<Desc/Clms Page number 1>
Frequenzdiskriminator
EMI1.1
<Desc/Clms Page number 2>
Hiedurch besitzt der erfindungsgemässe Frequenzdiskriminator selbstbegrenzende Eigenschaften und kann auch in Stromkreisen verwendet werden, in welchen die Eingangssignalmodulation plus oder minus 10"10 beträgt. Dieser Diskriminator ist ausserdem unabhängig von den individuellen Betriebseigenschaften der verwendeten Transistoren und benötigt keinen doppelt abgestimmten Eingangstransformator für das Eingangssignal.
Ein solcher Frequenzdiskriminator kann einen Eingangstransformator mit einer Primärwicklung, der das zu demodulierende Eingangssignal zugeführt wird, und mit zwei Sekundärwicklungen aufweisen, von denen die Enden der einen, die eine Mittelanzapfung besitzt, an die Basiselektrode je eines der Transistoren angeschlossen sind und die zweite Wicklung über einen auf die mittlere Frequenz abgestimmten Resonanz- kreis mit einem verstärkenden sowie die Rechteckform der Impulse erzeugenden Kreis verbunden ist, welche den Emitterelektroden der beiden Transistoren zugeführt werden. Eine vorteilhafte Ausbildungsform ergibt sich, wenn zwischen den Basiselektroden der Transistoren und dem Eingangskreis, welcher das frequenzmodulierte Eingangssignal diesen zuführt, strombegrenzende Widerstände eingeschaltet sind.
Ferner ergibt sich die Möglichkeit, dass die Emitterelektroden der Transistoren an die Kollektorelektrode eines Transistors angeschlossen sind, die mit der Anzapfung eines Spannungsteilers verbunden ist, der zwischen einer Betriebsspannungsquelle und Erde liegt, die Emitterelektrode dieses dritten Transistors geerdet und das phasenverschobene Eingangssignal seiner Basiselektrode zugeführt ist.
In der Zeichnung sind vier Ausführungsbeispiele dargestellt, an Hand derer die Erfindung im folgenden näher beschrieben wird.
Es zeigt Fig. 1 ein Schaltbild einer Ausführungsform eines erfindungsgemässen Frequenzdiskriminators, Fig. 2 eine graphische Darstellung zur Erläuterung der beim Betrieb des Diskriminators nach Fig. 1 herrschenden Signalbedingungen, Fig. 3 die Betriebskennlinie des Diskriminators nach Fig. 1, Fig. 4 ein etwas vereinfachtes Schaltbild eines andern Ausführungsbeispieles eines Diskriminators gemäss der Erfindung, Fig. 5 ein etwas vereinfachtes Schaltbild eines weiteren Ausführungsbeispieles der Erfindung, Fig. 6 ein detailliertes Schaltdiagramm eines Diskriminators ähnlich desjenigen nach Fig. 1 für einen bestimmten Anwendungszweck.
Der in Fig. l dargestellte Frequenzdiskriminator empfängt von einersignalquelle 10 ein Trägersignal, welches mit einer Information frequenzmoduliert ist, die von einem den Diskriminator enthaltenden Empfänger wiedergegeben werden soll. So kann beispielsweise bei einem gebräuchlichen FM-Rundfunkempfänger die Signalquelle 10 die üblichen Hochfrequenzverstärkerstufen, Mischstufe und die Zwischenfrequenzverstärkerstufen des Empfängers darstellen, gegebenenfalls kann auch ein Begrenzer vorhanden sein. In etwas einfacheren Anlagen, wie beispielsweise einem Telegraphen oder Telephon oder andern Übertragungsanlagen, die mit Draht oder andern Trägermitteln arbeiten, kann die Signalquelle 10 entsprechend einfacher aufgebaut'sein.
Die Signalquelle 10 speist die Primärwicklung 11 eines Transformators 12, der mit zwei Sekundärwicklungen 13 bzw. 29 versehen ist. Die Sekundärwicklung 13 weist eine an Erde gelegte Mittelanzapfung auf und die Enden dieser Wicklung sind an die Basiselektroden 14,15 je eines Transistors 16 bzw. 17 angeschlossen. Die Sekundärwicklung 13 des Transformators 12 bildet also einen Eingangskreis, durch den das aus der Quelle 10 kommende frequenzmodulierteEingangssignal denBasiselektroden 14 und 15 gegenphasig zugeführt wird.
