DE1288648B - Frequenzdiskrimminator fuer impulsfoermige Signale - Google Patents
Frequenzdiskrimminator fuer impulsfoermige SignaleInfo
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Description
1 2
Die Erfindung befaßt sich mit einem Frequenz- des eigentlichen Diskriminatorbereiches, also bei
diskriminator für impulsförmige Signale, dessen zwi- kleineren Frequenzen als fmin und bei höheren Fre-
schen der Frequenz fmtn und der Frequenz fmax quenzen als fmax einen waagerechten Verlauf hat.
liegende Kennlinie eine hohe Flankensteilheit auf- An Hand der Ausführungsbeispiele der Zeichnungen
weist. Nicht impulsförmige Signale werden in an sich 5 sei im folgenden die Erfindung näher erläutert,
bekannter Weise in impulsförmige Signale umgewan- In F i g. 1 wird ein besonders einfaches Beispiel der
delt, ehe sie dem Frequenzdiskriminator zugeführt erfindungsgemäßen Anordnung gezeigt. Darin ist 1 die
werden. Impulssignalquelle, die in diesem Beispiel zwischen
Die bekannten Frequenzdiskriminatoren mit hoher einem positiven Wert und 0 V alterniert. Diese Signal-Flankensteilheit
der Diskriminatorkennlinie relativ io spannung wird über den Koppelwiderstand 2 der
zur Mittenfrequenz der Kennlinie arbeiten mit einem Diode 3 zugeführt. Mit dem Widerstand 4 kann, wenn
oder mehreren Schwingkreisen, also mit sinusförmigen erforderlich, eine negative Spannung als Diodenvor-Signalen.
spannung der Diode zugeführt werden. Die Diode 3
Es sind bereits Frequenzdiskriminatoren bekannt, hat eine Sperrverzögerungszeit τ, die gleich groß ist
die für impulsförmige Signale geeignet sind und bei 15 wie der zeitliche Abstand der Impulse bei der Fre-
denen keine Schwingkreise zur Anwendung kommen. quenz fmax. Dabei ist fmax die maximale Frequenz
Diese Diskriminatorschaltungen haben jedoch eine und fmin die minimale Frequenz, zwischen der die
sehr geringe Steilheit der Diskriminatorkennlinie. Diskriminatorkennlinie mit hoher Frankensteilheit
Diese Diskriminatoren arbeiten z. B. nach dem Impuls- liegt. Die Verzögerungszeit kann mit der Größe der
Zählprinzip. Ihre Ausgangsspannung ist unmittelbar 20 zugeführten Impulsspannung und mit der Größe der
proportional der Frequenz. Die Kennlinie dieser zugeführten negativen Vorspannung variiert werden.
Diskriminatoren ist eine geneigte Gerade, die durch Die an der Diode 3 stehenden sehr schmalen Impulse
den Nullpunkt bei (/ = 0) geht. Die Folge davon ist, werden mit der Gleichrichterdiode 5 gleichgerichtet,
daß der Wirkungsgrad eines solchen Diskriminators 6 ist der Arbeitswiderstand und 7 der Ladekonden-
bei Signalen mit einem kleinen Verhältnis von *f- *5 sator des Gleichrichters 5 Die an dem i?C-Glied 6 7
/ hegende Spannung ist die Ausgangsspannung des
sehr gering ist. Diskriminators. Diese Ausgangsspannung schwankt
Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, einen Diskri- zwischen ihrem Maximalwert und 0 V zwischen den
minator zu schaffen, der eine relativ zur Mitten- Frequenzen fmin und fmax. Zur näheren Erläuterung
frequenz hohe Flankensteilheit der Diskriminatorkenn- 30 der Wirkungsweise ist in Fig. 2 a die Impulsspanlinie
hat und der ebenfalls ohne Schwingkreise aus- nung der Signalquelle 1 (Fig. 1) dargestellt. In
kommt und darüber hinaus einen einfachen wirtschaft- F i g. 2 b ist die wesentlich kleinere Spannung an der
liehen Aufbau aufweist. Diode 3 dargestellt. Darin ist τ deren Sperrverzöge-
Bei einem Frequenzdiskriminator für impulsförmige . rungszeit. In der F i g. 2 a und 2 b ist zur Erläuterung
Signale mit hoher Flankensteilheit der zwischen der 35 die Verzögerungszeit τ merklich kleiner als der zeit-Frequenz
