Patentanspruch:
Schaltung zur Erzeugung eines frequenzmodulierten Signals aus einem Videosignal, bei welcher ein
erstes Trägersignal mit dem Videosignal mittels eines an eine Videoquelle angeschlossenen, einen
frequenzbestimmenden Kreis aufweisenden ersten Oszillators moduliert und das modulierte erste
Trägersignal mit einem zweiten, von einem zweiten Oszillator erzeugten unmodulierten Trägersignal in
einer Mischstufe, die mit je einem Eingang an die Ausgänge der Oszillatoren gekoppelt ist, gemischt
wird, für eine Einrichtung zur Aufzeichnung des durch die Mischung entstandenen Differenzsignals,
wobei dem frequenzbestimmenden Kreis des ersten Oszillators eingangsseitig ein an der Videoquelle
angeschlossenes Tiefpaßfilter vorgeschaltet ist, das für die Videosignale durchlässig, für das modulierte
erste Trägersignal jedoch undurchlässig ist, d a -durch gekennzeichnet, daß bei Verwendung einer erdsymmetrischen Gegentakt-Diodenmischstufe (154, 156) der erste Oszillator mittels
eines auf die Frequenz des ersten Trägersignals abgestimmten Spartransformators (110) an die
Mischstufe (154, 156) gekoppelt ist und die Amplitude des der Mischstufe (154,156) zugeführten
modulierten ersten Trägersignals durch entsprechende Einstellung des Spartransformators (HO) in
'■■ an sich bekannter Weise klein gegenüber der Amplitude des der Mischstufe (154,156) zugeführten
zweiten Trägersignals gehalten ist und daß zur Filterung des der Mischstufe (154, 156) zugeführten
, unmodulierten Trägersignals des zweiten Oszillators hinter einen den zweiten Oszillator an'die Mischstufe (154, 156) koppelnden Transformator (134) ein
Schwingkreis (146, 148) geschaltet ist, der über je einen Widerstand (142, 144) an die Enden einer an
ihrer Mittenanzapfung mit Masse verbundenen Sekundärwicklung des Transformators (134) angeschlossen ist.
Die Erfindung betrifft eine Schaltung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruch.
' Bei der Magnetbandaufzeichnung von Videosignalen wird üblicherweise ein mit dem Videosignal frequenzmoduliertes Trägersignal aufgezeichnet. Um die Frequenz des Trägersignals so wählen zu können, daß das
zur Verfügung stehende Betriebsfrequenzband des Magnetbands möglichst gut ausgenutzt wird und
gegebenenfalls auch das bei der Modulation entstehende obere Seitenband innerhalb des für die Aufzeichnung
zur Verfügung stehende Frequenzbands zu liegen kommt, ist es aus den US-Patentschriften 30 40 125 und
84 224 bekannt, das Videosignal mittels eines an eine Videoquelle angeschlossenen, einen frequenzbestimmenden Kreis aufweisenden ersten Oszillators auf ein
erstes Trägersignal frequenzzumodulieren und das modulierte erste Trägersignal mit einem zweiten, von
einem zweiten Oszillator erzeugten unmodulierten Trägersignal in einer Mischstufe, die mit je einem
Eingang an die Ausgänge der Oszillatoren gekoppelt ist, zu mischen.
Bei den bekannten Schaltungen wird durch geeignete Wahl der Trägerfrequenzen und durch Filterung mittels
Tiefpässe erreicht, daß störende Modulationsfrequenzen und Mischprodukte in dem auf das Magnetband
• aufzuzeichnenden Signal nicht auftreten. Es wird jedoch dem Problem nicht Rechnung getragen, daß auch
innerhalb der Schaltung in dem für die Aufzeichnung zur Verfügung stehenden Frequenzband zweite Harmonische des Differenzsignals insbesondere entstehen
können, die zu Verzerrungen führen würden. Schaltungseinzelheiten sind in den Patentschriften nicht
to angegeben.
Frequenzmodulierbare Oszillatoren sind beispielsweise aus den deutschen Auslegeschriften 10 38 617 und
10 59 976 und der DE-PS 9 31664 bekanntgeworden. Diese Schriften befassen sich aber nicht mit den
vorstehend angesprochenen Problemen.
