DE1271214C2

DE1271214C2 - Frequenzmodulationsschaltung

Info

Publication number: DE1271214C2
Application number: DE19631271214
Authority: DE
Inventors: Emil A. Palo AHo Calif. Trojak (V.St.A.)
Original assignee: Ampex Corporation, Redwood City, Calif. (V.St.A.)
Priority date: 1962-07-02
Filing date: 1963-07-02
Publication date: 1976-07-08
Also published as: NL139640B; DE1271214B; GB973392A; NL294325A; US3201718A

Description

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Die Erfindung betrifft eine Frequenzmodulationsschaltung mit einem Multivibrator, der zwei über Kreuz mittels Kondensatoren gekoppelte Transistoren aufweist, wobei diese Kondensatoren jeweils zwischen dem Kollektor des einen Transistors und der Basis des anderen Transistors liegen, mit einer Spannungsquelle, die mit einem Pol an die Kollektoren der Transistoren angekoppelt ist und mit ihrem anderen Pol an Masse angeschlossen ist, und mit zwei gegensinnig in Serie zwischen Verbindungspunkte der Kondensatoren mit den Transistoren geschalteten Dioden, an deren gemeinsamen Verbindungspunkt das Modulationssignal auf Masse bezogen aus einer Modulationssignalquelle zuführbar ist.

Frequenzmodulationsschaltungen dieser Art werden zur Aufzeichnung von Fernsehsignalen auf Magnetbänder verwendet. Die Kippfrequenz des in ihnen enthaltenen Multivibrators ist von der Amplitude der Modulationssignale abhängig.

Es ist hierzu bekannt, die Modulationssignale mittelbar, etwa über Kondensatoren an den Multivibrator zu koppeln. Derartige Frequenzmodulationsschaltungen sprechen jedoch nur mangelhaft auf niederfrequente Modulationssignale an; außerdem ist ihr Ansprechvermögen auf Modulationssignale kleiner Spannung unzureichend.

Es ist weiterhin eine Frequenzmodulationsschaltung mit einem mit fester Kippfrequenz kippenden Multivibrator bekannt (US-PS 30 20 493), der einen Tankkreis veränderbarer Eigenfrequenz erregt. Zur Veränderung der Eigenfrequenz des Tankkreises sind in dem Trankkreis in Reihe gegeneinander geschaltete ■Kapazitätsdioden vorgesehen, deren Vorspannung in Sperrichtung und damit deren Kapazität durch die Modulationssignale geändert wird. Kapazitätsdioden haben nun nur Kapazitätswerte in der Größenordnung von Picofarad. Ist die Frequenz der Modulationssignale klein, so sind die Widerstandswerte der Kapazitätsdioden entsprechend hoch. So liegen bei Modulationsfrequenzen in der Größenordnung von einigen Hetz die kapazitiven Widerstände in der Größenordnung von ΙΟ¹² Ω. Für solche Modulationsfrequenzen stellen daher die Kapazitätsdioden praktisch einen Leerlauf dar und tragen zur Frequenzänderung nicht bei. Weiterhin ist der Kapazitätshub derartiger Kapazitätsdioden — d. h. die Änderung ihrer Kapazität in Abhängigkeit von der an ihnen in Sperrichtung liegenden Vorspannung — relativ klein; bei Modulationssignalen kleiner Amplitude sind daher die von ihnen bewirkten Frequenzänderungen ebenfalls klein.

Darüber hinaus ist eine Frequenzmodulationsschaltung mit einem durch zwei Transistoren gebildeten bistabilen Multivibrator (Flipflop) bekannt (BE-PS 5 65 443; US-PS 28 94 215). An jeden der durch die Basen der Transistoren gebildeten Eingänge des bistabilen Multivibrators ist über eine in Sperrichtung gepolte Diode eine aus einem Kondensator und einem Widerstand bestehende Zeitgeberschaltung angeschlossen. Die Dioden arbeiten als Schalter, wodurch die Kondensatoren mittels der den Zeitgeberschaltungen zugeführten Modulationssignalen auf ein vorgegebenes Maß aufladbar sind, bevor der bistabile Multivibrator seinen Leitfähigkeitszustand ändert. Da jedoch die Spannung am Kondensator zumindest die Knickspannung der Diode erreichen muß, wenn sich deren Zustand ändern soll, eignet sich die bekannte Frequenzmodulationsschaltung nicht für kleine Modulationssignale. Darüber hinaus können nur unipolare Modulationssignale verarbeitet werden. Schließlich müssen die beiden Modulationssignaleingänge der Zeitgeberschaltungen an verschiedene Signalquellen angeschlossen werden.

