DE1292220C2 - Quasi-gegentakt-modulator zur umsetzung modulierender signale mit hilfe einer traegerspannung und zur unterdrueckung des traegers am modulatorausgang - Google Patents

Description

Es sind weiterhin elektrische Schaltungen bekannt (GB-PS 1 043 900), die Feldeffekttransistoren enthalten und als Schaltungen mit veränderbarem Widerstand zu verwenden sind. Bei diesen elektrischen Schaltungen kann ein Steuersignal an das Substrat angelegt werden, um z. B. die Frequenz eines Oszillators zu steuern. Bei einem vorbekannten Gegentaktmodulator (Aufsatz von G. Sabbadini: »A New Balanced-Modulator/Product-Deteotor« \n Application Report »SGS Fairchild«, August 1966) wird die Steuerelektrode eines Feldeffekttransistors mit dem Träger und das Substrat mit dem Signal beaufschlagt. Bei einem anderen vorbekannten Gegentaktmodulator mit unterdrücktem Träger (Electronics, 31. Oktober 1966, S. 70, C. H. Mc Derm Ott: »Suppressed carrier modulator with noncritical components«) sind zwei Feldeffekttransistoren vorgesehen.

Bei einem außerdem vorbekannten Quasi-Doppelgegentakt-Modulator in übertvückter T-Schaltung (GB-PS 1 084 587) ist zur Trägerunterdrückung ein Symmetrieübertrager erforderlich.

Es ist ferner bekannt (»Application Note«, AN-211 der Firma Motorola), Zerhackerschaltungen mit Feldeffekttransistoren aus einer niederfrequenten Wechselspannungsquelle zu speisen; das Problem der Trägerunterdrückung tritt bei derartigen Schaltungen jedoch nicht auf.

Es ist ferner bereits bekannt (»Telefunken-Zeitung«, Jg. 32, September 1959, Heft 125, S. 189 bis 195), daß bei Modulatoren zur Umsetzung sehr kleiner Gleichspannungen in Wechselspannungen Störspannungen am Ausgang eine Eingangsspannung vortäuschen können und, da sie nicht konstant sind, einen Nullpunktsfehler liefern.

Es gibt andererseits Feldeffekttransistoren mit zwei Steuerelektroden (»IEEE Transactions on Electron Devices«, XI, 1964, Juni [Nr. 6], S. 300, 305). Außerdem kann man an das Substrat eines Feldeffekttransistors einen Signaleingang legen. Weiterhin sind bereits Verstärkerschaltungen mit Feldeffekttransistoren bekannt, bei denen Gitter- und Körper-(Substrat-)Anschluß über einen Kondensator verbunden sind. Bei diesen bekannten Schaltungen liegt der Kanal an der Versorgungsspannung. Außerdem besitzt der Körperanschluß eine feste Vorspannung.

Aus dem Aufsatz von D. M. G r i s w ο 1 d : »Understanding and using the MOS FET«, veröffentlicht in der Zeitschrift Electronics 14, Dezember 1964, S. 66 bis 70, ist es bereits bekannt, bei Feldeffekttransistoren den Substratanschluß gesondert herauszuführen und zu Steuerzwecken zu verwenden. Es wird in dieser Druckschrift fernei darauf hingewiesen, daß ähnlich wie bei konventionellen Siliziumgrenzschichten bei positiver Vorspannung zwischen Substratanschluß und Source-Elektrode die Temperaturabhängigkeit des Sättigungsstromes und die niedrige Impedanz zu beachten sind. Weiter wird ausgeführt, daß bei dem hierin erwähnten Feldeffekttransistor der Rückvvirkungsleitwert während der Fertigung nicht kontrolliert wird, so daß der Substratanschluß gewöhnlich wechselspannungsmäßig auf Erdpotential gelegt und mit einer Gleichspannung verbunden werden sollte, damit die Potentialdifferenz zwischen Substratanschluß und der isolierten Steuerelektrode ein Minimum wird.

Eine Substrat-Gleichvorspannung oder eine wechselspannungsmäßige Erdung des Substrats sind beim Anmeldungsgegenstand nicht vorgesehen.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Quasi-Gegentakt-Modulator zur Amplitudenmodulation zu schäffen, der ohne größeren Aufwand zusätzlich zum Träger oder zusätzlich zum Träger und zum Signal am Ausgang auch symmetrieabhängige Klirrprodukte möglichst weitgehend unterdrückt.

