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Die Erfindung bezieht sich auf einen Modulator mit wenigstens einer
mit Hilfe zweier Transistoren gleichen Leitfähigkeitstyps aufgebauten Gegentaktmodulatorschaltung,
bei der von dem modulierenden Signal und dem Träger den Transistoren die eine Größe
im Gleichtakt und die andere Größe im Gegentakt zugeführt wird und bei dem die von
den Transistoren abgegebenen Signalströme in einer Ausgangsschaltung addiert am
Modulatorausgang das Ausgangssignal bilden.
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Es sind bereits verstärkende Gegentaktmodulatoren bekannt, bei denen
zwei Transistoren gleichen Leitfähigkeitstyps durch eine Trägerspannung gleichzeitig
geöffnet und durch eine Signalspannung gegenphasig angesteuert werden, wobei die
von den Transistoren abgegebenen gegenphasigen Signalströme in einer Ausgangsschaltung
addiert werden und am Modulatorausgang das Ausgangssignal bilden. Ein derartiger
verstärkender Modulator ist z. B. aus der deutschen Patentschrift 1143 242 bekannt.
Bei dem Doppelgegentaktmodulator nach dieser Patentschrift sind vier Transistoren
vorgesehen, die zwei Transistorpaare bilden, bei denen jeweils beide Transistoren
durch die Halbwellen des einen Signals (SD gleichzeitig durchgesteuert bzw. gesperrt
werden. Die zu ein und demselben Transistorpaar gehörenden Transistoren werden bei
diesem Doppelgegentaktmodulator ferner durch das andere Signal (S1) gegenphasig
angesteuert. Bei diesem Modulator ist am Ausgang ein Symmetrieübertrager vorgesehen.
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Zur Umsetzung von trägerfrequenten Signalen in das Basisband kann
es jedoch notwendig sein, Modulatoren mit galvanisch gekoppeltem Ausgang zu verwenden,
um Frequenzbänder, die sehr tiefe Frequenzen enthalten, übertragen zu können. Für
bestimmte Anwendungsfälle ist es außerdem günstig, wenn der Speisewiderstand am
Signalausgang des Modulators hochohmig ist.
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Es sind bereits Verstärkerschaltungen mit galvanischer Kopplung bekannt.
Bei einer komplementär symmetrischen Schaltung mit zwei Transistoren, bei der bei
zwei Transistoren des einander entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps die Emitter
einerseits und die Basisanschlüsse andererseits jeweils miteinander verbunden sind,
sind die Kollektoren der Transistoren jeweils über eine Spannungsquelle an Masse
geführt. Der Lastwiderstand ist zwischen der Emitterverbindung und Masse eingefügt.
Bei diesem Gegentaktverstärker lassen sich eine Phasenumkehrstufe und ein Ausgangstransformator
einsparen.
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Es ist ferner bereits bekannt, komplementär symmetrische Verstärkerschaltungen
galvanisch gekoppelt in Kaskade zu schalten, wobei jede Hälfte der Gegentaktstufe
selbst zwei Stufen in Gleichstromkopplung darstellt und in der Treiberstufe die
Leistungsverstärkung einer Emitterstufe auftritt. Bei dieser vorbekannten Schaltung
läßt sich, abhängig von der Art der Erdung des Lastwiderstandes, die Treiberstufe
wahlweise mit oder ohne Gegenkopplung ausbilden.
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Bei den genannten Verstärkerschaltungen müssen die Transistoren sowohl
in bezug auf ihre Gleichstrom- als auch auf ihre Wechselstromparameter einander
angepaßt werden, wenn von einer starken Gegenkopplung wegen des damit verbundenen
Verlustes an Leistungsverstärkung abgesehen werden soll. Dies kann jedoch wegen
der Verwendung von Transistoren unterschiedlichen Leitfähigkeitstyps bei höheren
Anforderungen an die Symmetrie Schwierigkeiten bereiten.
