DE68906567T2 - Schaltungsanordnung zum linearen Verstärken und Demodulieren eines AM-modulierten Signals und dazu geeignetes integriertes Halbleiterelement. - Google Patents

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zum linearen Verstärken und Demodulieren eines AM-modulierten Tonsignals. Derartige Schaltungsanordnungen sind bekannt und werden häufig verwendet, beispielsweise bei Rundfunkempfängern zum Verstärken und Demodulieren eine AM-modulierten ZF- Tonsignals.
• Es ist wichtig, daß die Verstärkung über einen großen Dynamikbereich linear bleibt, d.h. es soll vermieden werden, daß der Verstärker bei großer Signalfeldstärke in den Begrenzungszustand gerät. Dazu ist es üblich, automatische Verstärkungsregelung anzuwenden. Bei größeren Signalfeldstärken wird die Verstärkung einer Stufe verringert, wodurch vermieden wird, daß die nachfolgenden Stufen in ihren Begrenzungszustand geraten.
• Automatische Verstärkungsregelung weist jedoch Nachteile auf. Es sind eine Vielzahl von Schaltungselementen erforderlich zum Ableiten, Verschieben, Verstärken und/oder Glätten der erforderlichen Regelspannung. Verstärkerstufen sollen regelbar sein und dazu müssen an die Rausch- und/oder Verformungseigenschaften der Verstärkerstufen Konzessionen gemacht werden. Außerdem werden durch die AVR die niedrigsten Frequenzen des Modulationssignals teilweise unterdrückt, so daß eine unerwünschte Dämpfung des modulierten Signals im unteren Bereich der Frequenzkennlinie auftritt.
• Die Erfindung hat nun zur Aufgabe, eine Schaltungsanordnung zur linearen Verstärkung und Demodulation eines AM-modulierten Tonsignals zu schaffen, wobei wenigstens ein Teil der obengenannten Nachteile der automatischen Verstärkungsregelung vermieden wird und dazu ist die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung gekennzeichnet durch
• - einen logarithmischen Verstärker von dem Typ mit einem Eingang zum Empfangen des AM-modulierten Ton-Eingangssignals, mit einer Anzahl begrenzender Verstärkerstufen, die bei zunehmendem Eingangssignal nacheinander ihre begrenzende Wirkung durchführen, mit einer Demodulationsschaltung für jede genannte Begrenzungsverstärkerstufe, wobei der Eingang der Demodulationsschaltung mit einem Ausgang der entsprechenden Begrenzungsverstärkerstufe verbunden ist, mit einer Addierschaltung zum Summieren der Ausgangssignale der Demodulationsschaltungen und mit einem Ausgang, der der Ausgang der Addierschaltung ist, zum Liefern eines demodulierten logarithmisch verformten Ausgangssignals;
• - eine Antilogschaltung, von der ein Eingang mit dem Ausgang des logarithmischen Verstärkers verbunden ist, zum im wesentlichen Ausgleichen der logarithmischen Verformung des Ausgangssignals des logarithmischen Verstärkers und zum Liefern des demodulierten AM-Signals;
• - und eine mit der Antilogschaltung gekoppelte Gleichstrom-Trennstufe zur Vermeidung davon, daß der Gleichstromanteil des Ausgangssignals des logarithmischen Verstärkers dem Eingang der Antilogschaltung zugeführt wird.
• Die Erfindung hat auch zur Aufgabe, ein Halbleiterelement zum Gebrauch in einer derartigen Schaltungsanordnung zu schaffen.
• Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß in Anwendungsbereichen, in denen ein lineares Signale erforderlich ist wesentliche Vorteile erzielt werden, wenn das AM-modulierte Tonsignal zunächst mit einem solchen logarithmischen Verstärker verstärkt und demoduliert wird, wobei der resultierende feldstärkeabhängige Gleichstromanteil gesperrt wird und das logarithmisch verformte Signal danach mit Hilfe einer Antilogschaltung wieder linearisiert wird.
• Logarithmische Verstärker der eingangs erwähnten Art sind an sich aus IEEE, Journal of Solid State Circuits, Heft SC-15, Nr. 3, Juni 1980, Seiten 291-295 oder aus der Deutschen Auslegeschrift 2.606.270 oder aus dem US-Patent 3.605.027 bekannt. Diese logarithmischen Verstärker werden zum Verstärken und Demodulieren von AM-modulierten Signalen mit einem großen Dynamikbereich verwendet, wobei Kompression großer Signalamplituden erwünscht ist, wie beispielsweise bei ZF-Radar- Anwendungen oder bei Strahlungsdetektoren. Wegen der logarithmischen Kompression kann dabei AVR vermieden werden.
• Es ist ebenfalls bekannt (GB-A-1.600.117), einen logarithmischen Verstärker mit einer Antilogschaltung zur nicht-linearen Verstärkung, beispielsweise zur Quadrierung von Signalen, zu verwenden.
