DE1541729A1

DE1541729A1 - Elektrischer Frequenzumsetzer,insbesondere Frequenzverdoppler

Info

Publication number: DE1541729A1
Application number: DE19661541729
Authority: DE
Inventors: Candy Charles James Nowell
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1965-12-23
Filing date: 1966-12-14
Publication date: 1970-05-14
Also published as: GB1169710A; FR1505277A; US3371229A; BE691612A

Description

Patentanwalt 4 Γ / 1 Ύ Ο Ω

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7 Stuttgart N, IWcr.ZBlstraßa .40

Western Electric Company 4o - , ._Λ,_Α

Incorporated ¹⁸' -'^- 19/0

195 Broadway

New York N.T. A 29 495 - Is

Elektrischer Frequenzumsetzer, insbesondere Frequenzverdoppler

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Frequenzumsetzer, insbesondere einen Frequenzverdopp}.er, für Eingsngssignale mit positiven und negativen Halbwellen, wobei ein erier nichtlinearer, für positive Halbwellen leitender Schaltungszweig und ein zweiter nichtlinearer, für negative Halbwellen leitender Sclfl-tungszweig vorgesehen ist.

Bekanntlich läßt sich die Frequenz von elektrischen Schwingungen mit Hilfe von nichtlinearen Schaltungen transformieren. Hierbei wird eine Reihe von Harmonischen, der Grundschwingung erzeugt und eine der ersteren als gewünschte Transformationsfrequenz ausgesiebt. Im Fall der Frequenzverdopplung handelt es sich um die zweite Harmonische, die sich bekanntlich leicht mit nichtlinearen Schaltelementen, z.B. in Gegentaktschaltung angeordneten Dioden, erzeugen läßt. Bei der letztgenannten Schaltung ist Jeweils eine der Dioden während der positiven Halbwelle und die andere wätrend der negativen Halbwelle leitend. Die zweite Harmonische bildet einen starken Anteil des so erhaltenen Ausgangssignals. Außer bei vollkommener Symmetrie der Schwingungsform und ebensolchem Ausgleich der nichtlinearen Schaltelemente enthält das Ausgangßsignal jedoch außerdem eine Grundfrequenz-Komponente,

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wobei die zweite Harmonische abgeschwächt 2*·

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines verbesserten Frequenzumsetzers, bei dem zur Unterdrückung der Grundfrequenz-Komponente im Ausgangssignal geringere Anforderungen an den Ausgleich der nichtlinearen Schaltungszweige zu stellen sind und der sich insbesondere zur Frequenzverdopplung eignet. Sie erfindungsgemäße Schaltung zur Lösung dieser Aufgabe kennzeichnet sich hauptsächlich dadurch, daß mindestens ein mit dem ersten nichtlinearen Schaltungszweig und dem zweiten nichtlinearen Schaltungszweig gemeinsam verbundenes und mit der Differenz zwischen den Signalen beider Schaltungszweige beaufschlagtes Speicherelement zum Ausgleich der Unsymmetrie der Halbwellen in beiden nichtlinearen Schaltungszweigen vorgesehen ist.

Bei dieser Anordnung nimmt das Speicherelement einen mittleren Energieinhalt auf, welcher der LeSfähigkeitsdifferenz in den nichtlinearen Schaltkreisen entspricht. Dadurch werden diese Unterschiede selbsttätig ausgeglichen und die Grundfrequenz-Komponente im Ausgangssignal unterdrückt.

Bei der Anwendung zur Frequenzverdopplung wird als Speicherelement zweckmäßig ein Kondensator vorgesehen, der im gemeinsamen Abschnitt des Strompfades zweier Dioden angeordnet ist. Das erfindungsgemäß vorgesbene Speicherelement kann ferner zusammen mit einem Überträger in Mittelpunktsschaltung oder mit einer Brückenschaltung verwendet werden.

Die Erfindung wird weiter anhand der in den Zeichnungen veranschaulichten Ausführungsbeispiele erläutert. Hierin zeigt

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Fig. 1 eine erste Ausführung des erfindungsgemäßen Frequenzumsetzers,

Fig. 2A ein Zeitdiagramm des Eingangssignals und

Fig. 2B ein Zeitdiagramm des Ausgangssignals der Schaltung nach Fig. 1, während

Fig. 3 ein Spektraldiagramm des Ausgangssignals wiedergibt.

Fig. 4· zeigt die Schaltung eines zweiten Ausführungsbeispieles des erfindungsgemäßen Frequenzumsetzers.

Bei der Schaltung nach Fig. 1 sind zwei Dioden 10-1 und 10-2 in Gegentaktschaltung zwischen einer Signalquelle 12 und einem Ausgangsübertrager 14- angeordnet. Die Signalquelle 12 liefert bipolare Schwingungen mit positiven' und negativen Halbwellen. Für erstere ist bei der Schaltung nach Fig. 1 die obere Diode 10-1 und für letztere die untere Diode 10-2 leitend. Das durch diese Gleichrichtung und die Umsetzung im übertrager 14 entstehende Ausgangssignal wird einer Abe^ihmerschaltung 16 zugeführt.

