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Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Frequenzmodulation, die einen Oszillator mit einem oder mehreren Transistoren enthält, der durch das frequenzmodulierte Eingangssignal mitgenommen wird, und in deren Ausgangskreis ein Tiefpass zur Abnahme des demodulierten Signals geschaltet ist, vorzugsweise in einer Ausführung, in der alle oder mehrere Bauteile in integrierter Technik hergestellt werden, gegebenenfalls gemeinsam mit dem Zwischenfrequenz-Verstärker und/oder dem Niederfrequenz-Verstärker.
Es sind zahlreiche FM-Demodulatorschaltungen bekannt, von denen zur Zeit der Ratiodetektor am häufigsten verwendet wird. Bei dieser Schaltung werden keine aktiven Schaltelemente benötigt ; es müssen jedoch ein verhältnismässig kompliziertes Filter, sowie ein Elektrolytkondensator verwendet werden (s. z. B. Seeley, S. W. and AvinsJ. :"The ratio detector", RCA Review, [1947], Bd. 8, S. 201 bis 236). Andere Schaltungen, die zur Frequenzdemodulation geeignet sind, sind unter Verwendung von Röhren mit zwei Steuergittern aufgebaute Mitnahmeoszillatoren. Diese sind dem Ratiodetektor hinsichtlich Linearität, Begrenzerwirkung, Selektivität, sowie hinsichtlich der durch das Verhältnis der Niederfrequenzspannung am Ausgang zur Zwischenfrequenzspannung am Eingang definierten Empfindlichkeit überlegen (s. z. B. Bradley, W.
E. :"Single-stage FM detector", Electronics, October 1946, Bd. 19, S. 88 bis 91). Die Verwendung solcher Schaltungen in Rundfunk- oder Fernsehempfängern stösst jedoch auf Schwierigkeiten, da nur mit Hilfe besonderer Massnahmen, nämlich niederohmiger Ankopplung des Oszillators an die letzte Zwischenfrequenzstufe durch Anzapfung des Schwingkreises am Eingang des Oszillators, oder Verwendung von Spezialröhren mit extrem geringer Kopplung zwischen erstem und zweitem Steuergitter eine Selbsterregung des Zwischenfrequenz-Verstärkers vermieden werden kann (s. z. B. Woschni, E.-G. : "Frequenzmodulation", VEB Verlag Technik Berlin, [1959], S. 154 bis 1957).
Ferner sind gemäss der USA-Patentschrift Nr. 3, 030, 585 Transistorschaltungen bekannt, bei denen die Frequenz eines Oszillators vom ankommenden Signal mitgenommen wird und die Demodulatorwirkung darauf beruht, dass der frequenzmässige Aussteuerbereich auf der Flanke eines Resonanzkreises liegt. Diese Schaltungen benötigen aber, um das Schwingen des Oszillators mit einer Frequenz, die auf der Flanke des Resonanzkreises liegt, zu erzielen, komplizierte Filter bzw. Schaltmittel zur Rückkopplung, die in ihrem schaltungsmässigen Aufwand, insbesondere im Hinblick auf die verwendeten Spulen, keine Vorteile gegenüber den beim Ratiodetektor verwendeten mit sich bringen.
Weitere Schaltungen zur Frequenzdemodulation gemäss der USA-Patentschrift Nr. 2, 935, 607 umfassen Mitnahmeoszillatoren in Kombination mit jeweils mindestens einer zusätzlichen Mischstufe, die zum Funktionieren dieser Schaltungen unerlässlich ist. Ausserdem treten ausser der Frequenz des Eingangssignals mindestens zwei weitere Frequenzen auf. Daher erfordern diese Schaltungen einen aussergewöhnlich hohen Aufwand an Schaltmittel.