• Für eine einwandfreie logarithmische Kennlinie soll die Verstärkung der vorhandenen Verstärkerstufen relativ klein sein (beispielsweise < 15 dB). Andererseits soll die Amplitude des der Antilogschaltung zugeführten Signals zum optimalen Ausgleich der logarithmischen Verformung den genauen Wert haben. Damit diese beiden Anforderungen erfüllt werden, kann die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung das Kennzeichen aufweisen, daß der logarithmische Verstärker kaskadengeschaltete Verstärkerstufen aufweist mit einem ersten Ausgang zum mit einer bestimmten Verstärkung Liefern von Signalen zu einer nachfolgenden Stufe und mit einem zweiten Ausgang zum mit einer größeren Verstärkung Liefern von Signalen zu der betreffenden Demodulationsschaltung.
• Die Antilogschaltung wird auf einfache Weise verwirklicht durch Mittel zum Zuführen des demodulierten logarithmisch verformten Ausgangssignals des logarithmischen Verstärkers zu der Reihenschaltung aus einem Kondensator und einem PN-Übergangs eines Halbleiterelementes, durch eine an den Knotenpunkt des Kondensators und des PN-Übergangs angeschlossene Stromquelle zum Liefern eines Vorstroms in der Vorwartsrichtung zu dem PN-Übergang und durch Mittel zum Ableiten des demodulierten AM-Signals aus dem Strom durch den PN-Übergang. Eine weitere Einsparung an Schaltungselementen ist erzielbar, wenn der PN-Übergang durch den Basis-Emitter-Übergang eines Transistors gebildet wird, wenn der Kondensator und die Stromquelle an die Emitterelektrode des Transistors angeschlossen sind und der Ausgang für das demodulierte AM-Signal mit der Kollektorelektrode des Transistors gekoppelt ist.
• Es sei bemerkt, daß es an sich bekannt ist, in FM-Empfängern einen logarithmischen Verstärker von dem Typ mit einer Kaskadenschaltung bei zunehmendem Eingangssignal nacheinander in die Begrenzung gelangender Verstärkerstufen und mit stufenweiser Demodulation angewandt wird zum Liefern einer FM-signalfeldstärkeabhängigen Regelgröße, die dann beispielsweise zur FM- signalfeldstärkeabhängigen Mono-Stereo-Steuerung einer Stereo-Decodierschaltung verwendet wird. Dabei wird zugleich das von der Kaskadenschaltung von Verstärkerstufen nicht-linear verstärkte FM-Signal einem FM-Detektor zugeführt zum Demodulieren des FM-Signals.
• Die Verwendung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung in einem AM-FM-Empfanger bietet den Vorteil, daß die begrenzenden Verstärkerstufen zur Verstärkung der FM-Signale sowie zur Verstärkung der AM-Signale benutzt werden können und weiterhin, daß der ganze logarithmische Verstärker für beide Empfangsbetriebsarten dienen kann, und zwar einerseits zur nicht-linearen Verstärkung und Detektion der AM-Signale und ggf. zur Erzeugung einer feldstärkeabhängigen Regelgröße bei AM-Empfang und andererseits zur Erzeugung der feldstärkeabhängigen Regelgröße bei FM-Empfang.
• Bei FM-Empfangern zum Gebrauch in Kraftfahrzeugen ist es weiterhin bekannt, eine Austastschaltung (IAC) zum Austasten von Störimpulsen in dem demodulierten FM-Signal zu verwenden. Bei Verwendung einer derartigen Austastschaltung kann die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung weiterhin gekennzeichnet werden durch eine Verbindung zum Liefern von Austastimpulsen von dem Ausgang zum Liefern des demodulierten AM-Signals zu der Austastschaltung.
• Dies alles bedeutet, daß sich mit der Erfindung eine wesentliche Vereinfachung erzielen läßt gegenüber Schaltungsanordnungen, bei denen nahezu völlig getrennte Teile für FM-Empfang und für AM-Empfang benutzt werden. Es bedeutet zugleich, daß es mit der Erfindung auf einfache und preisgünstige Weise möglich ist, ein integriertes Halbleiterelement zu schaffen, das universell einsetzbar ist, und zwar in einem AM-Empfänger, in einem FM-Empfänger, in einem AM-FM-Empfänger und in einem Empfänger für Signale, die AM- sowie FM-moduliert sind. Ein derartiges Halbleiterelement wird dann vorzugsweise die integrierten Schaltungselemente des logarithmischen Verstärkers, die Antilogschaltung und den FM-Detektor enthalten, sowie einen gemeinsamen Eingang für alle zu verstärkenden und zu demodulierenden Signale, einen Ausgang für das demodulierte FM-Signale, einen Ausgang für das demodulierte FM-Signal, einen Ausgang für das demodulierte AM-Signal und einen Ausgang für die feldstärkeabhängige Regelgröße.
• Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
• Fig. 1 einen Schaltplan einer erfindungsgemaßen Schaltungsanordnung,
• Fig. 2 einen zweiten Schaltplan einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung,
• Fig. 3 eine Kennlinie zur Erläuterung der Wirkungsweise der Schaltungsanordnung nach Fig. 2,
• Fig. 4 einen detaillierten Schaltplan einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung,
• Fig. 5 eine Abwandlung des Schaltplans nach Fig. 4 und
• Fig. 6 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung für den Empfang und die Verarbeitung AM- oder FM-modulierter Rundfunksignale.
• Der Schaltplan nach Fig. 1 zeigt eine Kaskadenschaltung aus fünf begrenzenden Verstärkerstufen A1 bis A5, wobei der Eingang der Verstärkerstufe A1 mit der Eingangsklemme 4/5 gekoppelt ist und wobei die Eingänge der nachfolgenden Stufen A2 bis A5 mit je einem Ausgang der vorhergehenden Stufe A1 bis A4 gekoppelt sind. Die Ausgänge der Verstärkerstufen A1 bis A5 sind weiterhin mit je einem Eingang einer Demodulationsschaltung D1 bis D5 gekoppelt und die Ausgänge der Demodulationsschaltungen sind mit Eingängen einer Addierschaltung S gekoppelt, in der die von den Demodulationsschaltungen demodulierten Ausgangssignale der Verstärkerstufen summiert werden. Das Ausgangssignal Vlog der Addierschaltung S wird über eine Klemme 15 und eine durch einen Kondensator C auf symbolische Weise dargestellte Gleichstromtrennstufe einer Antilogschaltung AL mit einer Eingangsklemme 16 und einer Ausgangsklemme 20 zum Liefern des linearen demodulierten Signals Vo zugeführt. Der Eingangsklemme 4/5 wird ein amplitudenmoduliertes Eingangssignal Vi, zugeführt, beispielsweise ein AM-moduliertes ZF-Signal von 470 kHz in einem Rundfunkempfanger für AM-modulierte Signale. Die Amplitude des Eingangssignals Vi kann dabei durch zwei Ursachen schwanken, und zwar einerseits infolge der Signalmodulation (etwa 20 dB), jedoch andererseits wesentlich mehr (beispielsweise 50 - 60 dB) durch Feidstärkeschankungen, die das mittels einer nicht dargestellten Antenne und einer HF-Vorstufe empfangene Signal aufweist. Die allerhöchsten Feldstärkeschwankungen können von einer AVR-Regelung an der HF-Vorstufe einigermaßen verringert sein, das Eingangssignal Vi ist aber im wesentlichen ungeregelt.
• Die Amplitudenschwankungen des Eingangssignals Vi bewirken, daß von den Verstärkerstufen A1 bis einschließlich A5 abwechselnd mehr oder weniger Stufen begrenzend wirken. Bei schwachen Eingangssignalen sind alle Stufen nicht-begrenzend, aber bei zunehmendem Eingangssignal wird zunächst die Verstärkerstufe A5, dann die Verstärkerstufe A4 usw. begrenzend. Die Ausgangssignale der Verstärkerstufen werden in den Demodulationsschaltungen D1...D5 stufenweise demoduliert und danach in der Addierschaltung S summiert.
• Die an sich bekannte Kombination begrenzender Verstärkerstufen, Demodulationschaltungen und Addierschaltungen bilden einen logarithmischen Verstärker/Detektor LA, dessen Ausgangssignal Vlog eine mehr oder weniger einwandfreie Annäherung des Logarithmus der Amplitude des Eingangssignals ist. Der logarithmische Zusammenhang zwischen Vlog und der Amplitude von V1 wird dabei besser angenähert, je nachdem die Verstärkung je Stufe der Stufen A1-A5 kleiner und die Anzahl dieser Stufen größer ist. Andererseits wird der dynamische Bereich des logarithmischen Verstärkers im wesentlichen durch die Anzahl Verstärkerstufen mal der Verstärkung je Stufe bestimmt. So können beispielsweise für einen AM-ZF-Verstärker 6 Stufen mit je einer Verstärkung von 12 dB gewählt werden, was einen dynamischen Bereich von etwa 70 dB ergibt. Es dürfte einleuchten, daß die Anzahl von fünf in Fig. 1 dargestellten Stufen nur als Beispiel gewählt wurde. Für einen einwandfreien logarithmischen Verlauf wird in den Stufen vorzugsweise eine Bipolar-Transistor- Differenzverstärkerstufe mit direkt gekoppelten Emitter-Elektroden angewandt (Fig. 4).
