DE3114443A1

DE3114443A1 - Frequenzumsetzerschaltung

Info

Publication number: DE3114443A1
Application number: DE19813114443
Authority: DE
Inventors: Masaharu Ota Tokyo Sakamoto
Original assignee: Pioneer Electronic Corp
Current assignee: Pioneer Corp
Priority date: 1980-04-10
Filing date: 1981-04-09
Publication date: 1982-04-08
Also published as: GB2073983A; JPS56143703A; JPH0156563B2; GB2073983B; US4403156A

Description

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Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Frequenzumsetzerschaltung.

Eine Frequenzumsetzerschaltung ist eine wesentliche Schaltung in einem Empfänger. In einer Frequenzumsetzerschaltung wird die nicht-lineare Kennlinie eines aktiven Elements, etwa eines Transistors zur Umsetzung zweier Signale mit unterschiedlicher Frequenz verxi/endet.

Ein Beispiel einer Frequenzumsetzerschaltung ist in Fig. 1 gezeigt. Zwei Signale A und B besitzen voneinander unterschiedliche Frequenzen f. bzw. f„ und sie werden über entsprechende Gleichstrom-Blockierungskondensatoren G1 und 02 an die Basis eines bipolaren Transistors Qt angelegt, der ein aktives Element mit nicht-linearer Kennlinie darstellt. Ein Ausgangssignal G einer gewünschten Frequenz £„ wird an der Kollektorbelastung des Transistors^insbesondere einer Kollektorabstimmschaltung,bestehend aus einem Kondensator C3 und einem Transformator T1 abgegeben. Eine Spannungsquelle E1 und ein Widerstand R1 erzeugen eine Basisvorspannung für den Transistor Q1.

Die Eingangs-/Ausgangskennlinie des Transistors Q1 kann durch folgende Gleichung dargestellt werden:

^{= a}1^vi

wobei a^, ap» a.^, ... Eonstante₃ v. das Eingangssignal und v_Q das Ausgangssignal bedeuten.

Es soll nun der Fall betrachtet werden, bei dem ein gewünschtes Signal der Frequenz f ,^, und Interferenzsignale, mit

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Frequenzen f^ und f₂ an die Transistorschaltung mit den zuvor beschriebenen Aufbau angelegt v/erden, wobei f. and f₂ nahe bei f^ liegen, wie dies Fig. 2 zeigt. Nimmt man an, daß die Frequenzen der Interferenzsignale f- = f^ + Af bzw. fg = f^ + 2. ^f sind, dann werden Signale mit Frequenzen mf^j + nf₂ abgegeben, wobei m und η ganze Zahlen sind. Für m = 2 und η = 1 kann folgende Gleichung aufgestellt werden:

2f₁ - f₂ = 2(f_d1 + Af) - (f_d1 + 2. _d1

Das heißt, daß aufgrund der nicht-linearen Arbeitsweise des Transistors ein Interferenzsignal mit der gleichen frequenz fjxj aus den beiden Interferenzsignalen f^, und f₂ erzeugt wird, wie das gewünschte Signal.

Ist m = -1 und η = 2, dann ergibt sich folgende Gleichung: ^2f2 - ^f1 ^{β f}d1 + 3.Af - f_d2 .

Beim Empfang des zweiten gewünschten Signals f_d2 ergibt sich ein Interferenzsignal mit der gleichen Frequenz, wie das gewünschte Signal. Die Erzeugung von Intermodulations-(m)-Interferenzsignalen in den Fällen m = 2, η = 1 und m = -1, η = -2, geht zurück auf die ungeraden Glieder der Gleichung 1.

Bei der Schaltung nach Fig. 1 bewirkt der Kollektorabstimmkreis C3 und T1 eine Auswahl einer der Signalfrequenzen f* + ϊ-ο entsprechend dem zweiten Glied in Gleichung 1.

