DE1249951B - - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

H 03 c

Deutsche Kl.: 21 a4 -14/01

Nummer: 1249 951

Aktenzeichen: D 44661IX d/21 a4

Anmeldetag: 10. Juni 1964

Auslegetag: 14. September 1967

Die Erfindung betrifft eine Schaltung, die als Modulator und als phasenempfindliche Gleichrichterschaltung eingesetzt werden kann. Die Schaltung enthält einen Transformator zum Zuführen der Trägerfrequenz bzw. Bezugswechselspannung und einen weiteren Transformator zum Zuführen der Modulationsfrequenz bzw. der Meßspannung, wobei die Sekundärwicklungen der Transformatoren mit Mittelanzapfungen versehen sind und noch zwei Paare von als Schalter wirkenden Transistoren verwendet werden.

Eine Schaltung dieser Art wird auf Seite 280 der »Entwicklungsberichte der Siemens & Halske AG.«, Oktober 1963, Bild 13, gezeigt. Bei dieser bekannten Schaltung sind die Emitter-Kollektorstrecken der hintereinanderliegenden Transistoren gegeneinander geschaltet. Da sich die Stromverstärkungen von Transistoren in beiden Richtungen, falls man von der Verwendung von Spezialtransistoren absieht, wie etwa 1:10 verhalten, kann die bekannte Schaltung nur mit kleinen Nutzströmen betrieben werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltung der oben allgemein beschriebenen Gattung so auszubilden, daß sie ohne Verwendung von Spezialtransistoren, die in beiden Richtungen gleiche Stromdurchlässigkeit haben, mit hohen Nutzströmen betrieben werden kann.

Ausgehend von der geschilderten Schaltung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß je eine Basis des einen Transistorpaares an je ein Ende der Sekundärwicklung' des Trägerfrequenz- bzw. Bezugswechselspannungstransformators angeschlossen ist, daß je eine Basis des anderen Transistorpaares an je ein Ende der Sekundärwicklung des Modulationsfrequenz- bzw. Meßspannungstransformators angeschlossen ist und die Emitter-Kollektor-Strecke eines Transistors aus dem einen Paar in gleicher stromleitender Richtung mit der Emitter-Kollektor-Strecke eines Transistors aus dem anderen Paar in Reihe liegt, daß diese beiden in Reihe liegenden Strecken parallel geschaltet sind und gemeinsam mit dem Nutzwiderstand und einer Spannungsquelle in Reihe liegen und daß Teilbeträge der gemeinsamen Gleichspannung zwischen den Kollektoren des einen Transistorpaares und der Mittelanzapfung der Sekundärwicklung des Trägerfrequenz- bzw. Bezugswechselspannungstransformators und zwischen den Emittern des anderen Transistorpaares und der Mittelanzapfung der Sekundärwicklung des Modulationsfrequenzbzw. Meßspannungstransformators liegen.

Gegenüber der bekannten Schaltung ergeben sich auch noch weitere Vorteile. Bei der bekannten Schal-Modulator

und phasenempfindliche Gleichrichterschaltung

Anmelder:

Data-Control Systems

Inc., Danbury, Conn. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr.-Ing. E. Berkenfeld

und Dipl.-Ing. H. Berkenfeld, Patentanwälte,

Köln-Lindenthal, Universitätsstr. 31

Als Erfinder benannt:

Raymond A. Runyan, Ridge-Field, Conn.

(V. St. A.)

tung werden sämtliche Transistoren von der Bezugswechselspannung beeinflußt bzw. durch diese gesteuert. Bei der erfindungsgemäßen . Schaltung dagegen kann die Bezugswechselspannung zum Beispiel nur auf ein Transistorpaar einwirken, so daß die beiden Transistorpaare entkoppelt sind. Die beiden Transformatoren arbeiten nämlich auf getrennte Eingänge der beiden Transistorpaare, nämlich einmal auf die Basisanschlüsse des einen und zum anderen auf die Basisanschlüsse des anderen Transistorpaares. Dadurch werden die beiden Eingangsspannungen entkoppelt. Jeweils ein Transistorpaar wird von der Trägerfrequenz oder Bezugswechselspannung gesteuert, während das andere Transistorpaar von der Modulationsfrequenz oder Meßspannung gesteuert wird.

Die Emitter-Kollektor-Strecken der Transistoren der beiden Paare liegen hintereinander. Das bedeutet, das der Transistor eines Paares nicht leiten kann, wenn der in Reihe geschaltete Transistor des anderen Paares gesperrt ist. Dies könnte dazu führen, daß sich in einem Transformator bei plötzlicher Sperrung eines Transistors größere Gegenspannungen aufbauen. Diese führt zu Einschwingvorgängen und verlängert die Ansprechzeit der gesamten Schaltung.

