DE1286586B - Frequenzmodulator - Google Patents
FrequenzmodulatorInfo
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- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03C—MODULATION
- H03C3/00—Angle modulation
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- Amplitude Modulation (AREA)
- Networks Using Active Elements (AREA)
- Oscillators With Electromechanical Resonators (AREA)
Description
zeichnet.
Bei einem Frequenzmodulator, der aus einem frei schwingenden Multivibrator mit zwei Transistoren
und zwei Lastwiderständen besteht, wobei die beiden
eine möglichst lineare Modulationscharakteristik be- ίο Heft 3, vom März 1959).
sitzen. In den bisherigen, mit Röhren aufgebauten Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen
Modulatoren wird die gewünschte modulierte Mitten- Frequenzmodulator in Festkörperbauweise zu schaffrequenz
(normalerweise 70 MHz) durch überlagern fen, der sich durch hohe Stabilität und vor allem durch
von zwei Klystronoszillatoren erzeugt, wobei ein mit der Modulationsspannung lineare Frequenz-Oszillator
durch Verändern der Reflektorspannung 15 modulation über einen sehr großen Bereich ausdirekt
moduliert wird, während der andere unter
Zwischenschaltung eines Konverters das gewünschte
Frequenzband abgibt. Die erforderliche Linearität
der Modulationscharakteristik des modulierten Oszillators wird dadurch erreicht, daß dieser mit einem 20 Transistoren durch zwei Stromquellen gespeist werden speziellen Kompensationszweipol belastet wird. und das Modulationssignal den Strom einer der beiden
Zwischenschaltung eines Konverters das gewünschte
Frequenzband abgibt. Die erforderliche Linearität
der Modulationscharakteristik des modulierten Oszillators wird dadurch erreicht, daß dieser mit einem 20 Transistoren durch zwei Stromquellen gespeist werden speziellen Kompensationszweipol belastet wird. und das Modulationssignal den Strom einer der beiden
Es sind ferner Modulatoren mit Festkörperschalt- Stromquellen moduliert, wird diese Aufgabe dadurch
kreisen bekannt, deren Oszillatoren mit Transistoren gelöst, daß der Lastwiderstand, der zu dem Transistor
und Kapazitätsdioden aufgebaut sind. Mit diesen mit der modulierten Stromquelle gehört, als WiderModulatoren können jedoch keine großen linearen 25 Standsnetzwerk mit einer derart nichtlinearen Strom-Frequenzvariationen
erzielt werden, weil dies die Spannungskennlinie ausgebildet ist, daß die Kollek-Kennlinie
der Kapazität über der Modulationsspannung der Kapazitätsdioden nicht zuläßt.
Eine weitere bekannte Modulatorschaltung enthält
einen mit Röhren aufgebauten astabilen Multivibra- 30
tor, dessen Schwingfrequenz über die Gittervorspannung der beiden Multivibratorröhren veränderbar ist: Bei Anlegen einer Modulationsspannung an
die gitterabgewandten Enden der Gitterableitwiderstände ändert sich die Schwingfrequenz des Multi- 35 Da in die Schwingfrequenz des astabilen Multivibrators im gleichem Rhythmus wie die Modula- vibrators außer der Summe der Ströme, welche die tionsspannung (Journal of the Society of Motion - beiden Stromquellen dem jeweils leitenden Tran-Picture and Television Engineers, Bd. 66, Nr. 4, sistor einprägen, auch dieser Kollektorspannungs-Teil I, S. 182 ff). Diese Röhrenschaltung ist jedoch strom W eingeht, ist bei dem erfindungsgemäßen nicht für eine Ausführung in Festkörperbauweise 4° Modulator, bei dem 1V nunmehr eine Konstante geeignet, andererseits lassen sich die Röhren wegen ist, die Schwingfrequenz nur noch von dem Strom des unterschiedlichen Steuermechanismus nicht ein- abhängig, den man proportional der Modulationsfach durch Transistoren ersetzen. spannung machen kann.
