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Schaltungsanordnung zur harmonischen Frequenzteilung und-vervielfachung
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Die Schaltungsanordnung gemäss der Erfindung ist durch zwei Transistoren gekennzeichnet, zwischen deren Basiselektroden ein auf die Frequenz f abgestimmter, die Rückkopplung bewirkender Resonanzkreis angeordnet ist, deren Emitter-und Basiselektroden die steuernden Ströme mit der Frequenz nf gleichphasig und die Rückkopplungsströme mit der Frequenz f gegenphasig zugeführt werden und deren Kollektoren die Ausgangsströme mit der Frequenz f und deren Oberfrequenzen entnommen werden.
Gemäss einem weiteren Merkmal der Erfindung ist der Rückkopplungsweg derart bemessen, dass bei Abwesenheit der steuernden Eingangsspannung mit der Frequenz nf die Schleifenverstärkung für die Grundfrequenz f zwischen 0 und l, vorzugsweise bei 0, 8-0, 9, liegt. Hiedurch ergibt sich ein leichtes Anschwingen des Frequenzteilers ; bei Ausfall der steuernden Eingangsspannung wird jedoch der Teilungsvorgang sofort unterbrochen. Man hat also die Gewissheit, dass Eingangs- und Ausgangsfrequenz stets synchronisiert sind. Bezüglich der Schleifenverstärkung liegt also der Frequenzteiler gemäss der Erfindung in der Mitte zwischen dem rückgekoppelten Modulator und dem mitgenommenen Oszillator, bei denen die Schleifenverstärkung Null oder grösser als Eins ist.
Durch die besondere Art derGleichtaktschaltung in bezug auf die zu teilende Frequenznf und derGegentaktschaltung in bezug auf die geteilte Frequenz f hat man den besonderen Vorteil, dass die zu teilende Frequenz nf und deren Oberfrequenzen im Gegentakt-Ausgangsübertrager unterdrückt sind und dass im Eingangskreis die geteilte Frequenz f und deren Oberfrequenzen nicht auftreten. Die Gegentaktschaltung erlaubt ferner durch Bildung der Differenz und der Summe der Kollektorströme die getrennte Entnahme einerseits der geteilten Frequenz f und ihrer ungeradzahligen Oberfrequenzen und anderseits ihrer
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;Zahlen).
Infolge der Gegentaktschaltung und der Rückkopplung im Emitterbasiskreis ist der Ausgangskreis vom Eingangs- und Rackkopplungskreis weitgehend entkoppelt. Der Ausgang kann daher ohne weiteres auf ein Vielfaches der geteilten Frequenz f abgestimmt werden. ohne das Arbeiten des Frequenzteilers zu stören.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Fig. 2-4 an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.
Im einzelnen zeigt Fig. 2 eine Schaltungsanordnung gemäss der Erfindung, Fig. 3 die auftretenden Stromformen bei einem Teilungsverhältnis n = 2 und Fig. 4 die auftretenden Stromformen bei einem Teilungsverhältnis n = 3.
Dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 sind zwei pnp-Transistoren Trl und Tr2 zugrundegelegt. Die Eingangsspannung mit der Frequenz nf wird über einen EingangstibemagerTI den beiden Mittelabgriffen
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wicklung des Übertragers T2 symmetrisch liegende Abgriffe sind jeweils mit den Basiselektroden der beiden Transistoren Trl und Tr2 verbunden, während die Enden der mit einem Widerstand R2 belasteten Primärwicklung über Widerstände R1 bzw. R3 mit den Emitterelektroden der beiden Transistoren-verbunden sind. Dadurch werden die steuernden Eingangsströme mit der Frequenz nf den Transistoren Tri und Tr2 gleichphasig zugeführt ; der Übertrager T2 ist für diese Ströme magnetisch unwirksam.
Die beiden Transistoren arbeiten also in bezug auf die zu teilende Frequenz nf im Gleichtakt. in bezug auf die geteilte Frequenz f aber im Gegentakt.
Die Sekundärwicklung des Übertragers T2 ist mit Hilfe des Kondensators C auf die geteilte Frequenz f abgestimmt und so gepolt, dass bei dieser Frequenz eine Mitkopplung entsteht. Parallel zum Kondensator C liegen zwei in Reihe geschaltete, gegensinnig gepolte Zenerdioden1 und D2, die zur Begrenzung dienen. Die Stärke der Mitkopplung wird mit Hilfe der einen ohmschen Spannungsteiler darstellenden Widerstände R1, R2, R3 im Emitterkreis eingestellt ; diese Widerstände bewirken eine Wechselstrom-und Gleichstromgegenkopplung.
Der parallel zur Primärwicklung des Rückkopplungsübertragers T2 liegende Widerstand R2 wird so klein gewählt, dass Exemplarstreuungen und zeitliche Änderungen des parallel liegenden, übersetzten Verlustwiderstandes des Schwingkreises T2, C und des übersetzten Basisemitter-Eingangswiderstandes der Transistoren beim Anschwingen-wo die Begrenzung noch nicht wirksam ist-kei- nen Einfluss auf die Grösse des Rückkopplungsfaktors haben. Der genaue Wert von R2 wird so gewählt, dass einerseits bei der zur Verfügung stehenden steuernden Eingangsspannung mit der Frequenz nein sicheres Anschwingen gewährleistet ist und dass anderseits bei Ausfall der Eingangsspannung der Frequenzteiler nicht weiterschwingen kann.
