DE1288648B

DE1288648B - Frequenzdiskrimminator fuer impulsfoermige Signale

Info

Publication number: DE1288648B
Application number: DEST26674A
Authority: DE
Inventors: Gassmann Gerhard-Guenter
Original assignee: Standard Elektrik Lorenz AG
Current assignee: Alcatel Lucent Deutschland AG
Priority date: 1967-03-22
Filing date: 1967-03-22
Publication date: 1969-02-06
Also published as: CH471504A; BE712608A; GB1152313A; FI45192C; NL6804162A; US3519943A; NO123534B; AT287802B; FR1557422A; DK117966B; SE349908B; FI45192B; ES351891A1; JPS4818012B1

Description

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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 f_mt_n 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 f_max. Dabei ist f_max die maximale Frequenz

Diese Diskriminatorschaltungen haben jedoch eine und f_mi_n 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 f_min 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 f_mi_n. 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 f_mi_n 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 f_mm 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

Patentansprüche:

1. Frequenzdiskriminator für impulsförmige Signale mit hoher Flankensteilheit der zwischen der Frequenz fmin und der Frequenz f_max 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 f_max, 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 f_m%_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