DE1195369B - Frequenzmodulationsschaltung mit Reaktanzdiode - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

H03c

Deutsche Kl.: 21 a4-14/01

Nummer: 1195 369

Aktenzeichen: T 24199IX d/21 a4

Anmeldetag: 27. Juni 1963

Auslegetag: 24. Juni 1965

Es ist bekannt, daß die Sperrschichtkapazität einer Halbleiter-Flächendiode sich mit der anliegenden Sperrspannung ändert. In besonders starkem Maße ist dies bei Silizium-Flächendioden der Fall. Wegen dieser Eigenschaft werden Halbleiterdioden auch als spannungsgesteuerte Kondensatoren benutzt. Eigens für diesen Zweck entwickelte Bauelemente sind unter den Namen Reaktanzdiode, Kapazitätsvariationsdiode, auch kurz Kapazitätsdiode oder Varicap, bekanntgeworden. ίο

Unter anderem ist es möglich, einen frei schwingenden LC-Oszillator mit Hilfe einer solchen Reaktanzdiode in seiner Frequenz zu modulieren, indem sie dem frequenzbestimmenden Schwingkreis des Oszillators parallel geschaltet wird und bei Änderung der an sie gelegten Steuerspannung — wegen der damit verbundenen Änderung ihrer Sperrschichtkapazität— den Schwingkreis verstimmt. Da für kleine Frequenzhübe — und um solche handelt es sich in der Praxis meist — die Beziehung

1 AC

2 ~C~

gilt, wäre ein linearer Zusammenhang zwischen Steuerspannungsänderung und Änderung der Sperrschichtkapazität erwünscht. Leider trifft dies bei den Reaktanzdioden nicht zu. Bei ihnen ändert sich die Sperrschichtkapazität C_sp in Abhängigkeit von der angelegten Sperrspannung U_v annähernd nach der Gleichung

(K ist eine Konstante) also stark nichtlinear, was eine erhebliche Krümmung der Modulationskennlinie zur Folge hat. Diesem Nachteil kann man entweder dadurch begegnen, daß die Reaktanzdiode nur in einem sehr kleinen Bereich ihrer Kennlinie ausgesteuert wird, in dem noch ein linearer Zusammenhang zwisehen Steuerspannung und Sperrschichtkapazität angenommen werden kann, oder dadurch, daß die Amplitude der Steuerspannung in geeigneter Weise verzerrt wird.

Die Erfindung zeigt einen anderen Weg, der mit geringem Aufwand verbunden ist. Bei einer Frequenzmodulationsschaltung mit Reaktanzdiode, bei der die Reaktanzdiode einem frequenzbestimmenden Parallelschwingkreis parallel und in Reihe mit der Reaktanzdiode ein Kondensator geschaltet ist, dessen Kapazität in der Größenordnung der Kapazitätsvariation der Reaktanzdiode liegt, ist erfindungsgemäß Frequenzmodulationsschaltung mit
Reaktanzdiode

Anmelder:

Telefunken Patentverwertungsgesellschaft

m. b. H., Ulm/Donau, Elisabethenstr. 3

Als Erfinder benannt:

Dipl.-Ing. Wilhelm Kleische, Berlin

parallel zur Reaktanzdiode eine Spule geschaltet, deren Blindwiderstand dem Betrage nach annähernd gleich dem der Reaktanzdiode bei der Arbeitsfrequenz gemacht werden kann, jedoch höchstens so groß gemacht wird, daß bei einer Aussteuerung der Reaktanzdiode der resultierende Blindwiderstand der Parallelschaltung stets kapazitiv bleibt.

Es sei erwähnt, daß es zu einem anderen Zweck, nämlich zur Vermeidung der mit einer Kapazitätsänderung der Diode verbundenen Dämpfungsänderung des beeinflußten Schwingungskreises, bereits bekannt ist, einer Reaktanzdiode eine Kapazität in Reihe zu schalten, deren Kapazitätswert etwa in der gleichen Größenordnung liegt wie die Kapazität der Reaktanzdiode.