• Das Ausgangssignal Vlog des logarithmischen Verstärkers weist das logarithmisch verformte Modulationssignal sowie einen Gleichstromanteil auf, der von der mittleren Feldstärke des empfangenen Eingangssignals abhängig ist. Dieser feldstärkeabhängige Gleich stromanteil wird durch die Gleichstromtrennung derart gesperrt, daß an dem Eingang der Antilogschaltung AL nur das logarithmisch verformte Modulationssignal erscheint. Dieses Signal wird in der Antilogschaltung zu dem ursprünglichen unverformten Modulationssignal umgeformt. Folglich, wo bei bekannten Verstärkern die Feldstärkeabhängigkeit des Eingangssignals durch eine automatische Verstärkungsregelung an einer oder mehreren Verstärkerstufen einigermaßen unterdrückt wird, wird bei der dargestellten Schaltungsanordnung diese Feldstärkeabhängigkeit durch die Kombination aus dem logarithmischen Verstärker/Demodulator, der Gleichstromtrennung und der Antilogschaltung völlig unterdrückt. Während der logarithmische Verstärker einen großen dynamischen Bereich aufweisen soll, beispielsweise 20 dB für die Signalschwankungen und 50 dB für die Feldstärkeschwankungen, also insgesamt 70 dB, braucht die Dynamik der Antilogschaltung nur für die Signalschwankungen (20 dB) geeignet zu sein.
• Die Größe des Eingangssignals der Antilogschaltung soll für eine optimale Linearisierung des Signals den genauen Wert haben. Wenn beispielsweise das logarithmisch verformte Signal nur einem Silizium-PN-Übergang zugeführt wird, soll Vlog je Oktave Schwankung des Signals Vi etwa 17-20 mV zunehmen. Damit dieser optimale Wert erreicht wird, kann es passieren, daß entweder die Verstärkung je Verstärkerstufe A1 ... A5 größer sein muß, was den einwandfreien logarithmischen Verlauf des Verstärkers LA beeinträchtigt oder in dem Ausgang der Addierschaltung soll eine zusätzliche Verstärkerstufe vorgesehen werden. Eine einfachere Lösung kann daraus bestehen, daß die Verstärkerstufen A1 ... A4 in der Kaskadenschaltung mit je zwei Signalausgängen versehen sind, wobei der eine Ausgang mit geringer Verstärkung zum Ansteuern der nachfolgenden Verstärkerstufe und der andere Ausgang mit höherer Verstärkung zum Ansteuern der zugeordneten Demodulationsschaltung vorgesehen ist.
• Dies ist in Fig. 2 näher dargestellt, wobei entsprechende Teile mit denselben Bezugszeichen wie in Fig. 1 angegeben sind und wobei bei den jeweiligen Ausgängen der Verstärkerstufen A1 ... A5 die Verstärkung angegeben ist, die der Ausgang gegenüber dem Eingang der betreffenden Verstärkerstufe hat. Die Verstärkung G der Stufen A1, A2, A3 und A4 zu dem Eingang der nachfolgenden Stufe kann beispielsweise dem Wert 4 (= 12 dB) entsprechen und die Verstärkung der Stufen A2, A3, A4 und AS zu der betreffenden Demodulationsschaltung entspricht dem Wert K x G, wobei K > 1 ist. K kann beispielsweise gleich 2 sein, so daß K x G = 8 ist (= 18 dB).
• Die Verstärkerstufe, die bei zunehmendem Eingangssignal zuletzt begrenzend wirksam wurde (d.h. die Verstärkerstufe A1) hat zu dem Demodulationsausgang eine Verstärkung, die etwa um einen Faktor G/(G-1) größer ist als die Verstärkung zu den Demodulationsausgängen der übrigen Verstärkerstufen, also für G = 4 gilt G/(G-1) = 3/4 = 2,5 dB, so daß die Verstärkung der Stufe A1 zu deren Demodulationsausgang etwa 20,5 dB beträgt.
• Es hat sich herausgestellt, daß durch diese Maßnahme eine Verbesserung der logarithmischen Kennlinie des logarithmischen Verstärkers bei den höheren Signalamplituden erhalten wird. Dies ist in Fig. 3 näher dargestellt. Diese Figur zeigt die Kennlinie des Ausgangssignals Vlog in linearem Maßstab als Funktion der Amplitude von Vi in logarithmischem Maßstab. Die Kurve C1 ist die Kennlinie für sechs Verstärkerstufen mit G = 4 und gleichen Verstärkungen zu den Demodulationsausgängen; die Kurve C2 ist dieselbe Kennlinie mit einer um 2,5 dB höheren Verstärkung zu dem Demodulationsausgang der Verstärkerstufe A1. Statt der Verstärkerstufe A1 kann auch die Demodulationsschaltung D1 die erwünschte G/(G1) höhere Verstärkung haben, beispielsweise dadurch, daß der noch anhand der Fig. 4 zu beschreibende Widerstand R1 kleiner als die entsprechenden Widerstände R2 ... Rn gewählt wird.