Der Nachteil der Schaltung nach Fig. 1 besteht somit darin, daß bei Empfang der zuvor angegebenen Interferenzsignale f^, und f₂ das gewünschte Signal ΐ^ = f^ + f_ß einer IM-Interferenz unterliegt. Solange bei der bekannten Schaltung der

Transistor Q1 eine EIngangs~/Ausgangskennlinie besitzt, die die vorgenannten ungeraden Glieder umfaßt, ist das Auftreten einer IM-Interferenz unvermeidbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine 3?requenzumsetserschaitung su schaffen, bei der die Wirkung der ungeraden Glieder in der Eingangs-/Ausgangskennlinie τοπ nicht-linearen aktives Elementen, wie !Transistoren und damit eine Intenao» ätilations=Int@rfrequeaz bei der Frequenzumsetzung vermieden

Bsi des? erfindungsgemäßen Frequenzumsetzerschaltung wird ein sich aus awel Signalen unterschiedlicher !Frequenz susaKüaengesetztes Überlagerungssignal mit entgegengesetzter . Phase an die SteuereIngänge eines Paares differenziell geschalteter aktiver Elemente angelegt. Ein frequenzumgesetstes Signal ergibt sich an einer gemeinsamen Last, die. an die dlfferenziellen Ausgänge der aktiven Elemente angeschlossen 1st, wobei das Signal keine IH-Interferenz besltat.

Die Erfiadung bringt insbesondere eine irequenzumsetzerschal tung mit einem Paar von aktiven Elementen, einer Vorrichtung zum Anlegen eines aus Signalen einer ersten und gxieltea Frequenz zusammengesetzten Überlagerungssignals mit entgegengesetzten Baasen an entsprechende Steuereingänge der aktiven Elemente und mit einer gemeinsamen Belastung, die aa die dlfferenziellen Ausgänge der aktiven Elemente angeschlossen ist und über die ein frequenzumgesetztes Signal entsprechend des ersten und weiten Signals abgegeben wird» Die aktiven Elemente können bipolare transistoren sein, deren Basen die Steuereingäage und deren Kollektoren die dlfferensiellen Ausgänge darstellen. Andererseits können die aktiven Elemente auch Feldeffekttransistoren sein, deren Gate-Elektroden die Steuereingänge und deren ■

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Drain-Elektroden die differenziellen Ausgänge darstellen. Die Vorrichtung zum Anlegen des Überlagerungssignals ist vorzugsweise ein Transformator, an dessen Primärwicklung die Überlagerungssignale angelegt werden. Eine Sekundärwicklung mit geerdeter Hittelanzapfung ist mit den beiden Klemmen der Eingänge der differenziell geschalteten aktiven Elemente gekoppelt. Die gemeinsame Belastung ist vorzugsweise eine Resonanzkreis, dessen Spule ein Transformator ist, wobei das Ausgangssignal über der Sekundärwicklung des Transformators erzeugt wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieban» Es zeigen

Pig. i Ein Schaltbild einer bekannten Prequenzumsetserschaltung,

Pig. 2 Ein Diagramm zur Erläuterung der Intermodulations--Interferenz und

Pig. 3 Ein Schaltbild eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Prequenzumsetzerschaltung.

Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Pig. 3 beschrieben. Diese zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Frequenzunsetzerschaltung gemäß der Erfindung. Zwei Signale A und B von unterschiedlicher Frequenz werden überlagert an die Primärwicklung eines Eingangstransformators T2 angelegt. Die Mittelanzapfung der Sekundärwicklung des Eingangstransformators T2 ist geerdet. Überlagerungssignale (A + B) mit entgegengesetzter Phase ergeben sich an den Klemmen der Sekundärwicklung. Diese Signale + (A + B) werden über Kondensatoren C4- und C5 an die Basen differenziell geschalteter bipolarer Transistoren Q2 .bzw. Q3 angelegt.

