DE1256272B - Modulator zur asynchronen Frequenzumtastung - Google Patents
Modulator zur asynchronen FrequenzumtastungInfo
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Description
DEUTSCHES
PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT
Int. Cl.:
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H 03 c
Deutsche Kl.: 21 a4 -14/01
J 26730IX d/21a4
21. Oktober 1964
14. Dezember 1967
21. Oktober 1964
14. Dezember 1967
Die Erfindung betrifft einen Modulator zur asynchronen Frequenzumtastung mit einem selbsterregten
Oszillator, dessen Schwingkreis aus einem für sämtliche Frequenzen gleichen Element und einem für
jede gewünschte Frequenz mittels eines Schalters zuschaltbaren dualen Element besteht.
Modulatoren zur Frequenzumtastung werden insbesondere bei der Datenübertragung benötigt. Sie
haben dabei die Aufgabe, die im Sender digital, in Form von Rechteckimpulsen vorliegenden Daten in
entsprechende Frequenzänderungen einer Sinusschwingung zwischen zwei Alternativwerten umzuwandeln.
Die im Modulator erzeugte Sinusschwingung wird übertragen und im Empfänger mittels eines
Demodulators in die ursprüngliche Rechteckschwingung zurückverwandelt. Die Höhe der beiden Frequenzen
richtet sich insbesondere nach, der in der Zeiteinheit zu übertragenden Informationsmenge und
nach den Ubertragungseigenschaften des zur Verfügung stehenden Ubertragungskanals.
Die gebräuchlichsten Demodulator«! werten nur
die Information aus, die durch die Nulldurchgänge der ankommenden Sinusschwingungen charakterisiert
ist, da die empfangene Sinusschwingung zunächst einen Begrenzer durchläuft, um Störungen zu eleminieren.
Das heißt also, die Nulldurchgänge der ankommenden Sinusschwingung werden im Demodulator
nach ihrer zeitlichen Folge auf ihren Signalinhalt hin beurteilt.
Es hat sich gezeigt, daß die gebräuchlichen Modulatoren beim Umtasten von der einen auf die andere
Frequenz Phasenfehler und Einschwingvorgänge hervorrufen, die nach der übertragung im Demodulator
unkontrollierbare zeitliche Verschiebungen der rückgewonnenen Rechteckimpulse hervorrufen und somit
die übertragene Information verfälschen können. Die Phasenfehler treten vor allem deswegen auf, weil die
beiden Frequenzen, zwischen denen der Modulator umgetastet wird, und die Grundwelle der modulierenden
Rechteckschwingung normalerweise völlig asynchron zueinander sind. Bei langsamen Übertragungssystemen,
bei denen also die in der Zeiteinheit übertragene Informationsmenge klein ist im
Verhältnis zu der Frequenz der sie übermittelnden Sinusschwingung, sind diese Verzerrungen naturgemäß
klein und können daher oft in Kauf genommen werden. Bei schnellen Ubertragungssystemen dagegen
sind die entstehenden Verzerrungen nicht mehr zu vernachlässigen.
Es sind mehrere Modulatortypen bekannt, die prinzipiell für den genannten Zweck verwendbar
sind. So sind Anordnungen bekannt, bei denen die Modulator zur asynchronen Frequenzumtastung
Anmelder:
IBM Deutschland Internationale Büro-Maschinen
Gesellschaft m. b. H.,
Sindelfingen, Tübinger Allee 49
Als Erfinder benannt:
Hans Spiro, Böblingen
Hans Spiro, Böblingen
Frequenz durch Umsteuerung einer oder mehrerer Reaktanzröhren umgetastet wird. Die Reaktanzröhren,
die durch eine Ansteuerung mit phasenverschobenen Spannungen wie Induktivitäten oder Kapazitäten
wirken, sind mit einem frequenzbestimmenden Schwingungskreis eines selbsterregten Oszillators so verbunden,
daß die Frequenz des Oszillators entsprechend der Ansteuerung getastet wird.
Ebenso sind Modulatoren bekannt, bei denen die Frequenzumtastung mittels eines aktiven Elementes
erfolgt, zu dessen Funktion die Schwingungserzeugung und die Veränderung der Frequenz gehören,
d. h. also, es sind beide Funktionen in einem aktiven Element vereinigt. '
Diese beiden Modulatortypen erzeugen Verzerrungen, die in den meisten Fällen untragbar groß
sind.