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Es ist andererseits eine transformatorlose Transistorstufe in Gegentaktschaltung
bekannt, die aus Transistoren des gleichen Leitfähigkeitstyps aufgebaut ist. Bei
dieser Transistorendstufe sind die Kollektor-Emitter-Strecken zweier Transistoren
in Reihe geschaltet und an eine Batterie angeschlossen. Zwischen der Verbindung
der Emitter-Kollektor-Strecke der Transistoren und Masse ist ein Lautsprecher angeordnet,
wobei die Anschlüsse der Batterie jeweils über einen Elektrolytkondensator an Masse
geführt sind. Durch diese Ausbildung der Transistorendstufe soll die Brummspannung
verringert werden.
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Es ist ferner bereits ein Doppelgegentaktmodulator mit zwei Transistorpaaren
bekannt, der einen übertragerfreien Ausgang aufweist. Bei diesem Doppelgegentaktmodulator
sind zwei Transistoren des einen Paares vom einen und zwei Transistoren des anderen
Paares vom dazu entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp. Bei jedem Transistorpaar sind
jeweils die Basis des einen und der Emitter des anderen Transistors miteinander
verbunden. Die Basis-Emitter-Verbindung der Transistoren des einen Transistorpaares
ist jeweils über eine Wicklung des einen Eingangsübertragers und eine dazu in Serie
liegende Wicklung des anderen Eingangsübertragers an die andere Basis-Emitter-Verbindung
desselben Transistorpaares geführt. Zwischen zwei Transistor-Emitter-Verbindungen
verschiedener Transistorpaare ist dabei eine Spannungsquelle eingefügt, deren Mittelanzapfung
zusammen mit dem Verbindungspunkt sämtlicher Kollektoren den Modulatorausgang bildet.
Bei diesem Doppelgegentaktmodulator fließt der Emitterstrom zweier Transistoren
über die Eingangsübertrager. Wegen des unterschiedlichen Leitfähigkeitstyps der
Transistoren kann es überdies Schwierigkeiten bereiten, die bei höheren Anforderungen
an die Symmetrie erforderliche Übereinstimmung der Transistordaten auf einfache
Weise zu realisieren.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen verstärkenden Modulator
mit Transistoren des gleichen Leitfähigkeitstyps zu schaffen, der einen hochohmigen
Ausgang aufweist, der im Bedarfsfall übertragerfrei mit dem Modulator verbunden
werden kann.
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Eine spezielle Aufgabe der Erfindung ist es, einen verstärkenden Modulator
zu schaffen, der auch bei galvanischer Kopplung des Signalausgangs eine gleichspannungsfreie
Ausgangsspannung abgeben kann.
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Gemäß der Erfindung wird der Modulator derart ausgebildet, daß die
Transistoren jeweils als Emitter-Basis-Stufe geschaltet sind, daß die Emitter-Basis-Stufen
an den Basiselektroden galvanisch voneinander getrennt sind und daß eine Serienschaltung
der Ausgänge der Emitter-Basis-Stufen an einer Versorgungsspannungsquelle liegt.
Durch diese Maßnahmen ergibt sich der Vorteil, daß ein mit Transistoren des gleichen
Leitfähigkeitstyps aufgebauter Modulator auch mit hochohmigen Lastwiderständen günstig
betrieben werden kann, da die im Modulator auftretenden unmodulierten Trägerströme
keinen Spannungsabfall an dem Belastungswiderstand ergeben, so daß bei praktisch
beliebig großen Trägerströmen nahezu die ganze Batteriespannung zur Signalaussteuerung
zur Verfügung steht. Als weiterer Vorteil ergibt sich dabei, daß neben einer hohen
Aussteuerungsgrenze im Hinblick auf die Gleichartigkeit der Transistoren,
z.
B. bei Verwendung integrierter Transistorquartette, besonders günstige Symmetrieeigenschaften
erzielt werden können.
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Der Trägereingang und der Signaleingang des Modulators lassen sich
dadurch voneinander entkoppeln, daß die Eingänge der Emitter-Basis-Stufe jeweils
an zwei in Serie geschaltete übertragerwicklungen angeschlossen sind, von denen
die eine Wicklung einem Trägerübertrager und die andere, insbesondere durch einen
Widerstand überbrückte Wicklung, einem Eingangsübertrager für das modulierende Signal
angehört, und daß die Übertragerwicklungen bei der einen Emitter-Basis-Stufe mit
gleichem Wicklungssinn und bei der anderen Emitter-Basis-Stufe mit entgegengesetztem
Wicklungssinn in Serie geschaltet sind.
