DE1766415A1

DE1766415A1 - Frequenzdiskriminator fuer impulsfoermige Signale

Info

Publication number: DE1766415A1
Application number: DE19681766415
Authority: DE
Inventors: Gerhard-Guenter Gassmann
Original assignee: Standard Elektrik Lorenz AG
Current assignee: Alcatel Lucent Deutschland AG
Priority date: 1968-05-18
Filing date: 1968-05-18
Publication date: 1971-07-15
Also published as: SE356860B; GB1262550A; US3585512A; DK130100C; BE733222A; FR2011849A6; DK130100B; NL6907508A

Description

STANDARD ELEKTRIK LORENZ AG

Stuttgart-Zuffenhausen

Hellmuth-Hirth-Straße 42 1766Λ1Β

SEL/Reg. 11 814
G.-Gr.Graßmann - 66

Frequenzdiskrimlnator für impulsförmige Signale

Zusatz zu Hauptpatent (St 26 6γ4, 21a4, SEL/Reg.11 495)

Im Hauptpatent (St 26 6γ4, 21a4, SEL/Reg. 11 495)

ist ein Frequenzdiskriminator für impulsförmige Signale mit hoher Plankensteilheit, der zwischen der Frequenz f__in und der Frequenz

f liegenden Diskriminatorkennlinie beschrieben, bei dem die J max ^

impulsförmigen Signale einem Halbleiterelement (Transistor oder Diode) zugeführt werden, dessen Verzögerungszeit ? etwa so groß ist wie der zeitliche Abstand der Impulse bei der Frequenz f_max, und die von dem Halbleiterelement abgegebenen Impulse gleichgerichtet werden und die gleichgerichtete Spannung als Diskriminatorausgangsspannung dient.

Der Frequenzdiskriminator gemäss dem Hauptpatent ist besonders geeignet zur Demodulation impulsförmiger, frequenzmodulierter Signale, bei denen jedoch keine Störmodulation der Impulsdauer auftritt.

Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, den Diskriminator nach dem Hauptpatent so weiterzubilden, daß eine zusätzlich zur Frequenz- I modulation auftretende Stör-Impulsbreitenmodulation nicht demoduliert wird.

Bei einem Frequenzdiskriminator gemäss dem Hauptpatent wird dies dadurch erreicht, dass diesem Halbleiterelement (13) impulsförmige Signale einer UND-Schaltung (5), die sowohl durch die impulsförmigen Eingangssignale als auch die impulsförmigen Ausgangssignale eines weiteren Halbleiterelementes (2) mit der Sperrverzögerungszeit T, gespeist wird, mit einer solchen Polarität zugeführt werden, daß die Sperrverzögerungszeit F des ersten Halbleiterelementes (13) nach Ablauf der Sperrverzögerungszeit (r,) des weiteren Halbleiterelementes beginnt, und die Summe der beiden Verzögerungszeiten (T und f,) gleich der der Frequenz f_max entsprechenden Periodendauer T_min - ? 1st.

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Dabei wird es als vorteilhaft angesehen, daß die beiden Halbleiterelemente 3 und IJ entgegengesetzte Dotierung aufweisen.

Die erfindungsgemässe Schaltung hat den Vorteil, daß tatsächlich nur die Frequenzmodulation der impulsförmigen Signale, nicht aber deren zusätzliche Störmodulation der Impulsbreite demoduliert wird. Dies kann vorteilhafterweise bei Empfängern zur Anwendung kommen, in denen ein sinusförmiges Empfangssignal durch Begrenzung in impulsförmlge Signale umgewandelt wird. Tritt nämlich eine unerwünschte Amplitudenstörmodulation der sinusförmigen Signale auf, so wird in den meisten Fällen bei der Begrenzung die Amplitudenstörmodulation in eine Störimpulsbreitenmodulation dei begrenzten Impulse verwandelt.

Anhand der Ausführungsbeispiele der beigefügten Zeichnungen sei im folgenden die Erfindung und weitere ihrer Merkmale näher erläutert:

In Figur 1 ist 1 die Eingangsklemme, der die frequenzmodulierten impulsförmigen Signale, die gleichzeitig eine Störimpulsbreitenmodulation haben und frequenzdemoduliert werden sollen, zugeführt werden. Von der Klemme 1 gelangt dieses impulsförmige Signal über einen Koppelwiderstand 2 zur Basis des pnp-Transistors 3 mit der Sperrverzögerungszeit ?,. 4 ist der Kollektorwiderstand dieses Transistors. Sowohl die Eingangsspannung als auch die am Kollektor stehende Ausgangsspannung wird einer UND-Schaltung 5 zugeführt, die im vorliegenden Beispiel aus den zwei Dioden 7, 8 und dem Widerstand 9 besteht. Mit dem Widerstand 2 in Verbindung mit der der Klemme 10 zugeführten Hilfsspannung, die über den Widerstand 6 mit der Basis verbunden ist, wird die Sperrverzögerungszeit τ ₅ des Transistors 3 festgelegt.