Noch größere Verzerrungen erzeugt aber der wohl gebräuchlichste Modulatortyp mit einem frequenzbestimmenden
Schwingkreis, dessen Schwingfrequenz durch Zu- oder Abschalten von zusätzlichen Induktivitäten
und Kapazitäten verändert wird.
Weiterhin ist eine Anordnung bekannt, die im Prinzip aus einem astabilen Multivibrator besteht,
dessen Frequenz durch Verändern einer Steuerspannung umgetastet wird. Zwar läßt sich ein solcher
Modulator so dimensionieren, daß er bei der Umtastung möglichst geringe Verzerrungen hervorruft,
da aber die erzeugte Rechteckschwingung zum Zweck der übertragung in eine Sinusschwingung umgewandelt
werden muß, können durch das dazu erforderliche Filter Verzerrungen hervorgerufen werden,
die ein fehlerloses Erkennen der übertragenen Daten nicht gewährleisten.
Es sind bereits Maßr.ahmen bekannt, durch die
die im Modulator entstehenden Verzerrungen vermindert bzw. vermieden werden können.
Eine Maßnahme, besteht darin, daß beim Tasten von der einen auf die andere Frequenz eine Pause
709 708/135
eingelegt wird, in welcher der Schwingungskreis auf der einen Frequenz ausschwingen und nach seiner
Veränderung auf der neuen Frequenz anschwingen kann. Die Amplitude der zu übertragenden Schwingung
geht also während der Umtastung für eine gewisse Zeit auf Null zurück. Neben dem bei diesem
Verfahren auftretenden Zeitverlust sind selbstverständlich umfangreiche zusätzliche Schaltungen erforderlich,
die die einwandfreie übertragung gewährleisten.
Vielfache Anwendung finden weiterhin sogenannte zweistufige Modulatoren. Die Schwingfrequenzen der
bekannten Modulatoren werden dabei wesentlich höher gewählt als die Grundschwingung der modulierenden
Datenschwingung. Dadurch kann gewährleistet werden, daß die Verzerrungen durch Phasenfehler
beim Umtasten ausreichend gering bleiben. Zusätzlich ist aber erforderlich, die hohen Frequenzen
mittels eines dem Modulator nachgeschalteten Umsetzers in den gewünschten Ubertragungsbereich
umzusetzen. Solche zweistufigen Modulatoren sind aber zweifellos sehr aufwendig, und man wird deshalb
bestrebt sein, wenn möglich, einstufige Modulatoren zu verwenden.
Die prinzipiellen Bedingungen für verzerrungsfreie, asynchrone Frequenzumtastung bei Modulatoren mit
frequenzbestimmendem Schwingkreis sind bekannt. Es muß gewährleistet sein, daß bei der Umtastung
der Resonanzfrequenz des Schwingkreises die Augenblickswerte von Schwingkreisstrom und Schwingkreisspannung
vor und nach der Umtastung konstant sind. Außerdem muß die Bedingung erfüllt sein, daß
das Verhältnis von Induktivität zu Kapazität des Schwingkreises, die ja bei der Umtastung verändert
werden müssen, vor und nach der Umtastung konstant bleibt. .
Unter Einhaltung dieser Bedingungen wurden bereits Modulatoren gebaut, bei denen eine als Kapazität
und eine als Induktivität benutzte Reaktanzröhre bzw. Reaktanztransistor parallel geschaltet werden
und dann so moduliert wird, daß das Verhältnis von Induktivität konstant bleibt.
Neben dem erforderlichen verhältnismäßig großen Aufwand sind die bisher bekanntlich auftretenden
Frequenzabweichungen sehr störend bzw. die Maßnahmen zu ihrer Vermeidung zusätzlich sehr aufwendig.
Diese genannten Bedingungen werden auch von einer anderen, bereits bekannten Modulatorart
erfüllt. Es handelt sich hierbei um einen Modulator zur asynchronen Frequenzumtastung, bestehend aus
einem selbsterregten Oszillator mit einer für sämtliche Frequenzen gleichen Induktivität und einer mittels
eines Schalters zuschaltbaren Kapazität. Mittels eines die Phase nicht drehenden Verstärkers, dessen Eingang
hochohmig und dessen Ausgang niederohmig ist, wird die Entkopplung zwischen dem Schwingkreis
und der gerade nicht frequenzbestimmenden Kapazität bewirkt.