einen mit Röhren aufgebauten astabilen Multivibra- 30
tor, dessen Schwingfrequenz über die Gittervorspannung der beiden Multivibratorröhren veränderbar ist: Bei Anlegen einer Modulationsspannung an
die gitterabgewandten Enden der Gitterableitwiderstände ändert sich die Schwingfrequenz des Multi- 35 Da in die Schwingfrequenz des astabilen Multivibrators im gleichem Rhythmus wie die Modula- vibrators außer der Summe der Ströme, welche die tionsspannung (Journal of the Society of Motion - beiden Stromquellen dem jeweils leitenden Tran-Picture and Television Engineers, Bd. 66, Nr. 4, sistor einprägen, auch dieser Kollektorspannungs-Teil I, S. 182 ff). Diese Röhrenschaltung ist jedoch strom W eingeht, ist bei dem erfindungsgemäßen nicht für eine Ausführung in Festkörperbauweise 4° Modulator, bei dem 1V nunmehr eine Konstante geeignet, andererseits lassen sich die Röhren wegen ist, die Schwingfrequenz nur noch von dem Strom des unterschiedlichen Steuermechanismus nicht ein- abhängig, den man proportional der Modulationsfach durch Transistoren ersetzen. spannung machen kann.
Ein weiterer bekannter Röhrenmodulator enthält Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung enthält
eine Gegentakt-B-Stufe, deren Röhren als Arbeits- 45 das Widerstandsnetzwerk eine einzige Diode, welche
widerstand je eine weitere Röhre haben, wobei die mit einem Anschluß an ein Bezugspotential und mit
beiden letztgenannten Röhren als Gegentakt-C-Ver- dem anderen Anschluß an den Abgriff eines geteilten
stärker geschaltet sind. Den Gittern der Gegentakt- Kollektorwiderstandes des Transistors angeschlossen
B-Stufe wird die Modulationsfrequenz (Niederfre- und so vorgespannt ist, daß sie bei leitendem Tranquenz)
zugeführt, während den Gittern der Gegentakt- 50 sistor ebenfalls leitet und dabei die Kollektorspannung
C-Stufe die zu modulierende Hochfrequenz zugeführt unabhängig vom Kollektorstrom auf einem festen
wird. Im Anodenkreis der C-Stufe liegt ein Schwing- Wert hält. Damit wird eine äußerst einfache schalkreis,
an den die Hochfrequenzlast (Antenne) ange- tungsmäßige Realisierung des nichtlinearen Widerkoppelt
ist (Electronics, 1957, 1. Dezember-Heft). Standsnetzwerkes erreicht, welche zur Einhaltung des
Für diese Kaskadenschaltung, die nach dem Prinzip 55 festen Wertes der Kollektorspannung und damit einer
der Serienmodulation arbeitet, gilt das gleiche wie konstanten Sprungamplitude der Kollektorspannung
für die im vorigen Absatz besprochene Schaltung. beim Umkippen des. Multivibrators außer Vorspan-Eine
weiterhin bekannte Modulationsschaltung ent- nungswiderständen nur eine einzige Halbleiterdiode
hält einen mit Transistoren aufgebauten astabilen benötigt. Die erfindungsgemäße Modulatorschaltung
Multivibrator, dessen Transistoren von zwei Strom- 60 ist dadurch sehr einfach und preiswert herstellbar,
quellentransistoren gespeist werden. Bei einer Ver- In zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung
änderung der Summe der von diesen gelieferten kann mindestens einer der die Vorspannung der
Ströme ändert sich die Schwingfrequenz des Multi- Diode bestimmenden Widerstände des Netzwerkes
vibrators. Der dem Multivibrator eingeprägte Strom zur Einstellung des festen Kollektorspannungswertes
läßt sich über die Basisspannung eines der Strom- 65 verstellbar sein. Damit läßt sich in sehr einfacher
quellentransistoren beeinflussen. Die Änderung der Weise der feste Kollektorspannungswert und damit
Schwingfrequenz des Multivibrators erfolgt jedoch auch der KollektorspannungsstromAV verändern,
nicht linear mit der Steuerspannung. so daß der Proportionalitätsfaktor zwischen Modula
torspannung dieses Transistors in seinem leitenden Zustand unabhängig von der Größe seines Kollektorstroms
gleich bleibt.
