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Die Erfindung betrifft einen aktiven Modulator, insbesondere für Einrichtungen
der Trägerfrequenztechnik, mit zwei parallelgeschalteten gleichartigen Zweigen,
bei denen jeweils in Serie zur Emitter-Kollektor-Strecke eines verstärkenden Transistors
ein insbesondere als Transistor ausgebildeter, mit Hilfe von Trägerspannungen abwechselnd
steuerbarer Schalter angeordnet ist, wobei die Basiselektroden der verstärkenden
Transistoren von einer Eingangssignalspannung gegenphasig angesteuert werden.
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Durch die deutsche Patentschrift 1149 414 ist bereits ein aktiver
Modulator mit zwei Transistoren bekanntgeworden, bei dem den Basisanschlüssen der
Transistoren das modulierende Signal gegenphasig zugeführt wird. Bei diesem Modulator
werden beide Transistoren unmittelbar durch eine Trägerspannung abwechselnd in den
leitenden und gesperrtenZustand gesteuert. Das Ausgangssignal wird durch Addition
der von den Transistoren abgegebenen Kollektorströme im Ausgangsübertrager gebildet.
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Bei einem derartigen Modulator kann man ferner, wie z. B. bei dem
Modulator nach der französischen Patentschrift 1398 547, einen Gegentaktverstärker
für das modulierende Signal vorsehen. Bei diesem Modulator ist der Aussteuerbereich
begrenzt.
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Es ist ferner bereits ein Modulator zur Frequenzmodulation bekannt,
der einen Multivibrator enthält und bei dem Schaltmittel an den Multivibrator angeschlossen
sind, die die Frequenz des Multivibrators modulieren. Der dabei verwendete Multivibrator
enthält zwei Transistoren, bei denen jeweils dem Emitter ein Widerstand vorgeschaltet
ist. Dieser Modulator ist für Amplitudenmodulation nicht ohne weiteres geeignet.
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Ein vorbekannter Transistorschaltkreis zur Festlegung des Richtungssinnes
des Stromflusses durch eine Belastung ist derart ausgebildet, daß zwei Transistoren
desselben Leitfähigkeitstyps vorhanden sind, deren Ausgangselektroden über Impedanzen
von einer gemeinsamen Spannungsspeiseleitung gespeist , werden, daß eine Belastung
zwischen die Ausgangselektroden der beiden Transistoren geschaltet ist und daß beide
Transistoren einzeln oder gemeinsam durch Änderung der Spannung an einer anderen
Elektrode derart leitend gemacht werden können, daß dadurch der Richtungssinn des
Stromflusses in der Belastung ausgewählt oder der Stromfluß durch die Belastung
unterbrochen wird. Bei diesem Transistorschaltkreis können die Ausgangselektroden
mit den Eingangselektroden von jeweils einem anderen zweier weiterer Transistoren
verbunden werden, so daß die Ausgangselektroden der letzteren Transistoren mit der
Spannungsspeiseleitung verbunden sind. Dieser Transistorschaltkreis dient dazu,
den Richtungssinn eines Stromflusses in einer Belastung festzulegen.
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Es gibt verschiedene Anwendungsfälle, bei denen Modulatoren innerhalb
eines besonders großen Aussteuerbereiches betrieben werden sollen.
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Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen aktiven Modulator mit
Transistoren zu schaffen, der am Ausgang sowohl den Träger als auch das Eingangssignal
unterdrückt und dabei einen besonders großen Aussteuerbereich aufweist.
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Gemäß der Erfindung wird der Modulator zur Lösung dieser Aufgabe derart
ausgebildet, daß die verstärkenden Transistoren jeweils als Emitterfolger geschaltet
sind, bei dem an den am Emitter des verstärkenden Transistors liegenden Widerstand
der Schalter angeschlossen ist, und daß eine Überlagerungsschaltung bzw. eine Auswahlschaltung
zui überlagerung bzw. Auswahl der an den Schaltern liegenden Spannungen an die Verbindungspunkte
der Widerstände mit den Schaltern und einen Verbindungspunkt der parallelgeschalteten
Zweige angeschlossen ist und daß die Widerstände größer als die Widerstände der
geschlossenen Schalter und kleiner als die Widerstände der geöffneten Schalter sind.