Mit diesem Modulator können zwar unerwünschte Einschwingvorgänge bei der Frequenzumtastung vermieden
werden, aber er erfordert in jedem Fall den verhältnismäßig aufwendigen Trennverstärker.
Das Ziel der Erfindung ist ein einstufiger Modulator, der bei geringem technischem Aufwand völlige
Verzerrungsfreiheit gewährleistet.
Gemäß der Erfindung wird ein Modulator zur asynchronen Frequenzumtastung mit einem selbsterregten
Oszillator, dessen Schwingkreis aus einem für sämtliche Frequenzen gleichen Element und
einem für jede gewünschte Frequenz mittels eines Schalters zuschaltbaren, zum ersten dualen Element
besteht, vorgeschlagen, derart, daß jedes gerade nicht zugeschaltete Element phasengleich mit dem jeweils
zugeschalteten Element und mit der gegebenen, nach seiner Zuschaltung bei konstant gehaltener Schwingkreisenergie
auftretenden Schwingungsamplitude durch magnetische Verkettung vorerregt wird.
ίο Diese Maßnahmen bewirken, daß die Bedingungen
für die Verzerrungsfreiheit in einfacher Weise jederzeit eingehalten werden und somit die Umtastung zu
jedem beliebigen Zeitpunkt vorgenommen werden kann.
Vorteilhafterweise wird der erfindungsgemäße Modulator so ausgeführt, daß zur Frequenzumtastung
zwischen beispielsweise zwei Frequenzen der Schwingkreis aus einem Kondensator und jeweils
einer zuschaltbaren, frequenzbestimmenden Induktivitat zusammengesetzt ist und daß der die jeweils
zugeschaltete Induktivität durchfließende Schwingkreisstrom zur phasen- und amplitudenrichtigen Vorerregung
der nicht zugeschalteten, die zweite Frequenz bestimmenden Induktivität dient.
Eine besondere, einfache Ausführungsform des erfindungsgemäßen Modulators ergibt sich ferner
dadurch, daß als frequenzbestimmende Induktivität bei der einen Frequenz die Primärwicklung und bei
der anderen Frequenz die Sekundärwicklung eines Transformators am Kondensator liegt und die jeweils
nicht zugeschaltete Wicklung entsprechend dem Übersetzungsverhältnis
vorerregt.
Weitere den erfindungsgemäßen Modulator betreffende Einzelheiten sind der an Hand der F i g. 1
bis 6 erfolgenden Beschreibung zu entnehmen. Es zeigt
F i g. 1 die bei der Datenübertragung mit Hilfe von Frequenzumtastung im wesentlichen auftretenden
Kurvenformen,
F i g. 2 bis 5 Prinzipschaltbilder erfindungsgemäßer Ausführungsbeispiele und
F i g. 6 einen funktionsfähigen Modulator, entsprechend dem in F i g. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel.
An Hand der F i g. 1 werden die wesentlichen Vorgänge bei der Datenübertragung durch Frequenzumtastung,
die Aufgabe des Modulators und die Bedingungen für verzerrungsfreies Arbeiten des Modulators
darlegt. Die Kurve I zeigt eine die zu übertragenden Daten mit der Bitlänge τ,,, kennzeichnende
Rechteckschwingung. Diese Rechteckschwingung wird einem Modulator zugeführt, so daß dieser entsprechend
der Kurve II während der Dauer eines ein Bit darstellenden Impulses eine Sinusschwingung mit
der Frequenz/i und während der Dauer einer Impulslücke eine Sinusschwingung mit der Frequenz^ erzeugt.
Die Umtastung erfolgt also zum Zeitpunkt i0.