Damit wird der Vorteil erreicht, daß die Amplitude des Kollektorspannungssprungs, welcher beim Umkippen
des Multivibrators auftritt, unabhängig von der Größe des diesen Transistor in seinem leitenden
Zustand durchfließenden Stromes konstant bleibt.
tionsspannung und Frequenzänderung variiert und bestimmten Erfordernissen angepaßt werden kann.
Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen im einzelnen erläutert. Es zeigt
F i g. 1 das Schaltbild eines herkömmlichen Multivibrators mit zwei Transistoren,
F i g. 2 die Abhängigkeit der Frequenz von dem Strom eines der beiden Transistoren dieses Multivibrators
und
F i g. 3 das Schaltbild des aus dem Multivibrator der F i g. 1 gebildeten erfindungsgemäßen Modulators
mit dem Netzwerk zur Linearisierung.
Der Multivibrator der F i g. 1 enthält im wesentlichen zwei Transistoren T1 und T2, die über ihre
Emitter ex und e2 und die Widerstände R5 und R8
von den beiden aus den Transistoren T3 und T4. bestehenden
Stromquellen gespeist werden. Der Kollektor C1 des Transistors T1 ist über den Widerstand R4.
mit dem Punkt A verbunden, dessen Potential von dem zwischen den Spannungen +E1 und — E2 liegenden
Spannungsteiler/?!, R2, R3 bestimmt wird.
Der Kollektor c2 des Transistors T2 ist über den
Widerstand R9 mit der Spannung +E1 verbunden.
Der Kollektor C1 von T1 ist direkt mit der Basis
des Transistors T2, der Kollektor C2 des Transistors
T2 ist mit der Ausgangsklemme U verbunden.
Der von den beiden Stromquellen T3 und T4. gelieferte
Strom bleibt konstant, wenn die beiden Emitterwiderstände R6 und R7 sowie die Spannungen
an den Basen b3 und b\ sich nicht ändern. Die Spannung
der Basis b3 wird über den vorher erwähnten Spannungsteiler R1, R2, R3 und die Spannung der
Basis i»4 über den Spannungsteiler R10, Rn, der ebenfalls
zwischen den Spannungen +E1 und -E2 liegt,
erzeugt.
Die beiden Kondensatoren C2 und C4. dienen zur
überbrückung. Der Kondensator C3 zwischen den
beiden Emittern et und e2 ist einer der die Frequenz
bestimmenden Parameter, während der Kondensator C1 den Gleichstromweg zwischen der Eingangsklemme
S und der Basis b3 des Transistors T3
auftrennt.
Die soeben beschriebene Schaltungsanordnung der F i g. 1 wurde bereits in dem Buch »Waveforms«,
M. I. T. Radiation Laboratory Series, 1949, auf der Seite 171 als Röhrenschaltung beschrieben, und in
der Zeitschrift »Proc. of the IEE«, Vol. 106, Teil B,
ist die äquivalente Transistorschaltung gezeigt.
Die bekannte Arbeitsweise dieses Multivibrators beruht auf der Abwechslung der gesperrten und leitenden
Zustände der beiden Transistoren T1 und T2.
Der Kondensator C3 zwischen den Emittern et und e2
der Transistoren T1 und T2 wird dabei linear geladen
und entladen. Dieses Laden und Entladen erfolgt linear, weil die beiden Emitter ex und e2 mit konstantem
Strom gespeist werden.
Werden der Spannungsabfall zwischen der Basis und dem Emitter und die Kollektorruheströme der
Transistoren vernachlässigt und wird außerdem der Stromverstärkungsfaktor α == 1 gesetzt, so kann auf
einfache Weise die Schwingungsfrequenz berechnet werden:
welcher der einzige die Frequenz bestimmende Wider-r
stand ist.
Um gemäß der Erfindung die gewÜHSchte Linearität
zu erzeugen, ist an Stelle des Widerstandes R4 der F i g. 1 ein Linearisierungsnetzwerk vorgesehen, dessen
äquivalenter Widerstand in gleicher Weise abnimmt, wie der Strom I1 +I2, der den Transistor T1 durchfließt,
zunimmt.