Den letztgenannten Nachteil vermeidet zwar ein aus »Taschenbuch der Hochfrequenztechnik« von Meinke-Gundlach, 2. Auflage, Seite 1365, bekannter frequenzmodulierter Multivibrator. Der Multivibrator weist zwei Trioden auf, zwischen deren Gitter zwei in Serie zueinander geschaltete Widerstände angeschlossen sind. Das Modulationssignal ist über einen am gemeinsamen Verbindungspunkt der Widerstände angeschlossenen Transformator zuführbar. Zur Linearisierung ist über die Sekundärwicklung des Transformators dem gemeinsamen Verbindungspunkt der Widerstände eine Vorspannung zuführbar. Nachteilig an dem frequenzmodulierten Multivibrator ist, daß das Modulationssignal nicht gleichstrommäßig unmittelbar zugeführt werden kann. Der Transformator begrenzt den erreichbaren

Modulationshub bei Frequenzen, die sich der Frequenz Null nähern. Da die Modulationssignale darüber hinaus die Trioden um den Spannungsabfall an den Widerständen verringert steuern, verschlechtert sich das Ansprechverhalten des fiequenzmodulierten Multivibrators bei Modulationssignalen kleiner Amplitude.

Bei einem ähnlichen frequenzmodulierten Multivibrator ist weiterhin bekannt (US-PS 22 97 926), die Modulationssignale nicht dem gemeinsamen Verbindungspunkt der zwischen die Gitter der beiden Trioden geschalteten Widerstände zuzuführen, sonder sie mit Hilfe zweier Verstärkerröhren zu verstärken und die verstärkten Modulationssignale an Anzapfungen der Widerstände einzuspeisen. Die Modulationssignalquelle ist wiederum über einen Transformator an die Verstärkerröhren angekoppelt. Abgesehen von dem durch die Verstärkerröhren erhöhten Bauaufwand begrenzt auch hier der Transformator den Frequenzhub zur Frequenz Null hin.

In »NTZ« 1957, Heft 10, S. 488, ist ein den beiden letztgenannten Frequenzmodulatoren ähnlicher Frequenzmodulator beschrieben. Auch bei diesem Frequenzmodulator wird jedoch die Modulationssignalquelle über ein Wechselstromabkopplungsglied an die Gitter der Röhren des Multivibrators angekoppelt. Auch dieser Frequenzmodulator spricht somit nicht auf Modulationsfrequenzen an, die sich der Frequenz Null nähern.

Schließlich ist es bekannt (Seite 1216 des obengenannten »Taschenbuch für Hochfrequenztechnik«, US-PS 29 18 586), den Eingängen eines Flip-Flops Umschaltimpulse über in Sperrichtung gepolte Dioden zuzuführen. Die Dioden entkoppeln die Eingänge des Flip-Flops von einer die Umschaltimpulse abgebenden Schaltung und leiten die Umschaltimpulse erst dann weiter, wenn diese die Knickspannung derDio'len überschreiten. Zur Übertragung von Signalen mit geringer Amplitude sind derart gepolte Dioden jedoch nicht geeignet.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache Frequenzmodulationsschaltung anzugeben, die einerseits auf niedrige, sich der Frequenz Null nähernde Modulationssignale befriedigend anspricht und andererseits auch bei Modulationssignalen kleiner Amplitude noch brauchbare Frequenzänderungen liefert.

Ausgehend von der eingangs näher erläuterten Frequenzmodulationsschaltung löst die Erfindung diese Aufgabe dadurch, daß die Dioden für die Emitter-Basis-Ruheströme der Transistoren in Durchlaßrichtung gepolt an die Verbindungspunkte der Kondensatoren mit den Basen angeschlossen sind, daß die Modulationssignalquelle für Gleichstrom durchlässig an den gegenseitigen Verbindungspunkt der Dioden angekoppelt ist und daß eine weitere Spannungsquelle mit einem Pol an die Emitter der Transistoren angekoppelt ist, mit ihrem anderen Pol an Masse angeschlossen ist und eine die Dioden über die Emitter-Basis-Ruheströme in Durchlaßrichtung vorspannende Spannung abgibt.