Um diese Nachteile zu vermeiden, d. h. um geringe Ansprechzeiten und kurze Einschwingvorgänge zu erhalten, sieht eine Weiterbildung der Erfindung vor, daß jede Emitter-Basis-Strecke der an den Enden der Sekundärwicklung des Trägerfrequenz- bzw. Bezugswechselspannungsübertragers angeschlossenen Tran-

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sistoren gemeinsam mit der zugehörigen Hälfte der Sekundärwicklung durch eine Diode überbrückt ist und diese Dioden gegeneinandergeschaltet sind.

Der Aufbau der erfindungsgemäßen Schaltung und der Spannungs- und Stromverlauf an verschiedenen Stellen der Schaltung werden im folgenden näher erläutert. Hierzu dient auch die Zeichnung. In dieser ist

Fig. 1 ein vereinfachtes Schaltbild,

F i g. 2 bis 10 Darstellungen der Ströme und Spannungen an verschiedenen Punkten der Schaltung bei Verwendung als phasenempfindlicher Gleichrichter.

Bevor die Schaltung im einzelnen beschrieben wird, sollen die Eingangs- und Ausgangselemente angeführt werden. Ein Eingangselement ist der Transformator 1. Der Primärwicklung IA wird die Meßspannung zugeführt, wenn die Schaltung als phasenempfindlicher Gleichrichter verwendet werden soll. In diesem Fall wird der Primärwicklung 14^4 des zweiten Eingangselementes, nämlich des Transformators 14, die Bezugswechselspannung zugeführt.

Wird die Schaltung als Modulator verwendet, so wird der Primärwicklung 1A die Modulationsfrequenz und der Primärwicklung 14 A die Trägerfrequenz zugeführt.

In beiden Fällen wird das Ausgangselement durch den Nutzwiderstand 12 gebildet, an dem die Nutzspannung abgegriffen werden kann.

Die Schaltung wird nun im einzelnen beschrieben:

Die Modulationsfrequenz oder Meßspannung wird der Primärwicklung IA des Transformators 1 zugeführt. Dessen Sekundärwicklung 1B liegt zwischen der Basis eines PNP-Transistors 2 und der Basis eines PNP-Transistors 3. Eine Mittelanzapfung der Sekundärwicklung 1B ist an dem negativen Pol einer Gleichspannungsquelle 4 angeschlossen. Die Emitter der Transistoren 2 und 3 sind an dem positiven Pol der Gleichspannungsquelle 4 angeschlossen. Zwischengeschaltet sind Widerstände 5 und 6.

Der eben beschriebene Schaltungsteil arbeitet wie folgt. Auf Grund der Transformatorankopplung haben die Signale an den Basen der Transistoren 2 und 3 entgegengesetzte Phasen. Das heißt, daß das an die Basis, des Transistors 2 angeschlossene Ende der Sekundärwicklung 1B positiv ist, wenn das andere Ende dieser Wicklung negativ ist. Die Gleichspannungsquelle 4 wird so eingestellt, daß ihre Spannung gleich oder vorzugsweise kleiner als die Hälfte der Amplitude des Signals ist, das an der Sekundärwicklung IB auftritt.

Es sei angenommen, daß das Signal an der Basis des Transistors 2 in einem bestimmten Zeitaugenblick positiv ist. Das entsprechende Signal an der Basis des Transistors 3 ist negativ. Gegenüber dem Emitter hat die Basis dann ein verhältnismäßig hohes negatives Potential. Dieses Potential ist etwa gleich der Summe der Spannung aus der Gleichspannungsquelle 4 zuzüglich der halben Signalspannung. Das heißt, daß der Transistor 3 leitend wird und Strom führt. Auf der anderen Seite ist die Polarität des der Basis des Transistors 3 zugeführten Signals entgegengesetzt zu der Polarität der Spannung aus der Gleichspannungsquelle 4, so daß der Transistor 2 gesperrt wird. Bei einem Wechsel der Polarität des an den Transformator 1 angelegten Signals wird die Basis des Transistors 3 positiv und die Basis des Transistors 2 negativ. Der Transistor 3 wird abgeschaltet, während der Transistor 2 führt. Das heißt, daß jeweils nur einer der beiden Transistoren 2 und 3 Strom führt.

