DE1302309B

DE1302309B -

Info

Publication number: DE1302309B
Application number: DES92737A
Authority: DE
Priority date: 1964-08-20
Publication date: 1970-10-15
Also published as: GB1081852A; NL6508966A; US3421094A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Diskriminator für frequenzmodulierte Schwingungen, bei dem als Eingang für die Schwingungen zwei parallelgeschaltete Zweige einer Brückenschaltung vorgesehen sind, deren einer die Reihenschaltung eines ohmschen Widerstandes und eines induktiven Blindwiderstandes und deren anderer die Reihenschaltung eines ohmschen Widerstandes und eines kapazitiven Blindwiderstandes enthält, und bei dem weiterhin zwei an Zweige der Brückenschaltung angeschaltete Gleichrichter vorgesehen sind, deren Gleichspannungen gegensinnig zusammengefaßt werden und die von einer Frequenzänderung einer in die Brückenschaltung eingespeisten Schwingung abhängige Ausgangsspannungen ergeben.

Als Frequenzdiskriminator ist in der Praxis vor allem die sogenannte Foster-Seeley-Schaltung bekannt. Diese enthält zwei Parallelresonanzkreise, die auf zweierlei Arten miteinander gekoppelt sind. Darin liegt eine wesentliche Schwierigkeit dieser Schaltung begründet; denn es ist nicht nur eine genaue Abstimmung der Parallelresonanzkreise, sondern auch der frequenzabhängigen Kopplung erforderlich.

Bei einer anderen bekannten Diskriminatorschaltung wird aus einer hochohmigen Quelle ein Parallelresonanzkreis gespeist, in den Widerstände eingefügt sind. An den Widerständen werden die Wechselspannungen abgenommen, aus denen die Ausgangsspannung des Diskriminators abgeleitet wird. Diese Schaltung vermeidet zwar den Hauptnachteil der Foster-Seeley-Schaltung, nämlich die Einstellung zweier Schwingkreise, erfordert indes eine Speisung aus einer hochohmigen Quelle. Des weiteren dürfen die Widerstände, die in den Parallelresonanzkreis eingeschaltet werden, nur einen relativ niedrigen Widerstandswert, verglichen mit dem Blindwiderstandswert der Spule und des Kondensators des Parallelresonanzkreises, haben. Es würde sonst nicht die für diesen Diskriminator geforderte Erhöhung des Stromes im Resonanzkreis, verglichen mit dem speisenden Strom aus der hochohmigen Quelle, eintreten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Diskriminatorschaltung der eingangs erwähnten Art diese Schwierigkeiten zu vermeiden und dennoch eine in einem möglichst großen Frequenzbereich lineare Kennlinie zu erzielen.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die ohmschen Widerstände einen hohen Widerstandswert im Vergleich zu den bei der Mittenfrequenz des Diskriminators wenigstens annähernd betragsgleichen Werten der Blindwiderstände haben und daß von den zwei Gleichrichtern der eine die am induktiven Blindwiderstand und der andere die am kapazitiven Blindwiderstand abfallende Spannung gleichrichtet.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß die beiden hochohmigen Widerstände durch einen auf die Mittenfrequenz abgestimmten Parallelresonanzkreis in der Weise ersetzt sind, daß an den einen der beiden Anschlüsse des Parallelresonanzkreises der induktive Blindwiderstand und an den anderen der beiden Anschlüsse des Parallelresonanzkreises der kapazitive Blindwiderstand angeschaltet ist, und daß die Schwingungen zwischen dem Verbindungspunkt beider Blindwiderstände und einer in der elektrischen Mitte des Parallelresonanzkreises gelegenen Anzapfung dem-

selben zugeführt werden. Die in der elektrischen Mitte des Parallelresonanzkreises gelegene Anzapfung kann entweder eine Mittelanzapfung der Schwingkreisspule oder der Verbindungspunkt zweier Kondensatoren gleicher Kapazität, deren Reihenschaltung die Schwingkreiskapazität bildet, sein.