Ein solches Netzwerk, wie es in der F i g. 3 durch die gestrichelte Linie umgrenzt ist, besteht — beginnend am Kollektor C1 des Transistors T1 — aus einem mit einer Diode D1 in Serie geschalteten Widerstand Rj4, wobei die Anode der Diode mit dem Punkt A verbunden ist. Zwischen dem Punkt +E1 und dem Verbindungspunkt Q von R14 und D1 liegen zwei Serien widerstände R12 und R13, die zusammen mit einem der Diode D1 parallelgeschalteten Widerstand R15 einen Spannungsteiler bilden, der das Potential des Punktes Q bestimmt. Dieses Potential besitzt einen solchen Wert, daß die Diode leitend wird, wenn der Transistor T1 leitend ist, und sperrt, wenn T1 gesperrt ist.
Ein solches Netzwerk, wie es in der F i g. 3 durch die gestrichelte Linie umgrenzt ist, besteht — beginnend am Kollektor C1 des Transistors T1 — aus einem mit einer Diode D1 in Serie geschalteten Widerstand Rj4, wobei die Anode der Diode mit dem Punkt A verbunden ist. Zwischen dem Punkt +E1 und dem Verbindungspunkt Q von R14 und D1 liegen zwei Serien widerstände R12 und R13, die zusammen mit einem der Diode D1 parallelgeschalteten Widerstand R15 einen Spannungsteiler bilden, der das Potential des Punktes Q bestimmt. Dieses Potential besitzt einen solchen Wert, daß die Diode leitend wird, wenn der Transistor T1 leitend ist, und sperrt, wenn T1 gesperrt ist.
Auf diese Weise wird der plötzliche Spannungsanstieg am Emitter ex des Transistors TJ, der entsteht,
wenn der Strom dieses Transistors von Null auf I1 + I2 steigt, begrenzt und durch die Potentialdifferenz
zwischen den Punkten A und Q bestimmt, wenn der Transistor T1 gesperrt ist. Um diesen Spannungshub
verändern zu können, kann der Gleichstrom des Spannungsteilers durch R12 geändert werden.
R12 wird von den übrigen Schaltgliedern durch den Uberbrückungskondensator C5 entkoppelt.
Vom theoretischen Standpunkt aus und mit den Vereinfachungen, die bei der zur Ermittlung der
Frequenz aufgestellten Gleichung (1) vorgenommen wurden und durch die gleichzeitig verschiedene sekundäre
Einflüsse, wie Streukapazität usw., die auf jeden Fall die Wellenform ändern, vernachlässigt wurden,
genügt die Verkleinerung von R4 als Ergebnis der Variation des Stromes (I1 +12) allein nicht, um
die gewünschte Linearität zu erreichen. Wird der Spannungshub des Kollektors C1, der auftritt, wenn
der Strom des Transistors T1 von Null auf I1 + I2
springt, A V genannt, so lautet die Gleichung für die Frequenz wirklich:
r r
j*
i
hh
+I2)2
(1)
/1 und I2 sind die Ströme der beiden Transistoren T1
und T2; R4 ist der Last widerstand des Transistors Tj,
J C3AV(I1+^) ■
Aus dieser Gleichung (2) geht hervor, daß durch Ändern des Stromes I1 die Frequenz sich nicht linear
mitändert, entweder weil I1 oder I2 oder A V = R4
(I1 + I2) sich ändert. Durch eine an den Kollektor
des Transistors T1 angeschlossene Diode kann im Falle einer idealen Diode die. Größe A V, unabhängig
von der Änderung des Stromes I1, konstant gemacht
werden, was einer Verkleinerung von R4 beim Ansteigen von I1 entspricht. Solange also die Größe
(I1 + I2) in der Formel (2) verbleibt, ist eine perfekte
Linearität nicht zu erreichen. In der Praxis jedoch treten noch andere, die Wellenform verändernde
Einflüsse auf, so daß durch die Summe dieser Einflüsse die erreichte Linearität besser ist als nach der
Theorie. Der durch Konstanthalten der Größe AV mittels einer Diode erreichte Einfluß überwiegt auf
jeden Fall. Es genügt deshalb, einen plötzlichen Spannungssprung .1V zu verhindern, was in genügendem
Maße durch das beschriebene, erfindungsgemäße Linearisierungsnetzwerk bewerkstelligt wird.