Die aus den Elementen 1 bis 11 bestehende Schaltung hat die Aufgabe, durch Impulsbreitenbegrenzung die Storimpulsbreitenmodulation völlig zu unterdrücken. Am Ausgang 11 erscheint somit ein Impulssignal, dessen Frequenz moduliert ist, dessen Impulsbreite t, jedoch konstant ist; es ist also frei von der ursprünglichen Störimpulsbreitenmodulation. Im Ansohluss an die Klemme folgt der Diskriminator gemäss dem Hauptpatent. Dabei ist 12 der Koppelwiderstand zur Basis des Transistors 13 (erstes Halbleiterelement).

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l4 ist der Kollektorwiderstand dieses Transistors 13, dessen Sperrverzögerungszeit f ist. 15 ist eine Gleichrichterdiode; 16 und 17 ist ein RC-Glied, mit dem in Verbindung mit der Diode 15 eine Spit-* zengleichriohtung erzielt wird. Am RC-Glied 16, 17 kann das demodulierte Modulationssignal abgenommen werden. Anstelle der Verwendung verschieden dotierter Halbleiterelemente ist es auch möglich, gleichartig dotierte Halbleiter zu verwenden, wenn zwischen dem Halbleiterelement 3 und dem Halbleiterelement IJ z.B. innerhalb der UND-Schaltung 5 durch Anwendung eines Transistors eine Polaritätsumkehr erfolgt, und dessen Sperrverzögerungszeit entsprechend berücksichtigt wird.

Zur Erläuterung der Arbeitsweise der Schaltung nach Figur 1 dienen J die Figuren 2a bis 2d. In Figur 2a werden einige Perioden der der Klemme 1 zugeführten Impulsspannung gezeigt. Figur 2b zeigt die Impulsspannung am Kollektor des Transistors 3. Dabei ist X-, die Sperrverzögerungszeit dieses Transistors. Figur 2o zeigt die Ausgangsspannung der UND-Schaltung 5 an der Klemme 11 mit der Impulsdauer £,. Bei Schwankungen der Impulsbreite des Eingangssignals (Fig. 2a) schwankt die Impulsbreite T- dieses Signals nicht mehr. Schwankt die Frequenz des Eingangssignals, so schwanken die Impulspausen T, im gleichen Sinne wie die Frequenzmodulation. Figur 2d zeigt die Impulsspannung am Kollektor des Transistors 13. Dabei ist /V die Sperrverzögerungszeit dieses Transistors. In dieser Figur sind die Impulse idealisiert dargestellt.

In Figur 2d wird die Spannung am Kollektor des Transistors 13 bei einer Frequenz, die kleiner als f_min ist, gezeigt. Dabei 1st in Idealisierter Weise die Flankensteilheit der verzögerten Abschaltflanke 23 und der Einschaltflanke 24 dargestellt. Bei der Frequenz

f ist die Periodendauer ^_min = ψ so klein, daß die Impulse

Fig. 2d gerade verschwinden. Es ist^maxdann T « T_mln = £» + ^· In den Figuren 3a bis 3o werden die Impulse am Kollektor des Transistors 13 in stark gedehnter Form und mit den tatsächlich auftretenden Flankensteilheiten wiedergegeben. Die Flanke 23 ist dabei analog zu der Flanke 23 in Figur 2d die verzögerte Abschaltflanke. 24 ist die Einschaltflanke. In Figur 4 ist die den Figuren 3a bis 3c zugeordnete Diskriminatorkurve dargestellt. Figur 3a zeigt die Impulse

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am Kollektor des Transistors 13 bei der Frequenz f,, die sehr nahe an der Frequenz f_min liegt (s. Fig. 4). Es entsteht durch Gleichrichtung dieser in Figur Ja gezeigten Impulse eine Oleichspannung U,. Bei der höheren Frequenz f« ist der Abstand zwischen der verzögerten Abschaltflanke 23 und der folgenden Einschaltflanke 24 noch kleiner, so daß gemäss Figur 3b bei der Frequenz fp eine Spannung Up entsteht. Figur 3c zeigt schließlich den Impulsverlauf für die Frequenz f,, bei der die Gleichspannung U, entsteht. Wie man aus den Figuren 3a, b, c und der Figur 4 erkennt, ist die Form der Diskriminatorflanke 25, die eine Funktion der Frequenz ist, identisch mit der Abschaltflanke 23, die eine Zeltfunktion ist. Die Sperrverzögerungszeit T ist so groß, dass sie für die vorbestimmte Frequenz f_max gleich dem zeitlichen Abstand der Impulse bei der Frequenz f_max ist. In diesem Fall fällt der Beginn der verzögerten Abschaltflanke 23 P und der Beginn der Einschaltflanke 24 zusammen, so daß die Ausgangsspannung des Diskriminators Null ist. Die Steilheit der verzögerten Flanke 23 ist so groß, daß bei der vorbestimmten Frequenz f . die volle Amplitude der verzögerten Impulse erreicht wird. Bei der Frequenz f_min beginnt die Einschaltflanke 24 erst, wenn die Sperrverzögerungsflanke 23 ihren maximal möglichen Wert erreicht hat. '

Die Neigung der verzögerten Sperrflanke kann mit an sich bekannten ι

Mitteln variiert werden. Eine Verringerung der Neigung ist z.B. j

durch Erhöhung der Kapazität zwischen dem Kollektorpotential des ]

Transistors 13 und Masse möglich. Eine Verringerung der Neigung ;

kann z.B. durch Verkleinerung des Kollektorwiderstandes 14 erzielt |

^ werden. Schließlich kann man in ebenfalls bekannter Weise zur Er-

- ■

^w zielung extrem hoher Flankensteilheit zwischen dem Kollektor des I Transistors 13 und dem Gleichrichter 15 eine weitere Verstärker- ) stufe vorsehen, die nur den steilen Bereich der Sperrverzögerungs- | flanke weiterleitet.

