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Schaltungsanordnung zur spiegelfrequenzfreien Mischung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur spiegelfrequenzfreien Mischung zweier elektrischer Eingangssignale. Eine bekannte Vorrichtung dieser Art enthält z. B. einen als Verstärker geschalteten Transistor, in dessen Kollektorkreis ein Bandfilter liegt. Das eine Eingangssignal wird der Basis und das andere dem Emitter des Transistors zugeführt. Infolge der NichtlinearitätderKollektor- strom-Basisemitterspannungs-Kennlinie des Transistors ergeben sich im Kollektorkreis unter anderem Mischsignale, deren Frequenzen gleich der Summe bzw. der Differenz aus den Frequenzen der beiden Eingangssignale bzw. ganze Vielfache dieser Summen oder Differenz sind. Das gewünschte Mischsignal, z.
B. mit der Summenfrequenz, wird mittels eines im Kollektorkreis des Transistors vorhandenen Bandfilters erhalten, das die übrigen Frequenzen, insbesondere die Spiegelfrequenz (im gewählten Beispiel die Differenz frequenz), sperrt.
Dem Ausgang dieses Bandfilters kann somit ein nahezu spiegelfrequenzfreies Mischsignal entnommen werden.
Diese Mischvorrichtunghatjedoch den Nachteil, dass, wenn die Differenz zwischen den Frequenzen der beiden Eingangssignale nicht sehr gross ist, die relative Bandbreite des Bandfilters sehr klein sein muss. Dies hat zur Folge, dass an das Filter sehr hohe Toleranzanforderungen gestellt werden.
Bei der erfindungsgemässen Vorrichtung treten die erwähnten Nachteile nicht auf, weil diese Vorrichtung die Möglichkeit bietet, zwei elektrische Signale derart zu mischen, dass entweder nur die Differenz bzw. ein ganzes Vielfaches der Differenz oder nur die Summe bzw. ein ganzes Vielfaches der Summe der Frequenzen der beiden Eingangssignale erzeugt wird.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Vergleichsvorrichtung vorgesehen ist, welche einen Differenzverstärker enthält, dessen beiden Eingängen die Eingangssignale zugeführt werden und dessen Ausgänge je die Reihenschaltung eines Differenziergliedes und eines Koinzidenzgatters enthalten, wobei die Ausgänge der beiden Gatter mit dem Eingang eines elektrischen Filters verbunden sind, während ein Steuereingang der beiden Gatter je mit einem Ausgang einer Begrenzerschaltung verbunden ist, deren Steuereingang über ein Differenzierglied mit demjenigen Eingang des Differenzverstärkers verbunden ist, dem das Eingangssignal mit der niedrigeren Frequenz zugeführt wird.
Die Erfindung beruht auf dem Grundgedanken, dass, wenn bei zwei sinus- oder dreieckförmigen Signalen, die etwa gleich grosse höchste und niedrigste Augenblickswerte aufweisen und sich in der Frequenz voneinander unterscheiden, die Zeitpunkte bestimmt werden, in denen einerseits die Augenblickswerte der beiden Signale gleich sind und anderseits die zeitlichen Ableitungen der beiden Signale das gleiche Vorzeichen aufweisen, diese Zeitpunkte in einemZeitabstand aufeinander folgen, der umgekehrt proportional der Differenzfrequenz der beiden Signale ist. Die Verwendung dieser Zeitpunkte zur Steuerung
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einer Kippschaltung ermöglichtes. symmetrische Rechteckspannungen zu erhalten, mit einer Pulsfrequenz, die proportional der Differenz der Frequenzen der beiden Eingangssignale ist.