Der Kollektor des Transistors 3 ist mit dem Emitter eines Transistors 7 und der Kollektor des ■ Transistors 2 mit dem Emitter eines Transistors 8 verbunden. Ein Transformator 14 ist mit seiner Primärwicklung 14 A an eine Trägerfrequenz oder Bezugswechselspannungsquelle angeschlossen. Die Sekundärwicklung 14 B ist an die Basen der Transistoren 7 und 8 angeschlossen. Dioden 9 und 11 liegen zwischen den Emittern der Transistoren 7 und 8 und der Mittelanzapfung der Sekundärwicklung 14 S. Die Mittelanzapfung liegt weiter am negativen Pol einer Gleichspannungsquelle 10. Der positive Pol dieser Gleichspannungsquelle ist mit dem negativen Pol der Gleichspannungsquelle 4 verbunden. Die Kollektoren der Transistoren 7 und 8 führen zu einem Nutzwiderstand 12, der über eine Gleichspannungsquelle 13 an die Gleichspannungsquelle 10 angeschlossen ist.

Der Transistor 7 leitet nur unter zwei Bedingungen. Die erste Bedingung ist, daß der Transistor 3 leitet. Anderenfalls kann der Kollektorstrom des Transistors 7 nicht zum Emitter zurückfließen. Die zweite Bedingung ist, daß die notwendige Spannung zwischen Emitter und Basis des Transistors 7 liegt.

Bei leitendem Transistor 3 und nichtleitendem Transistor 7 fließt der Strom vom Transistor 3 durch die Diode 9 ab und von dort durch die Spannungsquelle 10, die Spannungsquelle 4 und durch den Widerstand 6. Der Spannungsabfall über diesem Widerstand ist im wesentlichen gleich der Summe des Potentials der Spannungsquelle 4 und der Spannung über einer Hälfte der Sekundärwicklung IB. Die Stromleitung durch den Transistor 7 beginnt, wenn die Spannung über der Sekundärwicklung 14 B so gerichtet ist, daß seine Basis negativer als die Mittelanzapfung ist. Der Transistor 7 ist dann niederohmig für den vom Transistor 3 zufließenden Strom. Die Polarität der Spannung an der Sekundärwicklung 14 B beeinflußt auch die Diode 9. Das heißt, der Strom vom Transistor 3 fließt durch den Transistor 7 und dann durch den Nutzwiderstand 12. Der Strom fließt über die Gleichspannungsquellen 13,10 und 4 zum Emitter des Transistors 7 zurück.

Die gleichen Überlegungen gelten für die Arbeitsweise der Transistoren 2 und 8. Durch den Nutzwiderstand 12 fließt daher nur dann Strom, wenn von den hintereinander liegenden Transistoren entweder die Transistoren 3 und 7 oder die Transistoren 2 und 8 leiten.

Die Spannungshöhe an der Gleichspannungsquelle 10 hängt von der Spannung an der Sekundärwicklung IB ab. Die Spannung der Spannungsquelle 10 muß größer als die auf einer Hälfte der Wicklung 1B auftretende Spannungsspitze sein.

Die Spannungshöhe der Gleichspannungsgröße 13 hängt von der Größe des Nutzwiderstandes 12 ab. Sie muß größer als die maximal an diesem Widerstand abfallende Spannung sein.

Es sei nun angenommen, daß die Schaltung als phasenempfindliche Schaltung Abweichungen von einem Phasenunterschied von 90° zwischen einer Meßspannung und einer Bezugsspannung feststellen soll. Zur Vereinfachung der Beschreibung sei zuerst einmal angenommen, daß die der Primärwicklung IA zugeführte Meßspannung unmoduliert und gegenüber der Bezugsspannung um 90° verschoben ist.

Es sei weiter angenommen, daß der Primärwicklung IA eine Rechteckspannung 15 von der in F i g. 2 gezeigten Art zugeführt wird. Die dann durch die Transistoren 2 und 3 fließenden Ströme werden in den F i g. 3 und 4 gezeigt. Es sei weiter angenommen, daß der Primärwicklung 14A die in Fig. 5 gezeigte Bezugsspannung zugeführt wird. Diese ist gegenüber der Spannung, die an der Primärwicklung IA liegt, um 90° verschoben. Die Fig. 6 und 7 zeigen die Spannungen, die dann an den Basen der Transistoren 7 und 8 auftreten.

Durch den Transistor 7 fließt nur Strom, wenn einmal auch der Transistor 3 Strom führt und wenn zum anderen die Spannung an seiner Basis negativer als die Spannung an seinem Emitter ist. Fig. 8 zeigt den Strom, der dann durch den Transistor 7 fließt.

Der durch den Transistor 8 fließende Strom wird in F i g. 9 gezeigt.