fmin und der Frequenz fmax liegenden Dis- liehe Abstand t0 der Impulse (F i g. 2 a). Die Impulse,
kriminatorkennlinie wird dies gemäß der Erfindung wie sie in Fig. 2b gezeigt werden, werden mit dem
dadurch erreicht, daß die impulsförmigen Signale Gleichrichter 5 gleichgerichtet, so daß an dem RC-einem
Halbleiterelement (Transistor oder Diode) zu- Glied 6, 7 eine negative Gleichspannung entsteht, die
geführt werden, dessen Sperrverzögerungszeit τ etwa 40 bei Spitzengleichrichtung nahezu identisch ist mit der
so groß ist wie der zeitliche Abstand der Impulse bei Impulsamplitude und bei einer von der Spitzengleichder
Frequenz fmax, und daß die von dem Halbleiter- richtung abweichenden Gleichrichtung entsprechend
element abgegebenen Impulse gleichgerichtet werden kleiner ist. Bei einer höheren Impulsfrequenz, als sie
und die gleichgerichtete Spannung als Diskriminator- in Fig. 2a dargestellt ist, ist der Abstand i0 der
ausgangsspannung dient. Es wird dabei als vorteilhaft 45 Impulse entsprechend geringer, so daß der Fall einangesehen,
daß die Steilheit der verzögerten Flanke tritt, daß die Verzögerungszeit r größer als i0 ist. Die
der von dem Halbleiter abgegebenen Impulse so groß Folge davon ist, daß die Impulse, wie sie in F i g. 2 b
ist, daß bei der vorbestimmten Frequenz fmin etwa gezeigt werden, verschwinden. In diesem Fall erscheint
die volle Amplitude der verzögerten Impulse erreicht auch keine Gleichspannung an dem i?C-Glied 6, 7.
wird. Zur Vermeidung von Toleranzschwierigkeiten 50 Zwischen diesen beiden beschriebenen Betriebswerten
wird es darüber hinaus als vorteilhaft angesehen, daß gibt es einen Bereich, in dem die in F i g. 2 darzwecks
automatischer Nachstimmung des Diskrimi- gestellten Impulse sehr schmal sind und infolge endnators
die Ausgangsspannung gesiebt wird und die licher Flankensteilheit in ihrer Amplitude stark von
gesiebte Spannung als variable Vorspannung zur der Frequenz des Tmpulssignals abhängen. Dieser
Variation der Sperrverzögerungszeit τ dem Halbleiter- 55 Bereich ist der erwünschte Betriebsbereich zwischen
element wieder zugeführt wird. der Frequenz fmax und der Frequenz fmin. In F i g. 2 c
Der erfindungsgemäße Frequenzdiskriminator hat wird die Diskriminatorkennlinie einer solchen Schalden
Vorteil, daß infolge der hohen Flankensteilheit tung gezeigt. Darin ist Ud die Diskriminatorausgangsein
hoher Wirkungsgrad erzielt wird. Außerdem hat spannung und / die Frequenz. Zwischen den Freer
den Vorteil, daß infolge der Nichtanwendung von 60 quenzen fmin und fmax liegt der Arbeitsbereich des
Schwingkreisen die Schaltung sehr leicht in inte- Diskriminators. Außerhalb dieses Arbeitsbereiches ist
grierter Technik realisiert werden kann. Darüber Ud entweder 0 bzw. gleich Ud maxhinaus
hat er den Vorteil, daß er bei impulsförmigen Zur weiteren wesentlichen Erhöhung des Wirkungs-Signalen
arbeitet, so daß vor dem Diskriminator z. B. grades und zur Herabsetzung des Diskriminatorebenfalls
ein integrierter Verstärker ohne Schwing- 65 ausgangswiderstandes ist es vorteilhaft, an Stelle der
kreise angewendet werden kann. Dioden 3 und 5 Transistoren zu verwenden. Ein der-
Schließlich hat die erfindungsgemäße Anordnung artiges Ausf ührungsbeispiel ist in F i g. 3 wiederge-
den Vorteil, daß die Diskriminatorkennlinie außerhalb geben. Darin ist 1 wiederum die Spannungssignal-
quelle, die jedoch bei diesem Ausführungsbeispiel eine
Impulsspannung liefert, die zwischen 0 und einem negativen Wert alterniert. 2 ist der Koppelwiderstand.
8 ist der Transistor, dessen Sperrverzögerungszeit τ ausgenutzt wird. 9 ist der Kollektorwiderstand dieses
Transistors. Am Kollektor dieses Transistors erscheinen die durch die Sperrverzögerungszeit τ umgeformten
sehr schmalen Impulse. 10 ist der Basisableitwiderstand, über den in diesem Falle wegen der negativ
gerichteten Impulse der Signalquelle 1 eine positive Spannung der Basis des Transistors 8 zugeführt wird,
von deren Größe die Sperrverzögerungszeit τ des Transistors 8 abhängt. Die am Kollektor des Transistors
8 erscheinende Impulsspannung wird mit dem in Kollektorschaltung arbeitenden Transistor 11 gleichgerichtet.
Die Diode 12 ist nur erforderlich, wenn die Batteriespannung Ub größer ist als die zulässige
Sperrspannung zwischen Basis und Emitter des Transistors 11. Am Emitter des Transistors 11 erscheint
die gleichgerichtete Spannung, deren Größe nahezu identisch ist mit der Amplitude der am Kollektor
des Transistors 8 liegenden Impulse. 13 ist der Arbeitswiderstand und 14 der Ladekondensator des
Gleichrichtertransistors 11. Von diesem i?C-Glied 13, 14 kann die Diskriminatorausgangsspannung abgenommen
werden.
In F i g. 3 ist noch eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung gezeigt, die zum Ausgleich
von Toleranzen eine automatische Nachstimmung des Diskriminators vorsieht. Zu diesem
Zweck wird die Diskriminatorausgangsspannung mit dem RC-Glkd 15, 16 stark gesiebt und diese gesiebte
Spannung über den Widerstand 10 dem Transistor 8 wieder zugeführt. Auf diese Weise wird erreicht, daß
die Diskriminatorkennlinie automatisch nahezu auf die Mittenfrequenz des Signals abgestimmt wird, wenn
das Signal frequenzmoduliert ist. Diese automatische Nachstimmung entsteht dadurch, daß bei Verringerung
der am Kondensator 16 stehenden Spannung die Verzögerungszeit τ des Transistors 8 verkleinert wird, was
zur Folge hat, daß die Impulse am Kollektor des Transistors 8 in ihrer Amplitude ansteigen und damit
auch die Ausgangsspannung des Diskriminators wieder ansteigt, so daß schließlich auch die gesiebte
Spannung am Kondensator 16 wieder ansteigt. Auf diese Weise wird erreicht, daß die Temperaturabhängigkeit
und Toleranzabhängigkeit der Anordnung praktisch vollständig eliminiert wird.
In der F i g. 4 a wird wieder die Signalspannung der Signalquelle 1 der F i g. 3 gezeigt.
In F i g. 4 b wird die Spannung am Kollektor des Transistors 8 bei einer Frequenz, die kleiner als fmin
ist, gezeigt. Dabei ist in idealisierter Weise die Flankensteilheit der verzögerten Abschaltflanke 17 und der
Einschaltflanke 18 dargestellt.
In den Fig. 5a bis 5c werden die Impulse am
Kollektor des Transistors 8 in stark gedehnter Form und mit den tatsächlich auftretenden Flankensteilheiten
wiedergegeben. Die Flanke 17 ist dabei analog zu der Flanke 17 in F i g. 4 b die verzögerte Abschaltflanke.
18 ist die Einschaltflanke.
In F i g. 6 ist die den F i g. 5 a bis 5 c zugeordnete Diskriminatorkurve dargestellt. F i g. 5 a zeigt die
Impulse am Kollektor des Transistors 8 bei der Frequenz Z1, die sehr nahe an der Frequenz fmm liegt
(s. F i g. 6). Es entsteht durch Gleichrichtung dieser in F i g. 5 a gezeigten Impulse eine Gleichspannung U1.
Bei der höheren Frequenz /2 ist der Abstand zwischen der verzögerten Abschaltflanke 17 und der folgenden
Einschaltflanke 18 noch kleiner, so daß gemäß F i g 5b bei der Frequenz /2 eine Spannung U2 entsteht. F i g. 5 c
zeigt schließlich den Impulsverlauf für die Frequenz /3,
bei der die Gleichspannung U3 entsteht. Wie man aus
den F i g. 5 a, 5 b, 5 c und der F i g. 6 erkennt, ist die Form der Diskriminatorflanke 19, die eine Funktion
der Frequenz ist, identisch mit der Abschaltflanke 17 die eine Zeitfunktion ist. Erfindungsgemäß wird die
Sperrverzögerungszeit τ so groß gewählt, daß sie für die vorbestimmte Frequenz fmax gleich dem zeitlichen
Abstand der Impulse bei der Frequenz fmav ist. In
diesem Fall fällt der Beginn der verzögerten Abschaltflanke 17 und der Beginn der Einschaltflanke 18 zusammen,
so daß die Ausgangsspannung des Diskriminators Null ist. Die Steilheit der verzögerten
Flanke 17 ist erfindungsgemäß so groß, daß bei der vorbestimmten Frequenz fmin die volle Amplitude der
verzögerten Impulse erreicht wird. Bei der Frequenz fmin beginnt die Einschaltflanke 18 erst, wenn die
Sperrverzögerungsflanke 17 ihren maximal möglichen Wert erreicht hat.
Die Neigung der verzögerten Sperrflanke kann mit an sich bekannten Mitteln variiert werden. Eine Verringerung
der Neigung ist z. B. durch Erhöhung der Kapazität zwischen dem Kollektorpotential des Transistors
8 und Masse möglich. Eine Verringerung der Neigung kann z. B. durch Verkleinerung des Kollektorwiderstandes
9 erzielt werden. Schließlich kann man in ebenfalls bekannter Weise zur Erzielung extrem
hoher Flankensteilheit zwischen dem Kollektor des Transistors 8 und dem Gleichrichter 11 eine weitere
Verstärkerstufe vorsehen, die nur den steilen Bereich der Sperrverzögerungsflanke weiterleitet.
Claims (3)
1. Frequenzdiskriminator für impulsförmige Signale mit hoher Flankensteilheit der zwischen
der Frequenz fmin und der Frequenz fmax liegenden
Diskriminatorkennlinie, dadurch gekennzeichnet, daß die impulsförmigen Signale
einem Halbleiterelement (Transistor oder Diode) zugeführt werden, dessen Sperrverzögerungszeit τ
etwa so groß ist wie der zeitliche Abstand der Impulse bei der Frequenz fmax, und daß die von
dem Halbleiterelement abgegebenen Impulse gleichgerichtet werden und die gleichgerichtete Spannung
als Diskriminatorausgangsspannung dient.
2. Frequenzdiskriminator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steilheit der verzögerten
Flanke der von dem Halbleiter abgegebenen Impulse so groß ist, daß bei der vorbestimmten
Frequenz fm%n etwa die volle Amplitude
der verzögerten Impulse erreicht wird.
3. Frequenzdiskriminator nach Anspruch 1 oder'2, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks automatischer
Nachstimmung des Diskriminators die Ausgangsspannung gesiebt wird und die gesiebte Spannung
als variable Vorspannung zur Variation der Sperrverzögerungszeit r dem Halbleiterelement wieder
zugeführt wird.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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