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Ein besonders einfacher Aufbau der Ausgangsschaltung läßt sich dadurch
erzielen, daß die Ausgänge der Emitter-Basis-Stufe jeweils mit einem Widerstand
abgeschlossen sind und daß einer der Widerstände den Modulatorausgang bildet.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird der Modulator derart
ausgebildet, daß die Versorgungsspannungsquelle aus zwei gleichsinnig in Serie geschalteten
Spannungsquellen besteht, und daß die Verbindungspunkte der Emitter-Basis-Stufenausgänge
einerseits und der Spannungsquellen andererseits über einen Widerstand miteinander
verbunden sind, der den Modulatorausgang bildet. In einer anderen Variante ist es
zweckmäßig, den Modulator derart auszugestalten, daß parallel zur Versorgungsspannungsquelle
eine Zenerdiode und ein dazu in Serie geschalteter Widerstand liegen und daß die
Verbindungspunkte der Ausgänge der Emitter-Basis-Stufen einerseits und der Zenerdiode
mit dem Widerstand andererseits über einen weiteren Widerstand miteinander verbunden
sind, der den Modulatorausgang bildet. Derart aufgebaute Modulatoren haben den Vorteil,
daß die Ausgangsspannung bei galvanischer Auskopplung erdunsymmetrisch und gleichspannungsfrei
abgegriffen werden kann.
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In Weiterbildung der Erfindung wird der Modulator als Doppelgegentaktmodulator
mit zwei Gegentaktmodulatorschaltungen derart ausgebildet, daß die Gegentaktmodulatorschaltungen
derart miteinander verbunden sind, daß jeweils die Kollektoren zweier sowohl durch
den Träger als auch durch die Signalspannung gegenphasig angesteuerter Transistoren
miteinander verbunden sind. Auch diese Modulatorschaltung kommt in vorteilhafter
Weise mit zwei Eingangsübertragern aus.
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Es ist ferner zweckmäßig, bei Ausbildung der Ausgangsschaltung als
einen, aus den Ausgängen der Emitter-Basis-Stufen parallelgeschalteten Widerständen
bestehenden Spannungsteiler den Modulator derart auszuführen, daß die an dieAusgänge
derEmitter-Basis-Stufen angeschlossenen Widerstände einen Basisspannungsteiler eines
dem Modulator nachgeschalteten Verstärkers bilden.
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Die Erfindung wird an Hand der in den F i g. 1 bis 6 dargestellten
Ausführungsbeispiele näher erläutert.
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F i g. 1 zeigt einen Gegentaktmodulator nach der Erfindung ohne Darstellung
der dazugehörigen Ausgangsschaltung; F i g. 2 bis 4 stellen Ausgangsschaltungen
dar, die an die in den F i g. 1 bzw. 6 gezeigten Modulatoren angeschlossen werden
können; F i g. 5 zeigt die bei dem in F i g. 1 dargestellten Modulator auftretende
Eingangsspannung, Trägerspannung und Ausgangsspannung; F i g. 6 zeigt einen Doppelgegentaktmodulator
nach der Erfindung mit den dabei auftretenden Ein- und Ausgangsspannungen.
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Anfänge von Wicklungen sind in den Figuren jeweils mit einem Punkt
bezeichnet.