DieKollektorelektrode 18 des Transistors 16 ist über eine erste strombegrenzende Belastungsimpedanz 20 mit dem negativen Pol einer Gleichspannungsquelle, die in üblicher Weise mit B- bezeichnet ist, verbunden. In entsprechender Weise ist die Kollektorelektrode 19 des Transistors 17 über eine strombegrenzende Belastungsimpedanz 21, mit B- verbunden. Beide Belastungsimpedanzen 20,21 sind so dimensioniert, dass der Ausgangsstrom auf einen vorgegebenen Wert begrenzt wird.
Es sei erwähnt, dass allen Ausführungsbeispielen P-N-P-Transistoren zugrunde gelegt sind. Bei Verwendung von N-P-N-Transistoren müssen lediglich die Polaritäten der Spannungsquellen geändert werden, beispielsweise indem B- durch eine positive Gleichspannungsquelle ersetzt wird.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind zu den Belastungsimpedanzen 20 und 21 zwei Kondensatoren 22 bzw. 23 parallelgeschaltet, mit denen je ein Strombegrenzungswiderstand 38 bzw. 39 in Reihe geschaltet ist. Der Ausgang des Diskriminators kann an den beiden Belastungsimpedanzen 20 und 21 abgenommen werden. Die Ausgangsanschlüsse sind mit 24 und 25 bezeichnet, wobei parallel zu ihnen ein Siebkondensator 43 gelegt ist.
Ein Ende der zweiten Sekundärwicklung 29 des Transformators 12 ist geerdet, das andere mit einer Induktivität 26 verbunden. Der andere Anschluss dieser Spule 26 ist über einen veränderlichen Kondensator 27 geerdet. Der Verbindungspunkt 28 von Spule 26 und Kondensator 27 ist mit der Basiselektrode 30 eines
<Desc/Clms Page number 3>
EMI3.1
<Desc/Clms Page number 4>
in Fig. 2 durch die gestrichelte Kurve 50 dargestellt, das den Ausgang des Transistors 31 bildende Bezugs- signal um 900 gegenüber dem ursprünglichen Bezugssignal 42 in der Phase verschoben ist. Wird die Phase des Bezugssignales in diesem Ausmasse verschoben, so fällt es zu keinem Zeitpunkt mit den negativen
Halbwellen des Eingangssignales 40 zusammen, das an der Basis 14 des Transistors 16 liegt.
Dieses Signal I 40 kann infolgedessen den-Transistor 16 nicht leitend machen und es fliesst daher über die Belastungs- impedanz 20 kein Strom (siehe Kurve 52). Der Transistor 17 dagegen kann während der gesamten Dauer einer jeden negativen Halbwelle des ihm zugeführten Eingangssignales 41 leiten, wodurch an der andern
Belastungsimpedanz 21 eine beträchtliche Spannung auftritt, was durch die gestrichelte Kurve 53 ange- deutet ist. Der mittlere Ausgang an den Klemmen 24,25 des Diskriminators ist daher nicht länger Null, was in Fig. 2 durch die gestrichelte Linie 54 dargestellt ist. Wird die Phase des Bezugssignales um den gleichen Betrag in die entgegengesetzte Richtung verschoben, so entsteht an den Klemmen 24,25 ein mittlerer Ausgang gleicher Amplitude, jedoch entgegengesetzter Polarität, wie durch die Linie 55 in
Fig. 2 angedeutet ist.
Fig. 3 stellt ein Diagramm der Ausgangsspannung an den Klemmen 24,25 als Funktion der Frequenz des dem Diskriminator durch den Transformator 12 zugeführten Eingangssignales dar. Wie daraus er- sichtlich, weist die Schaltung die typische Betriebskennlinie 58 eines Diskriminators auf, wobei die Aus- gangsspannung in einem beträchtlichen Bereich zwischen den Punkten 56 und 57 eine praktisch lineare
Funktion der Eingangsspannung ist. Die maximale Amplitude der Ausgangsspannung ist ihrem Betrag nach ungefähr halb so gross, wie die Betriebsspannung B-. Bei einer rein ohmschen Last ist daher das mittlere
Ausgangssignal an den einzelnen Belastungsimpedanzen 20 und 21 ungefähr ein Viertel der Betriebs- spannung.
