DE1181756B

DE1181756B - Circuit arrangement for frequency multiplication

Info

Publication number: DE1181756B
Application number: DEF37734A
Authority: DE
Inventors: Hans-Wolfgang Steinlein
Original assignee: Felten and Guilleaume AG
Current assignee: Felten and Guilleaume AG
Priority date: 1962-09-04
Filing date: 1962-09-04
Publication date: 1964-11-19

Description

Schaltungsanordnung zur Frequenzvervielfachung Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Frequenzvervielfachung, insbesondere zur Verdreifachung durch Verformung der Grundwelle.Circuit arrangement for frequency multiplication The invention relates to a circuit arrangement for frequency multiplication, in particular for tripling by deformation of the fundamental wave.

Es sind Frequenzvervielfachungsschaltungen bekannt, die nach dem Prinzip der Grundwellenverformung arbeiten; wie beispielsweise sogenannte Sperrschwingerschaltungen oder solche Schaltungen, die die Begrenzung einer Schwingung bewirken, wobei die Begrenzung insbesondere durch Ausnutzung der Röhren- oder Transistorkennlinie bewirkt wird. Der Nachteil der vorgenannten Schaltungen liegt darin begründet, daß die Kurvenform der zu vervielfachenden Grundwelle bis zu den Ausgangsklemmen des Schwingungserzeugers, -beispielsweise eines Grundwellensenders, verzerrt wird. Wenn die Aufgabe gestellt ist, die Grundfrequenz möglichst verzerrungsfrei zu machen, um die Grundwelle außer zur Vervielfachung auch als Trägerfrequenz zu benutzen, so ist es notwendig, die Vervielfachungsschaltung nach einer Trennstufe, beispielsweise einem Verstärker, entkoppelt und damit verzerrungsfrei anzuordnen.Frequency multiplication circuits are known which operate on the principle the fundamental wave deformation work; such as so-called blocking oscillator circuits or such circuits which cause the limitation of an oscillation, the Limitation caused in particular by utilizing the tube or transistor characteristic will. The disadvantage of the aforementioned circuits is based on the fact that the waveform the fundamental wave to be multiplied to the output terminals of the vibration generator, -for example a fundamental wave transmitter, is distorted. When the task is set is to make the fundamental frequency as free of distortion as possible in order to exclude the fundamental wave to use as a carrier frequency for multiplication, so it is necessary to use the Multiplication circuit after an isolating stage, for example an amplifier, decoupled and thus to be arranged without distortion.

Dieser Nachteil wird erfindungsgemäß dadurch vermieden, daß parallel zu den stromgegenkoppelnden Widerständen im Katodenweg einer Pentode Rö ein . spannungsabhängiges Netzwerk liegt,- das aus zwei Reihenschaltungen besteht, die jeweils aus einem Kondensator C1 bzw. .C2 und einer Diode D1 bzw. D 2 zusammengesetzt sind, wobei die beiden Dioden entgegengesetzt gepolt und die beiden Verbindungspunkte zwischen Diode und dem dazugehörigen Kondensator über einen Widerstand R 4 miteinander verbunden sind.This disadvantage is avoided according to the invention in that parallel to the current negative resistors in the cathode path of a pentode Rö. voltage dependent Network - which consists of two series circuits, each of which consists of a capacitor C1 or .C2 and a diode D1 or D 2 are composed, the two diodes polarized opposite and the two connection points between the diode and the associated one Capacitor are connected to one another via a resistor R 4.

Die Röhre kann durch einen stromgegengekoppelten Transistor Tr in Emitterschaltung ersetzt sein. Der eigentliche Vorteil gegenüber den bisherigen Vervielfachungsschaltungen ist durch die erzeugte Kurvenform bedingt, die sich theoretisch aus der Grundwelle und der zweiten Oberwelle (dritte Grundwelle) zusammensetzt. Andere Oberwellen außer der dreifachen Frequenz entstehen schaltungsmäßig nur sehr schwach und sind aus der erzeugten Kurvenform nicht auszusieben, soweit diese sich dem theoretischen Fall gut nähert.The tube can be through a current negative feedback transistor Tr in The emitter circuit must be replaced. The real advantage over the previous ones Multiplication circuits is due to the generated waveform, which theoretically composed of the fundamental wave and the second harmonic (third fundamental wave). Other harmonics besides three times the frequency only arise in terms of the circuitry weak and cannot be sifted out of the generated curve shape, insofar as they are approximates the theoretical case well.