• In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 sind die kaskadengeschaltete Verstärkerstufen durch A1 bis An und die Demodulationsschaltungen durch D1 bis Dn bezeichnet. Die Verstärkerstufe A1 weist zwei Transistoren 1 und 2 auf, deren Emitterelektroden unmittelbar miteinander verbunden sind. Zwischen diesen Emitterelektroden und Masse ist eine Gleichstromquelle 3 vorgesehen. Die Basiselektroden der Transistoren 1 und 2 sind mit zwei Eingangsklemmen 4 und 5 der Verstärkerstufe A1 verbunden; diese bilden zugleich die Eingangsklemmen des logarithmischen Verstärkers. Eine positive Speiseklemme ist über zwei reihengeschaltete Widerstände 8 und 9 mit der Kollektorelektrode des Transistors 2 verbunden. Die Verbindungspunkte der Widerstände 6 und 7 und der Widerstände 8 und 9 sind mit den Eingangsklemmen der nachfolgenden verstärkerstufe A2 verbunden und die Kollektorelektroden der Transistoren 1 und 2 sind mit der Eingangsklemme der Demodulationsschaltung D1 verbunden.
• Die Transistoren 1 und 2 mit ihren Kollektorwiderständen und der gemeinsamen Stromquelle 3 bilden einen begrenzenden Verstärker mit tanh Übertragungsfunktion. Die Verstärkung zu der nachfolgenden Verstärkerstufe ist durch die Größe der Stromquelle 3 und der Kollektorwiderstände 6 und 8 bestimmt. Die größere Verstärkung zu der Demodulationsschaltung D1 ist durch die Größe der Stromquelle 3 und der Reihenschaltungen aus den Kollektorwiderständen 6/7 und 8/9 bestimmt.
• Die Demodulationsschaltung D1 weist zwei Transistoren 10 und 11 mit miteinander verbundenen Emitterelektroden und mit an die positive Speiseklemme angeschlossenen Kollektorelektroden auf. Die Basiselektrode des Transistors 10 ist mit der Kollektorelektrode des Transistors 1 verbunden und die Basiselektrode des Transistors 11 ist mit der Kollektorelektrode des Transistors 2 verbunden. Die Transistoren 10 und 11 bilden einen Zweiweggleichrichter für das Ausgangssignal der Verstärkerstufe A1. Die miteinander verbundenen Emitterelektroden dieser Transistoren sind über einen Widerstand R1 mit der Addierschaltung S gekoppelt.
• Die Verstärkerstufen A2 bis An und die Demodulationsschaltungen D2 bis Dn entsprechen der Stufe A bzw. der Detektionsschaltung D1 in dem Sinne, daß die Widerstände 7 und 9 der Stufe A1 größer sind als die entsprechenden Widerstände der anderen Stufen, damit die um den Faktor g/(G-1) größere Verstärkung der ersten Stufe erreicht wird und daß in der letzten Stufe An die Widerstände 6 und 7 bzw. 8 und 9 zu nur einem Kollektorwiderstand zusammengefügt sein können da an dieser Stelle kein Ausgang für eine nachfolgende Verstärkerstufe erforderlich ist. Wie anhand der Fig. 6 noch erläutert wird, ist es vorteilhaft, an den Ausgang der letzten Stufe An noch ein FM-Detektor FD mit einer Ausgangsklemme 29 anzuschließen.
• Die Addierschaltung S weist weinen gemeinsamen Knotenpunkt P auf, an den der Widerstand R1 und entsprechende Widerstände R2 ... Rn angeschlossen sind, sowie eine damit verbundene Stromquelle 12. Der Knotenpunkt P ist über eine Emitterfolgerschaltung mit dem Transistor 13 und dem Emitterwiderstand 14 an eine Ausgangsklemme 15 angeschlossen. Die Ausgangsklemine 15 liefert die logarithmische Spannung Vlog und ist damit zugleich der Ausgang des logarithmischen Verstärkers.
• Die Ausgangsklemme 15 des logarithmischen Verstärkers ist über einen Trennkondensator C mit der Eingangsklemme 16 der Antilogschaltung AL verbunden. Diese weist einen Transistor 17 auf, dessen Basiselektrode mit der Eingangsklemme 16 und dessen Emitterelektrode unmittelbar mit Masse verbunden ist. Die Kollektorelektrode des Transistors 17 ist über einen Kollektorwiderstand 18 und die Basiselektrode ist über eine Stromquelle 19 mit der positiven Speiseklemme verbunden. Zum Schluß ist die Kollektorelektrode mit einer Ausgangsklemme 20 zum Liefern des linearisierten demodulierten Signals Vo verbunden.
• Zur Erläuterung der Wirkungsweise des Trennkondensators C und der Antilogschaltung AL sei vorausgesetzt, daß das Eingangssignal an den Klemmen 4-5 durch A.(1+m.sinut).sin&omega;t dargestellt werden kann, wobei &omega; die Winkelfrequenz des AM-modulierten trägers ist, 1+m.sinut die sinusförmige AM-Modulation, mit der Winkelfrequenz u und mit der Modulationstiefe m ist, und wobei A die mittlere Trägeramplitude darstellt. Diese Amplitude A ändert infolge der Feldstärkeschwankungen des Eingangssignals.