Wenn erwünscht, kann die Amplitude desAusgangssignales durchEinschaltung der Kondensatoren
22 und 23 bis etwa zur Hälfte der Betriebsspannung erhöht werden. Wegen der nicht rein ohmschen Be- lastung ist es notwendig, denKollektorstrom der Transistoren 16 und 17 wirksam zu begrenzen. Zu diesem
Zweck sind in Serie zu den Kondensatoren 22 und 23 Strombegrenzungswiderstände 38 bzw. 39 geschaltet.
Bei manchen Anwendungsgebieten kann ein Verbraucher Verwendung finden, der auf die mittlere Spannung an den Belastungsimpedanzen 20,21 anspricht, wie z. B. ein Messinstrument, Relais od. dgl.. Wenn unter diesen Umständen die durch die Kondensatoren 22 und 23 bewirkte Erhöhung der Ausgangsamplitude nicht erforderlich ist, können diese Kondensatoren, die Strombegrenzungswiderstände 38 und 39 und der Sieb- kondensator 43 entfallen.
Manchmal kann es wünschenswert sein, den durch die Punkte 56 und 57 gegebenen Frequenzbereich der Kennlinie 58 zu ändern, sei es um eine erhöhte Empfindlichkeit in einem engeren oder eine geringere
Empfindlichkeit in einem breiteren Frequenzbereich zu erhalten. Dies kann einfach dadurch erreicht werden, dass man das Verhältnis von Induktivität zu Kapazität, d. h. die Güte "Q" des abgestimmten
Kreises 26,27 erhöht oder erniedrigt, so dass sich die Diskriminatorkennlinie verändert, wie durch die
Linien 60 und 61 in Fig. 3 angedeutet ist. Die Grund- oder Bezugsfrequenz der Diskriminatorschaltung, die durch den Punkt 62 des Diagramms nach Fig. 3 gegeben ist, kann durch Abstimmen des Serienresonanz- kreises 26, 27 auf die gewünschte Mittelfrequenz eingestellt werden.
Zu diesem Zweck besteht vorzugs- weise die Kapazität 27 aus einem veränderlichen Kondensator. Es ist natürlich auch möglich, eine änder- bare Induktivität oder eine Kombination aus einem abgleichbaren Kondensator und einer veränderlichen
Induktivität zu verwenden, falls dieses wünschenswert erscheinen sollte.
Die symmetrische Diskriminatorschaltung nach Fig. 1 ist in hohem Masse selbstbegrenzend. Dement- sprechend kann in vielen Anwendungsgebieten der Diskriminator zufriedenstellend arbeiten, ohne dass es erforderlich ist, in der Signalquelle 10 eine Begrenzerstufe vorzusehen. Die Schaltung ist ferner von Natur aus unempfindlich gegen Verzerrungen durch Harmonische und im Betrieb völlig unabhängig von den Kennlinien der jeweils verwendeten Transistoren.
Auch bei dem Diskriminator nach Fig. 4 wird, wie bei der Ausführungsform nach Fig. 1 von einer Quelle 10 ein frequenzmoduliertes Eingangssignal der Primärwicklung 11 eines Eingangstransformators 12 zugeführt, der zwei Sekundärwicklungen 13 und 29 trägt. Ein Ende der Wicklung 13 ist an die Basiselektrode 64 eines ersten Transistors 66, das andere Ende dieser Wicklung an die Basiselektrode 65 eines zweiten Transistors 67. angeschlossen. Der Kollektor 68 des Transistors 66 ist über eine erste strombegrenzende Belastungsimpedanz 70 und der Kollektor 69 des andern Transistors über eine zweite strombegrenzende Belastungsimpedanz 71 mit einer Betriebsspannungsquelle B- verbunden. Die Impedanzen 70 und 71, welche den Impedanzen 20,21 der Fig. 1 entsprechen, sind durch zwei Kondensatoren 72 bzw.
73 überbrückt, mit denen je ein Strombegrenzungswiderstand 76 bzw. 77 in Serie liegt. Die Ausgangsklemmen des Diskriminators sind mit 74 und 75 bezeichnet und durch einen Siebkondensator 79 überbrückt. Der Arbeitskreis 70-79 dieses Diskriminators ist also praktisch gleich jenem des zuerst be-
<Desc/Clms Page number 5>
EMI5.1
<Desc/Clms Page number 6>
Weiterhin ist, wie bei der Ausführungsform nach Fig. 4, das eine Ende der zweiten Sekundärwicklung 29 des Transformators 12 mit einemSerienresonanzkreis verbunden, der aus der Spule 26 und dem einstell- baren Kondensator 27 besteht, der gemeinsame Punkt dieser beiden Schaltelemente trägt das Bezugs- zeichen 28.