Dieses Netzwerk besitzt außerdem den Vorteil, dank des dazwischengeschalteten Widerstandes R12 die
Schwankungen des Spannungssprunges J V einstellen zu können. Zusammenfassend kann gesagt werden,
daß bei der Schaltungsanordnung der F i g. 3 die Linearität und die Mittenfrequenz jR12, C3 und R6
eingestellt werden können, um einen Frequenzmodulator mit sehr großer Linearität zu verwirklichen.
Als Beispiel seien die Werte der Schaltungselemente und andere Parameter der Fig. 3 angegeben:
R2 =
R3 =
R5 =
R5 =
Re =
R7 =
R7 =
R8 =
R9 =
R9 =
Rio —
R11 =
R11 =
Rl2 =
Rl3 =
Rl* =
C1 =
C1 =
C2 =
C4 =
800 0hm
1700 Ohm
700 0hm
1000 Ohm
0 bis 2000 Ohm
600 Ohm
400 Ohm
50 Ohm
2400 Ohm
800 0hm
0 bis 3000 Ohm
1200 Ohm
62 0hm
1000 Ohm
0,1 aF
0,1 aF
5,5 bis 18 pF
0,1 aF
0,1 a F
+ 12VoIt
-20 Volt
Folgende Ergebnisse sind zu erreichen: Mittenfrequenz J1. = 70 MHz. Modulationsbrandbreite
> 20 MHz, Linearitätsabweichungen von 0,3",, über einen Bereich von Af1. =±10 MHz. Thermisches
Rauschen im schlechtesten Kanal (bei 960 simulierten Telephonkanälen mit weißem Rauschen und
einer angenommenen effektiven Frequenzbandbreite von 20OkHz pro Kanal)= 14pW; Modulationsempfindlichkeit = 7 M Hz/Volt.
Claims (3)
1. Frequenzmodulator, bestehend aus einem frei schwingenden Multivibrator mit 2wei Transistoren
und zwei Lastwiderständen, wobei die beiden Transistoren durch zwei Stromquellen
gespeist werden und das Modulationssignal den Strom einer der beiden Stromquellen moduliert,
dadurch gekennzeichnet, daß der
Last widerstand, der zu dem Transistor (7J) mit der modulierten Stromquelle (T3) gehört, als
Widerstandsnetzwerk (R2, R3, R12, R13, R14, R15,
D1) mit einer derart nichtlinearen Strom-Spannungs-Kennlinie
ausgebildet ist, daß die Kollektorspannung dieses Transistors (T1) in seinem leitenden
Zustand unabhängig von der Größe seines Kollektorstromes gleichbleibt.
2. Frequenzmodulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerstandsnetzwerk
(R2, R3, R12, R13, R14, R15, D1) eine einzige
Diode (D1) enthält, welche mit einem Anschluß (A)
an ein Bezugspotential und mit dem anderen Anschluß (Q) an den Abgriff eines geteilten Kollektorwiderstandes
(R13, R14) angeschlossen und
durch die Potentialdifferenz zwischen diesen Anschlüssen, die durch die als Spannungsteiler wirkenden
Widerstände (R12, R13, R15) hervorgerufen
wird, so vorgespannt ist, daß sie bei leitendem Transistor (T1) ebenfalls leitet und dabei die
Kollektorspannung unabhängig vom Kollektorstrom auf einem festen Wert hält.
3. Frequenzmodulator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer (12)
der die Vorspannung der Diode (D1) bestimmenden Widerstände zur Einstellung des festen Kollektorspannungswertes verstellbar ist.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
IT4206163 | 1963-12-17 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
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ID=11253908
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
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FR (1) | FR1424597A (de) |
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- 1964-11-23 NL NL6413577A patent/NL6413577A/xx unknown
- 1964-12-10 FR FR998216A patent/FR1424597A/fr not_active Expired
- 1964-12-12 DE DE1964A0047861 patent/DE1286586B/de active Pending
- 1964-12-14 BE BE657055D patent/BE657055A/fr unknown
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