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Die Emitter der Transistoren Q2 und Q3 sind mit einem Bezugsspannungspunkt«, in dem vorliegenden Falle Erde»verbunden. Die gekoppelten Kollektorausgänge der Transistoren stehen mit einer gemeinsamen Belastung in Verbindung, nämlich, einem Ausgangsabstimmkreis, bestehend aus einem Kondensator G6 und einem Transformator T3, über den ein gewünschtes Signal C der gewünschten Frequenz ausgewählt werden kann. Eine Vorspannung wird an die Basen der Transistoren Q2 und Q3 mittels einer Spannungsquelle E2 und Widerständen H2 bzw. R3 angelegt.

Es sei angenommen, daß in der Schaltung gemäß Fig. 3 die differenziell geschalteten Tranaistoren Q2 und Q3,wie zuvor angegeben,ein Paar darstellen und aktive Elemente mit den gleichen Kennlinien bzw. Eigenschaften sLnd, insbesondere die gleiche Eingangs-/Ausgangskennlinie besitzen, wie sie durch Gleichung (1) dargestellt wird. Da die beiden Eingangssignale in ihrer Phase zueinander entgegengesetzt sind, ergeben sich die Kollektorausgangssignale ΔI. und Δίρ der beiden Transistoren, die dem dritten Glied (a-,, v."v zugeordnet sind,als Funktionen von + (A + B)^ mit der Folge, daß sich diese Anteile der Kollektorausgangssignale am gemeinsamen Kollektorverbindungspunkt infolge der 1S0°- Phasendifferenz gegenseitig aufheben. Das gleiche gilt für die Glieder der fünften und höheren ungeraden Ordnung.

Andererseits ergeben sich die den Glieder zweiter Ordnung (apt ν- ) zugeordneten Kollektorausgangssignale Δΐ^' und Al₀ ¹ und analog für die Glieder höherer gerader Ordnung als

Funktionen von (A + B) , auch wenn die beiden Eingangssignale + (A+B) entgegengesetzte Phase besitzen. Somit werden diese Anteile der Ausgangssignale am gemeinsamen Kollektorverbindungspunkt summiert, so daß sich eine Verdoppelung des Ausgangssignals für diese Glieder ergibt.

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Aus der vorangegangenen Beschreibung ergibt sich, daß die Ausgangssignale der Transistoren bezüglich der Glieder ungerader Ordnung beim Betrieb des differenziellen Transistorpaares gegenseitig aufheben. Somit wird die Erzeugung einer IH-Interferenz infolge von Gliedern ungerader Ordnung vermieden. Andererseits ergibt sich ein Signal als Summe oder Differenz zweier Eingangssignale A + B, das doppelt so groß ist, als dasjenige bei der Schaltung nach Pig. 1.

Bein zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel werden als aktive Elemente npn-Bipolar-Transistoren verwendet. Die aktiven Elemente können auch pnp-Bipolar Transistoren oder Feldeffekttransistoren sein- Im letzteren Falle sollte die Schaltung derart aufgebaut sein, daß Singangssignale j|£A+B) entgegengesetzter Phase an die Gate-Elektroden der beiden Transistoren angelegt werden, wahren!die Drain-Ausgangselektroden der beiden Transistoren mit der gemeinsamen Belastung verbunden sind.

Aus der vorstehenden Bescheibung ergibt sich somit, daß· bei der erfindungsgemäßen Frequenzumsetzerschaltung das Auftreten von IM-Interferenzen verhindert und der Umsetzungsverstärkungsfaktor etwa doppelt (+6 dB) so groß ist, als derjenige bei einer bekannten Frequenzumsetzerschaltung.

, -to

Leerseite

Claims

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PATENTANWÄLTE

A. GRUNECKER

DlPL ING

H. KINKELDEY

DH ING

W. STOCKMAIR

DB ING AaE(CALTECH

K. SCHUMANN

OR HER NAT ■ DfR_-PHYS

P. H. JAKOB

DlPU-ING.

