DE1270125B - Induktivitaetsfreie Frequenzvervielfacherschaltung - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

H03b

Deutsche Kl.: 21 a4-6/01

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

P 12 70 125.6-35
1. April 1963
12. Juni 1968

Die Erfindung betrifft eine induktivitätsfreie Frequenzvervielfacherschaltung, die wenigstens ein Bauelement enthält, dessen Widerstandswert durch die in der Frequenz zu vervielfachende Spannung variiert wird.

Es sind Frequenzvervielfacherschaltungen bekannt (USA.-Patentschrift 2 022 968), die aus ohmschen Widerständen und aus durch die zugeführte, in der Frequenz zu vervielfachende Spannung steuerbaren Widerständen bestehen. Diese steuerbaren Widerstände müssen eine nichtlineare Abhängigkeit zwischen der angelegten und der an ihnen abgenommenen Spannung aufweisen. Dann erhält man am Ausgang der Schaltung, gleichgültig welche Frequenz die zugeführte Spannung aufweist, eine Spannung, die sich aus mehreren Harmonischen der zugeführten Spannung zusammensetzt, deren wesentlicher Anteil jedoch durch eine Harmonische, z. B. die dritte Harmonische, gebildet wird. Die weiteren Harmonischen treten nur mit relativ geringer Amplitude auf. Diese Schaltung kann somit dann nicht eingesetzt werden, wenn eine Vielzahl von Harmonischen mit nicht wesentlich voneinander abweichenden Amplituden benötigt werden.

Weiterhin ist auch eine Frequenzvervielfacher- oder -teilerschaltungbekannt(USA.-Patentschrift2830251), die als kapazitive Brücke ausgebildet ist, deren Brückenzweige durch ein Prisma aus ferroelektrischem Material gebildet werden, dessen nichtlineare Eigenschaften ausgenutzt werden. Bei dieser Anordnung werden jedoch Induktivitäten zur Bildung von Resonanzkreisen benötigt.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, eine induktivitätsfreie und damit als kleinen Baustein aufbaubare Frequenzvervielfacherschaltung zu schaffen, deren Ausgangsspannung aus einer Vielzahl von Harmonischen besteht, deren Amplituden auch bei den höheren Harmonischen noch eine relativ große Amplitude aufweisen.

Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß als Frequenzvervielfacher in an sich bekannter, aus Widerständen und Kondensatoren aufgebauter, ein Dämpfungsmaximum bei einer bestimmten Frequenz aufweisender Vierpol vorgesehen ist, dem die zu vervielfachende Spannung zugeführt wird, daß das Dämpfungsmaximum des Vierpols auf die Frequenz der zu vervielfachenden Spannung gelegt ist, und daß ein solches Bauelement dieses Vierpols steuerbar ausgebildet ist, daß durch die zugeführte zu vervielfachende Spannung eine Beeinflussung des Verlaufs der Dämpfungskurve des Vierpols zustande kommt. Es gibt eine Reihe von aus Widerständen und Induktivitätsfreie Frequenzvervielfacherschaltung

Anmelder:
Telefunken

Patentverwertungsgesellschaft m. b. H..
7900 Ulm, Elisabethenstr. 3

Als Erfinder benannt:
Flori Vogler,
Heinz-Theo Röttgers,
Albert Troost, 7900 Ulm

Kondensatoren bestehenden Schaltungen, die ein Dämpfungsmaximum bei einer Frequenz aufweisen, wobei die frequenzmäßige Lage des Dämpfungsmaximums durch die Größe der verwendeten Schaltelemente bestimmt ist. In der F i g. 1 ist das Verhältnis der Ausgangsspannung £7_a zu der Eingangsspannung CZ₁ (in db) in Abhängigkeit von der Frequenz / einer derartigen Schaltung dargestellt. Man erkennt, daß bei der Frequenz /₀ ein Dämpfungsmaximum auftritt. Es ist nicht möglich, alle nur aus Widerständen und Kapazitäten bestehenden Schaltungen hier aufzuzählen, die die gewünschte Abhängigkeit der Ausgangsspannung von der Frequenz aufweisen. Es sei deshalb hier nur als Beispiel das überbrückte T-Glied angeführt, welches aus zwei Kondensatoren in den beiden den Längszweig bildenden Schenkeln des T, aus einem Widerstand im Querzweig und aus einem Widerstand

im Überbrückungszweig gebildet wird. Auch das hierzu duale Netzwerk, bestehend aus zwei Widerständen in dem Längszweig, einer Kapazität im Querzweig und einer weiteren Kapazität im Überbrückungszweig, sei noch genannt. Von diesen EIementen wird dann eines, z. B. das Element im Querzweig oder im Überbrückungszweig steuerbar ausgebildet.

Es sei hier erwähnt, daß es bekannt ist, das Dämpfungsmaximum einer derartigen Schaltung zu Filterzwecken auszunutzen. Weiterhin sei erwähnt, daß bereits vorgeschlagen wurde, eine derartige Schaltung zur Amplitudenmodulation heranzuziehen. Dort wird die zu modulierende Spannung den Eingangsklemmen des Vierpols zugeführt, wobei die Frequenz Ω der zu modulierenden Spannung gleich der Frequenz ist, bei der das Dämpfungsmaximum liegt. Wenigstens einer der in dem Vierpol verwendeten Kondensatoren

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Claims (1)

1. oder Widerstände ist dann steuerbar ausgebildet, Widerständen und Kapazitäten zu bestehen. Sie kann

   und auf ihn wirkt dann die modulierende Größe mit somit gemäß bekannter Technik sehr klein aufgebaut

   der Frequenz ω ein. Am Ausgang der Schaltung erhält werden. Wird das aus den Gliedern 1, 2 und 4 der

   man unter anderen dann Spannungen mit den Fre- Fig. 2 a bzw. 9, 10 und 11 der Fig. 2b bestehende quenzen (Ω — ω), Ω und Ω + ω), also Spannungen mit 5 Netzwerk gemäß einer Weiterbildung der Erfindung

   den gleichen Frequenzen wie bei üblichen Amplituden- als Netzwerk mit verteiltem Widerstand und Kapazität

   modulationsschaltungen. aufgebaut, so tritt am Ausgang des Vierpols eine

   Im Prinzip findet auch bei dem erfindungsgemäßen Spannung mit der Frequenz Ω praktisch nicht auf, Frequenzvervielfacher eine »Modulation« statt, wobei da diese Frequenz am Ausgang nahezu vollständig die Frequenz der »modulierenden« Spannung gleich io unterdrückt ist, wenn das Netzwerk entsprechend der Frequenz der »zu modulierenden« Spannung ist. bemessen ist, also bei Ω einen Dämpfungspol aufweist. Hierbei ist es aber nicht notwendig, die modulierende Dagegen treten auch hier am Ausgang die Frequenzen Spannung getrennt zuzuführen (was natürlich auch 2 Ω, 3 Ω usw. unverändert auf. Sind die Schaltmöglich wäre). Vielmehr geht die »Modulation« auto- elemente 1, 2 und 4 der Fig. 2a bzw. 9, 10 und 11 matisch innerhalb der Schaltung durch Anlegen der 15 gemäß F i g. 2 b durch die erwähnte Technik realizu vervielfachenden Spannung vor sich, wenn nur der siert, so ergibt sich die Dastellungsweise der Fig. 3 a Vierpol wenigstens ein steuerbares Schaltelement ent- bzw. 3 b, deren Glieder 13 und 14 jeweils das verteilte hält, welches seinen Wert (ohmschen Widerstand bzw. Netzwerk darstellen. In der Praxis besteht das verteilte Kapazität) im Takte der anliegenden zu verviel- Netzwerk aus einem Isolierplättchen 15 (F ί g. 4) fachenden Spannung ändert. Dies kann durch die 20 mit einem Leitungsbelag 16 (z. B, Gold) und einem Verwendung eines stromgesteuerten Widerstandes Belag 17 aus Widerstandsmaterial oder aus aufge-(entsprechend betriebene Diode) oder einer spannungs- dampften übereinanderliegenden Schichten aus Leigesteuerten Kapazität (Kapazitätsdiode) erreicht wer- tern, Dielektrikum und Widerstandsmaterial, den. Am Ausgang der Schaltung erhält man Span- Die elektronisch steuerbaren Widerstände und nungen mit den Frequenzen Ω, 2 Ω, 3 Ω usw. Prak- 35 Kondensatoren lassen sich z. B. durch Halbleiter tische Versuche haben gezeigt, daß bei Verwendung realisieren, wobei in einem Falle die Halbleiter als der erfindungsgemäßen Schaltung selbst die Spannung steuerbare Widerstände und im anderen Falle als mit der Frequenz 30 Ω noch eine relativ große Am- steuerbare Kapazitäten betrieben werden. In der plitude aufweist. F i g. 5 ist für die Schaltung gemäß F i g. 3 a der

   Ein sehr wesentlicher Vorteil der erfindungs- 30 Widerstand 3 durch zwei in ihrem Widerstand steuergemäßen Schaltung ist der, daß man sie mit Ausnahme bare Dioden 18 gebildet. Die Widerstandsvariation der steuerbaren Elemente durch ein Netzwerk mit läßt sich durch den folgenden Ausdruck beschreiben; verteilten Widerständen und Kondensatoren reali- R = R (q + q δΐηΩΔ sieren kann (Aufdampftechnik). Hierdurch ist ein

   äußerst gedrängter Aufbau der Schaltung möglich. 35 wenn man unter q₀R₀ (q₀ bzw. q sind dimensionslose

   In dieser Schaltungsart ist allerdings die Spannung mit Faktoren) den Widerstandswert versteht, der zur

   der Frequenz Ω nahezu 0. Dies ist jedoch unwesentlich, Einstellung des Dämpfungspols bei der Frequenz Ω

   da diese Frequenz, wenn notwendig, an anderer notwendig ist. Die Ausgangsspannung des Netzwerkes

   Stelle abgenommen werden kann. ist dann eine Funktion der Frequenzen 2 Ω, 3 Ω usw.,

   An Hand der Zeichnung soll nun die erfindungs- 40 wobei die Amplituden der Ausgangsspannungen bei gemäße Vervielfacherschaltung näher erläutert wer- festen Werten der anderen Elemente von qR₀ abhängig den. Die beiden vorn erwähnten Schaltungsbeispiele sind, q ist somit ein Maß für die Änderung des Widersind in den Fig. 2a und 2b dargestellt. In der standswertes durch die in der Frequenz zu vervielüberbrückten T-Schaltung der Fig. 2a liegen im fachende Spannung. Der Wert q₀R₀ wird durch die Längszweig der T-Schaltung zwei Kapazitäten 1 und 2, 45 Gleichspannung an der Klemme 19 bestimmt, im Querzweig ein steuerbarer Widerstand 3. Die Wird eine Kapazität der Schaltung zum Zwecke der beiden Kapazitäten 1 und 2 sind durch den Wider- Vervielfachung gesteuert, so gelten ähnliche Überstand 4 überbrückt. Gibt man nun auf die Eingangs- legungen, wobei an Stelle von R₀ der Kapazitätswert klemmen 5 und 6 dieser Schaltung die zu verviel- C₀ tritt. Natürlich kann man eine Vervielfachung auch fachende Spannung mit der Frequenz Ω, ist weiterhin 5° bei gleichzeitiger Variation zweier Elemente erhalten, die Schaltung durch die Bemessung der Sehalt- Hierbei muß man jedoch darauf achten, daß durch elemente 1 bis 4 mit ihrem Dämpfungsmaximum auf die gleichzeitige Variation nicht nur eine Paralleldiese Frequenz abgestimmt und ist schließlich der verschiebung der Dämpfungskurve gemäß Fig. 1 Widerstand 3 als elektronisch steuerbarer Widerstand zustande kommt, sondern auch eine Änderung des (z. B. Diode) ausgebildet, so erhält man am Ausgang 55 Kurvenverlaufs: die Größe des Dämpfungsmaximums der Schaltung (Klemmen 7 und 8) Spannungen mit muß sich ändern, den Frequenzen Ω, 2Ω, 3 Ω usw. Die Frequenz Ω

   tritt hier allerdings wegen des Dämpfungsmaximums Patentansprüche: mit kleiner Amplitude auf. Das gleiche Ergebnis kann

   man auch mit der Schaltung gemäß F i g. 2 b erzielen, 60 1. Induktivitätsfreie Frequenzvervielfacherschal-

   die zu der Schaltung der F i g. 2 a dual ist. Hier sind tung, die wenigstens ein Bauelement enthält, dessen

   die Widerstände 9 und 10 sowie die Querkapazität U Widerstandswert durch die in der Frequenz zu

   als konstante Elemente ausgebildet, während die vervielfachende Spannung variiert wird, dadurch

   Kapazität 12 elektronisch steuerbar ist und im Takte . gekennzeichnet, daß ein an sich bekannter,

   der Frequenz der am Eingang liegenden Spannung 65 aus Widerständen und Kondensatoren aufge-

   verändert wird. bauter, ein Dämpfungsmaximum bei einer be-

   Wie bereits oben erwähnt, hat die erfindungs- stimmten Frequenz aufweisender Vierpol vorge-

   gemäße Schaltung den Vorteil, nur aus ohmschen sehen ist, dem die zu vervielfachende Spannung

   zugeführt wird, daß das Dämpfungsmaximum des Vierpols auf die Frequenz der zu vervielfachenden Spannung gelegt ist und daß ein solches Bauelement dieses Vierpols steuerbar ausgebildet ist, daß durch die zugeführte zu vervielfachende Spannung eine Beeinflussung des Verlaufs der Dämpfungskurve des Vierpols zustande kommt.

   2. Frequenzvervielfacherschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Vierpol ein sogenanntes überbrücktes T-Glied verwendet ist.

   3. Frequenzvervielfacherschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Vierpol mit Ausnahme der steuerbar ausgebildeten Bauelemente der Schaltung durch ein Netzwerk mit verteilten Kapazitäten und Widerständen realisiert ist.

   4. Frequenzvervielfacherschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das die Dämpfungskurve beeinflussende Bauelement als in ihrem ohmschen Widerstandswert steuerbare Diode ausgebildet ist.

   5. Frequenzvervielfacherschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das die Dämpfungskurve beeinflussende Element als in ihrem Kapazitätswert steuerbare Kapazitätsdiode ausgebildet ist.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   USA.-Patentschriften Nr. 2022 968, 2 830 251.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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