Diejenigen Zeitpunkte,zu
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ander, der umgekehrt proportional der Summenfrequenz der beiden Signale ist. Die Verwendung der letzteren Zeitpunkte zur Steuerung einer Kippschaltung ermöglicht es, symmetrische Rechteckspannungen zu erhalten, mit einer Pulsfrequenz, die proportional der Summe der Frequenzen der beiden Eingangssignale ist. Durch einfache Aussiebung lässt sich die gewünschte Sinusschwingung aus der Rechteckspannung erhalten. Die Anforderungen, die an das Filter gestellt werden, sind dabei erheblich niedriger als bei andern Schaltungsanordnungen, weil jetzt nur die Harmonischen der gewünschten Mischfrequenz ausgesiebt werden müssen.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen : Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung im Blockschaltbild ; Fig. 2 Spannungszeitdiagramme zur Erläuterung der Fig. l ; Fig. 3 eine weitere Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes und Fig. 4 eine dritte Ausführungsform desselben.
Bei der Schaltungsanordnung nach Fig. l enthält die Vergleichsvorrichtung einen Differenzverstärker --V--, der auch als Begrenzer wirkt. Dieser Differenzverstärker --V-- enthält z. B. zwei als Emitterfolger mit gemeinsamemEmitterwiderstand geschaltete Transistoren, deren Basiselektroden mit den Eingangsklemmen-l und 2-- und deren Kollektoren mit den Ausgangsklemmen --3 und 4-- des Differenzverstärkers --V-- der Fig. 1 verbunden sind. Dem Eingang--l-dieses Verstärkers wird das eine Eingangssignal-S (F)-- mit der Frequenz --F1-- und dem Eingang --2-- das andere Eingangssignal --S(F2)-- mit der Frequenz --F2-- zugeführt, wobei angenommen wird, dassF < F ist.
Die beiden Ausgänge-3 und 4-- des Differenzverstärkers sind mit dem Eingang je eines Differenziergliedes-D bzw. verbunden, das z. B. ein differenzierendes RC-Netzwerk enthält, wobei zwischen der Eingangs- und der Ausgangsklemme jedes Differenziergliedes ein Kondensator und zwischen der Ausgangsklemme und Erde ein Widerstand angebracht ist. Die Ausgänge --5 und 6-- der beiden Differenzier- glieder-D. und D 2-sind je mit dem Signaleingang eines Koinzidenzgatters-P. bzw. P2-- verbunden, während die Steuereingänge der Gatter je mit einem Ausgang der Kippschaltung-FF-verbun- den sind. Das Signal --S(F2)-- wird auch über ein Differenzierglied --D3 -- dem Steuereingang der Kippschaltung --FF-- zugeführt.
Die Ausgänge-7 und 8-der beiden Koinzidenzgatter-P bzw.
P-sind miteinander verbunden, und dem Verbindungspunkt wird das gewünschte spiegelfrequenzfreie Mischsignal entnommen.
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2spannung (F)-schneidet die schnellere Dreieckspannung --S(F1)-- zu den in der Figur angegebenen Zeitpunkten 0, 1. 2,.... 13. Zu diesen Zeitpunkten sind die Augenblickswerte der beiden Eingangssignale gleich gross.
Eine einfache Berechnung lehrt, dass der Zeitabstand zwischen zwei einander fol-
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ist.Gatter --P1 und P-so gesteuert werden, dass nur während der ansteigenden Flanken des langsamen Signals-S (F)-die positiven differenzierten Impulse (Fig. 2cI) des Differenziergliedes --D1-- durchgelassen werden, während dagegen während der abfallenden Flanken des langsamen Eingangssignals --S(F2)-- nur die positiven differenzierten Impulse (Fig. 2C2) des Differenziergliedes --D2-- durchgelassen werden.
Zu diesem Zweck wird das langsame Eingangssignal --S(F2)-- über das Differenzierglied - D3-- dem Steuereingang einer Kippschaltung-FF-- zugeführt. An den Ausgängen dieser Schaltung ergeben sich dabei Rechteckspannungen (Fig. 2dl und 2d2) mit einer gegenseitigen Phasendifferenz von ] SO C. Diese Rechteckspannungen werden den Steuereingängen der beiden Gatter-P und R-zuge-
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führt. Dem Steuereingang des Gatters-Pi--wird die in Fig. 2d1 dargestellte Rechteckspannung und dem Steuereingang des Gatters-P-die in Fig. 2d dargestellte Rechteckspannung zugeführt.