Durch die erfindungsgemäße Schaltung wird nicht nur die Aufgabe gelöst, sondern überdies wird erreicht, daß — wegen der speziellen Art der Ankopplung — die Kippfrequenz des Multivibrators nur von den Modulationssignalen, nicht aber durch die Ankopplung selbst beeinflußt wird.

Um den Durchtritt der Modulationssignale in den Ausgangskreis zu unterdrücken, ist die Schaltung bevorzugt gekennzeichnet durch einen Ausgangstransformator mit einer Primär- und einer Sekundärwicklung, dessen Primärwicklung an die Emitter der Transistoren angeschlossen ist.

Um die frequenzmodulierten Modulationssignale mit niederer Impedanz abgeben zu können, ist die Schaltung bevorzugt gekennzeichnet durch einen an die Sekundärwicklung des Transformators angeschlossenen Transistorimpedanzwandler.

Auf Grund der direkten Einkopplung der Modulationssignale spricht der Multivibrator schon auf Modulationssignale geringer Amplitude an. Beispielsweise ergibt ein Modulationssignal mit einer Höhe von 0,2 Volt die gleiche Frequenzänderung, die früher von einem 0,5-Volt-Signal erreicht wurde. Mit der Schaltung nach der Erfindung kann man eine Frequenzänderung von 2 Megahertz durch Anlegen von 0,2-Volt-Signalen gegenüber 0,5-Volt-Signalen an bekannten Frequenzmodulationsschaltungen erhalten. Ferner spricht die Schaltung auch auf Modulationsfrequenzen an, die sich der Frequenz Null nähern. Die Vorteile der Frequenzmodulationsschaltung beruhen auf der direkten Einkopplung der Modulationssignale in den Multivibrator über die in Durchlaßrichtung vorgespannten Halbleiterdioden. Auf diese Weise bewirkt die Frequenzmodulationsschaltung eine große Frequenzänderung auch bei kleinen Amplitudenänderungen der Modulationssignale und spricht auch auf Modulationsfrequenzen an, die sich der Frequenz Null nähern.

Die Erfindung wird im folgenden an einem Ausführungsbeispiel unter Hinweis auf die Zeichnung beschrieben.

Die Zeichnung zeigt eine Schaltung zur Frequenzmodulation von Videosignalen als Modulationssignalen.

Die Videosignale werden an die Eingangsanschlüsse 5 und 6 gelegt.

Ein Spannungsteiler 7 mit verstellbarem Abgriff überbrückt die Eingangsanschlüsse 5 und 6 und bestimmt entsprechend seiner Einstellung die Modulationsstärke. Der Multivibrator enthält zwei NPN-Transistoren 9 und 10. Der Transistor 9 weist einen Emitter 11, eine Basis 12 und einen Kollektor 13, der Transistor 10 einen Emitter 14, eine Basis 15 und einen Kollektor 16 auf. Es können aber auch PNP-Transistoren verwendet werden.

Die direkte Ankopplung der Videosignale geschieht durch Zwischenschaltung von zwei Halbleiterdioden 17 und 18 zwischen den Spannungsteiler 7 und die Basen 12 und 15 der Transistoren 9 und 10. Die Kathode der Diode 17 ist mit der Basis 12 verbunden und die Kathode der Diode 18 mit der Basis

15. Die Anoden der Dioden 17 und 18 sind an der Stelle 19 miteinander verbunden. Auf diese Weise sind die Dioden 17 und 18 gegensinnig geschaltet und in bezug auf die Verbindungsstelle 19 entgegengesetzt gepolt. Das an die Eingangsanschlüsse 5 und 6 ge-

gegebene Videosignal gelangt über den verstellbaren Abgriff des Spannungsteilers 7 an die Verbindungsstelle 19. Auf diese Weise wird das Videosignal über die Halbleiterdioden 17 und 18 direkt mit den Basen 12 und 15 der Transistoren 9 und 10 gekoppelt. Eine erste Batterie liegt mit ihrem einen Pol an Erde 8. Ihr anderer Pol liefert ein negatives Potential 25, das die Halbleiterdioden 17 und 18 mit Hilfe der Basis-Emitter-Ströme der Transistoren 9 und 10 in Durch-