Bei Zuführung eines Wechselstromsignals von der Quelle 12 besitzt das Ausgangssignal eine Schwingungsform entsprechen der Vollweggleichrichtung, wobei die ausgabeseitigen Halbwellen entsprechend etwaiger Unsymmetrie des Eingangssignals und der Dioden 10-1, 10-2 unterschiedliche Amplitude aufweisen. Hiermit ist das Auftreten von unerwünchsten Harmonischen verbunden; insbesondere einer Grundfrequenz-Komponente.

Erfindungsgemäß wird 84SSErscheinung bei der Schaltung nach Fig. 1 durch Anordnung eines Kondensators 18 im gemeinsamen Strompfadabschnitt der beiden Diodenzweige, d.h. im Beispielsfall zwischen einer Mittelanzapfung der Primärwicklung dies Übertragers 14 und Masse, weitgehend beseitigt. Hierbei wird

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der Kondensator 18 auf eine mittlere Spannung aufgeladen, welche der zu "beseitigenden Unsymmetrie gegensinnig entspricht,

Die Unterschiedlichkeit der Halbwellen im Ausgangssignal kann sowohl durch Differenzen zwischen den Kennlinien der beiden Dioden wie auch durch Unsymmetrie des Eingangssignals hervorgerufen werden. Zur Veranschaulichung ist für das sinusförmige Eingangssignal w gemäß !ig. 2A die letztgenannte Unsymmetrie angenommen. Ohne die erfindungsgemäße Anordnung des Kondensators 18 würde das Ausgangssignal dem Verlauf d gemäß Fig. 2B annehmen, wobei eine starke Grundfrequenz-Komponente auftritt. Durch die Aufladung des Kondensators 18 auf * eine mittlere Spannung C gemäß Fig. 2a entsprechend der unterschiedlichen Stromführung beider Dioden, ergibt sich demgegenüber das ausgeglichene Ausgangssignal b gemäß Fig. 2B.

Bei der Schaltung nach Fig. 4 sind in beiden nichtlinearen Schaltungszweigende zwei Dioden 11-1 und 11-2 bzw. 11-3 und 11-4 angeordnet, die insgesamt eine gleichrichtende Brückenschaltung bilden. Auch hier ist ein Kondensator 18 im gemeinsamen Abschnitt der nichtlinearen Schaltungszweige angeordnet. Die Aufladung dieses Kondensators erfolgt ebenfalls entsprechend gegensinnig der Unsymmetrie der Halbwellen in beiden Schaltungszweigen. Auch für diese Schaltung ergibt sich der Ausgleich der Ausgangssignalform gemäß Fig. 2B.

Die Amplitudenverhältnsise der im Ausgangssignal auftretenden Frequenzkomponenten sind in dem Spektraldiagramm nach Fig. 3 angedeutet. Hiernach ist die Amplitudenkomponente der Grundfrequenz fo gegenüber den Harmonischen 2fo, 3fo und 4fo, insbesondere gegenüber der Amplitudenkomponente der zweiten

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Harmonischen stark abgeschwächt. Wenn nun bei Frequenzverdoppelung im Ausgangssignal nur die Frequenzkomponerfce 2fo
erwünscht ist, so genügt hierfür infolge der erfindungsgemmäßen Anordnung die Nachschaltung eines Tiefpasses anstelle des üblicherweise erforderlichen Bandpasses mit verglilechsweise engem Durchlaßbereich für die zweite Harmoniadie.

Im übrigen entspricht sich die Wirkungsweise der Schaltungen nach Fig. 1 und 4, wobei für letztere wegen der Brücken schaltung für die Signalzuführung ein Eingangsübertrager 15 vorgesehen ist.

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Claims

ι r Western Electric Company Incorporated Broadway HEW YORK N.I. A 29 495 - Is Ansprüche

1. Elektrischer Frequenzumsetzer, insbesondere Frequenzverdoppler, für Eingangs signale mit positiven uid negativen Halbwellen, wobei ein erster nichtlinearer, für positive Halbwellen leitender Schaltungszweig und ein zweiter nichtlinearer, für negative Halbwellen leitender Schaltungszweig vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein mit dem ersten nichtlinearen Schaltungszweig (10-1) .und de» zweiten nichtlinearen Schaltungszweig (10-2) gemeinsam verbundenes und mit der Differenz zwischen den Signalen beider Schaltungszweige beaufschlagtes Speicherelement (18) zum Ausgleich der Unsymmetrie der Halbwellen in beiden nichtlinearen Schaltungszweigen vorgesehen ist·

2. Frequenzumsetzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als erster nichtlinearer Schaltungszweig eine erste Diode und als zweiter nichtlinearer Schaltungszweig eine zweite Diode sowie als Speicherelement ein Kondensator vorgesehen ist.

3. Frequenzumsetzer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

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daß die erste und zweite Diode mit der Primärwicklung eines Übertragees (14). in Gegentaktschaltung verbunden sind und daß der Kondensator an eine Mittelanzapfung der Primärwicklung angeschlossen ist.

¹A-. Frequenzumsetzer nach Anspruch 1, in welchem für den ersten nichtlinearen Schaltungszweig eine erste und zweite Diode und für den den zweiten nichtlinearen Schaltungszweig eine dritte und vierte Diode vorgesehen ist, wobei alle Dioden in einer Brückenschaltung angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß für die Zuführung der positiven und negativen Halbwellen ein über das Speicherelement (18) mit der Brükkenschaltung (11-1, 11-2, 11-3* 11-4) verbundener Übertrager (15) vorgesehen ist.

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