Die Frequenzen fx und f2 werden übertragen. Im
Empfänger durchlaufen sie einen Begrenzer, um Störungen zu eleminieren. Vor dem Demodulator
steht daher im Idealfall nur eine Rechteckschwingung entsprechend der Kurve III zur Verfügung. Der
Demodulator wertet den Abstand der Nulldurchgänge als Kriterium für den Signalinhalt aus. Die
Rechteckschwingung hat dementsprechend einen Abstand der Nulldurchgänge T1 bei Vorliegen der Frequenz
Z1 und einem Abstand T2 bei Vorliegen der
Frequenz^. Während des Umschaltens zum Zeit-
punkt ί0 tritt jedoch eine einmalige Zwischengröße
mit dem Abstand rz auf. Bei verzerrungsfreiem Arbeiten des Modulators liegt die Größe des Abstandes r2
zwischen der Größe des Abstandes T1 und T2. Aus
den Größen der Abstände der Nulldurchgänge kann der Demodulator den exakten Umschaltzeitpunkt f0
rekonstruieren. Der Demodulator erzeugt demnach eine Rechteckschwingung entsprechend der das ursprüngliche
Signal darstellenden Kurve I mit der Bitlänge Tn. Da der Umschaltzeitpunkt J0 und die Nulldurchgänge
der Schwingung mit der Frequenz^ und der Schwingung mit der Frequenz^ völlig
asynchron zueinander liegen können, entstehen im Modulator selbstverständlich Ein- bzw. Ausschwingvorgänge
und Phasensprünge. Das Auftreten eines solchen Phasensprunges ist in der Kurve II durch
den punktierten Schwingungsverlauf aufgezeigt. Die Verschiebung des Nulldurchganges der Schwingung
mit der Frequenz^ bewirkt im Demodulator das Auftreten einer einmaligen Zwischengröße τ'ζ, die
größer oder kleiner als die im Fall keines Phasensprunges gebildete Größe tz ist. Demgemäß rekonstruiert
der Demodulator aus der falschen Zwischengröße ί'ζ des Abstandes der Nulldurchgänge eine
falsche Bitlänge r'„„ die sich von der richtigen
Bitlänge t„, um den Betrag Δ τ unterscheidet.
Das Verhältnis Δτ\τη ist aber ein direktes Maß
für die Datenverzerrung. Auch ein phasenrichtiges Umschalten führt zu Verzerrungen, wenn die Amplituden
U1 und U2 der beiden übertragenen Sinusschwingungen
nicht gleich sind. Amplitudensprünge lassen sich in äquivalente Phasensprünge umrechnen,
da Einschwingvorgänge ablaufen müssen. Die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Modulators ist
dadurch gekennzeichnet, daß er, wie in der Kurve II durch den ausgezogenen Linienzug gezeigt, keine
Phasensprünge hervorruft. Die beiden Schwingungen gehen zu jedem beliebigen Umschaltzeitpunkt ohne
Ausgleichvorgänge ineinander über.
Die an sich bekannten Bedingungen für verzerrungsfreies Arbeiten eines Modulators zur Frequenzumtastung
bestehen darin, daß im Umschaltzeitpunkt
(Phasenbedingung)
C1 U1 y C2
ist und daß die Schwingkreisenergie vor, während und nach dem Umschalten konstant bleibt. Dabei
bedeuten Z1 und U2 bzw. I2 und U2 die im Umschaltzeitpunkt
auftretenden Augenblickswerte von Schwingkreisstrom und Schwingkreisspannung der aus den
Induktivitäten und Kapazitäten L1 und C1 bzw. L2
und C2 gebildeten Schwingkreise. Die erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiele stellen Modulatoren
dar, in denen ein solcher Schwingkreis verwendet wird, daß in jedem beliebigen Umschaltzeitpunkt
beide Bedingungen ohne großen Aufwand gleichzeitig streng erfüllt sind und somit keine Datenverzerrungen
erzeugt werden.
Der erfindungsgemäße Modulator nach F i g. 2 besteht aus einer im einzelnen nicht dargestellten,
in bekannter Weise aufgebauten Rückkopplungsschaltung RS in Verbindung mit einem Parallelschwingkreis.
Der Schwingkreis setzt sich zusammen aus einem Kondensator C, dem mittels eines Schalters
S1 in der einen Schaltstellung (1) die Induktivitat
L1 und in der anderen Schaltstellung (2) die Induktivität L2 als frequenzbestimmendes Element
parallel geschaltet wird. Gleichzeitig finden zwei Verstärker A1 und A2 Verwendung, deren Eingang höchohmig
und deren Ausgang niederohmig ist. Die Induktivität L1 liegt im Eingang des Verstärkers A1,
und die Induktivität L2 liegt im Eingang des Verstärkers
A2. Außerdem ist in der Schalterstellung 1 der Ausgang des Verstärkers A1 mit der Induktivität
L2 bzw. dem Eingang des Verstärkers A2 und in
der Schalterstellung 2 der Ausgang des Verstärkers A2
mit der Induktivität L1 bzw. dem Eingang des Verstärkers
A1 verbunden. Die eigentliche Frequenzumtastung erfolgt durch Betätigung des Schalters S1,
der im Rhythmus der die Daten darstellenden Rechteckschwingung umgeschaltet wird. In der Schalterstellung
1 schwingt der Oszillator mit der Frequenz^ und in der Schalterstellung 2 mit der Frequenz J2.