Durch diese Maßnahmen ergibt sich ein Modulator mit besonders hoher Linearität innerhalb
eines großen Aussteuerbereiches mit großem Eingangswiderstand und mit großer Bandbreite.
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In Weiterbildung der Erfindung wird die Trägerspannung durch Rechteckimpulse
wechselnder Polarität gebildet, wobei die Transistoren durch von der Trägerspannung
abgeleitete derart phasenverschobene Spannungen mit derartigem Tastverhältnis steuerbar
sind, daß zu jedem Zeitpunkt einer der Transistoren gesperrt ist. Durch diese Maßnahme
ergibt sich eine besonders weitgehende Unterdrückung des Trägers am Modulatorausgang.
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Ein besonders geringer Ausgangswiderstand des Modulators läßt sich
dadurch erzielen, daß die Auswahlschaltung durch zwei Emitterfolger mit gemeinsamem
Emitterwiderstand gebildet ist, deren Eingänge an die Schalter angeschlossen sind.
Die Auswahlschaltung kann jedoch ferner durch einen über je eine derart gepolte
Diode an den Ausgang eines der Emitterfolger angeschlossenen Widerstand gebildet
sein, daß die Dioden mit entgegengesetzter Polung in Serie geschaltet sind. Schließlich
kann die Auswahlschaltung auch durch einen Widerstand gebildet sein, der über je
einen weiteren Widerstand an den Ausgang eines der Emitterfolger angeschlossen ist.
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Die Erfindung wird an Hand der in den F i g. 1, 2 bis 5 und 6 dargestellten
Ausführungsbeispiele sowie an Hand der in den F i g. 3 a bis 3 d und F i g. 7 gezeigten
Diagramme näher erläutert.
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F i g.1 zeigt eine Teilschaltung des Modulators nach der Erfindung;
in F i g. 2 ist eine Teilschaltung des erfindungsgemäßen Modulators dargestellt,
bei der die Schalter als Tanristoren ausgebildet sind; in F i g. 3 sind Spannungsverläufe
im Modulator nach F i g. 1 dargestellt, und zwar in F i g. 3 a die an die Basisanschlüsse
der Transistoren gelegten Eingangsspannungen, in F i g. 3 b die am Schalter abgegriffene
Ausgangsspannung des einen, in F i g. 3 c die am Schalter abgegriffene Ausgangsspannung
des anderen Emitterfolgers sowie in F i g. 3 d die nach Auswertung der Ausgangsspannungen
nach F i g. 3 b und 3 c sich ergebende Ausgangsspannung des Modulators; aus F i
g. 4 geht eine Gesamtschaltung des Modulators hervor; die F i g. 5 und 6 zeigen
Auswahlschaltungen, und zwar F i g. 5 mit linearen Elementen, F i g. 6 mit einem
Widerstand und zwei Dioden; in F i g. 7 sind an die Trägereingänge gelegte Schaltspannungen
über der Zeit aufgetragen.
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Die in F i g.1 gezeigte Teilschaltung des Modulators enthält zwei
Emitterfolger, bei denen jeweils im Emitterkreis ein Schalter eingefügt ist. Der
eine Emitterfolger ist durch den Transistor 1, den Emitterwiderstand
5
und den in Serie zum Emitterwiderstand 5 liegenden Schalter 3 gebildet. Der andere
Emitterfolger setzt sich aus dem Transistor 2, dem Emitterwiderstand 6 und dem in
Serie zum Emitterwiderstand 6 liegenden Schalter 4 zusammen. An den Kollektoren
der Transistoren 1 und 2 liegt die Versorgungsspannung -- Uo. Die Schalter
3 und 4 sind auf der den Emitterwiderständen abgewandten Seite mit
Erde verbunden. An den Basisanschlüssen 13 und 14 der Transistoren 1 und 2 liegen
jeweils die Vorspannung - U sowie die einander gegenphasigen Eingangssignalspannungen
-u, bzw. +u,. Die Eingangssignalspannung kann dabei direkt zwischen die Basisanschlüsse
13 und 14 gelegt werden. Am Schalter 3, d. h. zwischen dem Verbindungspunkt 11 des
Emitterwiderstandes 5 mit dem Schalter 3 und Erde liegt die Ausgangsspannung u 1
des ersten Emitterfolgers. Die Ausgangsspannung des zweiten Emitterfolgers liegt
am Schalter 4, d. h. zwischen dem Verbindungspunkt 12 des Emitterwiderstandes 6
mit dem Schalter 4 und Erde.