Die Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung soll im einzelnen nachstehend erläutert werden: Nach F i g. 1 ist der Sender mit seinem Innenwiderstand Ri durch die Koppelkapazität C3 von der Verdreifacherschaltung galvanisch getrennt. Der Widerstand R 1 greift zwischen den Widerständen R 2 und R 3 die negative Vorspannung ab und führt sie dem Steuergitter der Pentode Rö zu. Parallel zu den in Serie geschalteten Widerständen R 2 und R 3 ist das Netzwerk gemäß der Erfindung mit seinen Längszweigen, bestehend aus dem Kondensator C1, der Diode D1 sowie dem Kondensator C2, der Diode D2, die entgegengesetzt gepolt ist und einem Querzweig mit dem Widerstand R 4 angeordnet. Das Schirmgitter, dessen Vorspannung mit dem Widerstand R 5 festgelegt wird, ist mit dem Kodensator C 4 gegen Masse abgeblockt. Der Lastwiderstand RL wird mittels eines Übertragers Ü; der anodenseitig mit dem parallelgeschalteten Kondensator C5 auf die dreifache Frequenz abgestimmt ist, an die Pentode Rö leistungsmäßig angepaßt.The circuit arrangement according to the invention will be explained in detail below: According to FIG. 1, the transmitter with its internal resistance Ri is galvanically isolated from the tripler circuit by the coupling capacitance C3. The resistor R 1 picks up the negative bias voltage between the resistors R 2 and R 3 and feeds it to the control grid of the pentode Rö. Parallel to the series-connected resistors R 2 and R 3 is the network according to the invention with its series branches, consisting of the capacitor C1, the diode D1 and the capacitor C2, the diode D2, which is polarized in the opposite direction, and a parallel branch with the resistor R 4 arranged. The screen grid, the bias of which is set with the resistor R 5, is blocked from ground with the capacitor C 4. The load resistance RL is by means of a transformer Ü; which is tuned to three times the frequency on the anode side with the capacitor C5 connected in parallel, and adapted to the power of the pentode Rö.

Zur Erläuterung der Wirkungsweise der Schaltungsanordnurik ist nachstehend von zwei -Extremfällen ausgegangen: Der Eingang der Verdreifacherschaltung wird stnusförmig mit der zu verdreifachenden Frequenz, d. h. mit der Grundwelle angesteuert, wobei das Netzwerk im Katodenweg zunächst praktisch unerheblich ist. Der Anodenwechselstrom erzeugt an den Widerständen R 2 und R 3 einen Spannungsabfall, der, auf Katode und Steuergitter bezogen, der Eingangsspannung entgegenwirkt, so daß die resultierende Gitterwechselspannung um diesen Wert kleiner ist als die Eingangsspannung. Wenn man weiterhin anstatt des erfindungsgemäßen Netzwerkes hierfür eine Kapazität in der Größenordnung der Kondensatoren C 1 oder C 2 anordnet, so kann sich zwischen Katode und Masse keine Wechselspannung ausbilden. Die Gitterwechselspannung ist gleich der Eingangsspannung.The following is to explain the mode of operation of the circuit arrangement Assumed two extreme cases: The input of the tripler circuit is stub-shaped with the frequency to be tripled, d. H. driven with the fundamental wave, the network in the cathode path is initially practically insignificant. The anode alternating current creates a voltage drop across resistors R 2 and R 3, which, on cathode and Control grid related, counteracts the input voltage, so the resulting AC grid voltage is smaller than the input voltage by this value. if one continues instead of the network according to the invention for this purpose a capacity in the order of magnitude of the capacitors C 1 or C 2, it can be between Cathode and ground do not develop an alternating voltage. The alternating grid voltage is equal to the input voltage.

Das Netzwerk gemäß der Erfindung bewirkt, daß die beiden beschriebenen Fälle im zeitlichen Ablauf so ineinander übergehen, daß zwischen Katode und Masse der Schaltung eine Spannungsfunktion entsteht, die, von der sinusförmigen Eingangsspannung subtrahiert, zwischen Katode und Steuergitter der Pentode Rö den Spannungsverlauf nach F i g. 2 ergibt. Nachstehend wird die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung näher erläutert: Wird an die Serienschaltung eines Kondensators mit einer Diode eine Wechselspannung angelegt, so findet eine sogenannte Spitzengleichrichtung statt, die den Kondensator bis zur Spitzenspannung der speisenden Wechselspannung auflädt, so daß die Diode mit der vollen Spitzenspannung vorgespannt ist. überbrückt man die Serienschaltung von Kondensator und Diode mit einem (hochohmigen) Widerstand, so kann eine teilweise Entladung des Kondensators erfolgen, und es stellt sich am Kondensator ein unterhalb der Spitzenspannung liegendes Gleichspannungspotential ein, wodurch sich die Vorspannung der Diode verringert und demzufolge kurzzeitige, periodisch wiederkehrende Durchlaßphasen an der Diode auftreten.The network according to the invention causes the two described Cases merge into one another in the course of time in such a way that between cathode and ground the circuit creates a voltage function that, from the sinusoidal input voltage subtracts the voltage curve between the cathode and the control grid of the pentode Rö according to FIG. 2 results. The following is the mode of action of the invention Circuit arrangement explained in more detail: Is based on the series connection of a capacitor If an alternating voltage is applied with a diode, a so-called peak rectification takes place instead, the capacitor up to the peak voltage of the feeding AC voltage charges so that the diode is biased at the full peak voltage. bridged the series connection of capacitor and diode with a (high-ohmic) resistor, this can result in a partial discharge of the capacitor, and it turns on Capacitor has a DC voltage potential below the peak voltage a, which reduces the bias voltage of the diode and consequently short-term, periodically recurring forward phases occur at the diode.

Das Netzwerk gemäß der Erfindung besteht aus zwei Serienschaltungen von C1 und D1 bzw. C2 und D 2. Die Dioden D 1 und D 2 sind entgegengesetzt gepolt. Wenn R 4 = oo ist, so sind die Dioden durch die vorgeschalteten Kondensatoren gesperrt.The network according to the invention consists of two series circuits of C1 and D1 or C2 and D 2. The diodes D 1 and D 2 are polarized in opposite directions. If R 4 = oo, the diodes are blocked by the capacitors connected upstream.

Hat R 4 einen endlichen Widerstandswert, so können sich die Kondensatoren über diesen Widerstand teilweise entladen; und deshalb stellt sich eine entsprechende Vorspannung für jede Diode ein. Der Entladungsvorgang erfolgt nach der Zeitkonstante da C 1 = C 2 sein soll. Das Netzwerk ist bei sinusförmiger Spannungsansteuerung so lange hochohmig, bis die Vorspannung kompensiert ist; es wird dann entsprechend der Diodenkennlinie niederohmig, wird wieder mit Abnahme der Spannung hochohrnig, was sich bei den folgenden Halbwellen laufend wiederholt.If R 4 has a finite resistance, the capacitors can partially discharge through this resistance; and therefore a corresponding bias voltage is established for each diode. The discharge process takes place according to the time constant because C 1 = C 2 should be. With sinusoidal voltage control, the network has a high resistance until the bias voltage is compensated; it then becomes low-resistance according to the diode characteristic, becomes high-eared again as the voltage decreases, which is continuously repeated in the following half-waves.

Durch entsprechende Auslegung des Widerstandes R 4 kann man erreichen, daß die Gitterwechselspannung, die aus der Differenz von Eingangswechselspanneng und der Spannung zwischen Katode und Masse entsteht, einen glockenförmigen Kurvenverlauf annimmt. Je mehr sich dieser Verlauf der idealen Kurvenform annähert, die in F i g. 2 dargestellt ist, desto besser ist die Schaltung ausgelegt. Um die Symmetrie der erzeugten Kurve zu erhalten, sind Dioden mit gleicher Kennlinie vorausgesetzt. Der Gegenkopplungswiderstand RGK = R 2+R 3 und der Widerstand R 4 des Netzwerkes, der die Diodenvorspannung in Sperrichtung festlegt, sind für den gewünschten Kurvenverlauf insofern bestimmend, als man bei entsprechender Wahl ein Maximum der Amplitude bei gleichzeitig minimalen Amplituden A 2, A 4, A 5 usw. erhält. Die Steuergitterspannung liegt mit dem Anodenstrom in Phase. Wird der Außenwiderstand der Pentode selektiv in der Form ausgelegt, daß der Widerstand für dreifache Frequenz hochohmig, für alle anderen Frequenzen niederohmig ist, was im einfachsten Falle einen Parallelschwingkreis mit der Resonanzfrequenz 3 . fr bedeutet, so erhält man die gewünschte Sinusfunktion mit der dreifachen Frequenz.By appropriately designing the resistor R 4 , it can be achieved that the grid alternating voltage, which arises from the difference between the input alternating voltage and the voltage between the cathode and ground, assumes a bell-shaped curve. The closer this course approaches the ideal curve shape shown in FIG. 2, the better the circuit is designed. In order to maintain the symmetry of the generated curve, diodes with the same characteristic are required. The negative feedback resistance RGK = R 2 + R 3 and the resistance R 4 of the network, which defines the diode bias in the reverse direction, are decisive for the desired curve shape, as a maximum of the amplitude is obtained with the appropriate choice with minimal amplitudes A 2, A 4, A 5 , etc. at the same time. The control grid voltage is in phase with the anode current. If the external resistance of the pentode is selectively designed in such a way that the resistance is high-resistance for three times the frequency and low-resistance for all other frequencies, which in the simplest case is a parallel resonant circuit with the resonance frequency 3. fr means, the desired sine function with three times the frequency is obtained.

Claims

Claims: 1. Circuit arrangement for frequency multiplication, in particular for tripling by deformation of the fundamental wave, characterized in that parallel to the current negative resistors in the cathode path of a pentode (Rö) there is a voltage-dependent network consisting of two series circuits, each consisting of a capacitor (C1 or C 2) and a diode (D 1 or D 2) are composed, the two diodes polarized in opposite directions and the two connection points between the diode and the associated capacitor are connected to one another via a resistor (R 4).

2. Circuit arrangement for frequency multiplication according to claim 1, characterized characterized in that the tube is replaced by a transistor (Tr) in a common emitter circuit is.