Der durch den Nutzwiderstand 12 fließende Strom ist die Summe der durch die Transistoren 7 und 8 fließenden Ströme. Er wird in Fi g. 10 gezeigt. Dieser Strom ist symmetrisch. Seine Frequenz liegt beim Zweifachen der Frequenz der Bezugsspannung.

Falls die an die Primärwicklung 1A angelegte Spannung moduliert ist, leiten die Transistoren 2 und 3 abwechselnd, aber nicht während gleicher Zeitspannen, sondern in ungleichen Abständen, die den Frequenzschwankungen der modulierten Spannung entsprechen. Dies führt dazu, daß das am Nutzwiderstand 12 abfallende Signal asymmetrisch wird. Die Polarität der am Nutzwiderstand 12 liegenden Gleichspannung hangt von der Richtung der Phasenabweichung zwischen der Meßspannung und der Bezugsspannung ab. Diese Gleichspannung stellt die Modulationskomponente der Meßspannung dar. Sie ist das Integral über die Zeit der Frequenz der Meßspannung.

Die Schaltung eignet sich auch als Amplitudenmodulator. Eine interessante Anwendung auf diesem Gebiet liegt darin, daß mehrere Trägerfrequenzbänder, die mit dem Frequenz-Multiplex-Verfahren nebeneinander gelegt wurden, durch Überlagerung auf eine andere Stelle im Frequenzband verschoben werden. Der Vorteil des Modulators liegt dabei darin, daß die Intermodulationsprodukte auf ein Minimum herabgesetzt werden, die sonst zwischen den verschiedenen Frequenzbändern auftreten. Bei dieser Verwendung als Modulator wird die zu modulierende Trägerfrequenz an die Primärwicklung 14 Λ des Transformators 14 angelegt. Die Modulationsfrequenz wird der Primärwicklung 1A des Transformators 1 zugeführt. Der modulierte Träger tritt dann am Nutzwiderstand 12 auf.

Im Hinblick auf die Arbeitsweise der Transistoren 3 und 7 einerseits und 2 und 8 andererseits ist die Wirkungsweise der Schaltung bei Verwendung als Modulator analog zur Betriebsweise als phasenempfindliche Schaltung.

Bei linearer Modulation wird die Spannung der Gleichspannungsquelle 4 höher gewählt als die Spitze der Spannung, die an einer Hälfte der Sekundärwicklung 1B des Transformators 1 erscheint.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Modulator und phasenempfindliche Gleichrichterschaltung mit einem Transformator zum Zuführen der Trägerfrequenz bzw. Bezugswechselspannung und mit einem weiteren Transformator zum Zuführen der Modulationsfrequenz bzw. der Meßspannung, mit einer Mittelanzapfung auf den Sekundärwicklungen der Transformatoren und mit zwei Paaren von als Schalter wirkenden Transistoren, dadurch gekennzeichnet, daß je eine Basis des einen Transistorpaares (7, 8) an je ein Ende der Sekundärwicklung des Trägerfrequenz- bzw. Bezugswechselspannungstransformators (14) angeschlossen ist, daß je eine Basis des anderen Transistorpaares (3, 2) an je ein Ende der Sekundärwicklung des Modulationsfrequenz- bzw. Meßspannungstransformators (1) angeschlossen ist und die Emitter-Kollektor-Strecke eines Transistors (3 bzw. 2) aus dem einen Paar in gleicher stromleitender Richtung mit der Emitter-Kollektor-Strecke eines Transistors (7 bzw. 8) aus dem anderen Paar in Reihe liegt, daß diese beiden in Reihe liegenden Strecken parallel geschaltet sind und gemeinsam mit dem Nutzwiderstand (12) und einer Spannungsquelle (4, 10, 13) in Reihe liegen und daß Teilbeträge (Quellen 4, 13) der gemeinsamen Gleichspannung zwischen den Kollektoren der Transistoren (7, 8) und der Mittelanzapfung der Sekundärwicklung (14 B) des Transformators (14) und zwischen den Emittern der Transistoren (2, 3) und der Mittelanzapfung der Sekundärwicklung (Iß) des Transformators (1) liegen.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Emitter-Basis-Strecke der an den Enden der Sekundärwicklung des Trägerfrequenz- bzw. Bezugswechselspannungsübertragers (14) angeschlossenen Transistoren (7, 8) gemeinsam mit der zugehörigen Hälfte der Sekundärwicklung durch eine Diode (9 bzw. 11) überbrückt ist und die Dioden (9, 11) gegeneinandergeschaltet sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
»Entwicklungsberichte der Siemens&HalskeAG.«, Oktober 1963, S. 275 bis 280.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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