Aus den genannten Druckschriften, insbesondere aus den erstgenannten US-Patentschriften ist es auch
grundsätzlich bekannt, daß zur gegenseitigen frequenzmäßigen Entkopplung der einzelnen Stufen, etwa auch
zur Vermeidung einer Rückwirkung eines Oszillators in den Kreis der Informationssignalquelle frequenzbestimmende Kreise in Form von Filtern vorzusehen sind.
Über die Art und Weise, wie im einzelnen derartige frequenzselektive Kopplungen zwischen den Oszillato
ren und der Mischstufe, sowie zwischen dem mit der
Informationssignalquelle gekoppelten Oszillator vorzunehmen sind, ist diesen Druckschriften nichts zu
entnehmen.
Aus der deutschen Patentschrift 9 20 796 ist schließ-
lieh ein Modulator-Demodulator-System bekannt, welsches zwischen dem Modulator und dem Demodulator
eine möglichst frequenzunabhängige Übertragung ermöglichen soll, so daß die verschiedenen Frequenzen
des übertragenen Bandes mit gleicher und möglichst
großer Amplitude übertragen werden. Der Modulator
weist eine Brückenschaltung auf, in deren Brückenarme je eine Diode geschaltet ist und an deren Diagonalen
über Transformatoren eine Modulationssignalquelle und ein Trägerfrequenzoszillator angeschlossen sind.
Durch geeigneten Abgleich der Brückenschaltung kann erreicht werden, daß die Amplitude der dritten
Harmonischen der Modulationsfrequenzen minimal wird. Auf Probleme von Modulationsschaltungen für die
Aufzeichnung von Videosignalen auf Magnetband wird
nicht eingegangen. Im Gegensatz zu den auf diesem
Gebiet üblichen Frequenzmodulationsschaltungen handelt es sich bei dieser bekannten Schaltung um eine
Amplitudenmodulationsschaltung.
Dioden-Gegentaktmodulationsschaltungen ein-
schließlich der durch sie erzeugten Modulationsprodukte sind aus dem Buch von O. Henkler »Anwendung der
Modulation beim Trägerfrequenzfernsprechen auf Lei-
• tungen«, Hirzel-Verlag, 1948, Seiten 26, 27, 44 und 45, bekannt. Diese Schaltungen werden als zur Erzeugung
amplitudenmodulierter Schwingungen geeignet beschrieben, insbesondere für den Fall, daß die an den
Dioden liegende Trägerspannung groß gegen die Spannung des Modulationssignals ist. Dargestellt sind
jedoch lediglich Prinzipschaltbilder, nicht jedoch in der
Praxis funktionsfähige Schaltungen.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltung zur Erzeugung eines frequenzmodulierten Signals aus
einem Videosignal für eine Einrichtung zur Aufzeichnung von Videosignalen, wie sie beispielsweise aus den
US-Patentschriften 30 84 224 und 30 40 125 bekannt ist. anzugeben, bei welcher zur Verringerung des Aufwands
an verstärkenden Bauelementen eine Dioden-Mischstufe benutzt wird, und bei welcher mit einem Minimum an
Bauelementen Verzerrungen des aufzuzeichnenden frequenzmodulierten Signals durch Harmonische seines
Trägers verhindert werden.
Diese Aufgabe wird durch die Kombination der in Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Die für die
Frequenzumsetzung verantwortlichen Stufen dieser Schaltung, d. h. die Oszillatoren und die Mischstufe,
lassen sich bereits mit zwei verstärkenden Elementen, insbesondere Transistoren, aufbauen. Durch Ausbildung
der Mischstufe als Gegentakt-Diodenmischstufe werden zweite Harmonische im Ausgangssignal der
Mischstufe vermieden.
