DE1112556B - Frequenzdemodulations-Schaltungsanordnung - Google Patents

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

N17819VIIIa/21a*

ANMELDETAG: 30. J A N U A R 1960

BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UNDAUSGABEDEK

auslegeschrift: 10. A U G U S T 1961

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Frequenzdemodulation eines elektrischen Signals mittels eines einzigen Resonanzkreises. In einer bekannten Schaltung dieser Art ist der Resonanzkreis über die Emitter-Basis-Strecke eines ersten Transistors geschlossen, und die Spannung über dem Resonanzkreis wird einem zweiten Transistor zugeführt. Die Transistoren arbeiten dabei als elektronische Schalter, die in verschiedenen Augenblicken, 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 Frequenzdemodulationsschaltungsanordnung, 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 obenerwähnte bekannte Schaltung, mit der Verwendung eines einzigen Resonanzkreises, der weniger Nachregelung erfordert, zu kombinieren.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Signalstrom dem aus der geschlossenen Reihenschaltung wenigstens einer Selbstinduktion, eines Kondensators und eines Widerstandes aufgebauten Resonanzkreis zugeführt wird und darin einen um den Gütefaktor dieses Resonanzkreises erhöhten Strom erzeugt, welcher über dem Widerstand eine bei der Mittenfrequenz (zentralen Frequenz) des Signals um 90° in der Phase verschobene Spannung in bezug auf den erstgenannten Strom erzeugt, welche beiden Ströme einem Gegentaktdetektor mit zwei Gleichrichtern und einem Gegentaktausgangskreis zugeleitet werden.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 veranschaulicht ein Prinzipschaltbild der Erfindung;

Fig. 2 zeigt ein Vektordiagramm zur Erläuterung der Schaltungsanordnung nach Fig. 1;

Fig. 3 zeigt eine Variante der Schaltungsanordnung nach Fig. 1;

Fig. 4 veranschaulicht die Verwendung von Detektortransistoren in der Schaltungsanordnung nach Fig. 3;

Frequenzdemodulations-Schaltungsanordnung

Anmelder:

N. V. Philips' Gloeilampenfabrieken,
Eindhoven (Niederlande)

Vertreter: Dipl.-Ing. E. E. Walther, Patentanwalt,
Hamburg 1, Mönckebergstr. 7

Jaap Starreveld und Wim Zadel, Hilversum

(Niederlande),
sind als Erfinder genannt worden

zo Fig. 5 ist eine Variante der Schaltungsanordnung nach Fig. 3;

Fig. 6 zeigt eine bevorzugte Variante der Schaltungsanordnung nach Fig. 4;

Fig. 7 zeigt eine andere Variante der Schaltungsan-Ordnung nach Fig. 4.

In der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 werden frequenzmodulierte Signale einer hochohmigen Signalquelle 1 einem Resonanzkreis 2 zugeführt, der aus der geschlossenen Reihenschaltung einer Selbstinduktion 3, eines Kondensators 4 und eines aus zwei Teilen 5 und 6 bestehenden Widerstandes aufgebaut ist. Der frequenzmodulierte Signalstrom / erzeugt in diesem Resonanzkreis 2 einen Strom Q · i, der bei der Mittenfrequenz der frequenzmodulierten Signale um 90° gegenüber dem Strom i in der Phase verschoben ist. Der Strom/ durchfließt einen weiteren Widerstand?, und die Spannungen zwischen der unteren Klemme des Widerstandes 7 und der linken bzw. der rechten Klemme des Widerstandes S, 6 werden mittels Gegentaktdetektoren 8, 9 demoduliert, so daß die demodulierte Schwingung den Ausgangsklemmen 10 entnommen werden kann.

Fig. 2 veranschaulicht die Spannungsvektoren V₇ bzw. V₅ und V₆ 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 Foster-Seeley-Frequenzdetektor vorliegt. Die den Vektoren F₈ bzw. V₉ entsprechenden Spannungen gelangen an die Gleichrichter 8 bzw. 9, und die Ausgangsspannung an den Klemmen 10 verläuft

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praktisch linear mit der Eingangsfrequenz und ist bei der Mittenfrequenz von etwaigen Amplitudenschwankungen der Eingangsschwingungen praktisch unabhängig.

In der Schaltungsanordnung nach Fig. 3 ist das T-Glied5, 6, 7 durch eine π-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 bis 9 aus Fig. 3 durch die Emitter-Basis-Strecken der Transistoren 17 bzw. 18 ersetzt worden sind. Die Transistoren 17 und 18 funktionieren durch Zusammenwirken 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 Impedanz der Drossel 21 sei vorzugsweise bei der Frequenz der zu demodulierenden Signalschwingungen groß in bezug auf die ihr parallel liegende Impedanz; ihr Wert sei aber praktisch vernachlässigbar für die Frequenz der demodulierten Schwingungen. Da, wie aus Fig. 2 hervorgeht, die dem Widerstand 13 aus Fig. 3 bzw. den Widerständen 5 bzw. 6 aus 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 Eingangswiderständen 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 2. 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 aus Fig. 1 ersetzen, und dem in Fig. 3 bereits veranschaulichten Widerstand 13. Durch richtige Bemessung der Kondensatoren 25 und 26 kann erzielt werden, daß z. B. in dem 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 Signalstromes 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 in 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 ζ verteilt sich dann über die beiden Teile der Selbstinduktion 3,

ίο und weil die Impedanz dieser Teile mit den höheren Harmonischen der Signalschwingungen anwächst, kann ein wesentlich besserer Ausgleich der Empfindlichkeit für diese höheren Harmonischen erzielt werden als mit der Schaltung nach Fig. 5. Die Schaltelemente 17 bis 21 haben dabei die gleiche Funktion wie in der Schaltung nach Fig. 4.

