigstens einer Selbstinduktion, eines Kondensators und eines Widerstandes aufgebauten Resonanzkreis zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der im Resonanzkreis um den Gatefaktor dieses Kreises erhöhte Strom über dem Widerstand eine bei der Mittenfrequenz (zentralen Frequenz) des Signals um 900 in der Phase ver- schobene Spannung in bezug auf den erstgenannten Strom erzeugt und dass die Zusammensetzung beider
Ströme einem Gegentaktdetektor mit zwei Gleichrichtern und einem Gegentaktausgangskreis zugeleitet wird.