• Durch die Demodulation und die logarithmische Umsetzung durch den logarithmischen Verstärker/Demodulator ist das Signal Vlog dem Wert 1n{A.(1+m.sinut)} = 1nA+1m(1+m.sinut) proportional.
• Der erste Term dabei ist der feldstärkeabhängige Gleichstromanteil von Vlog, der nicht von dem Kondensator C übertragen wird. An dem Basis-Emitterübergang des Transistors 17 steht die Spannung 1n(1+m.sinut) und die exponentielle Spannung- Stromcharakteristik dieses Übergangs verwandelt diese Spannung in einen Strom I.(1+msinut) durch den Kollektorwiderstand 18, wobei I der durch die Stromquelle 19 bestimmte mittlere Kollektorstrom ist. An der Ausgangsklemme 20 ist also die unverformte Modulation verfügbar.
• Es sei bemerkt, daß der Term 1n(1+m.sinut) im wesentlichen einen modulationsabhängigen Gleichstromanteil aufweist, der selbstverständlich durch den Kondensator C gesperrt wird und damit zu einer nicht einwandfreien Linearisierung des Modulationssignal führen würde. Es läßt sich aber darlegen, daß die Stromquelle 29 zusammen mit dem exponentiellen Basis-Emitterübergang des Transistors 17 den erforderlichen Gleichstromanteil an diesem Übergang regeneriert. Zugleich bestimmt die Größe des von der Quelle 19 gelieferten Gleichstroms die Amplitude des Ausgangssignals Vo.
• Wenn das Modulationssignal an sich bereits einen Gleichstromanteil aufweist, wie dies bei Video-Signalen der Fall ist, muß der Strom der Quelle 19 je nach diesem Gleichstromanteil geändert werden. Dies kann dadurch erfolgen, daß von dem Video-Signal an der Ausgangsklemme 20 ein Pegel, der konstant sein soll, beispielsweise der maximale Synchronisationspegel oder der Pegel der hinteren Schwarzschulter mit einem Bezugspegel verglichen wird und daß aus der Differenz eine Regelspannung abgeleitet und damit die Stromquelle 19 geregelt wird.
• Wie anhand der Fig. 6 noch näher erläutert wird, ist oft eine Regelspannung Vlevel erforderlich, die feldstärkeabhängig ist. Diese läßt sich aus der Spannung Vlog an der Klemme 15 ableiten, und zwar über ein Tiefpaßfilter 21, mit dem der Gleichstromanteil von Vlog abgetrennt wird. Eine solche Regelspannung läßt sich einfach mit Hilfe der Antilogschaltung nach Fig. 5 erhalten. Dabei wird die Spannung Vlog unmittelbar über die Klemme 16 der Basiselektrode des Transistors 17 zugeführt; statt des Kondensators C in Fig. 4 ist nun zwischen der Emitterelektrode des Transistors 17 und Masse ist nun ein Kondensator C' vorgesehen und statt der Stromquelle 19 weist die Antilogschaltung nach Fig. 5 eine Stromquelle 19' zwischen der Emitterelektrode und Masse auf. Die Schaltungsanordnung arbeitet nahezu ähnlich wie die nach Fig. 4, in der Schaltungsanordnung nach Fig. 5 kann jedoch die Spannung Vlevel unmittelbar dem Kondensator C' entnommen werden. Außerdem weil der logarithmische Verstärker sowie die Antilogschaltung auf einfache Weise völlig in nur eine IC aufgenommen werden können, weil aber der Kondensator C bzw. C' extern angeschlossen werden müssen, ist für den Kondensator C' in Fig. 5 nur ein IC-Stift erforderlich, während für den Kondensator C in Fig. 4 zwei IC-Stifte erforderlich sind.
• Zur Verringerung der Temperaturabhängigkeit der Schaltungsanordnung nach den Fig. 4/5 können die Stromquellen 3, 12 und 19 sowie 19' temperaturabhängig sein, vorzugsweise derart, daß der Strom der absoluten Temperatur proportional ist.
• Fig. 6 zeigt einen Rundfunkempfanger für AM- und FM-modulierte Signale. Der Empfänger weist eine FM-Abstimmeinheit 23 und eine AM- Abstimmeinheit 24 auf, die beide an eine Antenne 25 angeschlossen sein können. Ein AM/FM-Schalter 26 liefert Speisespannung zu der FM-Abstimmeinheit für FM- Empfang und zu der AM-Abstimmeinheit für AM-Empfang.