Die in einem frei schwingenden Kreis gespeicherte Energie ist
sofern u und i die Augenblickswerte und U und /
die Spitzenwerte und Spannung und Strom sind.
Bei einem entsprechend F i g. 2 aufgebauten Modulator ergibt sich folgendes: Die Kreiskapazität C
ist in beiden Schalterstellungen gleich. Sorgt man für entsprechende Kreisgüte und/oder Rückkopplungsbedingungen, dann ist, wie für ideale Frequenzumtastung
gefordert, auch die Gleichheit der Spannungsamplituden U1 = U2 gewährleistet. Dementsprechend
ist die Schwingkreisenergie für beide Frequenzen konstant, und im Umschaltpunkt gilt auch
für die Augenblickswerte der Spannungsn U1 = U2.
Die für verzerrungsfreie Frequenzumtastung geforderte Phasenbedingung läßt sich bei einem Schwingkreis
nach F i g. 2 daher reduzieren: Z11/L1 = I2 1/L2 .
Solange sich der Schalter S1 in der Schalterstellung 1
befindet, schwingt der Kreis mit der Frequenz^,
entsprechend Cu12 = . Wird umgeschaltet, dann
schwingt der Kreis mit der Frequenz^, entsprechend ω2 2— -j—pr. Bezeichnet man das . Frequenzver-
^2 \<- . ry—
CU1 Ί / ji-2
hältnis mit F, so ergibt sich F = ~~^~ = ι/χ~".
Spannungsverstärkung V1 des Verstärkers A1 ist gleich
dem Frequenzverhältnis F gewählt. Infolge des großen Eingangswiderstandes und des niedrigen Ausgangswiderstandes
des Verstärkers A1 wird der Schwingungskreis nicht belastet, und der Verstärker gibt
eine belastungsunabhängige starre Spannung ab. Während der Schwingkreis mit der Frequenz^ schwingt,
wird demnach durch die Induktivität L2 ein Wechselstrom
geschickt, der phasengleich mit .dem Schwingkreisstrom durch L1 ist. Die Amplitude dieses Stromes
U ■ γ
hat die Größe I20 — —r—. Die Amplitude des
hat die Größe I20 — —r—. Die Amplitude des
Schwingkreisstromes durch die Induktivität L1 ist
I1 = f—, wenn der Schwingungskreis mit der
O)1 · U1
FrequenzJ1 schwingt. Schwingt dagegen der Schwingungskreis
mit der Frequenz^ (Schalterstellung 2), dann ist die Amplitude des Schwingkreisstromes
durch die Induktivität L2 I2 —
f—· Aus diesen
2 U)2-L2
Zusammenhängen ergibt sich, daß I20 = I2 ist. Da
im Verstärker keine Phasendrehungen auftreten, gilt demnach auch für die Augenblickswerte i20 = I2.
Damit sind nun beide Bedingungen für verzerrungsfreies Umschalten von der Frequenz^ auf die Fre-
7 8 j
quenz/ erfüllt. Man kann demnach zu jedem be- beispiels gemäß F i g. 2 mit dem Unterschied, daß
liebigen Zeitpunkt umschalten und wird immer pha- die Spannungsverstärkung V1 und V2 der beiden i
senrein von der Frequenz/! auf die Frequenz/2 Verstärker A1 und A2 in F i g. 2 auf die beiden
übergehen, da die Induktivität L2 ständig phasen- Transformatoren T1 und T2 verlegt wurde. Hiermit
richtig vorerregt wird, über den Verstärker A1 ist 5 benötigt man im Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 3 i
ständig für die richtigen Anfangsbedingungen gesorgt, nur noch einen einzigen Verstärker mit der Spanso
daß kein Einschwingvorgang stattfinden kann. nungsverstärkung V = 1. Es ergibt sich insbesondere
Nach erfolgter Umschaltung schwingt der Kreis mit auch der Vorteil, daß der Schalter S2 jetzt einseitig 'l
der Frequenz J2. Über den Verstärker A2, dessen am »kalten Ende« liegt und daher einfacher als
Eingangswiderstand wiederum sehr groß und dessen io elektrischer Schalter realisierbar ist.
