DE1924198A1 - Aktiver Modulator in Gegentakt- oder Doppelgegentaktschaltung - Google Patents

Aktiver Modulator in Gegentakt- oder Doppelgegentaktschaltung

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DE1924198A1
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03CMODULATION
    • H03C1/00Amplitude modulation
    • H03C1/52Modulators in which carrier or one sideband is wholly or partially suppressed
    • H03C1/54Balanced modulators, e.g. bridge type, ring type or double balanced type
    • H03C1/542Balanced modulators, e.g. bridge type, ring type or double balanced type comprising semiconductor devices with at least three electrodes
    • H03C1/545Balanced modulators, e.g. bridge type, ring type or double balanced type comprising semiconductor devices with at least three electrodes using bipolar transistors

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  • Amplitude Modulation (AREA)

Description

  • Aktiver Modulator in Gegentakt- oder Doppelgegentaktschaltung Die Erfindung betrifft einen aktiven Modulator in Gegentakt-oder Doppelgegentaktschaltung, bei dem die, insbesondere durch Transistoren gebildeten, aus wenigstens einer Versorgungsspannungsquelle gespeisten aktiven Elemente im Takt der Frequenz einer, insbesondere sinusförmigen, Trägerspannung abwechselnd, bei Doppclgegentaktschaltung paarweise abwechselnd, aus- oder einschaltbar sind, Es sind bereits aktive Modulatoren bekannt, deren Prinzip in der Multiplikation cines Signals mit einer Umpolfunktion oder Schaltfunktion besteht. Derartige aktive Modulatoren enthalten aktive Elemente, im allgeueinen Transistoren, die im Takt einer Trägerfrequenz aus- und eingeschaltet werden Um die Umpolfunktion möglichst gut nachzubilden, kann man die aktiven Elementc durch Rechteckspannungen steuern Um den Aufwand zur Erzeugung von Rechteckträgern einzusparen, werden die aktiven Elemente von Modulatoren jedoch häufig durch sinusförmige Spannungen gesteuert. Damit ändert sich der Arbeitspunkt der aktiven Elemente im Zuge der Umsteuerung kontinuierlich0 Da jedoch die Verstarkungseigenschaften der aktiven Elemente über weite Bereiche vom Arbeitspunkt nur gering abhängen, ergibt sich dabei angenähert ein Verhalten wie bei Steuerung durch Rechteckspannung Vezschiedene unerwünschte Eigenschaften des Modulators treten aber bei Steuerung durch Sinus spannung zufolge der kontinuierlichen Arboitspunktvorschiebung stärker auf So werden z.B. die Symmetrieeigenschaften verschlechtert, und die Abhängigkeit der Uinsetzungsdämpfung von der Amplitude der Trägerspannung wird verstärkt Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen aktiven Modulator zu schaffen, der die genannten Nachteile auch bei Speisung mit einer sinusförmigen Trägerspannung vermeidet Gemäß der Erfindung wird der Modulator zur Lösung dieser Aufgabe derart ausgebildet, daß die Quclle(n) durch eine derart eingefügte und bemessene Gleichstromquelle gebildet ist (sind), daß ein die Summe der die aktiven Elemente durchfließenden Gleichströine bildender Summenstrom zumindest annähernd konstant ist und daß der Modulator derart bemessen ist, daß die Transistoren bei fehlender Trägerspannung leitend sind Dabei ist der Spitzenwert der Trägerspannung größer bemessen als zur vollständigen Umsteuerung des Summenstromes von einen aktiven Element zum anderen er£orderlich ist, wobei der Summenstrom praktisch konstant ist, unabhängig davon, ob eine Trägerspannung anliegt oder nicht.
  • Durch diese Maßnahmen ergibt sich der Vorteil, daß die Arbeitspunkte der aktiven Elemente weitgehend unabhängig von der Amplitude der Trägerspannung sind und der Arbeitspunkt der aktiven Elemente im Takt der Trägerspannung zvjischen zwei Zuständen wechselt, ähnlich dem Verhalten bei Ansteuerung durch Rechteckträger, auch dann, wenn die Trägerspannung von der Rechteckform abweicht und z.B. sinusförmig verläuft.
  • In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird der aktive Modulator derart ausgebildet, daß Mittel zur Erzeugung einer festen oder automatischen Vorspannung für die Eingangskreise der verstärkenden Elemente vorgesehen sind, die wesentlich größer als der Spitzenwert der Trägerspannung gewählt ist Es ist ferner zweckmäßig, den aktiven Modulator derart auszubilden, daß der Spannungsabfall am Innenwiderstand der Gleichstromquelle wesentlich größer ist als der Betrag der BasisEriitterspannung der Transistoren, so daß der Innenwiderstand der Gleichstromquelle groß ist gegenüber dem Eingangswiderstand der, insbesondere durch Transistoren in Basis schaltung gebildeten, aktiven Elemente im geöffneten Zustand.