Nachfolgend wird die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Schaltung unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.

F i g. 1 zeigt eine nach der Erfindung ausgeführte Schaltung,

Fig. 2 die gleiche Schaltung wie Fig. 1, in der jedoch alle Schaltelemente fortgelassen sind, die keine Beziehung zu der Erfindung haben,

F i g. 3 die Kennlinie einer Reaktanzdiode,

F i g. 4 den Verlauf der resultierenden Kapazität einer Reihenschaltung aus zwei Kondensatoren etwa gleicher Größe, von denen einer veränderlich ist,

Fig. 5 das Wirkungsdiagramm der erfindungsgemäßen Schaltung, das aus F i g. 3 und 4 hervorgeht.

In F i g. 1 ist der aus einer Spule 1 und einem Kondensator 2 bestehende Parallelschwingkreis frequenzbestimmendes Netzwerk eines Oszillators. Parallel zu diesem Schwingkreis liegt ein aus einem Kondensator 4, einer Reaktanzdiode 3 und einem Kondensator? bestehender Zweig, der die Erfindung verkörpert (der Punkt + ist über die nicht gezeichnete Betriebsspannungsquelle geerdet).

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Über Widerstände 8 und 10 werden der Reaktanzdiode 3 eine von einer Batterie 9 gelieferte Vorspannung U_v und eine an Klemmen 11 und 12 gelegte Modulations- oder Steuerspannung U_st zugeführt. Der Reaktanzdiode 3 ist eine Reihenschaltung aus einem Kondensator 6 und einer Spule 5 parallel geschaltet. Die Kondensatoren 6 und 7 sowie die Widerstände 8 und 10 sind ohne Einfluß auf die Wirkungsweise der Schaltung bei höheren Frequenzen und können zur Vereinfachung der Darstellung außer Betracht bleiben. Auf diese Weise ergibt sich ein Prinzipschaltbild nach Fig.2, an Hand dessen und mit Hilfe der Schaubilder F i g. 3, 4 und 5 die Wirkungsweise der Erfindung erläutert werden soll.

Die Sperrschichtkapazität C_sp einer Reaktanzdiode ändert sich mit der angelegten Sperrspannung, wie es die in Fi g. 3 gezeichnete Kennlinie C_sp=f (— U_v) zeigt. Wird durch eine geeignete Vorspannung U_vA ein Arbeitspunkt A auf der Kennlinie eingestellt, so steuert eine der Reaktanzdiode zugeführte Steuerspannung U_st die Kennlinie zwischen den Punkten B und C beiderseits des Arbeitspunktes aus. Infolge der Krümmung der Kennlinie ist jedoch die Kapazitätsänderung im Bereich A-C der Kennlinie größer als im Bereich A -B, bezogen auf gleiche Aussteuerung. Eine Begradigung der Kennlinie kann dadurch erzielt werden, daß die Reaktanzdiode mit einem Kondensator kleiner Kapazität in Reihe geschaltet wird (Kondensator 4 in F i g. 2).

Eine Reihenschaltung zweier Kondensatoren, von denen einer konstante, der andere veränderliche Kapazität besitzt, hat nämlich eine Kennlinie, die eine der Krümmung der Kennlinie der Reaktanzdiode entgegengesetzte Krümmung aufweist. In F i g. 4 ist die resultierende Kapazität C der Reihenschaltung aus einem Festkondensator C₂ und einem variablen Kondensator C₁ für verschiedene Kapazitätswerte des festen Kondensators C₂ in Abhängigkeit von der eingestellten Kapazität des Kondensators C₁ in einem Diagramm gezeigt. Man erkennt, daß die Krümmung der Kennlinien am größten ist, wenn der variable Kondensator im Bereich kleiner Kapazitätswerte geändert wird. Diesen Teil der Kennlinie der Kondensator-Reihenschaltung wird man also benutzen wollen, wenn mit Hilfe eines Reihenkondensators die Kennlinie der Reaktanzdiode begradigt werden soll. Nun hat aber die Reaktanzdiode, wenn sie an die Stelle des variablen Kondensators C₁ gesetzt wird, eine Grundkapazität C₀ an der unteren Grenze B des Aussteuerungsbereiches (s. Fig. 3), die man sich der mit der Aussteuerung sich ändernden Kapazität C₁ parallel geschaltet denken muß. Bei einer Reihenschaltung einer Reaktanzdiode mit einem Kondensator wären also nur die in F i g. 4 rechts vom Wert C₀ sich erstreckenden Teile der Kennlinien zu verwirklichen. In diesem Bereich sind diese aber nur noch sehr schwach gekrümmt, so daß eine Begradigung der Reaktanzdiodenkennlinie durch eine Reihenschaltung mit einem Kondensator nur sehr unvollkommen wäre. Abhilfe wird dadurch geschaffen, daß die störende Grundkapazität C₀ der Reaktanzdiode mittels einer parallelgeschalteten Spule 5 kompensiert wird. Die Spule muß so bemessen sein, daß ihr Blindwiderstand bei der Arbeitsfrequenz dem Betrage nach annähernd gleich dem der Reaktanzdiode ist. Sie wird zweckmäßigerweise variabel ausgeführt und so eingestellt, daß die Grundkapazität von einem Wert C₀ im Punkt B des Aussteuerungsbereiches auf einen Wert C₀' vermindert wird, wie es in Fig. 3 angedeutet ist. Auf diese Weise kann, wie es Fig.4 zeigt, der stark gekrümmte Teil der Kurven ausgenutzt werden. Eine völlige Kompensation der Grundkapazität ist dagegen unzweckmäßig, weil, wie aus Fig. 4 zu ersehen ist, die Krümmung der Kurven zum Nullpunkt hin wieder nachläßt.

F i g. 5 zeigt in Form eines Diagramms die Wirkung der so beschriebenen Schaltung nach F i g. 2. In ihr ist die Abhängigkeit der an den Punkten D und E der F i g. 2 auftretenden resultierenden Kapazität des aus Reaktanzdiode 3, Spule 5 und Kondensator 4 bestehenden Zweiges von der Größe der an der Reaktanzdiode liegenden Steuerspannung U_si aufgezeichnet. Die Kurve 5 a entsteht, wenn die Reaktanzdiode direkt an die Punkte D und E angeschlossen wird. Die Kurve 5 b ergibt sich für eine Reihenschaltung einer Reaktanzdiode mit einem Kondensator, wenn man von der Annahme ausgeht, die Reaktanzdiode andere ihre Kapazität proportional der Änderung einer angelegten Steuerspannung (Fiktion). Die tatsächliche Abhängigkeit gibt die zwischen den Kurven 5 α und Sb liegende Kurve 5 c wieder, wenn die einzelnen Parameter, nämlich Arbeitspunkt der Reaktanzdiode, Aussteuerungsbereich und Serienkondensator 4, richtig gewählt sind. Denn je nach Wahl des Arbeitspunktes der Reaktanzdiode muß für den Ausgleich der Kennlinienkrümmung ein anderer Kapazitätswert des Serienkondensators 4 entsprechend den unterschiedlichen Krümmungen der Kurven in F i g. 4 Verwendung finden.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Frequenzmodulationsschaltung mit Reaktanzdiode, bei der die Reaktanzdiode einem frequenzbestimmenden Parallelschwingkreis parallel und in Reihe mit der Reaktanzdiode ein Kondensator geschaltet ist, dessen Kapazität in der Größenordnung der Kapazitätsvariation der Reaktanzdiode liegt, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur Reaktanzdiode eine Spule geschaltet ist, deren Blindwiderstand dem Betrage nach annähernd gleich dem der Reaktanzdiode bei der Arbeitsfrequenz gemacht werden kann, jedoch höchstens so groß gemacht wird, daß bei einer Aussteuerung der Reaktanzdiode der resultierende Blindwiderstand der Parallelschaltung stets kapazitiv bleibt.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   Französische Patentschrift Nr. 1 267 592.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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