• Die Abstimmeinheiten 23 und 24 liefern beide ihr FM- bzw. AM- moduliertes ZF-Signal an dem Eingang 4/5 einer ZF-Schaltung 27, die ausgebildet sein kann, wie anhand einer oder mehrerer der vorhergehenden Figuren beschrieben wurde. Die ZF-Schaltung 27 hat einen Ausgang 28 der Verstärkerstufe AN zum Liefern des von den Verstärkerstufen A1 ... AN verstärkten und begrenzten FM-ZF-Signals. Mit dem Ausgang 28 ist ein FM-Demodulator 29 gekoppelt zum Demodulieren des ZF- Signale bei FM-Empfang. Das demodulierte FM-Signal wird in einer Störimpulsaustastschaltung (IAC) 30 entstört, die ausgebildet sein kann, wie in der US- Patentschrift 3.739.285 der Anmelderin beschrieben ist und das entstörte Signal wird in einem Stereo-Decoder 31 decodiert, der über zwei AM/FM-Schalter 32 und 33 das linke bzw. rechte Stereo-Signal zu den NF-Verstärkern 34 bzw. 35 mit daran angeschlossenen Lautsprechern 36 bzw. 37 liefert.
• Bei AM-Empfang wird das AM-modulierte ZF-Signal dem Eingang 4/5 der ZF-Schaltung 27 zugeführt. Wie beschrieben, liefert der Ausgang 20 das linear verstärkte und demodulierte AM-Signal Vo. Dieses Signal wird befreit von unerwünschten HF-Anteilen in einem Tiefpaßfilter 38 und das auf diese Weise gefilterte NF-Signal wird über die AM/FM-Schalter 32 und 33 den NF-Verstärkern 34 und 35 zugeführt.
• Der Vo-Ausgang der ZF-Schaltung 27 dient nicht nur zum Liefern des demodulierten Signals bei AM-Empfang, sondern wird auch bei FM-Empfang benutzt. Dieser Ausgang liefert nämlich bei FM-Empfang Impulse, die durch Impulsstörungen in dem FM-Signal verursacht werden und diese Impulse werden der Austastschaltung 30 zugeführt, damit die Signalzufuhr von dem FM-Detektor zu dem Stereo-Decoder während kurzer Zeit gesperrt wird. Wie in dem US-Patent 3.739.285 beschrieben, können die Sperrimpulse statt aus dem demodulierten FM-Signal auch aus dem FM-ZF- Signal abgeleitet werden.
• Auch die an dem Ausgang 22 der ZF-Schaltung vorhandene feldstärkeabhängige Gleichstromspannung Vievei kann bei FM- sowie AM-Empfang benutzt werden. Dazu wird Vlevel einerseits dem Stereo-Decoder 31 zugeführt zum plötzlichen oder allmählichen Übergang von Sterec- zu Mono-Wiedergabe wenn der Pegel des empfangenen FM-Signals zu schwach wird für eine einwandfreie Stereo- Wiedergabe. Anderseits wird Vlevel auch als AVR-Spannung der AM-Abstimmeinheit 24 zugeführt, damit bei Empfang extrem starker AM-Signale die HF-Verstärkung der AM- Abstimmeinheit verringert wird.
• Von den in den Fig. 4 und 5 durch gestrichelte Linien angegebenen Teilen können, ausgenommen einige Schaltungselemente in dem FM-Detektor FD, alle Elemente in nur einem integrierten Halbleiterschaltungselement zusammengefaßt sein, wobei dann die Klemmen 4, 5, 15, 16, 29 (für Fig. 4) bzw. 4, 5, 20, 22, 29 (für Fig. 5) IC-Stifte sein können. Dies ergibt eine Universal-IC, die bei AM-Empfängern, FM- Empfängern, bei AM/FM-Empfangern und in Empfängern für Signale, die AM- sowie FM-moduliert sind, verwendbar ist.
• Es sei bemerkt, daß micht alle Verstärkerstufen A1 ...An des logarithmischen Verstärkers in Kaskade geschaltet zu sein brauchen. in Diesem Zusammenhang sei auf die Patentanmeldung EP-A-0331 246 der Anmelderin desselben Prioritätsdatums verwiesen.

Claims (11)

1. Schaltungsanordnung zum linearen Verstärken und Demodulieren eines AM-modulierten Tonsignals, dadurch gekennzeichnet, daß sie die nachfolgenden Elemente aufweist:

- einen logarithmischen Verstärker (LA) von dem Typ mit einem Eingang (4/5) zum Empfangen des AM-modulierten Ton-Eingangssignals, mit einer Anzahl begrenzender Verstärkerstufen (A1...A5), die bei zunehmendem Eingangssignal nacheinander ihre begrenzende Wirkung durchführen, mit einer Demodulationsschaltung (D1...D5) für jede genannte Begrenzungsverstärkerstufe, wobei der Eingang der Demodulationsschaltung mit einem Ausgang der entsprechenden Begrenzungsverstärkerstufe verbunden ist, mit einer Addierschaltung (S) zum Summieren der Ausgangssignale der Demodulationsschaltungen und mit einem Ausgang (15), der der Ausgang der Addierschaltung ist, zum Liefern eines demodulierten logarithmisch verformten Ausgangssignals (Vlog);

- eine Antilogschaltung (AL), von der ein Eingang (16) mit dem Ausgang (15) des logarithmischen Verstärkers verbunden ist, zum im wesentlichen Ausgleichen der logarithmischen Verformung des Ausgangssignals des logarithmischen Verstärkers und zum Liefern des demodulierten AM-Signals;

- und eine mit der Antilogschaltung gekoppelte Gleichstrom-Trennstufe (C, C') zur Vermeidung davon, daß der Gleichstromanteil des Ausgangssignals des logarithmischen Verstärkers dem Eingang der Antilogschaltung zugeführt wird.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der logarithmische Verstärker kaskadengeschaltete Verstärkerstufen aufweist mit einem ersten Ausgang zum mit einer bestimmten Verstärkung (G) Liefern von Signalen zu einer nachfolgenden Stufe und mit einem zweiten Ausgang zum mit einer größeren Verstärkung (KG) Liefern von Signalen zu der betreffenden Demodulationsschaltung.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Mittel zum Zuführen des demodulierten logarithmisch verformten Ausgangssignals (Vlog) des logarithmischen Verstärkers zu der Reihenschaltung aus einem Kondensator (C, C') und einem PN-Übergangs eines Halbleiterelementes (17), durch eine an den Knotenpunkt des Kondensators und des PN-Übergangs angeschlossene Stromquelle (19, 19') zum Liefern eines Vorstroms in der Vorwärtsrichtung zu dem PN-Übergang und durch Mittel (18) zum Ableiten des demodulierten AM-Signals aus dem Strom durch den PN- Übergang.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der PN-Übergang durch den Basis-Emitter-Übergang eines Transistors (17) gebildet wird, daß der Kondensator (C') und die Stromquelle (19') an die Emitterelektrode des Transistors angeschlossen sind und daß der Ausgang (20) für das demodulierte AMSignal mit der Kollektorelektrode des Transistors gekoppelt ist.

5. Schaltungsanordnung N3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal (Vlog) des logarithmischen Verstärkers (LA) etwa 17-20 mV je Oktave des Eingangssignals (Vi) des logarithmischen Verstärkers schwankt.

6. Schaltungsanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Mittel (23) zum Zuführen eines FM-modulierten Signals zu dem Eingang (4/5) zum Liefern des AM-modulierten Signals, durch einen FM-Detektor (FD), der mit einem Ausgang einer der Verstärkerstufen (AN) des logarithmischen Verstärkers verbunden ist, sowie durch eine NF-Schaltung (32-37) zum Verarbeiten des von der Antilogschaltung gelieferten demodulierten AM-Signals und des von dem FM- Detektor gelieferten demodulierten FM-Signals.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch Mittel zum Ableiten einer feldstärkeabhängigen Regelgröße (Vlev) aus dem Ausgangssignal des logarithmischen Verstärkers und durch Mittel zum Liefern der feldstärkeabhängigen Regelgröße zu einer Anordnung (31) mit einer FM-signalfeldstärkeabhängigen Funktion und zu einer Anordnung mit einer AM-signalfeldstärkeabhängigen Funktion.

8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6 mit einer Austastschaltung (30) zum Aystasten von Störimpulsen in dem demodulierten FM-Signal, gekennzeichnet durch eine Verbindung zum Liefern von Austastimpulsen von dem Ausgang (20) zum Liefern des demodulierten AM-Signals (Vo) zu der Austastschaltung.

9. Integriertes Halbleiterelement zum Gebrauch in einer Schaltungsanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, mit integrierbaren Schaltungselementen eines logarithmischen Verstärkers (LA) vom Typ mit einer Anzahl bei zunehmendem Eingangssignal nacheinander in ihren Begrenzungszustand geratender Verstärkerstufen, mit einer Demodulationsschaltung je Stufe und mit einer allen Stufen gemeinsamen Addierschaltung, und mit einer Antilogschaltung (AL), sowie mit einem Eingangsstift (4/5) der mit einem Eingang des logarithmischen Verstärkers gekoppelt ist zum Liefern der zu demodulierenden Signale, und mit einem Ausgangsstift (20), dermit einem Ausgang der Antilogschaltung gekoppelt ist zum Liefern von AM-demodulierten Signalen.

10. Integriertes Halbleiterelement nach Anspruch 9, weiterhin mit integrierbaren Schaltungselementen eines FM-Detektors (FD) und mit einem Ausgangsstift (29), der mit einem Ausgang des FM-Detektors gekoppelt ist zum Liefern von FM-demodulierten Signalen.

11. Integriertes Halbleiterelement nach Anspruch 9 oder 10, weiterhin mit einem Ausgangsstift (22), der mit einem Ausgang des logarithmischen Verstärkers gekoppelt ist zum Liefern einer feldstarkeabhängigen Regelgröße (Vlev).