Die Schaltung nach Fig. 6 bietet auch die Möglichkeit, die Empfindlichkeit für eine bestimmte Harmonische ganz und gar zu unterdrücken. Falls z. B.

die Ausgangsspannung für die 2. Harmonische der Eingangssignalschwingungen Null sein soll, ist die Anzapfung 29 so zu wählen, daß die Teilselbstinduktionen 3 α und 3 b sich etwa wie 5:3 verhalten. Auch braucht man nicht unbedingt diese beiden Teilselbst-Induktionen 3 α und 3 b 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 wie nachfolgend bemessen.

Transistoren 17 und 18 OC 170 mit Eingangsinnenwiderständen
500 bis 200 Ω (abnehmend mit zunehmendem Eingangssignal)

Widerstände 19 und 20 39 Ω
Kondensator 4 470 pF

Kondensatoren 30

und 31 20 000 pF

Kondensator 32 lOOOOpF

Selbstinduktion 3 300 μΗ mit Mittelanzapfung

Selbstinduktionen 21
und 33 10 mH

Mittenfrequenz 455 kHz

Ausgangsstrom 2 mA

Gütefaktor des Kreises 2 40

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 als der der Detektortransistoren 17 und 18 erspart worden. Die Schaltung zeigt weiter zwei Drosseln 36 und 37 parallel zu den Detektortransistoren 17 und 18. Die Teilselbstinduktionen 3 α und 3 b nach Fig. 6 sind durch gesonderte gekoppelte Selbstinduktionen 38 und 39 ersetzt worden. Im Prinzip wäre es auch denkbar, die Detektortransi-

stören 17 und 18 von entgegengesetztem Leitfähigkeitstyp zu wählen. Dann sollen ihre Kollektoren aber an entgegengesetzt gepolte Speisespannungen gelegt oder sonstige verwickeitere Maßnahmen notwendig werden.

Claims (7)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Schaltungsanordnung zur Frequenzdemodulation eines elektrischen Signals mittels eines einzigen Resonanzkreises, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Signalstrom dem aus der gegeschlossenen Reihenschaltung wenigstens einer Selbstinduktion, eines Kondensators und eines Widerstandes aufgebauten Resonanzkreis zugeführt wird und darin einen um den Gütefaktor dieses Resonanzkreises erhöhten Strom erzeugt, welcher über dem Widerstand eine bei der Mittenfrequenz (zentralen Frequenz) des Signals um 90° in der Phase verschobene Spannung in bezug auf den erstgenannten Strom erzeugt, welche beiden Ströme einem Gegentaktdetektor mit zwei Gleichrichtern und einem Gegentaktausgangskreis zugeleitet werden.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangskreise der Gegentaktdetektorgleichrichter mit dem Widerstand des Resonanzkreises in einer jt-Anordnung verbunden sind.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspeisung des elektrischen Signalstroms am Resonanzkreis derartig erfolgt, daß das Ansprechen auf die Signaloberwellen bzw. auf eine höhere Harmonische der Eingangssignale wesentlich herabgesetzt ist.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Resonanzkreis (2) einen weiteren Blindwiderstand (26 bzw. 39) in Reihe mit dem einen Kreisblindwiderstand (Selbstinduktion 3 bzw. Kondensator 4) des entgegengesetzten Vorzeichens enthält und daß der Widerstand (13) einerseits über diese Reihenschaltung (26-3 bzw. 39-4) und andererseits über den anderen Kreisblindwiderstand (25 bzw. 38) mit der Stromquelle elektrischer Signalschwingungen verbunden ist (Fig. 5 bzw. 7).

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Quelle des elektrischen Signalstromes mit einer Anzapfung (29), vorzugsweise mit der Mittelanzapfung der Selbstinduktion (3), verbunden ist.

6. Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, in der der Gegentaktdetektor zwei als Stromdetektoren geschaltete Transistoren enthält, dadurch gekennzeichnet, daß eine gemeinsame, den Detektortransistoren zugeordnete Drossel (21) für die zu demodulierenden Signalfrequenzen an eine Anzapfung, insbesondere die Mittelanzapfung, des Widerstandes (19, 20) angeschlossen ist.

7. Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, in der der Gegentaktdetektor zwei als Stromdetektoren geschaltete Transistoren desselben Leitfähigkeitstyps enthält, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Signalstrom durch einen vorangehenden Transistor des entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps geliefert wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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