Dies ist-wie schon erwähnt-dann der Fall, wenn die Schleifenverstärkung für die Frequenz f bei Abwesenheit der Eingangsspannung mit der Frequenz nf zwischen 0 und l, vorzugsweise bei 0, 8-0, 9, liegt. Erst bei Anwesenheit der Eingangsspannung erhöht sich entsprechend der Mischsteilheit der Transistoren die Schleifenverstärkung für die Frequenz f auf einen Wert grösser als 1. da sich hiebei die sogenannte lineare Verstärkung um die Mischverstärkung erhöht.
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von Änderungen der Transistordaten, die z. B. als Folge von Temperaturschwankungen auftreten können.
Ausserdem wird vermieden, dass sich die lineare Verstärkung für die Frequenz f im Verhältnis zur Mischverstärkung unzulässig erhöht ; dadurch würde nämlich die sichere Synchronisation der Eingangs-und Ausgangsfrequenz beeinträchtigt, die ja auf dem Mitzieheffekt und damit auf einer möglichst grossen Mischverstärkung beruht. Weiterhin lässt sich durch geeignete Wahl der Begrenzung der Rückkopplungsspannung mit der Frequenz f im Verhältnis zur Eingangsspannung mit der Frequenz nf für jedes gewünschte Tei- lungsverhälmis n ein optimaler Stromflusswinkel der Kollektorstromhalbwellen einstellen.
Bei den Zenerdioden wird zur Begrenzung der steile Kennlinienteil ausgenutzt, der sich an das Sperrspannungsgebiet anschliesst. Anstatt dieser Dioden können in bekannter Weise auch Gleichrichter ohne "Zenereffekt' verwendet werden, jedoch ist für diese eine besondere Vorspannung notwendig.
Im Gegentakt-Ausgangsübeitrager T3 wird die Differenz der Kollektorströme Jcl und Jc2 der beiden Transistoren Trl und Tr2 wirksam. Dadurch treten am Ausgang des Übertragers T3 nur die geteilte Frequenz f und deren ungeradzahlige Oberfrequenzen 3f, 5f usw. auf ; allgemein ausgedrückt ergeben sich.
Ausgangsfrequenzen der Form (2m-l) f, wobei m eine ganze Zahl ist.
Im Ausgangsübertrager T4 wird die Summe der Kollektorströme Jcl und Jc2 der beiden Transistoren Trl und Tr2 wirksam. An seinem Ausgang erscheinen die geradzahligenoberfrequenzen der geteilten Frequenz f, also 2f, 4f usw., ausserdem die zu teilende Frequenz nf und ihre Oberfrequenzen 2nf, 3nf usw. ; allgemein ausgedrückt ergeben sich Ausgangsfrequenzen der Form 2mf und mnf, wobei m und das Tei- lungsverhältnis n ganze Zahlen sind.
Die Emittergleichströme werden den beiden pnp-Transistoren Trl und Tr2 über den Mittelabgriff der Primärwicklung des Rückkopplungsübertrageis T2 vom positiven Pol +B der Gleichspannungsquelle zuge- führt. Die Sekundärwicklung des Eingangsübertragers Tl durchfliessen daher nur die kleinen Basisströme, so dass eine kleine Eingangsleistung zur Aussteuerung der Transistoren genügt. Die Kollektorströme Jcl und Jc2 fliessen über den Mittelabgriff der Primärwicklung des Gegentaktausgangsübertragers T3 und die Primärwicklung des Ausgangsübertragers T4 zum negativen Pol-B der Gleichspannungsquelle zurück.
Bei den Transistoren Tri und Tr2 wird der Arbeitspunkt zweckmässig in den Fusspunkt der Kollektor-
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h.,strom-Verlustleistung der Transistoren ist also gering. Wie schon erwähnt, benötigt der Frequenzteiler eine kleine Eingangsleistung, liefert aber eine grosse Ausgangsleistung ; es ergibt sich also ein sehr guter Wirkungsgrad.
In den Fig. 3 und 4 sind der sinusförmige Eingangsstrom Jl, die Kollektorströme Jcl und Jc2 und die Ausgangsströme Jcl-Jc2 und Jcl + Jc2 dargestellt, u. zw. bei einem Teilungsverhältnis n = 2 (Fig. 3) und n = 3 (Fig. 4). Die Kollektor-Stromhalbwellen Jcl und Jc2 mit der Frequenz nf sind gleichphasig ; ihr Stromflusswinkel ist kleiner als 900, er wird mit wachsendem Teilungsverhältnis kleiner. Die annähernd sinusförmigen Umhüllenden der Kollektorströme Jcl und Jc2 mit der Frequenz f sind gegenphasig.
Eine Fourier-Analyse der Ausgangsströme ergibt, dass imDifferenzstromJcl - Jc2 Frequenzen der Form (2muf und im SummenstromJc1 + Jc2 Frequenzen der Form 2mf und mnf auftreten.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Schaltungsanordnung zur harmonischen Frequenzteilung und -vervielfachung in einem vorgegebe- nen rationalen Verhältnis unter Verwendung eines rückgekoppelten Modulators, in dem die Differenz aus der zu teilenden Frequenz nf und der Harmonischen (n-1) f der geteilten Frequenz f gebildet wird, gekennzeichnet durch zwei Transistoren (Trl, Tr2), zwischen deren Basiselektroden ein auf die Frequenz f abgestimmter, die Rückkopplung bewirkender Resonanzkreis (T2, C) angeordnet ist, deren Emitter-und Basiselektroden die steuernden Ströme mit der Frequenz nf gleichphasig und die Rückkopplungsströme mit der Frequenz f gegenphasig zugeführt werden und deren Kollektoren die Ausgangsströme mit der Frequenz f und deren Oberfrequenzen entnommen werden.