DE2106532C3 - Demodulator für frequenz modulierte elektrische Signale - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Demodulator für frequenzmodulierte elektrische Signale mit einer Torschaltung, von der ein erster Eingang mit einem Eingang des Demodulators gekoppelt ist und von der ein zweiter Eingang über mindestens ein phasenbestimmendes Netzwerk mit dem Eingang des Demodulators gekoppelt ist.

Aus Funktechnik 1969, Nr. 17, S. 650 und 651 ist ein Demodulator der obengenannten Art bekannt.

Die Erfindung bezweckt, die Unterdrückung unerwünschter Ausgangssignale infolge von Amplitudenmodulation von durch Demodulatoren der genannten Art zu verarbeitenden Signalen mit kleiner Amplitude zu verbessern.

Ein Demodulator der eingangs erwähnten Art weist daher nach der Erfindung das Kennzeichen auf, daß zwischen den Eingang des Demodulators und das phasenbestimmende Netzwerk eine zweite Torschaltung aufgenommen ist, von der ein erster Eingang mit dem Eingang des Demodulators, ein zweiter Eingang mit einem Bezugspotential und ein Ausgang mit dem phascnbestimmenden Netzwerk gekoppelt ist, und wobei die Teile der ersten und der zweiten Torschaltung zwischen ihrem ersten Eingang und ihrem Ausgang praktisch entsprechende Signalübertragungseigenschaften aufweisen. <*>

Es hat sich herausgestellt, daß die wichtigste Ursache der zu schlechten AM-Unterdrückung der bekannten Schaltungsanordnungen auf die Tatsache zurückzuführen ist, daß bei einer Amplitudenmodulation des zu demodulierendcn Signals die Stromduiehlaßzeit pro Pe- ⁶S riode dieses Signals zwischen dem ersten Eingang und dem Ausgang der Torschaltung in Abhängigkeit von der Amplitude gegenüber einem im Signal am zweiten Eingang pro Periode auftretenden vorausgesetzten Bezugszeitpunkt verschiebt.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die nachteiligen Folgen dieser Erscheinung ausgeglichen werden können, wenn das Signal am zweiten Eingang eine gleiche Verschiebung aufweist, was durch die erfindungsgemäße Maßnahme erzielt wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 ein vereinfachtes Schaltbild eines erfindungsgemäßen FM-Demodulators,

F i g. 2 ein vereinfachtes Schaltbild eines erfindungsgemäßen FM-Demodulators, wobei ein Teil der eigentlichen Demodulatorschaltung als Teil der zweiten Torschaltung verwendet worden ist

In F i g. 1 ist ein Eingang 1 mit einem ersten Eingang 3 einer Torschaltung 5 verbunden. Die Torschaltung 5 hat einen zweiten Eingang 7, der mit dem Verbindungspunkt einer Reihenschaltung aus einem Kondensator 9 und einem Parallelkreis 11 verbunden ist. Diese Reihenschaltung bildet ein phasenbestimmendes Netzwerk. .

Zwischen das andere Ende des Kondensators 9 und den Eingang 1 ist nach der Erfindung eine zweite Torschaltung 13 aufgenommen, von der ein erster Eingang 15 am Eingang 1 und ein Ausgang 17 am letztgenannten Ende des Kondensators 9 liegt. Ein zweiter Eingang 19 der zweiten Torschaltung 13 liegt an einem Bezugspotential Vi, an dem auch das andere Ende des Parallelkreises 11 liegt.

Der Eingang 3 der Torschaltung 5 ist mit der Basis eines npn-Transistors 21 verbunden, dessen Emitter mit dem Emitter eines npn-Transistors 23 und mit dem Kollektor eines npn-Transistors 25 verbunden ist. Der Kollektor des Transistors 21 liegt an einer positiven Speisespannung, mit der weiter der Kollektor des Transistors 23 über einen Widerstand 27 verbunden ist. Der Kollektor des Transistors 23 Bl zugleich mit einem Ausgang 29 der Schaltungsa> rdnung verbunden, während die Basis an einer Einstellspannung V'2 liegt.

Vom Transistor 25 liegt die Basis am zweiten Eingang 7 der Torschaltung 5 und der Emitter ist über einen Widerstand 26 geerdet.

Der erste Eingang 15 der zweiten Torschaltung 13 liegt an der Basis eines npn-Transistors 31, dessen Kollektor an einer positiven Speisespannung liegt und dessen Emitter mit dem Emitter eines npn-Transistors 33 und dem Kollektor eines npn-Transistors 35 verbunden ist. Der Kollektor des Transistors 33 ist mit dem Ausgang 17 der zweiten Torschaltung 13 und weiter über einen Widerstand 34 mit einer positiven Speisespannung verbunden. Die Basis des Transistors 33 liegt an der Einstellspannung V2. Vom Transistor 35 ist der Emitter über einen Widerstand 36 geerdet und die Basis ist mit dem zweiten Eingang 19 der zweiten Torschaltung 13 verbunden.

Die Wirkungsweise der Schaltungsanordnung ist folgende. Die erste Torschaltung 5 dient zusammen mit dem phasenbestimmenden Netzwerk 9, 11 als eigentlicher FM-Demodulator. Ein zu demodulierendes frequenzmoduliertes Signal wird dem ersten Eingang 3 unmittelbar und dem zweiten Eingang 7 über die zweite Torschaltung 13 und das phasenbestimmende Netzwerk 9, 11 zugeführt. Infolge des phasenbestimmenden Netzwerks 9, 11 erhält das frequenzmodulierte Signal an diesem zweiten Eingang 7 gegenüber dem Signal am ersten Eingang 3 eine Phasenmodulation. Auf der zen-

traten Frequenz des frequenzmodulierten Signals ist die Phasenverschiebung zwischen den Signalen 90° und bei einer von der zentralen Frequenz abweichenden benachbarten Frequenz ist die Abweichung gegenüber der Phasenverschiebung von 90° der Abweichung der Frequenz gegenüber der Zentralfrequenz praktisch proportional. Das phasenbestimmende Netzwerk.9, ti weist weiter noch eine Filterwirkung auf, wodurch unabhängig von der Wellenform des ihm zugeführten Signals die Ausgangsspannung am zweiten Eingang 7 der Torschaltung 5 praktisch sinusförmig ist

Wenn das dem Eingang 1 des Demodulators zugeführte Signal von einer Begrenzerschaltung herrührt, wird dieses Signal praktisch immer die gleiche Amplitude und Wellenform aufweisen, wenn das Eingangssignal der Begrenzerschaltung groß genug ist. Die Transistoren 23 und 25 der Torschaltung 5 sind dann bekanntlich als eine Reihenschaltung aus zwei Schaltern wirksam, die bei der zentralen Frequenz um 90° nacheinander und bei abweichenden Frequenzen mit einem anderen frequenzabhängigen Phasenunterschied schließen und öffnen. Am Belastungswiderstand 27 entsteht dann eine pulsierende Gleichspannung, deren Mittelwert vom Phasenunterschied der Signale an den Eingängen und somit von der Frequenzmodulation des zu demodulierenden Signals abhängig ist.

Bei einer ungenügenden Begrenzung des Eingangssignals ändert sich das Signal am ersten Eingang 3 in seiner Amplitude und/oder seiner Wellenform, während infolge der Filterwirkung des phasenbestimmenden Netzwerks 9, 11 dies am zweiten Eingang 7 praktisch nicht der Fall ist. Infolge dieser Änderung des Signals am ersten Eingang 3 ändert sich auch der Öffnungs- und Schließzeitpunkt des Transistors 23, d. h. die periodisch auftretende Stromdurchlaßzeit des Transistors 23 verschiebt sich in Phase in Abhängigkeit von der Amplitude und/oder der Wellenform de« Eingangssignals. Wäre die zweite Torschaltung 13 nicht vorhanden, so würde die Stromdurchlaßzeit des Transistors 25 nicht in Phase verschieben und die durch eine Amplitudenmodulation des Eingangssignals verursachte Stromdurchlaßphase würde auf diese Weise von der Torschaltung detektiert werden.

Durch die zweite Torschaltung 13 wird jedoch nun auch das Eingangssignal des phasenbestimmenden Netzwerks 9, 11 in Abhängigkeit von der Amplitudenmodulation im gleichen Verhältnis in Phase verschoben wie der Stromdurchlaß des Transistors 23. Die zweite Torschaltung 13 weist dazu von ihrem ersten Eingang 15 zum Ausgang 17 dieselben Signalübertregungseigenschaften auf, wie der entsprechende Teil der ersten Torschaltung 5. Dies wird in diesem Beispiel durch einen ähnlichen Aufbau der zwei Torschalltungen erreicht. Die Signale an den Eingängen 3 und 7 der ersten Torschaltung weisen nun infolge einer Amnlitudenmodulation des Eingangssignals des Detektors eine derartige Phasenmodulation auf, daß diese die durch dieselbe Ursache hervorgerufene Frequenzmodulation des Stromdurchlasses in der ersten Torschaltung 5 ausgleicht. ⁶^

Es dürfte einleuchten, daß der Aufbau der Torschaltungen 5 und 13 auch anders gewählt werden kann, wenn nur der obengenannte Ausgleich erhalten wird. So kann beispielsweise die Torschaltung 5 als ein doppeltwirkender Quadraturdemodulator ausgebildet werden mit zwei parallelgeschalteten gegemphasig gesteuerten Transistorpaaren. Auch können statt der beschriebenen ersten und/oder zweiten Torschaltung ge-

wünschtenfalls andere Torschaltungstypen verwendet werden.

In F i g. 2, in der entsprechenden Teile mit denselben Bezugszeichen wie in F i g. 1 angedeutet sind, ist der Eingang 1 des Detektors Symmetrien ausgebildet und mit den Basiselektroden zweier npn-Transistoren 37 und 39 verbunden. Die Emitterelektroden der Transistoren 37 und 39 sind je über einen Widerstand 41 bzw. 43 an Erde gelegt Der Kollektor des Transistors 37 ist mit den Emittern zweier npn-Transistoren 45 und 47 verbunden, während der Kollektor des Transistors 39 an die Emitter zweier npn-Transistoren 49 und 51 ge legt ist

Die Kollektorelektroden der Transistoren 45 und 49 sind an eine positive Speisespannung gelegt. Die Kollektorelektroden der Transistoren 47 und 51 sind miteinander verbunden und über einen Belastungswiderstand 53 an eine positive Speisespannung gelegt und sie sind weiter mit dem Ausgang 29 des Demodulators verbunden.

Die Basiselektroden der Transistoren 45 und 51 sind miteinander verbunden und über einen Widerstand 55 an eine Einstellspannung V3 gelegt. Die Basiselektroden der Transistoren 47 und 49 sind miteinander und über einen Widerstand 57 mit der Einstellspannung V3 verbunden.

Die obenstehend beschriebene Schaltungsanordnung bildet die erste Torschaltung 5 mit dem dem Eingang 1 entsprechenden ersten Eingang 3 und mit dem zweiten Eingang 7, der Symmetrien ausgebildet und mit den Basiselektroden der Transistoren 45, 51 bzw. 47, 49 verbunden ist.

Der zweite Eingang 7 der ersten Torschaltung 5 ist mit den Enden des Parallelkreises 11 verbunden. Die Ausgänge des Parallelkreises U sind über zwei Kondensatoren 9 bzw. 10 mit dem symmetrier»en Ausgang 17 der zweiten Torschaltung 13 verbunden.

Die zweite Torschaltung 13 fällt teilweise mit der ersten Torschaltung 5 zusammen und hat denselben ersten Eingang 3, 15, während weiter die Emitterkreise der Transistoren 37 und 39 einen Teil davon bilden. Als zweiter Eingang mit Bezugspotential ist die Erdverbindung mit den Widerständen 41 und 43 zu betrachten. Die Emitterelektroden der Transistoren 37, 39 sind mit den Basiselektroden zweier npn-Transistoren 59 bzw. 61 verbunden. Die Emitter der Transistoren 59, 61 sind miteinander verbunden und über einen Widerstand 63 geerdet. Die Kollektorelektroden der Transistoren 59, 61 liegen über einen Widerstand 65 bzw. 67 an einer positiven Speisespannung und sird weiter mit den Basiselektroden zweier npn-Transistoren 69 bzw. 71 verbunden. Die Transitoren 69 und 71 sind als Emitterfolger geschaltet. Ihre Kollektorelektroden liegen an einer positiven Speisespannung und ihre Emitter liegen über Widerstände 73 und 75 an Erde. Diese Emitter sind weiter mit dem syrnmetrierten Ausgang 17 der zweiten Torschaltung 13 verbunden.

Die an sich bekannte Wirkungsweise der als eigentlicher FM-Demodulator dienenden ersten Torschaltung 5 ist derart, daß eine zwischen den Signalen an den Eingängen 3 und 7 auftretende Phasenverschiebung in eine Spannung mit veränderlicher Impulsbreite am Belastungswiderstand 53 umgewandelt wird, deren Mittelwert der genannten Phasenverschiebung proportional ist. Die Transistoren 37 und 39 sind al^c Schalter wirksam, die gegenphasig durch das Signal am ersten Eingang geschaltet werden und die Transistoren 45, 47, 49 und 51 sind als damit in Reihe geschaltete Schalter

wirksam, die paarweise gegenüber einander durch das Signal am zweiten Eingang 7 gegenphasig betätigt werden.

Die Signale an den Eingängen 3 und 7 weisen infolge der Wirkung des phasenbestimmenden Netzwerks 9, 10,11 eine frequenzabhängige Phasenverschiebung auf, wodurch auch der Mittelwert der Spannung am Widerstand 53 von der Frequenz dieses Signal abhängig ist.

Ändert sich infolge einer Amplitudenmodulation die Wellenform und/oder die Amplitude des Signals am Eingang 3, so verschiebt sich die periodische Stromdurchlaßzeit der Transistoren 37 und 39 in Phase. Der Strom durch die Transistoren 37 und 39 verursacht jedoch an den Emitterwiderständen 41, 43 der Transistoren 37 bzw. 39 eine Spannung, in der diese Phasenverschiebung ebenfalls vorhanden ist. Diese Spannung wird durch das Transistorpaar 59,61 verstärkt und über die Emitterfolger 69 und 71 auf den Ausgang 17 der zweiten Torschaltung 13 übertragen.

Das phasenbestimmende Netzwerk 9,10,11 wird dadurch mit einer Spannung gesteuert, die eine genaue Kopie des Stromdurchlasses di:r Transistoren 37 und 39 ist, und bei Amplitudenmodulation dieselbe modulationsabhängige Phasenverschiebung aufweist. Dadurch wird auch die Spannung am zweiten Eingang 7 der ersten Torschaltung diese Phasenverschiebung aufweisen und wird im Signal am Ausgang 29 eine Amplitudenmodulation sich nicht auswirken.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Demodulator für frequenzmodulierte elektrische Signale mit einer Torschaltung, von der ein erster Eingang mit einem Eingang des Demodulators und von der ein zweiter Eingang über mindestens ein phasenbestimmendes Netzwerk mit dem Eingang des Demodulators gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Eingang (1) des Demodulators und das phasenbestimmende Netzwerk (9, 11) eine zweite Torschaltung (13) aufgenommen ist, von der ein erster Eingang (15) mit dem Eingang des Demodulators, ein zweiter Eingang mit einem Bezugspotential und ein Aysgang (17) mit dem phasenbestimmenden Netzwerk (9,11) gekoppelt ist, wobei die Teile der ersten und der zweiten Torschaltung zwischen ihrem ersten Eingang und ihrem Ausgang praktisch entsprechende Signalübertragungseigenschaften aufweisen.

2. Demodulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil der ersten sowie der zweiten Torschaltung ein emittergekoppeltes Transistorpaar mit einem mit den gekoppelten Emittern gekoppelten Stromquellentransistor ist, von denen mindestens einer der Transistoren des Transistorpaares mit dem ersten Eingang und der Stromquellentransistor mit dem zweiten Eingang der Torschaltung gekoppelt ist.

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