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Der in F i g. 1 gezeigte Gegentaktmodulator enthält die Transistoren
5 und 6. Beide Transistoren 5 und 6 sind jeweils als Emitter-Basis-Stufen geschaltet,
wobei an den Emitter des Transistors 5 der Widerstand 7 und an den Emitter des Transistors
6 der Widerstand 8 angeschlossen ist. Der Emitter des Transistors 5 ist über
den Widerstand 7 mit dem Kollektor des Transistors 6 verbunden, so daß die Ausgänge
beider Emitter-Basis-Stufen bezüglich der Kollektor-Emitter-Strecken gleichsinnig
in Serie geschaltet sind. Die Basis des Transistors 5 ist über die Wicklung 23 des
Trägerübertragers 2 und die dazu mit entgegengesetztem Wicklungssinn in Serie geschaltete,
durch den Widerstand 3 überbrückte Sekundärwicklung 12 des Eingangsübertragers 1
an den Kollektor des Transistors 6 geführt. Die Basis des Transistors 6 ist über
die Wicklung 22 des Trägerübertragers 2 und die dazu in gleichem Wicklungssinn in
Serie geschaltete, durch den Widerstand 4 überbrückte Sekundärwicklung 13 des Eingangsübertragers
1 und über den Widerstand 8 an den Emitter desselben Transistors 6 geführt: Bei
beiden Wicklungen 22 und 23 des Trägerübertragers 2 sind jeweils die Wicklungsenden
bzw. gleichnamige Wicklungsanschlüsse an die Basis eines der Transistoren 5 und
6 geführt.
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Der in F i g. 1 gezeigte Modulator besteht aus zwei Emitter-Basis-Stufen
mit Eigengegenkopplung (Widerstände 7 und 8). Die Emitter-Basis-Stufen
sind mit den Transistoren 5 und 6 gleicher Leitfähigkeit aufgebaut und stromversorgungsmäßig
in Reihe geschaltet. DieBasiskreise der beiden stromgegengekoppelten Emitter-Basis-Stufen
sind durch den Signal-Eingangsübertrager 1 und den Trägerübertrager
2
galvanisch voneinander getrennt. An den Gegentaktmodulator nach F i g. 1
lassen sich die Ausgangsschaltungen nach den F i g. 2 bis 4 anschließen.
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Bei der Ausgangsschaltung nach F i g. 2 ist parallel zur einpolig
geerdeten Spannungsquelle 15 der aus den Widerständen 9 und 10 gebildete
Spannungsteiler geschaltet, dessen Abgriff mit dem Kollektor des Transistors 6 zu
verbinden ist. Die Versorgungsspannungsquelle 15 ist an die Serienschaltung beider
Ausgänge der Emitter-Basis-Stufen anzuschließen. Die Ausgangsspannung U" des Modulators
liegt am Widerstand 10 an.
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Bei der Ausgangsschaltung nach F i g. 3 ist die an die Serienschaltung
der Emitter-Basis-Stufenausgänge anzuschließende Versorgungsspannungsquelle in die
zwei in Serie geschalteten Spannungsquellen 151 und 152 mit den Spannurigen U, und
U2 aufgeteilt, die mit ihrem Verbindungspunkt an Masse liegen. Zwischen Masse und
dem Kollektor des Transistors 6 ist der Widerstand 16 eingeschaltet, an dem die
Ausgangsspannung U" anliegt.
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Bei der Ausgangsschaltung nach F i g. 4 ist die erdfreie Versorgungsspannungsquelle
150 mit der Spannung U3, die ebenfalls an die Serienschaltung der Emitter-Basis-Stufenausgänge
anzuschließen ist, mit einem Anschluß über den Widerstand 17 und mit dem anderen
Anschluß über die derart gepolte Zenerdiode
19 an Masse geführt,
daß an der Zenerdiode 19 die Zenerspannung anliegt. Der Widerstand 18, an dem die
Ausgangsspannung des Modulators anliegt, ist zwischen dem Kollektor des Transistors
6 und Masse eingeschaltet.