Bei dieser Ausführungsform der Erfindung ist jedoch die Mittelanzapfung der Sekundärwicklung 13 des
Eingangstransformators 12 mit Erde verbunden und die beiden Emitterelektroden 156 und 157 der Transistoren
146 und 147 ebenfalls. Der Anschluss 28 des auf die mittlere Frequenz abgestimmten Resonanzkreises 26,
27 ist an dieBasis 159 eines weiteren Transistors 160 angeschlossen. Der Transistor 160 stellt einen Schalter dar, der in den Stromweg der beiden Transistoren 146 und 147 eingeschaltet ist.'Die Kollektorelektrode
161 des Transistors 160 ist mit derGleichspannungsquelleB-und seine Emitterelektrode 162 mit dem ge- meinsamen Verbindungspunkt 164 der beiden Belastungsimpedanzen 150,151 verbunden.
Das andere Ende der zweiten Sekundärwicklung 29 ist ebenfalls zu diesem Punkte zurückgeführt.
Im Betrieb entspricht die Ausführungsform nach Fig. 5 im wesentlichen der nach Fig. 4, doch liefert der dritte Transistor das Bezugssignal in den Ausgangskreis anstatt in den Emitterkreis der Transistoren
146, 147.
Fig. 6 zeigt den Diskriminator nach Fig. 1 in allen Einzelheiten mit allen Vorspannungsschaltungen und andern Schaltelementen, um eine typische Ausführungsform des Aufbaues eines betriebsfähigen
Diskriminators gemäss der Erfindung zu zeigen. Bei dieser Ausführungsform wird, wie bei den vorher be- schriebenen Anordnungen der Primärwicklung 11 eines Transformators 12 ein frequenzmoduliertes Ein- gangssignal von der Signalquelle 10 zugeführt. Der Transformator 12 trägt zwei Sekundärwicklungen 13 und 29. Ein Ende der Wicklung 13 ist über einen strombegrenzenden Widerstand 202 mit der Basis 204 eines ersten Transistors 206 verbunden. Das entgegengesetzte Ende der Wicklung 13 ist über einen zweiten, strombegrenzenden Widerstand 203 an die Basis 205 eines zweiten Transistors 207 angeschlossen.
Der Kollektor 208 des Transistors 206 ist über eine erste Belastungsimpedanz 210, der Kollektor 209 des Transistors 207 über eine zweite Belastungsimpedanz 211 mit einer Gleichspannungsquelle B- verbunden.
Wie bisher sind die Kollektoren 208 und 209 mit den Ausgangsklemmen 214 und 215 des Diskriminators verbunden. Zwischen die beiden Transistoren und die Ausgangsklemmen des Diskriminators ist ein Filter eingeschaltet, das aus zwei Widerständen 216 und 217, welche mit den Ausgangsklemmen 214 und 215 in Serie geschaltet sind, und aus einem Kondensator 218 besteht, der die Ausgangsklemmen überbrückt. Wie bereits vorher ist das Filter mit den Widerständen 216 und 217 nur dort notwendig, wo die Einrichtung mit einer rein kapazitiven Kollektorbelastung betrieben werden soll. Das Filter wird nicht benötigt, wo die-Einrichtung einer rein ohmschen Belastung unterworfen ist.
In der Ausführungsform nach Fig. 6 sind die Schaltelemente, die zur Erzeugung des erforderlichen phasenverschobenen Bezugssignales verwendet werden, etwas umfangreicher, als bei den vorher beschriebenen Schaltungen. Nichtsdestoweniger ist die Arbeitsweise grundsätzlich gleich. Ein Ende der Sekundärwicklung 29 des Eingangstransformators 12 ist mit einem Serienresonanzkreis verbunden, der aus einer variablen Induktivität 226 und einem Kondensator 227 besteht. Der gemeinsame Anschlusspunkt dieser beiden Elemente ist mit 228 bezeichnet. Der Serienresonanzkreis 226,227 entspricht den abgestimmten Kreisen 26,27 der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen, ist auf die mittlere Frequenz abgestimmt und verschiebt das Eingangssignal hinsichtlich seiner Phase, in Abhängigkeit von der Eingangsfrequenz.