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Die Teilschaltung nach F i g. 2 unterscheidet sich von der Teilschaltung
nach F i g. 1 dadurch, daß die Schalter 3 und 4 durch die Transistoren 31 und 41
gebildet sind, an deren Basisanschlüsse 15 und 16 als Trägerspannung gegenphasige
Rechteckimpulse angelegt sind.
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Man kann die Transistoren 31 und 41 durch Rechteckspannungen mit dem
Tastverhältnis 1:1 gegenphasig schalten. Der Widerstand eines gesperrten Transistors
31 bzw. 41 ist sehr groß, der eines leitenden Schalttransistors 31 bzw. 41 sehr
klein gegen den Wert des dazugehörigen Emitterwiderstandes 5, 6. Die Spannungen
u 1 und u 2, die an den Schalter 3, 4 und damit zwischen den
Punkten 11
und 12 und Erde entstehen, sind für die in F i g. 3 a gezeigte
Signalspannung u, in F i g. 3 b und 3 c aufgezeichnet. Der in F i g. 3 d gezeigte
Spannungsverlauf ergibt sich durch Addition der Spannungen nach den F i g. 3 b und
3 c, z. B. mit Hilfe einer Additionsschaltung nach F i g. 5.
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Die in den F i g. 3 b bis 3 d gezeigten Spannungsverläufe setzen Schalter
voraus, die sehr schnell und exakt gegenphasig schalten, jedoch nur schwer realisierbar
sind. Es kann daher Zeiten geben, zu denen weder der Transistor 31 noch der Transistor
41 vollständig gesperrt ist, so daß Schaltspitzen am Ausgang einer an die Schalter
angeschlossenen Additionsstufe entstehen können.
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Zur Verbesserung der Trägerunterdrückung werden daher zweckmäßigerweise
als Schaltspannung für die Transistoren 31 und 41 Trägerspannungen mit dem in F
i g. 7 gezeigten Spannungsverlauf in Verbindung mit einer Extremwertschaltung (Transistoren
7 und 8, Widerstand 9 in F i g. 4) verwendet. Die von der Trägerspannung abgeleiteten
Schaltspannungen nach F i g. 7 haben ein derartiges Tastverhältnis, daß die Transistoren
länger gesperrt als geöffnet sind. Sie sind ferner derart gegeneinander phasenverschoben,
daß zu jedem Zeitpunkt mit Sicherheit einer der Transistoren gesperrt ist. Durch
die Anstiegs- bzw. Abfallzeit der Kollektorströme der Schalter werden das Tastverhältnis
und die Phasenverschiebung zwischen den Schaltimpulsen vorgeschrieben.
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Bei Anwendung dieser Maßnahmen ist gewährleistet, daß zu jedem Zeitpunkt
mit Sicherheit an einem der beiden Verbindungspunkte 11 und 12 eine der Eingangssignalspannung
u, proportionale Spannung anliegt. Von diesen beiden an den Verbindungspunkten 11
und 12 auftretenden Spannungen wählt die Auswahlschaltung selbsttätig jeweils die
negativere der beiden Spannungen aus und schaltet sie an den Modulatorausgang durch.
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Die Schaltgeschwindigkeit der Transistoren 31 und 41 (F i g. 4) bleibt
dabei in vorteilhafter Weise ohne Einfluß auf die Modulatoreigenschaften.