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Zunächst wird nur die Trägersteuerung des Modulators ohne Eingangssignal
UE betrachtet (vgl. ausgezogene Strompfeile in F i g. 1). Die Trägerspannung UTr
(in F i g. 5 als Rechteckspannung dargestellt) steuert über die zwei völlig gleich
aufgebauten Wicklungen 22 und 23 des Trägerübertragers 2 die beiden Emitter-Basis-Stufen
gleichphasig an. Die beiden Transistoren 5 und 6 werden also zu genau gleichen Zeiten
geöffnet bzw. gesperrt. Falls die Transistoren 5 und 6 in ihren Kenndaten, insbesondere
in der Basis-Emitter-Schleusenspannung, übereinstimmen und die Gegenkopplungswiderstände
7 und 8 gleich groß sind, werden auch die beiden Trägerströme J, 1 und J,
, in
den Kollektorkreisen der Transistorstufen genau gleich groß, so daß die
auf der Kollektorseite auftretenden unmodulierten Trägerströme nur innerhalb des
Modulators fließen. Damit bleibt ohne Eingangs-Nutzsignal der in den Ausgangsschaltungen
nach F i g. 3 und 4 gezeigte Ausgang stromlos, wogegen bei der Ausgangsschaltung
nach F i g. 2 am Ausgang nur ein Ruhegleichstrom vorhanden ist. Es tritt also eine
Trägerunterdrückung ein. Gegebenenfalls kann ein Trägerrestabgleich mit einem der
beiden Widerstände 7 bzw. 8 vorgenommen werden. Um den Trägerrest auch bei Temperaturschwankungen
klein zu halten, sollten zwei möglichst gleiche Transistoren 5 und 6 verwendet werden,
z. B. in Form eines Transistorpaares, vorzugsweise in integrierter Technik.
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Die Signalansteuerung über den Eingangsübertrager 1 erfolgt für die
beiden Emitter-Basis-Stufen gegenphasig, was aus den gestrichelt gezeichneten Strompfeilen
in F i g. 1 hervorgeht. In den Kollektorkreisen der Transistoren 5 und 6 treten
damit ebenfalls gegenphasige Signalströme auf, die sich am Signalausgang addieren.
So ergibt sich die in F i g. 5 , dargestellte Signalausgangsspannung Ua, in der
zwar der Träger aber nicht das Eingangssignal unterdrückt ist.
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Die beiden Emitter-Basis-Stufen arbeiten in ihren Kollektorkreisen
mit Stromeinprägung, der Modula- , tor nach F i g. 1 besitzt daher einen hochohmigen
Speisewiderstand am Ausgang. Die Widerstände 3 und 4 bestimmen den Eingangswiderstand.
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Die Signal und Trägerkreise am Modulatoreingang sind wie in einer
Gabelschaltung voneinander entkoppelt was aus den in F i g. 1 angegebenen Basisstrompfeilen
JB 1 und JB 2 für den Träger bzw. für das Signal ersichtlich ist.
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Am Signaleingang ist somit eine Trägerunterdrükkung und am Trägereingang
eine Signalunterdrükkung vorhanden.
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Legt man an den Signaleingang den Träger und an den Trägereingang
das Eingangssignal, so wird das Eingangssignal am Modulatorausgang unterdrückt.
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Für eine möglichst große Signalaussteuerung gelten folgende Dimensionierungen:
Ausgangsschaltung nach F i g. 2: Widerstände 9 und 10 gleich groß; Ausgangsschaltung
nach F i g. 3: Spannungen U1 = U2; i Ausgangsschaltung nach F i g. 4: Zenerspannung
UZ der Zenerdiode 19 ungefähr gleich I/2 U3. Die unmodulierten Trägerströme J, 1=
JI 2 könnet immer so groß gemacht werden, daß für das Aus. gangssignal keine Strombegrenzung
eintritt. Daher können mit diesem Modulator außer einer hohen praktisch nur durch
die Batteriespannung gegebener Aussteuerungsgrenze auch gute Klirreigenschafter
erreicht werden.
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Die Ausgangsschaltungen nach den F i g. 3 und 4 besitzen den Vorteil,
daß die Ausgangsspannung erdunsymmetrisch und gleichspannungsfrei abgegriffen werden
kann. Muß man zur Pegelanhebung hinter dem Modulator einen Verstärker einsetzen,
so kann dieser Verstärker bei der Ausgangsschaltung nach F i g. 2 galvanisch angekoppelt
werden. Der aus den Widerständen 9 und 10 gebildete Spannungsteiler dient dann als
Basisspannungsteiler der ersten Verstärkerstufe.
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Der in F i g. 6 gezeigte Modulator ergibt sich aus dem Gegentaktmodulator
nach F i g. 1 in Verbindung mit der Ausgangsschaltung nach F i g. 3 durch Ergänzung
zu einem Doppelgegentaktmodulator. Zusätzlich zu der ersten Gegentaktmodulatorschaltung
nach F i g. 1 ist dabei eine zweite Gegentaktmodulatorschaltung mit den Transistoren
50 und 60 vor-; gesehen, die in gleicher Weise wie die erste Gegentaktmodulatorschaltung
und unter Verwendung desselben Eingangsübertragers und desselben Trägerübertragers
aufgebaut ist. Dabei ist jedem Transistor eine eigene Wicklung des Trägerübertragers
2 und eine dazu in Serie geschaltete eigene Wicklung des Eingangsübertragers 1 zugeordnet.
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Von den Emitter-Basis-Stufen der zweiten Gegentaktmodulatorschaltung
ist die eine durch den Transistor 50 und den Emitterwiderstand 70; die andere durch
den Transistor 60 und den Emitterwiderstand 80 gebildet.
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Bei dem Doppelgegentaktmodulator bilden die Transistoren 5 und 6 ein
erstes und die Transistoren 50 und 60 ein zweites Transistorpaar. Im Betrieb wird
im Trägerrhythmus jeweils ein Transistorpaar geöffnet und gleichzeitig das andere
Transistorpaar gesperrt.
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Die Basis des Transistors 50 ist mit dem Anfang der Wicklung 230 des
Trägerübertragers 2 verbunden. Die Sekundärwicklung 120 des Eingangsübertragers
1 ist einerseits mit dem Anfang über den Emitterwiderstand 70 an den Emitter des
Transistors 50 und andererseits mit dem Ende an das Ende der Sekundärwicklung 230
des Trägerübertragers 2 geführt.
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Die Basis des Transistors 5 liegt am Ende der Sekundärwicklung 23
des Trägerübertragers 2. Die durch den Widerstand 3 überbrückte Sekundärwicklung
12 des Eingangsübertragers 1 ist einerseits mit dem Anfang an den Anfang der Sekundärwicklung
23 und mit dem Ende über dem Widerstand 7 an den Emitter des Transistors 5 geführt.
Das Ende der Sekundärwicklung 12 liegt außerdem am Anfang der Sekundärwicklung 120.
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Die Basis des Transistors 60 liegt am Anfang der Sekundärwicklung
220 des Trägerübertragers 2. Die Sekundärwicklung 130 des Eingangsübertragers 1
ist mit dem Anfang an das Ende der Sekundärwicklung 220 und mit dem Ende über den
Emitterwiderstand 80 an den Emitter des Transistors 60 geführt.
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Die Basis des Transistors 6 ist mit dem Ende der Sekundärwicklung
22 des Trägerübertragers 2 verbunden. Die Sekundärwicklung 13 des Eingangsübertragers
1
liegt mit dem Ende am Anfang der Sekundärwicklung 22 und ist mit dem Anfang über
den Widerstand 8 an den Emitter des Transistors 6 geführt. Der Anfang der Sekundärwicklung
13 ist außerdem mit dem Ende der weiteren Sekundärwicklung 130 verbunden.
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Mit der in F i g. 6 angegebenen Polung der Wicklungen des Signal-Eingangsübertragers
1 ergibt sich das für einen Doppelgegentaktmodulator typische Ausgangssignal U",
das sich durch Multiplikation einer Sinuskurve mit einer Umpolfunktion ergibt. Dieses
Signal enthält keine Träger- und Signalreste.
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Der Signalausgang des Doppelgegentaktmodulators kann an Stelle der
Ausgangsschaltung nach F i g. 3 auch mit einer der in den F i g. 2 und 4 angegebenen
Ausgangsschaltungen versehen werden.
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Die Emitter der Transistoren 5 und 50 bzw. der Transistoren
6 und 60 können miteinander verbunden und damit die Widerstände 70 und 80 eingespart
werden. Es ergibt sich in vorteilhafter Weise bei besonders einfachem Schaltungsaufbau
eine Verringerung der zur Trägersteuerung erforderlichen Trägeramplitude.