Ausgangswiderstand sehr klein ist, wird hierbei die In F i g. 4 ist ein erfindungsgemäßer Modulator
vom Schwingkreis abgetrennte Induktivität L1 vor- gezeigt, der unter Beibehaltung des Prinzips der
erregt, so daß auch das Zurückschalten von der Ausführungsbeispiele nach F i g. 2 und 3 weitere I
Frequenz/ auf die Frequenz/x phasenrichtig zu Vereinfachungen aufweist. Der wesentliche Teil des
jedem beliebigen Zeitpunkt erfolgen kann. Es ergibt 15 Modulators besteht wiederum aus einer Rückkoppsich
in entsprechender Weise, daß der Verstärker A2 lungsschaltung RS in Verbindung mit einem Parallel-
eine Spannungsverstärkung V2 = ± aufweisen muß. schwingkreis der sich aus einer Kapazität C und j
F 6 & 2 ρ aus ^6n mittels des Schalters S3 zuschaltbaren Induk- ;
In der Praxis wird man selbstverständlich den tivitäten L1 und L2 zusammensetzt. Diese beiden j
Schalter S1 durch einen elektronischen Schalter er- 20 Induktivitäten werden durch die Primärwicklung ;
setzen. Dabei erweist sich in der Schaltung gemäß und die Sekundärwicklung eines Transformators T3
F i g. 2 als nachteilig, daß alle Schalteranschlüsse gebildet. Bei der Erregung der Frequenz/ liegt ;
am »heißen Ende« liegen. Außerdem läßt sich, wie die Induktivität L1 am Kondensator, während die j
das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 zeigt, der Sekundärwicklung des Transformators vorerregt wird. j
durch die Verwendung von zwei Verstärkern ge- 25 Nach der Umschaltung des Schalters S3 in Schalt- j
gebene Aufwand vermindern. stellung 2 liegt die Induktivität L2 am Kondensator C, ;
Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel, das wiederum und gleichzeitig ist die Primärwicklung des Trans- ;
aus einer Rückkopplungsschaltung RS in Verbin- formators erfindungsgemäß vorerregt. Daß auch bei
dung mit einem Parallelschwingungskreis besteht. diesem Ausführungsbeispiel die Bedingungen für ver- !
Der Schwingkreis ist gebildet aus der Kapazität C, 30 zerrungsfreies Arbeiten exakt eingehalten werden, '
der für jede Frequenz die erforderliche frequenz- zeigt sich durch einen Vergleich mit dem Ausführungsbestimmende
Induktivität zugeschaltet wird. Als zu- beispiel in Fig. 3. Da die beiden Transformatoren T1 :
schaltbare. Induktivität L1 und L2 dient für die eine und T2 in F i g. 3 völlig identisch sind, kann der zur
Frequenz die Primärwicklung und für die andere Vorerregung der jeweils nicht zugeschalteten Induk- j
Frequenz die. Sekundärwicklung zweier identischer 35 tivität dienende Transformator eingespart werden.