In diesem Falle liegt außer der Eingangsspannung auch noch die am Schwingkreis auftretende Spannung an den Blindwiderständen an. Diese führt in vorteilhafter Weise zu einer Versteilerung der Diskriminatorkennlinie, weil nunmehr eine zusätzliche Phasendrehung zwischen der Spannung am Eingang des Diskriminators und der am Schwingkreis auftretenden Spannung in Abhängigkeit von der Frequenz auftritt.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß parallel zum Brückeneingang ein weiterer auf die Mittenfrequenz abgestimmter Parallelresonanzkreis vorgesehen ist, der mit dem ersten Resonanzkreis über die Blindwiderstände zu einem Bandfilter verkoppelt ist. Hierbei wird die Eigenschaft von Bandfiltern ausgenutzt, daß bei der Resonanzfrequenz die Ausgangsspannung um 90° gegen die Eingangsspannung phasenverschoben ist. Bei der Mittenfrequenz sind daher die am ausgangsseitigen Schwingkreis (Parallelresonanzkreis) auftretenden, auf die Mittelanzapfung der Induktivität bezogenen Spannungen untereinander um 180° und gegenüber der Eingangsspannung um 90° in der Phase verschoben. Weicht die Frequenz von der Mittenfrequenz ab, so bleibt zwar der Phasenwinkel von 180° zwischen den erwähnten Schwingkreisspannungen erhalten. Dagegen ändert sich der Phasenwinkel zwischen diesen Schwingkreisspannungen und der Eingangsspannung etwa proportional der auf die Mittenfrequenz bezogenen Frequenzabweichung und damit in gleichem, aber verstärktem Maße die Größe der Ausgangsspannung aus der Differenz der an den Blindwiderständen abfallenden Spannungen, die hierbei jeweils aus der Summenspannung, der Eingangsspannung und einer der beiden Schwingkreisspannungen gebildet ist.

An Hand von Ausführungsbeispielen, die in der Zeichnung dargestellt sind, wird die Erfindung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt einen Diskriminator, bei dem das frequenzmodulierte Signal an den Eingangsbuchsen E, E' anliegt. Zwischen den Eingangsbuchsen E, E' liegen zwei parallelgeschaltete Zweige einer Brückenschaltung, deren einer die Reihenschaltung eines induktiven Blindwiderstandes 1 und eines ohmschen Widerstandes 3 mit gegenüber dem Blindwiderstand hohem Widerstandswert und deren anderer die Reihenschaltung eines kapazitiven Blindwiderstandes 2 und eines ohmschen Widerstandes 4 mit gegenüber dem Blindwiderstand hohem Widerstandswert enthält. Der induktive Blindwiderstand 1 und der kapazitive Blindwiderstand 2 sind beim Ausführungsbeispiel bei der Mittenfrequenz betragsgleich. Die über dem induktiven Blindwiderstand 1 und dem kapazitiven Blindwiderstand 2 abfallenden Spannungen werden über die Kondensatoren 5 und 6 Gleichrichterschaltungen zugeführt, die aus den Gleichrichtern 7 bzw. 8, den Widerständen 9 bzw. 10 und den Widerständen 11 bzw. 12 bestehen. Die Widerstände 11 und 12 können gegebenenfalls auch durch Drosseln ersetzt sein.

Die Wirkungsweise des Diskriminators ist folgende:

Claims

Zwischen den Brückenanschlüssen E, E' liegt die Signalspannung über den Brückenzweigen 1, 3 und 2, 4. Da der Strom, hohe ohmsche Widerstände 3, 4 vorausgesetzt, beim induktiven Blindwiderstand 1 der Signalspannung um 90° nacheilt, beim kapazitiven Blindwiderstand 2 aber um 90° vorauseilt, sind die Spannungen über den beiden Blindwiderständen 1, 2 um 180° gegeneinander gedreht. Die über dem induktiven Blindwiderstand 1 abfallende Wechselspannung wird über die Kapazität 5 auf den Gleichrichter 7 mit dem Widerstand 9 gekoppelt. Uber den Widerstand 11, der durch eine Drossel ersetzbar ist, wird der Gleichstromweg der Gleichrichterstrecke geschlossen. Die über dem kapazitiven Blindwiderstand 2 abfallende Wechselspannung wird über die Kapazität 6 auf den Gleichrichter 8 mit dem Widerstand 10 gekoppelt. Über den Widerstand 12, der durch eine Drossel ersetzbar ist, wird der Gleichstromweg der Gleichrichterstrecke geschlossen. Zwischen den Ausgangsklemmen A' entsteht die Differenzspannung beider Gleichspannungen. Diese Differenzspannung ist bei der Mittenfrequenz, bei der der induktive Widerstand 1 und der kapazitive Blindwiderstand 2 betragsgleich sind, Null. Weicht die Frequenz in Richtung niederer Frequenzen ab, so wird die Spannung über dem induktiven Blindwiderstand 1 kleiner und über dem kapazitiven Blindwiderstand 2 größer. Wird die Frequenz größer als die Mittenfrequenz, verlaufen die Spannungsänderungen umgekehrt. Es entsteht somit ein als Diskriminatorkennlinie bezeichneter frequenzabhängiger Spannungsverlauf, der bei der Mittenfrequenz den Wert Null annimmt. Während die Ausgangsspannung in der Schaltung gemäß Fig. 1 an den Ausgangsklemmen A, A' erdsymmetrisch entnommen wird, ist die beschriebene Diskriminatorschaltung in der F i g. 2 so umgeformt, daß die Ausgangsspannung an den Ausgangsklemmen A, A' erdunsymmetrisch entnommen werden kann. Zu diesem Zweck wurde die galvanische Verbindung zwischen den Widerständen 10, 12 und Erde durch einen Kondensator 13 ersetzt. Die über dem kapazitiven Blindwiderstand 2 abfallende Spannung wird jetzt über die Kapazitäten 6, 13 auf die erdfreie Gleichrichterschaltung 8, 10, 12 gekoppelt. Der am Widerstand 9 abfallenden Gleichspannung wird über die Drossel 14 die entgegengerichtete Gleichspannung aufgesetzt, die am Widerstand 10 abfällt. An den Ausgangsklemmen A, A' liegt somit die die Diskriminatorkennlinie bildende Differenzspannung an. Die F i g. 3 zeigt einen Diskriminator, bei dem im Gegensatz zum Ausführungsbeispiel in F i g. 1 die ohmschen Widerstände 3, 4 hohen Widerstandswertes durch einen Parallelresonanzkreis mit der Schwingkreisspule 15 und dem Schwingkreiskondensator 16 ersetzt sind. Die Eingangsklemme E liegt an der Mittelanzapfung der Schwingkreisspule 15. Liegt an den Eingangsklemmen E, E' das frequenzmodulierte Signal an, so regen die durch den induktiven Blindwiderstand 1 und den kapazitiven Blindwiderstand 2 fließenden Ströme den auf die Mittenfrequenz abgestimmten Parallelresonanzkreis 15, 16 zur Resonanz an. Bei dieser stellt der Parallelresonanzkreis 15, 16 einen Wirkwiderstand hohen Widerstandswertes dar. Die Schaltung gleicht etwa der in der Fig. 1 dargestellten. Weicht die Frequenz nach unten ab, so erhält der Blindwiderstand des Parallel- resonanzkreises eine induktive Komponente, weicht die Frequenz nach oben ab, so erhält der Blindwiderstand eine kapazitive Komponente. Diese Eigenschaft bewirkt, wie bereits an anderer Stelle dargelegt wurde, eine Phasendrehung der am Parallelresonanzkreis auftretenden Spannung hinsichtlich der ihn anregenden Eingangsspannung, die hierbei eine in vielen Anwendungsfällen erwünschte Versteilerung der Diskriminatorkennlinie zur Folge hat. Während die Ausgangsspannung zwischen den Ausgangsklemmen A, A' der Fig. 3 erdsymmetrisch liegt, kann sie in der in der Fig. 4 dargestellten analogen Schaltung erdunsymmetrisch entnommen werden. Zur Erzielung der erdunsymmetrischen Ausgangsspannung wurde die Schaltung durch Einfügung des Kondensators 13 und der Drossel 14 entsprechend der in der F i g. 2 erläuterten Schaltung geändert. Die Eingangsklemme E kann außer an die Mittelanzapfung der Schwingkreisspule 15 auch an die elektrische Mitte der Schwingkreiskapazität 16 gelegt werden. Diese erhält man, wenn die Schwingkreiskapazität 16 durch eine Reihenschaltung zweier Kondensatoren 16', 16" ersetzt wird, die jeweils die doppelte Kapazität wie die Schwingkreiskapazität 16 haben. Die F i g. 5 und 6 zeigen die den F i g. 3 und 4 entsprechenden Schaltungen, bei denen die Eingangsklemme E zwischen den Schwingkreiskapazitäten 16' und 16" angeschlossen ist. Die Schaltungen gemäß Fig. 7 bis 10 entsprechen den Schaltungen gemäß F i g. 3 bis 6 mit den Unterschieden, daß die Schaltungen gemäß den Fig. 8 und 10 andere Gleichrichteranordnungen 5' bis 12' enthalten als die gemäß den F i g. 4 und 6 und daß zwischen die Eingangsklemmen E, E' vorzugsweise für eine Betriebsart mit eingeprägtem Strom ein weiterer auf die Mittenfrequenz abgestimmter Parallelresonanzkreis mit der Induktivität 17 und der Kapazität 18 eingefügt ist. Weicht die Signalfrequenz von der Mittenfrequenz ab, so verändert sich der Winkel zwischen den Spannungen beider Schwingkreise, wobei aber der Phasenwinkel von 180° zwischen den Spannungen des Schwingkreises 15, 16 bezogen auf den Punkt E, erhalten bleibt. Der Winkel zwischen den Spannungen beider Schwingkreise ist dabei der Frequenzabweichung etwa direkt proportional. Die Verkopplung beider Schwingkreise erfolgt sowohl über den induktiven Blindwiderstand 1 als auch den kapazitiven Blindwiderstand 2. Dies hat zur Folge, daß der Kopplungsverlust, z. B. der Kapazität 2, näherungsweise durch die Kopplungszunahme der Induktivität 1 ausgeglichen wird. Die über den Blindwiderständen 1 und 2 abfallenden Spannungen werden, wie bereits beschrieben, gleichgerichtet und so gegeneinandergeschaltet, daß eine Differenzspannung entsteht. Patentansprüche:

1. Diskriminator für frequenzmodulierte Schwingungen, bei dem als Eingang für die Schwingungen zwei parallelgeschaltete Zweige einer Brückenschaltung vorgesehen sind, deren einer die Reihenschaltung eines ohmschen Widerstandes und eines induktiven Blindwiderstandes und deren anderer die Reihenschaltung eines ohmschen Widerstandes und eines kapazitiven Blind-

Widerstandes enthält, und bei dem weiterhin zwei an Zweige der Brückenschaltung angeschaltete Gleichrichter vorgesehen sind, deren Gleichspannungen gegensinnig zusammengefaßt werden und die von einer Frequenzänderung einer in die Brückenschaltung eingespeisten elektrischen Schwingung abhängige Ausgangsspannungen ergeben, dadurch gekennzeichnet, daß die ohmschen Widerstände (3, 4) einen hohen Widerstandswert im Vergleich zu den bei der Mittenfrequenz des Diskriminators wenigstens annähernd betragsgleichen Werten der Blindwiderstände (1, 2) haben und daß von den zwei Gleichrichtern (7, 8) der eine die am induktiven Blindwiderstand (1) und der andere die am kapazitiven Blindwiderstand (2) abfallende Spannung gleichrichtet.

2. Diskriminator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden hochohmigen Widerstände (3, 4) durch einen auf die Mitten-

frequenz der Schwingungen abgestimmten Parallelresonanzkreis (15, 16) in der Weise ersetzt sind, daß an den einen der beiden Anschlüsse des Parallelresonanzkreises (15, 16) der induktive Blindwiderstand (1) und an den anderen Anschluß des Parallelresonanzkreises der kapazitive Blindwiderstand (2) angeschaltet ist und daß die Schwingungen zwischen dem Verbindungspunkt (£') beider Blindwiderstände (1, 2) und einer in der elektrischen Mitte des Parallelresonanzkreises (15, 16) gelegenen Anzapfung (E) demselben zugeführt werden.

3. Diskriminator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zum Brückeneingang (E, E') ein weiterer auf die Mittenfrequenz der Schwingungen abgestimmter Parallelresonanzkreis (17, 18) vorgesehen ist, der mit dem ersten Parallelresonanzkreis (15, 16) über die Blindwiderstände (1, 2) zu einem Bandfilter verkoppelt ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen