-
Schaltung zur Demodulation von amplitudenmodulierten Hochfrequenzschwingungen
Die Erfindung betrifft eine Schaltung zur Demodulation von amplitudenmodulierten
Hochfrequenzschwingungen mit einer als Differenzverstärker arbeitenden Stufe, deren
Ausgangssignale von einer Gleichrichterstrecke demoduliert werden, wobei wenigstens
ein Teil der durch die Demodulation erhaltenen Gleich-und Wechselspannung zum Differenzverstärker
zurückgeführt wird.
-
In der hochfrequenten Empfangs technik mit amplitudenmodulierten Trägersignalen,
z.B. beim Fernsehen, benötigt man Schaltungsanordnungen zur hochlinearen Demodulation,
das heißt zur klirrfaktorarmen Wiedergewinnung des Modulationsinhaltes. Die Demodulation
erfolgte bisher bei Schaltungsanordnungen mit diskreten Bauelementen durch eine
Diodengleichrichtung , z.B. mit Halbleiterdioden. Diese Diodengleichrichtung führt
nur dann zu befriedigenden Ergebnissen, wenn eine ausreichend hohe Trägersteuerspannung
zur Verfügung steht. Diese Bedingung erfordert relativ hochohmige Resonanzkreise
(Filter), wodurch jedoch die Breitbandigkeit der Demodulation eingeschränkt wird.
Zudem stellt der benötigte Resonanzkreis wegen seines mechanischen Aufwandes
einen
Nachteil dar, der sich insbesondere bei der Technik der monolithischen Integration
bemerkbar macht.
-
Zur Linearisierung der Demodulation wird bekanntlich (Pitsch, Lehrbuch
der Funkempfangstechnik, Leipzig 1968, Band II, Seite 683) die durch die Demodulation
erhaltene Gleich- und Wechsflspannung in der Gleichrichterschaltung als Gegenkopplungsspanng
verwendet.
-
Bei einer neueren derartigen Schaltung zur Demodulation von hochfrequenten
amplitudenmodulierten Schwingungen (Anwendungsbericht "LM 172/272/372" der Firma
National Semiconductor, März 1969) wird ein Operationsverstärker über die zur Demodulation
dienende Diodenstrecke derart gegengekoppelt, daß praktisch eine ideale Gleichrichtung
ohne Anlaufcharakteristik vorliegt, wobei das Ausgngssignal noch verstärkt wird.
Dieses System ist monolithisch integrierbar und benötigt keinen Resonanzkreis zur
Erhöhung der Amplitude (wegen der Linearisierung durch die Gegenkopplung und der
Verstärkung-des Operationsverstärkers).
-
Nachteilig ist insbesondere bei höheren Frequenzen, die notwendige
hohe Verstärkung des Operationsverstärkers und die Verkopplung des HF-Eingangssignals
mit dem. demodulierten Ausgangssignal.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine monolithische integrierbare
Schaltung zu schaffen, die die genannten Nachteile vermeidet und dabei ebenfalls
ohne die Verwendung von Induktivitäten zur Resonanzüberhöhung des HF-Eingangssignals
eine Dem modulation auch kleiner amplitudenmodulierter HF-Eingangssign#le (z.B.
mit einer Amplitude von 100 mV und kleiner) erreicht.
-
Die Erfindung bezieht sich auf die eingangs genannte Schaltung zur
Verstärkung und Demodulation von amplitudenmodulierten Hochfrequenzschwingungen.
Die erfindungsgemäße Schaltung ist dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Verbindungspunkt
der beiden Transistoren des Differenzverstärkers und dem einen Pol einer Betriebsspannungsquelle
ein dritter Transistor angeordnet ist, dessen Basis wenigstens ein Teil der durch
die Demodulation erhaltenen Gleich- und Wechselspannung zugeführt wird.
-
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung dient als Gleichrichterstrecke
ein als Kollektorgleichrichter betriebener vierter Transistor.
-
Weiterbildungen und weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung
sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
-
Die Erfindung wird an Hand zweier Ausführungsbeispiele, die in der
Zeichnung dargestellt sind, erläutert. Es zeigen: Fig. 1 ein vereinfachtes Ausführungsbeispiel
der Erfindung und Fig. 2 eine Weiterbildung der erfindungsgemäßen Schaltung.
-
Die in Fig. 1 dargestellte Schaltung zeigt ein vereinfachtes Ausführungsbeispiel
der Erfindung, an Hand dessen die erfindungswesentlichen Merkmal erläutert werden
sollen. Die Schaltung läßt sich in drei Funktionsbereiche gliedern: Einen symmetrischen
HF-Verstärker, eine Gleichrichterschaltung und eine Rückführungsanordnung. Das modulierte
HF-Eingangssignal am Eingangspunkt 6 gelangt über den Koppelkondensator 7 an die
Basis des Transistors 1, der mit dem Transistor 2 eine Differenzverstärkerstufe
bildet.
-
Der zwischen den Kollektor des Transistors 2 und den positiven Pol
22 der Betriebsspannung (+UB) geschaltete Widerstand 12 bildet den Lastwiderstand
dieser Verstrkerstufe, Der durch die
beiden Transistoren 1 und 2
fließende Strom wird von dem als Stromquelle betriebenen Transistor 3 gesteuert,
der zwischen den Verbindungspunkt der Emitter der beiden Transistoren 1 und 2 und
Masse geschaltet ist. Bei einer gegebenen Spannung an der Basis des Transistors
3 wird der durch die Differenzverstärkerstufe fließende Strom durch die Steilheit
des Transistors 3 bzw.
-
durch den Emitterwiderstand 11 bestimmt. Die Basisvorspannungen für
die beiden Transistoren 1 und 2 werden über die beiden Trennwiderstånde 8 und 10
von einer Gleichspannungsquelle 9 abgeleitet.
-
Der von den Transistoren 1 und 2 gebildete Differenzverstärker wird
asymmetrisch angesteuert, da die Basis des Transistors 2 über den Kondensator 14
an Masse liegt. Das am Kollektor des Transistors 2 abgreifbare Ausgangssignal der
Differenzverstärkerstufe wird von dem Gleichrichter 13, dessen eine Elektrode an
den Kollektor des Transistors 2 und dessen andere Elektrode an die Arbeitswiderstånde
15 und 16 angeschlossen ist, gleichgerichtet. Die für die Gleichrichtung notwendige
Ladekapazität 18 liegt über den Widerstand 17 an dem Gleichrichter 13. Die Ladezeitkonstante
des Kondensators 18 ist so gewählt, daß am Ausgangspunkt 21 das demodulierte Ausgangssignal,
das durch die Drossel 19 und die Siebkapazität 20 vom HF-Trägerrest befreit wird,
abgenommen werden kann, Der Strom durch die Differenzverstärkerstufe wird über den
Transistor#3 eingeprägt. Da die Basis des Transistors 3 an die Anzapfung des aus
den Widerständen 15 und 16 gebildeten Spannungsteilers angeschlossen ist wird die
Basisspannung dieses Transistors von der Gleichspannung am Kollektor des Transistors
2 bestimmt. Diese Gleichspannung am Kollektor des Transistors 2 wird von der als
Gleichrichter arbeitenden Diode 1.3 und den beiden Widerstånden 15 und 16 so weit
heruntergeteilt, daß sich durch den geschlossenen Regelkreis ein optimaler Arbeitsstrom
durch den Differenzverstärker einstellt. Durch den beschriebenen
Regelkreis
wird der Gleichrichter 13 automatisch in einem Arbeitspunkt betrieben, der im Knickpunkt
seiner Strom-Spannungs-Kennlinie liegt, das heißt die Gleichrichterstrecke ist gerade
stromleitend.
-
Zur Erklärung der Funktionsweise der so weit beschriebenen Schaltung
sei angenommen, daß am Eingang 6 der Schaltung die positive Halbwelle eines HF-Signals
erscheint. Durch die positive Halbwelle wird der in der Differenzverstärkerstufe
fließende Strom so auf die beiden Transistoren 1 und 2 verteilt, daß am Kollektor
des Transistors 2 wieder eine positive Halbwelle erscheint und der Gleichrichter
13 somit stromleitend gesteuert wird. Auf diese Weise entsteht an der Ausgangselektrode
des Gleichrichters 13 eine zusätzliche Gleichspannung sowie ein Restanteil der HF-Eingangsspannung.
Diese beiden Spannungen steuern über den Spannungsteiler 15,16 den Transistor 3
an seiner Basis an. Die genannte zusätzliche Gleichspannung führt zu einer Verminderung
der Ausgangsgleichspannung am Ausgangspunkt 21. Es tritt also eine Gegenkopplung
auf, die die Ausgangsspannung linearisiert.
-
Der Restanteil der H#-Eingangsspannung.bewirkt in dem Strompfad mit
dem Transistor 2 eine Gegenkopplung und im Strompfad mit dem Transistor 1 eine Mitkopplung,
die jedoch den Arbeitspunkt des Transistors 1 immer noch im linearen Arbeitsbereich
festhält.
-
Man erkennt, daß die doppelt wirksame Rückführung des Ausgangssignals
nach der Gleichrichtung (gleichstrommäßig und wechselstrommäßig) infolge der gegenkoppelnden
Wirkung zu einer Linearisierung des Ausgangssignals am Punkt 21 beiträgt.
-
In Fig. 2 ist eine Schaltung für einen Fernseh-Bild-ZF-Demodulator
abgebildet. Die dargestellte Schaltung entspricht in der Funktionsweise der in Fig.
1 abgebildeten Schaltung; gleiche Bezugs zeichen für entsprechende Bauelemente in
Fig. 1 und Fig. 2 deuten darauf hin. Der in. Fig. 1 mit 13 bezeichnete Gleichrichter
ist
in Fig. 2 durch die nach Art einer Darlington-Schaltung zusammengeschalteten Transistoren
4 und 5 ersetzt. Als Gleichrichter wirken in dieser Schaltung die beiden Basis-Emitter-Strecken,
die hintereinander geschaltet sind. Diese Anordnung verringert die für die am Widerstand
33 abfallende Ausgangsspannung des Differenzverstärkers hochfrequent wirksame Last.
Diese Anordnung hat zugleich den Vorteil, daß bei höheren Trägerfrequenzen (f>10
MHz) die Ladekapazität 18 (Fig. 1) entfallen kann, da dann ihre Funktion durch die
Speichereigenschaften der Basis-Emitter-Strecke der beiden Transistoren 4 und 5
übernommen wird.
-
Die Ansteuerung des von den Transistoren 1 und 2 gebildeten Differenzverstärkers
geschieht in Fig. 2 über den Übertrager 30.
-
Das an den Eingangsklemmen 28 und 29 liegende Eingangssignal erscheint
also symmetrisch an den Basisanschlüssen der beiden Transistoren l und 2. Die Basisvorspannung
der beiden genannten Transistoren wird von der Gleichspannungsquelle 31 abgeleitet.
-
Zur Reduzierung der über die Kollektor-Basis-Strecke der Transistoren
1 und 2 in Fig. 1 wirkenden Rückwirkung ist der Differenzverstgrker in Fig. 2 durch
die beiden Transistoren 26 und 27 erweitert. Der Transistor 26 ist mit dem Transistor
1 in Kaskade geschaltet, während der Transistor 27 mit dem Transistor 2 in Kaskade
geschaltet ist. Durch diese Anordnungen wird eine Rückwirkung des am Kollektor des
Transistors 27 erscheinenden Ausgangssignals auf die Basisanschlüsse der Transistoren
1 und 2 praktisch unterdrückt. Die Vorspannung für die Basisanschlüsse der Transistoren
26 und 27 wird von der Gleichspannungsquelle 32 abgeleitet. Zur Verbesserung des
Verhaltens der Schaltung in Bezug auf hohe Frequenzen ist der als Emitterfolger
betriebene Transistor 35 mit dem Emitterwiderstand 36 vorgesehan. Dieser Transistor
35 ist zwischen der Anzapfung des aus den Widerständen 15 und 16 gebildeten Spannungsteilers
und der Basis des Transistors 3 als Trennverstärker wirksam.
-
Während in Fig. 1 das demodulierte Ausgangssignal an der Ausgangselektrode
des Gleichrichters 13 abgegriffen wurden ist der Ausgangspunkt 38 der Schaltung
in Fig. 2 über den Widerstand 34 an den Ausgang des Differenzverstärkers, das heißt
an den Kollektor des Transistors 27 angeschlossen. Der Kondensator 37 dient zur
Unterdrückung von restlichen hochfrequenten Spannungen.
-
Der Anschluß der Ausgangsklemme 38 an den Kollektor des Transistors
27 statt an den der Ausgangselektrode des GleXchrtchters 13 in Fig. 1 entsprechenden
Emitter des Transistors 4 bedeutet eine zusätzliche Versta#rkung, die sich insbesondere
bei sehr hohen Frequenzen (z.3. bei 25 MHz) bemerkbar macht, Auf diese Weise wird
zugleich der Verstärkungsgang des #ifferenzverstärkers zu hohen Frequenzen hin verbessert.
-
Infolge der Mitkopplungswirkung der über den Transistor 3 wirksamen
Rückführung ergibt sich in dem Strompfad mit den Transistoren 1 und 26 eine gute
Intercarrierbildung, so daß Z.B bei der vorgesehenen Anwendung der Schaltung in
der Fernseh-Bild-ZF-Demodulation im Kollektorkreis des Transistors 26 über den entsprechend
abgestimmten Schwingungskreis 25 die Ton-ZF ausgekoppelt und an den Klemmen 23 und
24 abgegriffen werden kann.
-
Durch die erfindungsgemäße Rückführung des Ausgangssignals über den
als Stromquelle arbeitenden Transistor 3 in den für die HF-Verstärkung vorgesehenen
Differenzverstärker wird es sehr gut linearisiert1 ohne daß dabei das HF-Eingangssignal
beeinflußt wird Das Ausgangs- und Eingangssignal sind somit in der gewünschten Weise
entkoppelt. Die erfindungsgemäße Schaltung zeichnet aich durch eine hohe Eingangsempfindlichkeit
aus.