Transformatoren T1: und T2. Bei Erregung der Fre- In der Schalterstellung !fließt durch die Induktivität L1 ι
quenz/ . liegt entsprechend der Schalterstellung 1 des Transformators T1 exakt der gleiche Strom wie
des Schalters S2 die Primärwicklung des Transfor- durch die Induktivität L1 des Transformators T2. \
matörs Tx und über einen Verstärker A3 mit hoch- Der durch die Induktivität L1 des Transformators T2 j
ohmigem Eingang und niederohmigem Ausgang die 4° fließende Strom wird aber zur Vorerregung der \
Primärwicklung des Transformators T2 parallel zur Sekundärwicklung des Transformators T2 herange- |
Kapazität Q. Bei Erregung der Frequenz/ entspre- zogen. Man kann demnach, wie in F i g. 4 gezeigt,
ctiend der: Schalterstellung 2 liegt die Sekundär- die Primärwicklung des Transformators T3 direkt zur j
wicklung des Transformators T2 und über den Ver- Schwingungserzeugung und zur Vorerregung der j
stärker A4 die Sekundärwicklung des Transforma- 45 Sekundärwicklung verwenden. Dieselben Uberlegun- j
tors T1 parallel: zum Kondensator C. gen gelten bei Schalterstellung 2, also der Erregung ι
■Während die Induktivität Lr der Primärwicklung der Frequenz/. Man kann demnach, wie in Fig. 4 |
des Transformators T1 die Schwingfrequenz bestimmt, gezeigt, den Verstärker A3 und einen der Transfor- j
wird gleichzeitig über die Primärwicklung des Trans- matoren des in F i g. 3 dargestellten Ausführungs- j
formators T2 die Sekundärwicklung des Transforma- 5° beispiels einsparen. I
tors T2 vorerregt. Nach der Umschaltung bestimmt Es läßt sich nachweisen, daß die Bedingungen für j
die Induktivität L2 der Sekundärwicklung des Trans- verzerrungsfreies Arbeiten des erfindungsgemäßen i
formators T2 die Schwingfrequenz, und gleichzeitig Modulators auch bei Verwendung von verlustbehafwird
über die Sekundärwicklung des Transformators T1 teten Schwingkreisen hinreichend erfüllt sind. Man
dessen Primärwicklung vorerregt. Die beiden iden- 55 kann in erster Näherung die Kapazität als verlustfrei
tischen Transformatoren T1 und T2 sind durch ent- und nur die Induktivitäten, in erster Linie durch die
sprechende Wickeltechnik so aufgebaut, daß die ohmschen Widerstände der Wicklungen bedingt, als
Kopplung zwischen Primär- und Sekundärwicklung verlustbehaftet betrachten. Unter diesen Vorausso
eng wie möglich ist. Das übersetzungsverhältnis Setzungen ergibt sich lediglich die Forderung, daß
ist durch die Windungszahlen bestimmt und ergibt 6o sich die ohmschen Widerstände der Wicklungen wie
sich zu die Windungszahlen verhalten müssen.
W1 ] ALT" Bei Einhaltung dieser Forderung ist gewährleistet,
~\y~ — y ~JT ■ daß die Güte des Schwingkreises und damit auch
die Rückkopplungsbedingungen für beide Frequenzen
Das übersetzungsverhältnis u entspricht demnach 65 gleich sind.
dem reziproken Wert des Frequenzverhältnisses F. Das in F i g. 5 dargestellte Ausführungsbeispiel ist
Das Prinzip des Ausführungsbeispiels gemäß F i g. 3 mit dem in F i g. 4 gezeigten identisch mit der Ausentspricht
demnach genau dem des Ausführungs- nähme, daß als Transformator ein Spartransforma-
u =
tor T4 eingesetzt ist. Dieser Transformatortyp erweist
sich für den erfindungsgemäßen Modulator als besonders vorteilhaft, da er sich einfach herstellen läßt
und außerdem die bei der erfindungsgemäßen Verwendung eines Transformators bestehende Forderung
nach möglichst enger magnetischer Kopplung zwischen den beiden Wicklungen in einfacher Weise
erfüllt.
In Fig. 6 ist das in Fig. 5 im Prinzip aufgezeigte
Ausführungsbeispiel zu einem funktionsfähigen Modulator vervollständigt. Die Rückkopplungsschaltung
wird durch den npn-Transistor Tr3 in Verbindung mit den Widerständen R4, R5, R6 und den Dioden Dx
und D2 gebildet. Die Schwingkreiskapazität C ist
in C1 und C2 aufgeteilt, um nahe dem Schwingkreisfußpunkt
eine Möglichkeit zum Einkoppeln der Rückkopplungsspannung zu erhalten. Die Siliziumdioden
D1 und D2 dienen in bekannter Weise der
Begrenzung, um die Rückkopplung und damit die Schwingkreisamplitude zu stabilisieren. Die Wicklung
des Spartransformators T4. bildet die der Schwingkreiskapazität
für jede Schwingfrequenz zuschaltbaren Induktivitäten L1 und L2.