  • Weiterhin kann man bei einem aktiven Modulator mit Transisteren in Gegentaktschaltung die Einspeisung des der Vorsorgungsspannungsquelle entnommenen Stromes über je einen eigenen Widerstand vornehmen und die Verbindungspunkte der Widerstunde mit den Transistoren über, insbesondere einstellbare, Schaltmittel miteinander verbinden. Bei einem Modulator in ?)oppelgegentaktschaltung werden zweckmäßigorwoise die zu ein und demselben Transistorpaar gehörenden Transistoren durch den Träger jeweils abwechsclnd geöffnet und gesperrt, wobei die Einspeisung des Gleichstromes paarweise über je einen eigenen Widerstand erfolgt und die Verbindungspunkte der Widerstände mit den Transistoren über , insbesondere einstellbare Schaltmittel miteinander verbunden sind Dabei ergibt sich eine Einstellungsmöglichkeit für die Seitenband verstärkung.
  • In Weiterbildung der Erfindung wird der verstärkende Modulator derart ausgebildet daß jeder der beiden Anschlüsse des Signal eingangs jeweils unter Zwischenschaltung eines ohmschen Widerstandes mit den Basisanschlüssen verschiedenen Transistorpaaren angehörender und mit den Kollektoren an verschicdenen Anschlüssen des Ausgangsübertragers liegender Transistoren verbunden ist und daß die Zuführung der Trägerspannung von den äußeren Anschlässen eines Trägerübertragers aus jeweils über einen weiteren ohmschen Widerstand zu den Basisanschlüssen erfolgt 7 und daß die Vorspallnung der Eingangssignalspannung oder der Trägersparnrnng überlagert ist Bei einer derartigen Ausführung des Doppelgegentaktmodulators ist am Signaleingang kein Übertrager erforderlich Die Vorspallllung kann dabei insbesondere in einen Symetriepunkt der Trägerquelle oder Signalquelle eingespeist werden Die Erfindung wird anhand der in den Figuren dargestellten nusfüllrungsbeispicle näher erläutert Es zeigen Fig. 1 ein Prinzipschaltbild eines Gegentaktmodulatois mit zwei Transistoren, Fig. 2 einen Stromlauf eines Gegentaktmodulators mit zwei Transistoren und Fig;. 3 einen Stromlauf eines Doppelgegentaktmodulators mit vier Transistoren Bei dem in Fig 1 gezeigten Gegentaktmodulator sind die Emitter der Transistoren 1 und 2 miteinander verbunden Zwischen den Basisanschlüssen der Transistoren 1 und 2 liegt einerseits die Trägerspannungsquelle Ur und andererseits der aus den Widerständen 10 und 11 gebildete Spanungstoiler, dessen Symmetriepunkt mit den Emittern der Transistoren 1 und 2 verbunden ist. Die Kollektoren der Transistoren 1 und 2 sind ebenfalls miteinander verbunden und über die Gleichspannungsquelle und die dazu in Serie liegende Quelle 12 1(onstanten Gleichstromes an die Emitter der Transistoren 1 und 2 geführt Die Trägerspannung UTr ist eine sinusförmige Spannung. Im Augenblick des Nulldurchganges der Sinusspannung werden beide Transistoren etwa vom gleichen Strom J durchflossen. 2 Während des folgenden Anstiegs der Trägerspannung wird in einem der beiden Transistoren der Strom zunehmen und im selben Grad im anderen Transistor abnehmen solange9 bis der eine TRansistor vom gesamten Strom Jgl durchflossen wird während der andere stromlos ist. Ein weiteres Ansteigen der Trägerspannung ändert an den Stromverhältnissen nichts, der Arbeitspunkt bleibt außer einer geringen Änderung der Kollektor-Basisspannung konstant Bei genügend großer Amplitude der Trägerspannung erfolgt somit eine Arbeitspunktverschiebung nur im Verlauf der Soannungs-Nulldurchgänge, der Glcichstrom wechselt dabei von einem Transistor zum anderen (Die Zustände offen und gesperrt werden vertauscht.) Im wesentlichen nirrimt also der Arbeitspunkt nur zwei Zustände an Bei dein in Pig. 2 gezeigten Doppelgegentaktniodulator sind die Basisanschlüsse der Transistoren 1 und 2 über die Sokundärwic]lung 52 des Trägerübertragers 5 miteinander verbunden Die Kollektoren der Transistoren 1 und 2 sind über die Primärwicklung 71 des Ausgangsübertragers 7 zusammengeführt Die Mittclanzapfung der Primärwicklung 71 ist über die Versorgungsspannungsquelle 9 und den dazu in Serie liegenden Widerstand 8 an die Emitter der Transistoren 1 und 2 geführt Die Mittelanzapfung der Sekundärwicklung 52 des Eingangsübertragers 5 ist über die Sekundäniicklung 62 des Eingangsübertragers 6 für die Signalspannung U5 an den Abgriff des aus den Widerständen 13 und 14 bestehenden, an Versorgungsspannung UV liegenden Spannungsteilers geführt Der Eingangskreis der Transistoren 1 und 2 schließt sich über den Widerstand 13 des an Versorgungsspannung liegenden Spannungsteilers für die Vorspannung UV und den am negativen Pol der Versorgungsspannungsquelle 9 dalilit verbuildenen Widerstand 8. Dabei wird als Gleichspannung im Ein gangskreis der Transistoren die Differenz aus dem gleichspannungsabfall am Widerstand 8 und der am Widerstand 13 anliegenden Vorspannung UV wirksam.