Nur diejenigen differenzierten Impulse, die das angegebene Nullniveau übersteigen, werden von den beiden Gattern--P1undP2--durchgelassen.
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Gemäss Fig. 2d1 werdenwährendrenzierglied --D2-- herrührenden positiven Impulse durch das Gatter-P - (Fig.2c ) durchgelassen werden.
Am Ausgang --9der Vergleichsvorrichtung erscheinen somit Impulse mit einer Pulsfrequenz gleich (F-F). Wenn die Verbindungen zwischen den Steuereingängen der beiden Gatter-Pt und
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jetzt nämlich während der ansteigenden Flanke des langsamen Signals die positiven (in Fig. 2c2 ge- strichelten) Impulsedurch das Gatter --P -und während der abfallenden Flanke des langsamen Signals die positiven (in Fig. 2c, gestrichelten) Impulse durch das Gatter --P1-- durchgelassen.
Vorstehend wurde davon ausgegangen, dass die extremen Ausgangswerte der Eingangssignale untereinander gleich oder praktisch gleich waren. Diese Anforderung ist erfüllbar, z. B. durch Einschaltung regelbarer Spannungsteiler. Auch kann eine auf die Amplitudendifferenz ansprechende selbsttätige Verstärkerregelung Anwendung finden, mit deren Hilfe die Amplitude wenigstens eines der Signale in dem Sinne nachgeregelt wird, dass die Amplitudendifferenz verringert wird. Es ist für die gute Wirkung jedoch nicht unbedingt notwendig, dass die Amplituden einander genau gleich sind ; nur wenn die Differenz übermässig gross ist, könnte der Fall eintreten, dass gewünschte Ausgangsimpulse fehlen. Es kann manchmal zweckmässig sein, absichtlich eine veränderliche Amplitude zu verwenden oder aber z.
B. einem der Eingangssignale ein modulierendes Signal zuzusetzen, um in dieser Weise eine Modulation der Ausgangsimpulse, namentlich eine Impulslagermodulation, herbeizuführen.
Fig. 3 zeigt, wie man, ausgehend von den in der beschriebenen Weise erhaltenen Impulsen, eine Sinusspannung mit einer Frequenz gleich der Pulsfrequenz der Impulse erhalten kann. In dieser Figur ist-K-die Vergleichsvorrichtung nach Fig. 1. Der Ausgang der Vergleichsvorrichtung --K-- enthält die Reihenschaltung einer Kippschaltung-F-", eines Frequenzverdopplers-T-- und eines Bandfilters - B-. Die Ausgangsimpulse der Vergleichsvorrichtung werden dem Eingang-l-der Kippschaltung - zugeführt. Am Ausgang -2-- der Kippschaltung erscheinen symmetrische Rechteckspannungen mit einer Pulsfrequenz gleich der halben Wiederholungsfrequenz der Ausgangsimpulse der Vergleichsvorrichtung.
Die Pulsfrequenz dieser Rechteckspannungen wird im Frequenzverdoppler --T-- verdoppelt, wodurch am Ausgang --3-- des Frequenzverdopplers Rechteckspannungen erscheinen, die eine Pulsfrequenz gleich der Pulsfrequenz der Ausgangsimpulse der Vergleichsvorrichtung haben. Diese Rechteckspannungen werden dem Bandfilter-B-zugeführt. Am Ausgang --4- dieses Bandfilters ergibt sich sodann eine Sinusspannung mit einer Frequenz gleich der Pulsfrequenz der Ausgangsimpulse der Vergleichsvorrichtung.