Der auf die Frequenz des ersten Trägersignals abgestimmte Spartransformator und der zwischen den
zweiten Oszillator und die Mischstufe geschaltete Schwingkreis unterdrücken Harmonische der Trägersignale,
so daß in der Mischstufe keine im Frequenzbereich der aufzuzeichnenden Signale liegenden, verzerrenden
Harmonischen entstehen können. Eine weitere Verringerung der Verzerrungen des Ausgangssignals
der Mischstufe ergibt sich bekanntlich aus der Wahl des Pegelverhältnisses des unmodulierten und des modulierten
Trägersignals. Da die Gegentakt-Diodenmischstufe über einen Spartransformator an dem ersten Oszillator
angekoppelt ist, wird der Mischstufe für die im Frequenzbereich der Videosignale liegenden Ausgangssignale der Mischstufe eine relativ kleine Impedanz
angeboten. Die Ausgangssignale haben deshalb keine Rückwirkungen auf den ersten Oszillator und die daran
angeschlossene Videosignalquelle. Die zwischen die Enden der erdsymmetrischen Sekundärwicklung des
den zweiten Oszillator an die Mischstufe koppelnden Transformators und den Schwingkreis geschalteten
Widerstände ermöglichen die Filterung des Trägersignals mit einem einfachen Schwingkreis.
Die Erfindung wird im folgenden an einem Ausführungsbeispiel unter Hinweis auf die in der Zeichnung
dargestellte Figur beschrieben.
Die in der Zeichnung dargestellte Schaltung hat eine Videosignal-Eingangsklemme 10, Betriebsspannungsklemmen 12 und 14 und eine Ausgangsklemme 16. Die
an 12 und 14 liegenden Betriebsspannungen betragen + 12 Volt bzw. -12 Volt.
Ein fester Widerstand 20 und ein Potentiometer 22 sind zwischen die Eingangsklemme 10 und Masse
geschaltet, um eine Anpassung des Eingangswiderstandes der Schaltung an den Widerstand des das
Videosignal der Eingangsklemme 10 zuführenden Kabels zu ermöglichen. Ein Schleifer 24 des Potentiometers
22 ist mit einem Hochpaßfilter verbunden, das aus der Parallelschaltung eines Widerstandes 26 und
eines Kondensators 27 in Reihe mit einem mit Masse verbundenen Widerstand 28 besteht. Das Hochpaßfilter
ist so ausgebildet, daß es die Amplituden der höherfrequenten Videosignale bevorzugt durchläßt.
Beispielsweise werden die Bauelemente 26,27 und 28 so gewählt, daß in der nachfolgenden Verstärkerschaltung
I-MHz-SignaIe dreimal so stark wie 200-kHz-Signale verstärkt werden.
Ein mit Masse verbundener, in Emitterschaltung betriebener Verstärkertransistor Ti, mit einem Emitter
30, einer Basis 32 und einem Kollektor 34 ist über eine Basis mit dem Hochpaßfilter verbunden. Der Emitter 30
ist über zwei Widerstände 36 und 38 mit der Betriebsspannungsklemme 14 verbunden. Zwischen den
beiden Widerständen 36, 38 ist ein Entkopplungskondensator 40 angeschlossen. Der Kollektor 34 ist über
zwei Widerstände 42 und 44, zwischen denen ein Entkopplungskondensator 46 angeschlossen ist, mit der
Betriebsspannungsklemme 12 verbunden.
Ein als Emitterfolger geschalteter Transistor T2 mit einem Emitter 50, einer Basis 52 und einem Kollektor 54
ist mit seiner Basis 52 direkt mit dem Kollektor 34 des Transistors Ti und mit seinem Kollektor 54 direkt mit
der positiven Betriebsspannungsklemme 12 verbunden. Der Emitter 50 ist über einen Widerstand 56 mit der
Betriebsspannungsklemme 14 verbunden. Der Transistor T2 erfüllt die übliche Funktion eines Emitterfolgers,
d. h. die der Widerstandsanpassung zwischen der vorangehenden Verstärkerstufe (mit hohem Ausgangswiderstand)
und der folgenden Schaltung 14.
An den Transistor T2 ist ein Klemmkreis angeschlossen, mit dem die Spitzen der Synchronisiersignale in
dem Videosignal ohne Rücksicht auf die Größe des Videosignals auf einer festen Spannung zu halten sind.