  • Es Kann z.B. der Widerstand 8 etwa 10 k #, die Vorspannung Hierdurch er V und die effektive Trägerspannung 1 V beträgen Hierdurch ergibt sich eine besonders unkritische Einstellung der Vorspannung und eine Anstiegszeit des ren bekannten bei latorschaltunge wie sie in vergleichbaren bekainten Modulatorschaltungen nur mit erheblich größeren erzielt gen Spannungen oder mit rechteckförmigem Träger erzielt werden können.
  • Bei dem in Fig. 3 gezeigten Doppelgegentaktmodulator wird das Eingangssignal US dem Eingangsübertrager 5 zugeführt, der die syvt,metrischen Sekundärwicklungen 52 und 53 chlüsse Die Sekundärwicklung 52 liegt zwischen den Basisanschlüss der Transistoren 1 und 2, Die Sekundärwicklung 53 stellt eine Verbindung zwischen den asisanschlüssen der Transistoren 3 und 4 her.
  • Bei der symmetrischen Sekundärwicklung 61 des Trägerübertragers 6 sind die, äußeren Anseblüsse an die Mittelanzapfungen der Sekundärwicklungen 52 und 53 des Eingangsübertragers 5 und die Mittelanzapfung an den Abgriff des aus den Widerständen 13 und 14 stehenden, an Versorgungsspannung UV liegenden Spannungsteilers geführt. Die Einitter der Transistoren 1 bis 4 sind miteinander verbunden und über den Widerstand 8 und die dazu iri Serie liegende Versorgungsspannungsquelle 9 an den Abgriff der symmetrischen Primärwicklung 71 des Ausgangsübertragers 7 geführt. Die Kollektoren der Transistoren 1 und 3 sind miteinander verbunden und über die Primärwicklung 71 des Ausgangsübertragers 7 an die miteinander verbundenen Kollektoren der Transistoren 2 und 4 geführt Der Ausgangsübertrager 7 gibt die Ausgangaspannung UM ab.
  • Bei dem Doppelgegentaktmodulator werden abwechsclnd die Transistoren 1 und 2 einerseits und die Transistoren 3 und 4 andererseits vom Träger durchgesteuert. Der zur Stromcinprägung vorgesehene fiderstand 8 ist als Emitterwiderstand allen Transistoren 1 bis 4 gemeinsam. Es kann jedoch andererseits je Transistorpaar ein eigener Eniitterwiderstand vorgesehen werden. Schaltet man jeweils in die Emitterzuleitung zweier, vom Träger abwechselnd durchgesteuerter Transistoren einen gemeinsamen Emitterwiderstand, so daß die Transistoren 1 und 3 einerseits und die Transistoren 2 und 4 andererseits einen gemeinsamen Emitterwiderstand besitzen, so kann die Seitenbanddämpfung mit Hilfe eines zwischen die Emitterverbindungen geschalteten veränderbaren Widerstandes eingestellt werden.
  • In den gezeigten Ausführungsbeispielen wird die Vorspannung UV aus der Versorgungsspannung mit Hilfe eines Spannungsteilers gewonnen. Sie kann jedoch auch, insbesondere bei Modulatoren mit Feldeffekttransistoren, automatisch erzeugt werden.
  • Bei den Modulatoren nach Fig. 2 oder 3 wird die Stromeinpragung gut angenähert, wenn die am Widerstand 13 liegende Spannung viel größer als die Trägerspannung ist. Bei AnvJendung der erfindungsgemäßen Maßnahmen bleibt, wie die folgende Abschätzung zeigt, der Arbeitspunkt der Transistoren be reits oberhalb kleiner Momentanwerts der Trägerspannung praktisch konstant.
  • Unter der Annahme, daß die Eingangskennlinie durch eine Exponentialfunktion dargestellt werden kann, ist der Zusammenhang zwischen Emitterstrom JE und Emitter-Basis-Spannung UEB etwa Je wobei UTr die Trägerspannung9 J0 den Emmitterreststrom (10 nA bei Si-Transistoren), UT die Temperaturspannung (ca. 26 mV) und Ugl die Gleichspannung bedeutet.
  • In der gegebenen Schaltung setzt sich UEB aus zwei Anteilen zusammen, einer festen Spannung Ugl (dic von Jgl abhängt) und der Trägerspannung.
  • Es gilt UEB1 = Ugl + 1/2 UTr für Transistor T1 und UEB2 = Ugl 1 1/2 UTr für Transistor T2.
  • Daraus folgt für Transistor T1 für Transistor T20 Unter der Voraussetzung + JE2 = Jg1 = const., die bei dem erfindungsgemäßen Modulator erfüllt ist, ergibt sich und Damit eingibt sich Daraus läßt sich abschätzen, daß sich der Arbeitspunkt praktisch nicht ändert, wenn der Augenblickswert der Trägerspannung UTr größer 100 mV ist.
  • @ Patentanspruche 3 figuren