Gemäß der Erfindung wird die Modulatorschalrung zur Lösung dieser Aufgabe derart ausgebildet, daß der Körper (Substrat) des Feldeffekttransistors an den Abgriff eines gegen den Kanalwiderstand des Feldeffekttransistors ausreichend hocbohmigen, insbesondere veränderbaren Spannungsteilers für die am Kanal des Feldeffekttransistors liegende Wechselspannung gelegt ist und wechselspannungsmäßig auf Gitteipotential liegt.

Durch diese Maßnahmen ergibt sich, daß die Werte des Kanalwiderstandes für beide Halbwellen der anliegenden Wechselspannung miteinander übereinstimmen. Dabei läßt sich in vorteilhafter Weise durch Anwendung einfach realisierbarer Maßnahmen unter Beibehaltung der erdunsymmetrischen Modulatorschaltung eine besonders weitgehende Unterdrükkung des Trägers und symmetrieabhängiger Klirrprodukte erzielen. Darüber hinaus weist der Quasi-Gegentakt-Modulator einen überaus geringen Trägerleistungsbedarf auf.

Eine besonders einfache Ausbildung des Spannungsteilers ergibt sich dadurch, daß das Gitter über einen Kondensator mit dem Körper verbunden ist und daß dem Gitter des Feldeffekttransistors eine Steuerspannung über hochohmige Schaltmittel zugeführt ist und daß die Schaltrnittel einen Spannungsteilerzweig bilden.

Der Spannungsteiler wird zweckmäßigerweise etwa derart bemessen, daß der durch die Nichtlinearität des Kanalwiderstandes entstehende Klirrfaktor zweiter Ordnung ein Minimum annimmt.

Es ist ferner zweckmäßig, den Quasi-Gegentakt-Modulator mit einer dem Modulator vor- und/oder nachgeschalteten an Versorgungsspannung liegenden Verstärkerstufe derart auszubilden, daß die Versorgungsspannung, insbesondere mit Hilfe eines in Serie zum Kanal des Feldeffekttransistors geschalteten Kondensators, vom Kanal ferngehalten ist.

Zusätzlich zum Träger kann auch das Eingangssignal am Modulatorausgang dadurch unterdrückt werden, daß der Feldeffekttransistor in einem Zweig einer Gabel- oder Brückenschaltung angeordnet und in einem anderen Zweig durch weitere Schaltmittel derart nachgebildet ist, daß außer dem Träger auch das Eingangssignal am Moduiatorausgang unterdrückt wird. Als Gabelschaltung kann dabei eine überbrückte T-Schaltung mit Symmetriedrossel als Brückenschaltung eine Differential-Brückenschaltung dienen. Werden in diesen Schaltungen beide Brükkenzweige im Trägerrhythmus von minimalen Werten zu maximalen Werten variiert, so sind sie Doppelgc "ntaktmodulatoren gleichwertig.

Die Erfindung wird an Hand der in der Figur dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Quasi-Gegentakt-Modulator in Abzweigschaltung,

F i g. 2 einen Quasi-Doppelgegentakt-Modulator in Brückenschaltung.

Bei dem erdunsymmetrisch ausgebildeten Quasi-Gegentakt-Modulator nach Fig. 1 sind der Eingang 12 und Ausgang 13 erdunsymmetrisch ausgebildet

und mit der geerdeten Kathode des Feldeffekttransistors 3 verbunden. Zwischen dem Eingang 12 und dem Ausgang 13 des Quasi-Gegentakt-Modulators ist in einem Längszweig der Widerstand 1 eingefügt. Parallel zum Ausgang 13 liegt der Kanalwiderstand des Feldeffekttransistors 3. Die Anode des Feldeffekttransistors 3 ist über den Widerstand 2 mit dem Substrat und von dort über den Kondensator 5 mit dem Gitter verbunden. Das Gitter ist über den Widerstand 4 mit dem Trägerspannungseingang 14 verbunden.

Der Modulator bildet einen Abzweigmodulator, der nur ein einziges nichtlineares Element enthält und dabei in vorteilhafter Weise am Ausgang 13 sowohl den Träger als auch Produkte des Trägers mit geradzahligen Vielfachen der Signalfrequenz unterdrückt.

Der Feldeffekttransistors bildet einen trägergesteuerten Schalter, dessen Schaltzustand nur vom Potential des Gitters abhängt und bei dem über den Schalter kein Trägerstrom fließt.

Da die nicht näher dargestellte Trägerspannungsquelle und der Kondensator 5 für die Signalfrequenz und für die Seitenbänder niederohmig sind, bilden die Widerstände 2 und 4 einen Spannungsteiler für die am Kanal des Feldeffekttransistors liegende Wechselspannung. Der Abgriff dieses Spannungsteilers ist mit dem Substrat verbunden, so daß eine Unteraussteuerung durch den Signalstrom über den Teilbahnwiderstand zwischen Substrat und Kathode vermieden und die symmetrieabhängigen Klirrprodukte unterdrückt werden.

In Abwandlung der Modulatorschaltung kann der Widerstand 1 statt zwischen den Eingang 12 und dem Querzweig auch zwischen dem Querzweig und dem Ausgang 13 liegen.

Ferner können der Widerstand 1 und der Feldeffekttransistors miteinander vertauscht werden, wobei auch in diesen Fällen das Gitter des Feldeffekttransistors an eint! erdunsymmetrische Trägerspannungsquelle angeschlossen werden kann.

Auch bei dem in F i g. 2 gezeigten Quasi-Gegentakt-Modulator sind der Eingang 12 und der Ausgang 13 einpolig an Erde gelegt. Zwischen der Mittelanzapfung einer im Längszweig des Quasi-Gegentakt-Modulators liegenden, durch den Widerstand 6 überbrückten Drossel 7 und Erde liegt der Kanalwiderstand des Feldeffekttransistors 9. Bei dem Feldeffekttransistor 9 ist die Anode über den Widerstand 10 an das Substrat und von dort über den Kondensator 11 an das Gitter geführt, das über den Widerstands mit dem Trägerspannungseingang 14 verbunden ist.

Der in F i g. 2 gezeigte Quasi-Gegentakt-Modulator unterdrückt dieselben Modulationsprodukte wie

so der in F i g. 1 gezeigte Modulator, zusätzlich jedoch noch in vorteilhafter Weise die Signalfrequenz.

Außerdem weist er eine geringere Seitenbanddämpfung auf.

Bei den Feldeffektransistoren 3,9 ist, wie bei FeIdeffekttransistoren mit isolierter Steuerelektrode üblich, das Substrat herausgeführt. Insbesondere bei Verwendung symmetrischer Typen können Anode und Kathode miteinander vertauscht werden.
Der an den Trägereingang 14 der Quas.i-Gegentakt-Modulatoren gelegten Trägerspannung wird zweckmäßigerweise eine Gleichspannung überlagert. Die Gleichspannung wird dabei insbesondere so bemessen, daß sich bei fehlender Trägeraussteuerung ein mittlerer Kanalwiderstand einstellt. Es ergibt sich dabei der Vorteil, daß der Modulator mit kleineren Trägerspannungen angesteuert werden kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Die Erfindung betrifft einen Quasi-Gegentakt-Mo- Patentansprüche: dulator zur Umsetzung modulierender Signale mit Hilfe einer Trägerspannung und zur Unterdrückung

1. Quasi-Gegentakt-Modulator zur Umsetzung des Trägers am Modulatorausgang, insbesondere zur modulierender Signale mit Hilfe einer Träger- 5 Umsetzung von Nachrichtenbändern der Trägerfrespannung und zur Unterdrückung des Trägers am quenztechnik von einer Frequenzlage in eine andere, Modulatorausgang, insbesondere zur Umsetzung mit einem durch die Trägerspannung steuerbaren von Nachrichtenbändern der Trägerfrequenztech- Feldeffekttransistor, dessen versorgungsspannungsnik von einer Frequenzlage in eine andere, mit freier Kanalwiderstand durch die an das Gitter geeinem durch die Trägerspannung steuerbaren io führte Trägerspannung steuerbar und mit dem EinFeldeffekttransistor, dessen versorgungsspan- gangssignal beaufschlagbar ist.

nungsfreier Kanalwiderstand durch die an das Es sind bereits Gegentaktmodulatoren bekannt, Gitter geführte Trägerspannung steuerbar und bei denen zwei nichtlinearen Elementen das modul iemit dem Eingangssignal beaufschlagbar ist, da- rende Signal und ein Träger zugeführt werden und durch gekennzeichnet, daß der Körper 15 bei denen die von den nichtlinearen Elementen abge-(Substrat) des Feldeffekttransistors (3) an den gebenen Modulationsprodukte in einer Symmetrie-Abgriff eines gegen den Kanalwiderstand des schaltung derart einander überlagert werden, daß am Feldeffekttransistors (3) ausreichend hochohmi- Ausgang des Modulators das Nutzseitenband auftritt gen, insbesondere veränderbaren Spannungstei- und verschiedene unerwünschte Modulationsprolers (2,5,4, Innenwiderstand der Trägerquelle) 20 dukte, insbesondere der Träger oder die Signalspanfür die am Kanal des Feldeffekttransistors lie- nung, am Ausgang unterdrückt werden,
gende Wechselspannung gelegt ist und wechsel- Unter den sogenannten passiven Modulatoren, die spannungsmäßig auf Gitterpotential liegt meist mit Dioden aufgebaut sind, hat der Ringmodu-(F i g. 1). lator eine besonders weite Verbreitung gefunden.

2. Quasi-Gegentakt-Modulator nach An- 25 Dieser Doppelgegentaktmodulator unterdrückt eine sprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gitter entsprechende Zahl unerwünschter Modulationsproüber einen Kondensator (5,11) mit dem Körper dukte am Ausgang. Er hat jedoch den Nachteil, daß verbunden ist und daß dem Gitter des Feldeffekt- die Trägerunterdrückung nur dann in einem für vertransistors (3,9) eine Steuerspannung über hoch- schiedene Anwendungsfälle erforderlichen Maß erohmige Schaltmittel (Widerstand 4, 8) zugeführt 30 folgt, wenn die im Modulator enthaltenen Dioden in ist und daß die Schaltmittel (Widerstand 4, 8) ihren elektrischen Werten sehr genau übereinstimeinen Spannungsteilerzweig bilden. men.

3. Quasi-Gegentakt-Modulator nach An- Es sind ferner passive (DT-PS 1066 631) oder Spruch 1 oder 2, mit einer dem Modulator vor- verstärkende Modulatoren bekannt, bei denen als und/oder nachgeschalteten an Versorgungsspan- 35 nichtlineare Elemente Transistoren verwendet wernung liegenden Verstärkerstufe, dadurch gekenn- den. Bei derartigen verstärkenden Modulatoren ist zeichnet, daß die Versorgungsspannung, insbe- wie bei Verstärkern der Eingang vom Ausgang besondere mit Hilfe eines in Serie zum Kanal des zügl'ch des Scheinwiderstandes entkoppelt, so daß Feldeffekttransistors geschalteten Kondensators, derartige Modulatoren die in Trägerfrequenzübertravom Kanal ferngehalten ist. 40 gungssystemen erforderliche Rückwirkungsfreiheit

4. Quasi-Gegentakt-Modulator nach einem der aufweisen. Um den Filteraufwand zu verringern, vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- werden auch derartige Modulatoren für Trägerfrezeichnet, daß der Feldeffekttransistor (3,9) in quenzübertragungssysteme bekanntlich als Gegeneinem Zweig einer Gabel- oder Brückenschaltung takt- oder Doppelgegentaktmodulatoren ausgebildet, angeordnet und in einem anderen Zweig durch 45 die den Träger bzw. Träger und Signal am Ausgang weitere Schaltmittel (Widerstände) derart nach- unterdrücken. Dabei sind im allgemeinen mehrere gebildet ist, daß außer dem Träger auch das Ein- Symmetrieübertrager erforderlich.

gangssignal am Modulatorausgang (13) unter- Es hat sich jedoch gezeigt, daß derartige Modula-

drückt ist. torschaltungen der in elektrischen Übertragungsein-

5. Quasi-Gegentakt-Modulator nach einem der 50 richtungen immer weiter fortschreitenden Miniaturivorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- sierung unter Verwendung integrierter Schaltungen zeichnet, daß von einem Längszweig und einem nur schwer zugänglich sind. Eintaktmodulatoren, die Querzweig des Modulators der eine den Kanal- diese Schwierigkeiten nicht aufweisen und bei denen widerstand des Feldeffekttransistors (3) und der die nichtlinearen Elemente zwangläufig von einem andere einen insbesondere zwischen Eingang 55 Trägerstrom durchflossen werden, der von gleicher (12) und Querzweig angeordneten Widerstand (1) Größenordnung bzw. größer als das zu modulierende enthält (F i g. 1). Signal ist, haben jedoch den Nachteil, daß sich ein

6. Quasi-Gegentakt-Modulator nach einem der für viele Anwendungsfälle untragbar großer AufAnsprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß wand an Filtermitteln ergibt, so daß derartige Moduin einem Längszweig eine durch einen Wider- 60 latoren insbesondere für Einrichtungen mit hohen stand (6) überbrückte, insbesondere symmetri- Anforderungen an die Ubertragungsqualität nicht sehe Drossel (7) eingeschaltet ist, deren Anzap- ohne weiteres in Betracht kommen.

fung über den Kanalwiderstand des Feldeffekt- Es sind bereits Zerhackerschaltungen bekannt

transistors (9) an Bezugspotential geführt ist. (S e ν i η : »Field-Effect-Transistors«, McGraw Hill,

65 1965, S. 90 und 91), bei denen ein Feldeffekttransistor aus einer Gleichspannungsquelle versorgt wird, so daß am Ausgang ein Strom im Rhythmus der Steuerfrequenz fließt.