Die Erfindung befasst sich mit der Aufgabe, frequenzmodulierte Schwingungen unter Verwendung einfacher Transistor-Mitnahmeoszillatoren mit guter Linearität und Begrenzerwirkung, sowie hoher Selektivität und Empfindlichkeit zu demodulieren. Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe bei der eingangs erwähnten Schaltung dadurch gelöst, dass das frequenzmodulierte Signal einer Steuerelektrode eines Unipolartransistors bzw. in an sich bekannter Weise der Basis eines bipolaren Transistors zugeführt wird, dass ferner die Schwingungserzeugung in an sich bekannter Weise durch Rückkopplung zwischen Quellen-und Senkenelektrodenkreis bzw.
zwischen Kollektor- und Emitterkreis erzielt wird, wobei jedoch nur ein einziger Schwingkreis verwendet wird, dessen Resonanzfrequenz mit der Frequenz des unmodulierten Eingangssignals übereinstimmt und der einen ohmschen Widerstand zur Einstellung der zur Demodulation notwendigen Bandbreite enthält, und dass ein RC-Glied, dessen Zeitkonstante in der Grössenordnung der reziproken Frequenz des Eingangssignals ist und das eine zur Erzielung einer linearen Abhängigkeit zwischen der Augenblicksfrequenz des Eingangssignals und dem Augenblickswert des Quellen- oder Senkenelektrodenstromes bzw.
des Kollektorstromes notwendige Phasendrehung zwischen mitnehmender Signalspannung und mitgenommener Oszillatorspannung einstellt, die in der Mitte des Mitnahmebereiches einen von Null verschiedenen Wert hat und bei Abweichen der Signalfrequenz von der Frequenz des frei schwingenden Oszillators nach oben oder unten infolge der Änderung der durch den Schwingkreis verursachten Phasendrehung grösser bzw. kleiner als dieser Wert ist, zwischen der Quellen- oder Senkenelektrode bzw. dem Emitter und einem wechselstrommässig mit Masse verbundenen Punkt der Schaltung liegt.
Weitere vorteilhafte Entwicklungen sind dadurch gegeben, dass der Oszillator mit einer Eigenfrequenz schwingt, die in einem rationalen Verhältnis zur Zwischenfrequenz steht und dass die Signalspannung und die Oszillatorspannung getrennt an je einer von zwei mit derselben Zone verbundenen Steuerelektroden eines Unipolartransistors liegen.
Bei der Erfindung tritt, im Gegensatz zu Röhrenschaltungen, auf Grund der niederohmigen Ein- und Ausgangswiderstände bei Transistorschaltungen keine Selbsterregung der Zwischenfrequenzstufen auf. Während daher bei Röhrenschaltungen Spezialröhren benötigt werden, können in Transistorschaltungen handelsübliche Transistoren der verschiedensten Typen verwendet werden. Gegebenenfalls kann vor den Mitnahmeoszillator eine Impedanzwandlerstufe geschaltet werden. Diese Stufe verursacht keinen Mehraufwand gegenüber einer sonst üblichen Empfängerschaltung, da infolge der hohen Empfindlichkeit und Selektivität der erfindungsgemässen Anordnung eine oder mehrere Zwischenfrequenz-Verstärkerstufen eingespart werden können. Gegebenenfalls können der Zwischenfrequenz-Verstärker und die Mischstufe überhaupt weggelassen werden.
Um die Schwingneigung des Zwischenfrequenz-Verstärkers zu verringern, kann der Mitnahmeoszillator auch auf einer
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Frequenz schwingen, die ungleich der Zwischenfrequenz ist, aber in einem rationalen Verhältnis zu ihr steht.
Die erfindungsgemässe Schaltungsanordnung ist dem Ratiodetektor hinsichtlich Linearität, Empfindlichkeit, Begrenzerwirkung und Selektivität überlegen. Ferner werden gegenüber dem Ratiodetektor und den bisher bekannten Transistorschaltungen weder Elektrolytkondensatoren noch komplizierte Bandfilter benötigt. Die vorliegende Schaltung eignet sich ausserdem besser zur Herstellung in integrierter Technik, da sie nur eine Spule benötigt. Es besteht daher die Möglichkeit, Zwischenfrequenz-Verstärker, Transistor-Mitnahmeoszillator und Niederfrequenz-Verstärker gemeinsam in integrierter Technik herzustellen.