Dieser Klemmkreis besteht aus einem Kondensator 58, einem Widerstand 60, einer Diode 62 und einer
Zenerdiode 64. Die Zenerdiode 64 ist, da sie ein ziemlich stark rauschendes Element ist, durch einen Kondensator
66 entkoppelt. Ein Widerstand 68 und ein Potentiometer 70 sind in Reihe zwischen die Zenerdiode 64 und die
Betriebsspannungsklemme 14 geschaltet.
Ein Schleifer 72 auf dem Potentiometer 70 ist mit einer Diode 74 verbunden, zwischen deren Anode und
Masse ein großer Kondensator 76 geschaltet ist. Die Diode 74 ist mit ihrer Kathode mit dem Kondensator 58
verbunden und begrenzt die Amplituden der zu der
jo. folgenden Schaltung laufenden Signale auf eine "bestimmte »Weißpegel«-Amplitude; darüber hinausgehende
Amplituden würde nämlich der nachfolgende frequenzmodulierte Oszillator in höhere Frequenzen
umsetzen, als aufgezeichnet werden können. Der dadurch hervorgerufene Verlust im Wiedergabesignal
würde das wiedergegebene Bild beeinträchtigen.
Ein Transistor Γ3 mit einem Emitter 80, einer Basis 82 und einem Kollektor 84 arbeitet mit seiner
Hilfsschaltung als frequenzmodulierter Oszillator. Sein Emitter 80 ist über einen Widerstand 86 mit der
Betriebsspannungsklemme 12 und über einen kleinenKondensator 88 mit Masse verbunden. Seine Basis 82 ist.,
mit einem frequenzbestimmenden Kreis und einem Tiefpaßfilter verbunden, so daß weder das Videoeingangssignal
an der Basis 82 noch das durch den Oszillator erzeugte Trägersignal an dem Kondensator
58 erscheinen kann. Zu diesem Zweck ist zwischen die Basis 82 und Masse eine veränderbare Spule 90
geschaltet, die einerseits eine genügend niedrige Induktivität hat, um alle Signale im Bereich der
Videofrequenzen gegen Masse kurzzuschließen, und andererseits zum frequenzbestimmenden Kreis des
Oszillators gehört. Die Kapazität des frequenzbestimmenden Kreises ist aus einer Kapazitätsdiode 92 und
einem Kondensator 94 gebildet, die in Reihe zwischen die Basis 82 und Masse geschaltet sind.
Der Kondensator 94 ist so bemessen, daß er sowohl als Teil des Tiefpaßfilters arbeitet, das im übrigen aus
einer Spule 96, einem Kondensator 98, der Kapazitätsdiode 92 und einem Widerstand 100 besteht, als auch als
Teil des frequenzbestimmenden Kreises des Oszillators. Der Widerstand 100 ist mit dem Kondensator 58
verbunden; der Kondensator 98 ist zwischen den Widerstand 100 und Masse und die Spule 96 zwischen
den Widerstand 100 und den Kondensator 94 geschaltet. Das Ausgangssignal des eben beschriebenen frequenzmodulierten
Oszillators tritt am Kollektor 84 des Transistors T3 auf. Der Kollektor 84 ist über zwei
Widerstände 102 und 104, zwischen denen ein Entkopplungskondensator 106 angeschlossen ist, mit
der Betriebsspannungsklemme 14 und über einen Kondensator 108 mit dem einen Ende eines mit einer
Anzapfung versehenen Spartransformators 110 verbunden, dessen anderes Ende mit Masse verbunden ist. Zwei
mit Masse verbundene, entgegengesetzt geschaltete Begrenzerdioden 112 und 114 sind mit dem Verbindungspunkt zwischen dem Kondensator 108 und dem
Transformator 110 verbunden.
Ein weiterer ein unmoduliertes Trägersignal erzeugender Oszillator ist mit dem Transistor T4 gebildet,
der einen Emitter 120, eine Basis 122 und einen Kollektor 124 hat. Sein frequenzbestimmender Kreis,
der aus einem Kondensator 126 und einer zu diesem parallelgeschalteten veränderbaren Spule 128 besteht,
ist zwischen die Basis 122 und Masse geschaltet. Oer Emitter 120 ist über einen Widerstand 130 mit der
Betriebsspannungsklemme 14 und über einen Kondensator 132 mit Masse verbunden. Der Kollektor 124 des
Transistors 74 ist mit einem Ende der Primärwicklung eines Gegentakttransformators 134 verbunden. Das
andere Ende der Primärwicklung ist über einen Widerstand 136 mit der Betriebsspannungsklemme 12
und über einen Entkopplungskondensator 138 mit Masse verbunden.