Der elektronische Schalter zur Frequenzumtastung besteht aus dem pnp-Transistor Trx und dem npn-Transistor
Tr2. Die in F i g. 1 in Kurve I dargestellte, die zu übertragenden Daten charakterisierende Rechteckschwingung
wird dem Eingang E des Modulators zugeführt und liegt über die Widerstände Rx und R2
gleichzeitig an den Basen der beiden Transistoren Trx
und Ti2. Die Amplituden der Rechteckschwingung
sind so gewählt, daß bei negativer Polung der Transistor Trx in Sättigung leitend und der Transistor Tj2
gesperrt ist. Damit liegt die Induktivität L1 parallel zur Schwingkreiskapazität, und der aus Schwingkreis
und Rückkopplungsschaltung gebildete Oszillator schwingt mit der Frequenz/], die am Kollektor
des Transistors Tr3 über den Widerstand R3 und. die
Kapazität C3 an der Klemme A zur Verfügung steht.
Während der Oszillator mit der Frequenz/ schwingt, wird gleichzeitig die Induktivität L2 durch den Schwingkreisstrom
erfindungsgemäß phasen- und amplitudenrichtig vorerregt. Beim übergang zur positiven Polung
am Eingang E, also zum Umschaltzeitpunkt t0, wird
der Transistor Trx gesperrt und gleichzeitig der Transistor
Tr2 in Sättigung leitend. Damit liegt nur noch die Induktivität L2 parallel zur Schwingkreiskapazität.
Der Oszillator schwingt nunmehr mit der Frequenz/. Der übergang von der Frequenz/
auf die Frequenz/ erfolgt völlig störungsfrei. Während der Oszillator mit der Frequenz/ schwingt,
wird durch den durch die Induktivität L2 fließenden Schwingkreisstrom die Induktivität L1 wiederum phasen-
und amplitudenrichtig vorerregt, so daß auch beim Umschalten von der Schwingfrequenz von /
auf/ keinerlei Verzerrungen entstehen.
Die beschriebenen Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Modulators haben das gemeinsame
Merkmal, daß der Schwingkreis jeweils durch einen Kondensator und zuschaltbare Induktivitäten gebildet
wird. Selbstverständlich kann bei analogem Vorgehen in entsprechender Weise ein Modulator
aufgebaut werden, dessen Schwingkreis aus einer Induktivität und zuschaltbaren Kapazitäten gebildet
wird.
Claims (6)
1. Modulator zur asynchronen Frequenzumtastung mit einem selbsterregten Oszillator, dessen
Schwingkreis aus einem für sämtliche Frequenzen gleichen Element und einem für jede gewünschte
Frequenz mittels eines Schalters zuschaltbaren, zum ersten dualen Element besteht, dadurch
gekennzeichnet, daß jedes gerade nicht
zugeschaltete Element (L1 bzw. L2) phasengleich
mit dem jeweils zugeschalteten Element (L2 bzw. L1)
und mit der gegebenen, nach seiner Zuschaltung bei konstant gehaltener Schwingkreisenergie auftretenden
Schwingungsamplitude durch magnetische Verkettung vorerregt wird.
2. Modulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Frequenzumtastung zwischen
beispielsweise zwei Frequenzen (fx, f2) der
Schwingkreis aus einem Kondensator (C) und jeweils einer zuschaltbaren, frequenzbestimmenden
Induktivität (L1, L2) zusammengesetzt ist und
daß der die jeweils zugeschaltete Induktivität durchfließende Schwingkreisstrom zur phasen-
und amplitudenrichtigen Vorerregung der nicht zugeschalteten, die zweite Frequenz bestimmenden
Induktivität dient.
3. Modulator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als frequenzbestimmende Induktivität
bei der einen Frequenz (fx) die Primärwicklung
und bei der anderen Frequenz (f2) die
Sekundärwicklung eines Transformators (T3 1) am
Kondensator (C) liegt und die jeweils nicht zugeschaltete Wicklung entsprechend dem übersetzungsverhältnis
vorerregt.
4. Modulator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärwicklung und die
Sekundärwicklung des Transformators (T3)'eng
magnetisch gekoppelt sind.
5. Modulator, nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Transformator als Spartransformator
(T4) ausgebildet ist.
6. Modulator nach Anspruch 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die ohmschen Widerstände
der Wicklungen des Transformators den Windungszahlen proportional sind.
In Betracht gezogene Druckschriften:
»Electronics«, Vol. 35, Nr. 45 (9. November 1962), S. 58 und 59.
»Electronics«, Vol. 35, Nr. 45 (9. November 1962), S. 58 und 59.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
709 708/135 12.67 © Bundesdruckerei Berlin
Priority Applications (6)
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