G. BEZOLD

DR RER NAT ■ OPL-ChBUI

PIOKEER ELECTRONIC CORPORATION
No. 4-1, Meguro 1-chome,
Meguro-ku, Tokyo,
Japan

ffrequenzumsetzerschaltung

Patentansprüche

8 MÜNCHEN 22

MAXIMILIANSTRASSE 43

07-04.81

P 16 160-57/W

( 1 .J ITrequenzumsetzerschaltung gekennzeichnet
durch ein Paar differenziell geschalteter aktiver Elemente (Q2, 03)» durch eine Vorrichtung (T2) zum Anlegen
eines aus Signalen einer ersten und zweiten Frequenz
zusammengesetzten überlagerten Signals mit entgegengesetzten Phasen an entsprechende Steuereingänge der aktiven Elemente (Q2, Q3) und durch eine gemeinsame Lastk-aiamer-(T3, C6) für die differenziellen Ausgangssignale der aktiven Elemente (Q2, Q3) zur Abgabe eines frequenzumgesetzten Signals des ersten und zweiten Signals.
2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Aktivelemente (Q2, Q3) bipolare Transistoren sind, deren Basen bzw. Kollektoren die Steuer-

TELEPON (08S) 33 98 63

TELEX OS-SS S8O

teleqramme monapat

TELEKOPIERER

einhänge bzw ο die differenziellen Ausgänge aarstellen.

ο Schaltung nacli Anspruch 1, dadurch, g e Te e η η zeichnet , daß die aktiven Elemente (Q2, Q3) Feldeffekttransistoren sind, deren Gateelektroden und Drainelektroden die Steuereingänge bzWo die differenziellen Ausgänge darstellen.

4-O Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3? dadurch gekennzeichnet , daß die gemeinsame Last (£3, C6) aus einem Resonanzkreis axt einer Resonanzfrequenz besteht, die im wesentlichen gleich der !Frequenz eines gewünschten Signals ist»

Schaltung nach einem, der "vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Vorrichtung zum Anlegen des überlagerten Signals aus einem Transformator (H2) besteht, an dessen Primärwicklung das erste und zweite Signal (A₅B) angelegt wird und dessen Sekundärwicklung eine Mittelanzapfung besitzt, wobei die Klemmen der Sekundärwicklung mit den entsprechenden Steuereingängen der aktiven Elemente (Q 2, Q.3) verbunden sind ο

6ο !requenziiiäsetzessehalttiBg gekeanzeichnet durch

a) einea ©rstea transformator (T2) mit einer Primärwicklung, an deren eine Klemme eia aus Signalen einer ersten und zweiten ]?requenz zusammengesetztes überlagertes Signal angelegt wird und deren zweite Klemme mit einem Be sugs spannungspunkt τ erblinden ist, und mit einer Sekundärwieklung mit Mittelanzapfung, die mit dem Bezugs= spannungspunkt verbunden ist,

b) einea ersten und zweiten bipolaren transistor (Q2_} Q3)₉

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deren Emitter zusammengeschaltet und mit dem Bezugsspannungspunkt verbunden und deren Kollektoren zusammengesclialtet sind,

c) einen ersten und zweiten Kondensator (C4-, C5), die die erste bzw. zweite Klemme der Sekundärwicklung des ersten Transformators (032) mit den Basen des ersten bzw. zweiten !Transistors verbinden,

d) eine Vorrichtung (E2) zum Anlegen einer Vorspannung an die Basen des er;::ten und zv/eiten transistors (Q2, 05),

e) einen dritten Kondensator, der parallel zur Primärwicklung eines zweiten Transformators (T3) geschaltet ist, dessen eine Klemme mit den Kollektoren des ersten und zweiten Transistors (Q2, Q5) und dessen andere Klemme mit einer Spannungsquelle (Vcc) verbunden ist, wobei der zweite Transformator (T3) eine Sekundärwicklung besitzt, deren erste Klemme mit dem Bezugsspannungspunkt verbunden ist und an dessen zxfeiter Klemme ein Ausgangssignal erzeugt wird.