Die Sekundärwicklung des Transformators 134 ist über eine Mittenanzapfung mit Masse verbunden. Ihre
Enden sind mit einer Mischstufe verbunden, die über eine Anzapfung 140 an den Transformator 110
gekoppelt ist. Mit den beiden Enden der Sekundärwicklung des Transformators 134 sind zwei Widerstände 142
und 144 verbunden. Zwischen den Widerständen 142 und 144 befindet sich ein Resonanzkreis, der aus einem
Kondensator 146 und einer Spule 148 besteht. Mit den Widerständen 142 tzw. 144 in Reihe geschaltet sind
zwei Kondensatoren 150 und 152. Zwei Dioden 154 und 156 sind gegeneinander zwischen die Kondensatoren
150 bzw. 152 und die Anzapfung 140 geschaltet. An den Verbindungspunkt zwischen dem Kondensator 150 und
der Diode 154 ist eine Spule 158 angeschlossen. An dem Verbindungspunkt zwischen dem kondensator 152 und
der Diode 156 ist eine Spule 160 angeschlossen. Die Spule 158 ist mit einem Kondensator 162, einem
Widerstand 164 und dem einen Ende eines Transformators 166 verbunden, der über eine Mittenanzapfung an
Masse liegt. Die Spule 160 ist mit einem Kondensator 168, einem Widerstand 169 und dem anderen Ende des
Transformators 166 verbunden. Die Kondensatoren 162 und 168 sowie die Widerstände 164 und 169 sind alle mit
Masse verbunden.
Das Signal an jedem der beiden Enden des Transformators 166 kann als Ausgangssignal der
Mischstufe verwendet werden. Das Ausgangssignal wird mittels zwei komplementären Verstärkertransistoren 75 und T6 verstärkt, die Emitter 170 bzw. 180,
Basiselektroden 172 bzw. 182 und Kollektoren 174 bzw. 184 haben. Eine Gegenkopplung zwischen den Transistoren 75 und 76 ist gebildet durch die Parallelschaltung eines Kondensators 176 und eines Widerstandes
178 in Reihe mit einem Widerstand 186, die zwischen dem Emitter 170 und dem Kollektor 184 liegen. Der
Kollektor 174 des Transistors 75 ist direkt mit der Basis 182 des Transitors T6 und über zwei Widerstände 190
und 192, zwischen denen ein Entkopplungskondensator 194 angeschlossen ist, mit der Betriebsspannungsklemme 14 verbunden. Der Emitter 180 des Transistors
ist über zwei Widerstände 1% und 198, zwischen denen
ein Entkopplungskondensator 200 angeschlossen ist, mit
der Betriebsspannungsquelle 14 verbunden. Der Kollektor 184 ist über den Widerstand 186 und zwei
Widerstände 202 und 204 mit der Betriebsspannungs
klemme 12 und über einen Kondensator 106 mit der
Ausgangsklemme 16 verbunden. Zwischen Masse und dem Verbindungspunkt zwischen den Widerständen 202
und 204 liegt ein Entkopplungskondensator 208.
Beim Betrieb der oben beschriebenen Schaltung wird
der Eingangsklemme 10 ein Videoeingangssignal mit einer Amplitude von etwa 1 Volt von Spitze zu Spitze
und Frequenzen bis zu 4 MHz zugeführt. Nachdem das Signal das Hochpaßfilter durchlaufen hat, gelangt es zu
der Verstärkerstufe mit dem Transistor 7 t, in der es, da
der Transistor 71 in Emitterschaltung betrieben wird,
eine Phasenumkehr bewirkt. Das in seiner Phase umgekehrte Signal durchläuft danach den Emitterfolger
72, in dem es eine gewisse Stromverstärkung, aber keine Spannungsverstärkung erfährt
In der nachfolgenden Stufe mit dem Kondensator 58. dem Widerstand 60 und den Dioden 62 und 64, wird das
Signal wieder auf einen konstanten Pegel gebracht. Zu diesem Zweck hält die Zenerdiode 64 eine bestimmte
Spannung an der Kathode der Diode 62 aufrecht (in
einem Modell der hier beschriebenen Schaltung betrug
die Zenerspannung 6 Volt). Dadurch stellte sich ein dieser Spannung entsprechender Stromfluß von Masse
durch den Widerstand 60 und die Diode 62 zu der auf konstanter Spannung befindlichen Kathode der Zener
diode 64 ein. Außerdem wird dadurch in dem
Kondensator 58 eine der Zenerspannung entsprechende Ladung gespeichert. Wenn nun die Synchronisierungsimpulse in dem Videosignal eine zu große Amplitude
haben, dann wird ein zusätzlicher Stromfluß von Masse
durch den Widerstand 60 und den Kondensator 58
bewirkt, der den Spannungsabfall an dem Widerstand 60 ansteigen läßt und dadurch den Signalpegel herunterdrückt
Nach dieser Stufe leitet der Weißpegelbegrenzer (die
Diode 74) über den großen Kondensator 76 alle Spannungen gegen Masse ab, die über einem durch den
Schleifer 72 einstellbaren maximalen Weißpegel liegen.
Nach dem Weißpegelbegrenzer gelangt das Videosignal in das Tiefpaßfilter und den frequenzbestimmen-
den Kreis des frequenzmodulierten Oszillators. Dort wird mit dem Videosignal ein Trägersignal von im
Modellfall 54 MHz moduliert. Das frequenzmodulierte Trägersignal erscheint an dem Kollektor 84 und wird
von dort aus über den Diodenbegrenzer (Siliziumdioden
112 und 114) dem Transformator 110 zugeführt.
Der mit dem Transistor 74 gebildete Oszillator liefert an den Transformator 134 einen unmodulierten
Träger. Dieser unmoduiierte Träger hat eine sehr viel größere Amplitude und eine etwas andere Frequenz als
der modulierte Träger (im Modellfall etwa 50 MHz).
Die beiden Träger werden in der Mischstufe in dem Sinn gemischt, daß der unmoduiierte Träger über die
Dioden 154 und 156 mit dem modulierten Träger moduliert wird. Sowohl die Eingangssignale als auch
ihre Summe (die an den Kathoden der Dioden 154 und 156 auftritt) bleiben dabei immer im Gegentakt, um die
2. Harmonischen im Ausgangssignal zu verringern. Um von der Diodenmischschaltung ein Ausgangssignal mit
geringer Verzerrung zu erhalten, ist es wesentlich, daß
der unmoduiierte Träger, der die Dioden auf- und
zusteuert, einen hohen Pegel und der modulierte Träger einen niedrigen Pegel (mit '/s der Amplitude oder
weniger) und eine geringe Verzerrung hat. Das
Pegeiverhältnis wird durch den Transformator 110 eingestellt und die Verzerrung durch Abstimmen des
Transformators 110 auf den 54-M Hz-Träger verringert. Auch dann würde aber die Verzerrung einer Mischstufe
mit einer einzigen Diode noch zu hoch sein, so daß hier eine Gegentaktschaltung verwendet wird, um die
überwiegenden geradzahligen Harmonischen zu beseitigen. Das Ausgangssignal der Mischstufe, das von jeder
der beiden Seiten des Transformators abgenommen werden kann, wird über die aus zwei Transistoren (T5
und Γ6) bestehende Hochfrequenzverstärkerstufe der
Ausgangsklemme 16 zugeführt.
Die oben beschriebene Schaltung arbeitete mit gewöhnlichen Videosignalen und zeigte folgende
verbesserte Eigenschaften:
Geringe Verzerrung, selten 1% überschreitend;
gute Temperaturstabilität, weil sich die beiden ähnlichen Oszillatoren gemeinsam mit der Temperatur änderten; und
gute Frequenz/Spannungslinearität, wegen der hohen Oszillatorfrequenzen.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
030 212/1