Fig. 4 zeigt einen andern Weg, gemäss dem aus zwei Eingangssignalen-S(F ) und S eine Sinusspannung erhalten werden kann, die eine Frequenz hat, die gleich der Summe (F1 + F,) oder der Differenz (F F ) der Frequenzen der Eingangssignale ist. In diesem Beispiel finden zu diesem Zweck zwei identische Vergleichsvorrichtungen --K1 und K2-- Verwendung, deren Ausgänge miteinander verbunden sind und an die Reihenschaltung einer Kippschaltung-F-und eines Bandfilters-B-gelegt
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zugeführt. Das Eingangssignal (F)--wird der Eingangsklemme-2-der Vergleichsvorrichtung - K1-- unmittelbar und der Eingangsklemme --2'-- der Vergleichsvorrichtung --K2-- über den 180 Phasenschieber --P-- zugeführt.
Der Eingangsklemme --2'-- der Vergleichsvorrichtung --K2-- wird somit ein Signal --S(F2)-- zugeführt, wie es in Fig. 2a dargestellt ist. Weil die Wirkung der beiden Vergleichsvorrichtungen weiter identisch ist, bedeutet die Tatsache, dass die langsamen Eingangssignale der beiden Vergleichsvorrichtungen um 1800 in der Phase verschoben sind, nichts anderes als dass die Ausgangsimpulse der Vergleichsvorrichtung --K1-- gegenüber den Ausgangsimpulsen der Vergleichsvorrichtung-Kz--ebenfalls um 1800 verschoben sind. Dies bedeutet, dass die Wiederholungsfrequenz
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sich eine Sinusspannung mit einer Frequenz, die gleich der Wiederholungsfrequenz der Ausgangsimpulse der Vergleichsvorrichtungen-K. und K-ist.
Im an Hand der Fig. 2 beschriebenen Beispiel finden zwei dreieckige Eingangssignale -S (F 1) und S (F.)- Verwendung. Die Vorrichtung kann jedoch auch mit zwei sinusförmigen Eingangssignalen arbeiten, wobei jedoch bemerkt sei, dass die Bestimmung der Schnittpunkte der beiden sinusförmigen Eingangssignale in der Nähe ihrer Extremwerte weniger genau ist als die Bestimmung der Schnittpunkte der beiden dreieckförmigen Eingangssignale in der Nähe ihrer Extremwerte. Wird eine grosse Genauigkeit hinsichtlich der Bestimmung der erwähnten Zeitpunkte verlangt, so empfiehlt es sich, die zwei sinusförmigen Eingangssignale mittels eines Sinus-Dreieck-Wandlers in zwei dreieckförmige Signale umzuwandeln, die den beiden Eingangsklemmen-l und 2--der Vergleichsvorrichtung nach Fig. 1 zugeführt werden.
Vorstehend wurde erläutert, dass die Mischvorrichtung sich auch zur Verarbeitung sinusförmiger Eingangssignale eignet. Im allgemeinen eignet sich die Mischvorrichtung zur Verarbeitung von Eingangssignalen der Form
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wobei y (t) eine beliebige Funktion der Zeit ist, die zu den Zeitpunkten, zu denen sin 2 # F1 t= sin 27r F t ist, ungleich Null ist.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Schaltungsanordnung zur spiegelfrequenzfreien Mischung zweier elektrischer Eingangssignale, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Vergleichsvorrichtung vorgesehen ist, welche einen Differenzverstärker (V) enthält, dessen beiden Eingängen (1, 2) die Eingangssignale (S (F 1) und S (F)) zugeführt werden und dessen Ausgänge (3, 4) je die Reihenschaltung eines Differenziergliedes (D, D ) und eines Koinzidenzgatters(P.,P ) enthalten, wobei die Ausgänge (7, 8) der beiden Gatter mit dem Eingang (9) eines elektrischen Filters verbunden sind, während ein Steuereingang der beiden Gatter je mit einem Ausgang einer Begrenzerschaltung (FF) verbunden ist, deren Steuereingang über ein Differenzierglied (dia)
mit demjenigen Eingang (2) des Differenzverstärkers (V) verbunden ist. dem das Eingangssignal mit der niedrigeren Frequenz (S (F)) zugeführt wird.
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