Der Ausgangsanschluss 228 desResonanzkreises 226,227 wird der Basis 230 eines Transistors 231 zugeführt, der in der ersten Stufe eines das Bezugssignal verstärkenden und die Rechteckform dieser Impulse erzeugenden Kreises 232 enthalten ist. Der Emitter 233 des Transistors 231 ist über einen Kopplungstransformator 235 an die Basis 236 eines zweiten in diesem Kreis 232 enthaltenen Transistors 237 angeschlossen.
Der Kollektor 242 des Transistors 231 ist über einen Widerstand 249 mit der Gleichspannungsquelle B- verbunden, der für Signalfrequenzen durch einen Kondensator 245 gegen Masse verblockt ist. Der Widerstand 249 bildet einen Teil eines Spannungsteilers, dessen Rest aus zwei Widerständen 246 und 247 besteht, die in Serie zum Widerstand 249 geschaltet sind und an Masse enden. Parallel zum Widerstand 247, der auch an das zweite Ende der Sekundärwicklung 29 des Eingangstransformators 12 angeschlossen ist, liegt ein Überbrückungskondensator 248.
Der Emitter 253 des Transistors 237 liegt an Masse. Der Kollektor 256 ist mit einem Spannungsteiler verbunden, der aus zwei Widerständen 255 und 257 besteht, die zwischen die Gleichspannungsquelle Bund Masse geschaltet sind. Er ist ferner mit den Emittern 258 und 259 der beiden. Diskriminatortransistoren 206 und 207 verbunden.
<Desc/Clms Page number 7>
Im Betrieb entspricht die Ausführungsform nach Fig. 6 im wesentlichen der nach Fig. 1. Das frequenzmodulierte Eingangssignal, das in der Sekundärwicklung 13 des Eingangstransformators 12 induziert wird, wird den Basen 204 und 205 der Transistoren 206 und 207 im Gegentakt zugeführt. Die Widerstände 202 und 203 im Eingangskreis der Transistoren 206 und 207 werden verhältnismässig gross gemacht, um für die Transistoren einEingangssignal mit verhältnismässig konstantem Strom zu gewährleisten. Wie in den vorher beschriebenen Ausführungsformen reicht jedoch das an die Basiselektroden der zwei Diskriminatortransistoren 206,207 gelegte Eingangssignal nur aus, diese in den leitenden Zustand zu steuern, wenn die Emitter dieser beiden Transistoren durch das zugeführte Bezugssignal auf ein Potential gebracht sind, das einen Stromfluss zulässt.
Das in der zweiten Sekundärwicklung 29 des Eingangstransformators induzierte Eingangssignal wird dem, auf eine mittlere Frequenz abgestimmten Resonanzkreis 226,227 zugeführt, um das erforderliche Bezugssignal zu erzeugen. Das vom Resonanzkreis 226,227 phasenverschobene Eingangssignal wird hiezu an den verstärkenden und die Rechteckform des Bezugssignales erzeugenden Kreis 232 abgegeben und von diesem Kreis den Emittern 258 und 259 der Transistoren 206 und 207 zugeführt, um eine Arbeitsweise des Diskriminators zu gewährleisten, wie sie in Verbindung mit den Fig. 2 und 3 beschrieben wurde.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Frequenzdiskriminator mit zwei Transistoren, denen einerseits ein frequenzmoduliertes Eingangssignal gegenphasig und anderseits ein aus diesem abgeleitetes Bezugssignal mit der Frequenz des Eingangssignales gleichphasig zugeführt wird, wobei die relative Phasenlage von Bezugssignal zu Eingangssignal frequenzabhängig ist und bei einer mittleren Frequenz 900 beträgt, dadurch gekennzeichnet, dass das den beiden Transistoren (206, 207) gleichphasig zugeführte Bezugssignal in eine Rechteckform gebracht ist, wobei die Amplitude dieser rechteckförmigenImpulse das abwechselnde Sperren bzw.
volle Öffnen dieser Transistoren (206,207) gewährleistet und in den Ausgangskreis derselben zur Erzielung einer Rechteckform der Ausgangsimpulse Belastungsimpedanzen (210,211) eingeschaltet sind, welche den Strom auf einen vorgegebenen Wert begrenzen.