laßrichtung vorspannt. Die Zeitkonstante des Multivibrators wird von den Dioden 17 und 18 nicht beeinflußt, da sie gegensinnig geschaltet zwischen den Basen 12 und 15 der Transistoren 9 und 10 liegen. Die Emitter 11 und 14 der Transistoren 9 und 10 sind die Widerstände 20 und 21 mit einem Spannungsteiler 22 verbunden, der einen symmetrisch einregelbaren Abgriff aufweist. Auf diese Weise kann man auch dann symmetrische Impulse erhalten, wenn Ungleichmäßigkeiten der Dioden, Widerstände, Kapazitäten oder Transistoren vorliegen. Der Abgriff des Spannungsteilers 22 ist mit dem negativen Portential 25 über den Widerstand 23 eines parallelgeschalteten RC-Glieds 23, 24 verbunden. Die erste Batterie zwischen Erde und dem negativen Potential 25 liefert die Vorspannung für die Basen 12 und 15 der Transistoren 9 und 10 und die Vorspannung in Durchlaßrichtung für die Dioden 17 und 18. Die Dioden 17 und 18 sind durch die Basis-Emitterströme der Transistoren 9 und 10 stationär in Durchlaßrichtung und wechselnd in Sperrichtung und Durchlaßrichtung beim Schwingen des Multivibrators vorgespannt.

Die Überkreuzkopplung, die für den Multivibrator charakteristisch ist, erfolgt mittels zweier Kondensatoren 26 und 27, von denen jeder die Basis 15 bzw.

12 des einen Transistors 9 bzw. 10 mit dem Kollektor

13 bzw. 16 des anderen verbindet. So liegt der Kondensator 26 zwischen dem Kollektor 13 und der Basis 15 und der Kondensator 27 zwischen dem Kollektor 16 und der Basis 12. Die Kollektoren 13 und 16 der Transistoren 9 und 10 sind über zwei Widerstände 28 und 29 mit dem verstellbaren Abgriff eines Spannungsteilers 30 verbunden. Ein Kondensator 31 überbrückt den Abgriff. Ein Ende des Spannungsteilers 30 ist mit Erde 8 verbunden, das andere Ende liegt an dem positiven Potential 33 einer zweiten Batterie über einen Widerstand 32. Die zweite Batterie, die ein positives Potential 33 gegenüber Erde 8 liefert, dient zur Vorspannung der Transistoren 9 und 10. An dem Spannungsteiler 30 ist die Kippfrequenz des Multivibrators einzustellen.

Mit einem an den Multivibrator angeschlossenen Ausgangskreis sind gleichphasige Komponenten an den Emittern 11 und 14 der Transistoren 9 und 10 zu eliminieren. Die Emitter 11 und 14, die im Ausgangskreis des Multivibrators liegen, speisen gegensinnig die Primärwicklung 35 eines hochtransformierenden Transformators 34. Dadurch wird ein Durchtritt der Videosignale vermindert, da die meisten der gleichphasigen Komponenten der Videosignale einander löschen. Die Sekundärwicklung 36 des Transformators 34 ist mit der Basis 40 eines Emitterverstärkers 38 über einen Kopplungskondensator 37 verbunden. Dieser Emitterverstärker 38 wandelt den hohen Eingangswiderstand der Sekundärwicklung 36 des Transformators 34 in einen niedrigen Ausgangswiderstand an den Ausgangsanschlüssen 50 und 51 um. Der Kollektor 41 dieses Transistors 38 liegt am positiven Pol 33 der zweiten Batterie über den Widerstand 45 und ist über den Nebenschlußkondensator 43 mit Erde verbunden. Ein Kondensator 42 liegt zwischen der Basis 40 und Erde 8. Die Kondensatoren 44 und 46 sind für hohe Frequenzen Nebenschlußkondensatoren für die Batterien 25 und 33. Die Basis 40 des Transistors 38 liegt über den Widerstand 47 an Erde. Der Ausgangsanschluß 50 ist mit dem Emitter 39 über den Kopplungskondensator 49 verbunden. Ein Ableitwiderstand 52 liegt zwischen dem Ausgangsanschluß 51 und dem negativen Potential 25. Das frequenzmodulierte Videosignal wird von den Ausgangsanschlüssen 50 und 51 abgenommen.