Claims (1)

  1. P a t e n t a n s p r ü c h e Aktiver Modulator in Gegentakt- oder Doppelgegentaktschaltung, bei dem die, insbesonderc durch Transistoren gebildeten, aus wenigstens einer Versorgungsspannungsquelle gespeisten aktiven Elemente im Takt der Frequenz einer 9 insbesondere sinusförmigen, Trägerspannung abwechselnd, bei Doppelgegentaktschaltung paarweise abwechselnd, aus-oder einschaltbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Quelle(n) durch eine derart eingefügteund bemessene gleichstromquelle gebildet ist (sind), daß ein die Summe der die aktiven Elemente durchfließenden -Gleichströme bildender Summenstrom zumindest annähernd konstant ist und daß der Modulator derart bemessen ist, daß die Transistoren bei fehlender Trägerspannung leitend sind, 2 Aktiver Modulator nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Mittel zur erzeugung einer festen oder automatischen Vorspannung für die Eingangskreise der verstärkenden Elemente und durch eine derartige Bemessung, daß die vorspannung wesentlich größer ist als der Spitzenwert der Trägerspannung 30 Aktiver Modulator nach einem der Ansprüche 1 oder 29 gekennzeichnet durch eine derartige Bemessung, daß der Spannungsabfall am Innenwiderstand der Gloichstromquelle wesentlich größer ist als der Betrag der Basis-Emitterspannung der Transistoren.
    4. Aktiver Modulator nach Anspruch 3 mit Transistoren in Gegentaktschaltung, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Ein-Speisung des Stromes über Je einen eigenen Widerstand -erfolgt und - daß die Verbindungspunkte der Widerstände mit den Transistoren über, insbesondere einstellbare, Schaltmittel miteinander verbunden silid 5. Aktiver Modulator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei Doppelgegentaktschaltung die zu ein und demselben Transistorpaar gehörenden Transistoren durch den Träger jeweils abwechselnd geöffnet und gesperrt werden und die Einspeisung des Gleichstromes paarweise über je einen eigenen Widerstand erfolgt, und daß die Verbindungspunkte der Widerstände mit den Transistoren über, insbesondere einstellbare, Schaltinittel miteinander. verbunden sind.
    60 Aktiver Modulator nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Ausbildung als Doppelgegentaktmodulator, bei dem jeder der beiden Anschlüsse des Signaleingangs jeweils unter Zwischenschaltung eines ohmschen Widerstandes mit den Basisanschlüssen verschiedenen Transistorpaaren angehörender und mit den Kelloictoren an verschiedenen Anschlüssen des Ausgangsübertragers liegender Transistoren verbunden ist und durch die Zuführung der Trägerspannung von den äußeren Anschlüssen eines Trägerübertragers aus jeweils über einen weiteren ohmschen Widerstand zu den Basisanschlüssen und durch eine Uberlagerung der Vorspannung mit der Signalspannung oder der Trägerspannung.
    L e e r s e i t e
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