In Figur 5 wird ein weiteres Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem

eine bereits im Hauptpatent erläuterte Rückführung zur selbsttätigen I

Abstimmung des Diskriminators zur Anwendung kommt. Für gleiche Teile ;

sind die gleichen Bezugszeichen wie in Figur 1 verwendet. Auoh die j

Arbeitsweise der Elemente 1 bis 17 1st die gleiohe. 18 ist ein i Emitterfolger, dessen Basis mit dem RC-Glied 16, 17 verbunden ist.

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ORIGINAL INSPECTED

dessen Kollektor an der allgemeinen Speisespannung liegt. Vom Emitter wird das demodulierte Signal abgegeben. Das RC-Glied 19, 20 bildet den Mittelwert aus dem demodulierten Modulationssignal. Dieser Mittelwert wird über den Widerstand 21 der Basis des Transistors 13 zugeführt. Zur Erzielung des gewünschten Arbeitspunktes wird eine feste Vorspannung über den Widerstand 22 ebenfalls an die Basis des Transistors 13 gelegt. Ändert sich (z.B. infolge Temperaturänderung) die Sperrverzögerungszeit V zu größeren Werten, so sinkt der Mittelwert der Ausgangsspannung des Diskriminators in negativer Richtung, dadurch sinkt auch die gesiebte Regelspannung am 'Kondensator 20 in negativer Richtung und damit schließlich die % Ba si s vor spannung des Transistors 1J5. Auf diese Weise wird die Sperrverzögerungszeit f zurückgeregelt. Auch bei Schwankungen der Mittenfrequenz des Eingangssignals stellt sich somit selbsttätig der Diskriminator so ein, daß die Diskriminatorflanke bei der Frequenz des EingangsSignaIs liegt. Bei einer Versuchsschaltung folgte der Diskriminator selbsttätig der Mittenfrequenz in einem Frequenzvariationsbereich von ca. 1 : 10.

In Sonderfällen, bei denen ein flacher Verlauf der Diskriminatorkennlinie erwünscht oder zulässig ist, kann eine Linearisierung der Kennlinie dadurch erreicht werden, daß ein bestimmter Teil der demodulierten NF-Spannung zur Steuerung der Sperrverzögerungs- ± zeit zur Basis des Transistors IJ zugeführt wird. Dies kann z.B. ™ dadurch erfolgen, daß in der Schaltung der Fig. 5 in Serie mit dem Kondensator 20 ein Widerstand liegt. In vorteilhafter Weise kann die NF-Spannung dem Ausgang eines nachfolgenden NF-Verstärkers entnommen werden, wodurch zusätzlich auch dieser NF-Verstärker linearisiert wird und damit der Klirrfaktor gesenkt wird.

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Claims

Ansprüche

Frequenzdiskriminator für impulsförraige Signale mit hoher Plankensteilheit der zwischen der Frequenz f ., und der Frequenz f

uixxi max

liegenden Dlskriminatorkennlinie, bei dem nach Hauptpatent

(St 26 674 IXd, 21a4 - SEL/Reg. 11 495) die impulsförmigen Signale einem Halbleiterelement (Transistor oder Diode)zugeführt werden, dessen Verzögerungszeit T etwa so groß ist wie der zeitliche Anstand T₁ der Impulse bei der Frequenz f_max* und die von dem Halbleiterelement abgegebenen Impulse gleichgerichtet werden und die gleichgerichtete Spannung als Diskriminatorausgangsspannung dient, dadurch gekennzeichnet, daß diesem Halbleiterelement (I3) impulsförmige Signale einer UND-Schaltung (5)# die sowohl durch die impulsförmigen EingangsSignaIe als auch die impulsförmigen Ausgangssignale eines weiteren Halbleiterelementes (3) mit der Sperrverzögerungszeit % -χ gesperrt wird, mit einer solchen Polarität zugeführt werden, daß die Sperrverzögerungszeit V des ersten Halbleiterelementes (13) nach Ablauf der Sperrverzögerungszeit (f-*) des weiteren Halbleiterelementes beginnt, und die Summe der beiden Verzögerungszeiten (t und ϊ⁷,) gleich der der Frequenz f_mQV entspre-

chenden Periodendauer T„.„ = -s ist.

^{min f}max
2. Frequenzdiskriminator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Halbleitereleraente (3 und 13) entgegengesetzte Dotierung aufweisen.

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