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Bei der Gesamtschaltung eines erfindungsgemäßen Modulators nach F
i g. 4 ist zusätzlich zu den Emitterfolgern nach F i g. 2 die durch den Widerstand
9 und die Transistoren 7 und 8 gebildete Auswahlschaltung vorgesehen. Die in der
Auswahlschaltung enthaltenen Transistoren 7 und 8 sind kollektorseitig und emitterseitig
jeweils miteinander verbunden. Der Basisanschluß des einen Transistors 7 liegt an
der Ausgangsklemmell des einen Emitterfolgers. Der Basisanschluß des anderen Transistors
8 ist mit der Ausgangsklemme 12 des anderen Emitterfolgers verbunden. Die Emitter
der Transistoren 7 und 8 sind über den Widerstand 9 an Erde geführt und bilden den
Ausgang 10 des Modulators.
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Die Auswahlschaltung besteht aus zwei Emitterfolgern mit dem gemeinsamen
Emitterwiderstand 9. Der Transistor 7 bzw. 8, an dessen Basis die weiter negative
Momentanspannung liegt, sperrt den anderen Transistor. Die Verbindungspunkte 11
und 12 werden durch die Auswahlschaltung kaum belastet, da ihr Eingangswiderstand
durch geeignete Bemessung des Widerstandes 9 sehr groß gemacht werden kann. Unterschiedliche
Restspannungen an den Emitter-Kollektor-Strecken der Transistoren 31 und 41 spielen
in vorteilhafter Weise keine Rolle.
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Die Schaltung ist symmetrisch aufgebaut. Daher können trotz der Temperaturabhängigkeit
der Bauelemente nur sehr geringe Fehler bei der Modulation auftreten.
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Strenge Toleranzforderungen liegen nicht vor. Die Widerstände 5 und
6 müssen lediglich so gewählt werden, daß sie sehr klein sind gegen den Eingangswiderstand
der Auswahlschaltung und den Sperrwiderstand der Transistoren. Auch für den Widerstand
9 können große Toleranzen zugelassen werden. Die Tatsache, daß bei jedem Schaltvorgang
der Eingangswiderstand an den Modulatoreingängen sich sprunghaft ändert, fällt deshalb
nicht ins Gewicht, weil er in jedem Fall sehr groß ist. Andererseits ist in vorteilhafter
Weise der Ausgangswiderstand des Modulators klein.
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Diese Vorteile beruhen im wesentlichen darauf, daß an der Signalübertragung
vom Eingang zum Ausgang jeweils gleichzeitig nur zwei Emitterfolger mitwirken. Wegen
der starken Gegenkopplung arbeiten diese beiden Stufen sehr linear und können stark
ausgesteuert werden. Bei Verwendung von zwei getrennten Spannungsquellen kann der
Gleichanteil der Ausgangsspannung beseitigt werden.
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Die Modulationsschaltung kann zweckmäßig in integrierter Technik ausgeführt
werden, zumal große Toleranzen der Schaltmittel zugelassen werden können.
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Die in F i g. 5 dargestellte Auswahlschaltung ist eine Additionsschaltung
aus drei Widerständen. Von den zu addierenden Spannungen u 1 und
u 2
ist die Spannung u 1 an die Serienschaltung der Widerstände 17 und 91
und die Spannung u2 an die Serienschaltung der Widerstände 18 und 91 gelegt.
Zur
möglichst genauen Addition wird die Additionsschaltung so bemessen, daß der Wert
der insbesondere gleich großen Widerstände 17 und 18 viel größer als der Wert des
Widerstandes 91 ist.
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Da die beiden Spannungen u1 und u2 immer das gleiche Vorzeichen behalten,
kann die Ausgangsspannung des Modulators auch mit einer Extremwertschaltung aus
Dioden nach F i g. 6 erzeugt werden. Es leitet immer nur die Diode, die an der weiter
negativen Spannung liegt. Die Spannungsverstärkung des Modulators wird durch diese
Auswahlschaltung in besonders geringem Maße herabgesetzt, wenn der Widerstand 92
sehr groß gegen die Widerstände 5 und 6 ist.