Auf Grund ihrer Selektivität ist die erfindungsgemässe Schaltungsanordnung ausserdem zur Verwendung zusammen mit integrierter Zwischen- frequenz-Verstärkern-die zur Selektivität des Empfängers nichts beitragen-besser geeignet als andere FM-Demodulatoren, z. B. der Ratiodetektor.
In den Zeichnungen ist eine beispielsweise Ausführungsform der erfindungsgemässen Schaltungsanordnung dargestellt. Fig. 1 zeigt das Blockschaltbild eines zur Frequenzdemodulation verwendeten Transistor-Mitnahmeoszillators--l--mit einem Tiefpass --2-- zur Aufnahme der Niederfrequenz. Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines mit einem einzigen Transistor --3-- bestückten Mitnahmeoszillators, bei dem das Signal der Basis des Transistors zugeführt, und die Niederfrequenz-Spannung über ein RC-Glied (Widerstand --4-- und Kondensator-5--) als einfachster Form des Tiefpasses --2-- abgenommen wird.
Bei einer Schaltung dieser Art genügt ein schwaches Zwischenfrequenzsignal, um den Oszillator in einem weiten Frequenzbereich mitzunehmen, der etwas grösser als die zur übertragung frequenzmodulierter Schwingungen notwendige Bandbreite sein soll. Die Breite des Mitnahmebereiches wird durch die Güte des Schwingkreises bestimmt und kann im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 mit dem Widerstand --6-- eingestellt werden. Die gute Begrenzerwirkung der erfindungsgemässen Schaltungsanordnung beruht auf der Tatsache, dass die Amplitude der mitnehmenden Spannung die Amplitude des Oszillators, die durch im Transistor auftretende Nichtlinearitäten begrenzt und bestimmt wird, nicht beeinflusst. Wird der Oszillator von einem Signal mitgenommen, so stört ein in der Frequenz benachbartes Signal nur dann, wenn es um mehrere Grössenordnungen stärker ist.
Daher benötigt die erfindungsgemässe Schaltungsanordnung nur wenig oder gar keine Vorselektion durch den Zwischenfrequenz-Verstärker. Durch die ausser dem Transistor (3) vorhandenen frequenzbestimmenden Schaltelemente (im Beispiel nach Fig. 2 die Spule-7-und die Kondensatoren-8, 9, 10--) und im besonderen durch die zusätzlich phasendrehenden Netzwerke (im Beispiel nach Fig. 2 der Kondensator--10--
EMI2.1
Abweichung der Signalfrequenz von der Frequenz des frei schwingenden Oszillators nach oben oder unten ist sie infolge der Änderung der durch den Schwingkreis verursachten Phasendrehung grösser bzw. kleiner als dieser Wert.
Dabei wird eine lineare Abhängigkeit zwischen dem Augenblickswert der Frequenz der Signalspannung und dem Augenblickswert des niederfrequenten Anteils der Transistorspannungen und-ströme, insbesondere des Kollektorstromes, erzielt. Die Widerstände --12, 13-- dienen im wesentlichen zur Einstellung des Gleichstromarbeitspunktes des Transistors--3--.
Der Transistor-Mitnahmeoszillator ist nicht an eine bestimmte Art von Transistoren gebunden. Statt des in Fig. 2 abgebildeten pnp-Transistors können auch npn-Typen oder Unipolartransistoren verwendet werden. Eine günstige Ausführungsform ist auch durch die Verwendung von Feldeffekttransistoren mit zwei Steuerelektroden gegeben, wobei die mitnehmende Zwischenfrequenz-Spannung einer Steuerelektrode zugeführt wird und die andere Steuerelektrode zum Oszillatorkreis gehört, was die Schwingneigung des Systems aus Zwischenfrequenz-Verstärker und Transistor-Mitnahmeoszillator verringert. Zur Verringerung einer etwaigen noch immer bestehenden Schwingneigung können zwei sehr einfache Hilfsmittel dienen. Das erste ist die Zwischenschaltung eines Impedanzwandlers, der mit Transistoren sehr leicht und billig aufzubauen ist.
Das zweite ist die Bemessung der Oszillatorfrequenz so, dass sie nicht gleich der Zwischenfrequenz ist, sondern in einem rationalen Verhältnis zu ihr steht.
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