Die Kippfrequenz des Multivibrators ist durch die Zeitkonstanten seiner beiden miteinander gekoppelten passiven Kreise, nämlich durch die Widerstände 28 und 29 und einem Teil des Widerstandes des Spannungsteilers 30 zusammen mit den über Kreuz geschalteten Kondensatoren 26 und 27 bestimmt. Die gegensinnig geschalteten Dioden 17 und 18 beeinflussen die Zeitkonstante des Multivibrators nicht. Bekanntlich befindet sich jeweils der eine der beiden Transistoren 9 und 10 im leitenden Zustand, während sich der andere im nichtleitenden Zustand befindet.

Die Dauer dieses Zustandes wird durch die Zeit be^j stimmt, die der eine der über Kreuz geschalteten Kondensatoren 26 und 27 benötigt, sich bis unter einem gewissen Wert zu entladen. Eine Rückkopplung zwischen den beiden Transistoren 9 und 10 bewirkt, daß sich diese gegensinnig von einem Zustand in den anderen periodisch umschalten. Das Videosignal an den Eingangsanschlüssen 6 und 5 ändert die Basisströme der Transistoren 9 und 10 und bewirkt, daß sich die momentane Kippfrequenz des

Multivibrators ändert. Das Ausgangssignal des Multivibrators erscheint an den Emittern 11 und 14 der Transistoren 9 und 10 und hat nahezu Sinusform. Der Spannungserhöhungstransformator 34 koppelt das Ausgangssignal des Multivibrators an den Emitterverstärker 38, der als Impedanzwandler wirkt. Das frequenzmodulierte Videosignal kann an den Ausgangsanschlüssen 50 und 51 abgenommen werden.

Das Videosignal wird direkt den Basen 12 und 15 der Transistoren 9 und 10 über die Halbleiterdioden 17 und 18 zugeführt Das negative Potential 25 der ersten Batterie spannt die Halbleiterdioden 17 und 18 über die Basis-Emitter-Schaltung der Transistoren 9 und 10 in Durchlaßrichtung vor.

Hierzu 1 Blati Zeichnungen

-ae:

Claims

Patentansprüche:

1. Frequenzmodulationsschaltung mit einem Multivibrator, der zwei über Kreuz mittels Kondensatoren gekoppelte Transistoren aufweist, wobei diese Kondensatoren jeweils zwischen dem Kollektor des einen Transistors und der Basis des: anderen Transistors liegen, mit einer Spannungsquelle, die mil einem Pol an die Kollektoren der Transistoren angekoppelt ist und mit ihrem anderen Pol an Masse angeschlossen ist, und mit zwei gegensinnig in Serie zwischen Verbindungspunkte der Kondensatoren mit den Transistoren geschalteten Dioden, an deren gemeinsamen Verbindungspunkt das Modulationssignal auf Masse bezogen aus einer Modulationssignalquelle zuführbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Dioden (17, 18) für die Emitter-Basis-Ruheströme der Transistoren (9,10) in Durchlaßrichtung gepolt an die Verbindungspunkte der Kondensatoren (26, 27) mit den Basen (12,15) angeschlossen sind, daß die Modulationssignalquelle (5, 6) für Gleichstrom durchlässig an den gegenseitigen Verbindungspunkt (19) der Dioden (17, 18) angekoppelt ist und daß eine weitere Spannungsquelle mit einem Pol (25) an die Emitter (11,14) der Transistoren (9,10) angekoppelt ist, mit ihrem anderen Pol an Masse (8) angeschlossen ist und eine die Dioden (17,18) über die Emitter-Basis-Ruheströme in Durchlaßrichtung vorspannende Spannung abgibt.

2. Frequenzmodulationsschaltung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Ausgangstransformator (34) mit einer Primär- (35) und einer Sekundärwicklung (36), dessen Primärwicklung an die Emitter (11, 14) der Transistoren (9,10) angeschlossen ist.

3. Frequenzmodulationsschaltung nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch einen an die Sekundärwicklung (36) des Transformators (34) angeschlossenen Transistor-Impedanzwandler (38).