DE1766837B2

DE1766837B2 - Begrenzer-diskriminator-schaltung

Info

Publication number: DE1766837B2
Application number: DE19681766837
Authority: DE
Inventors: Alberto Buenos Aires Bilotti
Original assignee: Sprague Electric Co., North Adams, Mass. (V.StA.)
Priority date: 1967-07-31
Filing date: 1968-07-26
Publication date: 1973-01-18
Also published as: NL6810794A; DE1766837A1; US3548326A; GB1243391A; FR1575268A; US3628046A

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltung zur Demodulation frequenzmodulierter elektrischer Hochfrequenzschwingungen mit einem aus Differentialstufen aufgebauten Begrenzer.

Es sind bereits Begrenzer-Diskriminator-Schaltungen bekannt, die jedoch eine Vielzahl einzelner Elemente benötigen und sich nicht für eine integrierte Schaltung eignen. Einzelne, nicht mit einem Diskriminator zusammenwirkende Begrenzerverstärker, die aus in Differentialschaltung verbundenen Doppeltrioden (USA.-Patentschriften 2 821 629, 2 975 364) oder auch ebenfalls in Differentialschaltung angeordneten emittergekoppelten Transistoren (Electronics, 1965, August, S. 75 bis 79) bestehen, sind auch bereits bekannt.

Darüber hinaus ist eine Begrenzer-Diskriminatorschaltung zur Demodulation phasenwinkelmodulierter Signale vorgeschlagen, die bis auf einige Kondensatoren und Induktivitäten integrierfähig ist. Diese Schaltung benutzt jedoch einen Diskriminatortransformator.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine weitestgehend integrierfähige Begrenzer-Diskriminator-Schaltung zu schaffen, die mit einer geringen Anzahl von Bauelemente auskommt und Unsymmetrien der Wellenform des Eingangssignals unterdrückt.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das Ausgangssignal des Begrenzers nach einer Phasendrehung entsprechend der Frequenzmodulation durch einen Serien-Schwingkreis an zwei als Differentialverstärker geschaltete Torstufen angeschaltet ist, daß das Ausgangssignal des Begrenzers einer dritten, als Differentialverstärker geschalteten Torstufe zugeführt ist, deren zwei Ausgangsspannungen den beiden Torstufen als Steuerspannung zugeführt sind, daß die Ausgänge der beiden Torstufen so gewählt sind, daß bei Zusammenschaltung während jeder Halbschwingung ein zu der Phasendifferenz der anliegenden Signale proportionales Ausgangssignal erzeugt wird und daß das Ausgangssignal über ein Integrationsglied zur Gewinnung eines geglätteten Demodulationsproduktes geführt ist.

Die so aufgebaute Schaltung kann weitestgehend als monolithisch integrierte Schaltung hergestellt werden, die nur noch durch eine von außen zuschaltbare Induktivität sowie einige Kapazitäten ergänzt zu werden braucht. Ein Diskriminator-Transformator ist bei der vorliegenden Schaltung nicht erforderlich. Infolge der symmetrisch angeordneten Torstufen ist das Ausgangssignal unabhängig von dem Tastverhältnis des Bezugssignals, wodurch Unsymmetrien der Eingangswellenform beseitigt werden.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Schaltung einen Spannungsteiler auf, der eine erste und eine zweite Bezugsgleichspannung liefert, von denen die erste Bezugsgleichspannung eine Steuervorspannung für den Begrenzer und für eines der Signale bildet, die der aus den drei Torstufen bestehenden Torschaltung zugeführt werden, und von denen die zweite Bezugsgleichspannung eine Transistor-Kollektor-Vorspannung für den Begrenzer und eine Steuervorspannung für das andere der der Torschaltung zugeführten Signale bildet und dadurch für eine unmittelbare Kopplung zwischen dem Begrenzer und der Torschaltung sorgt. Mit diesem Spannungsteiler werden auf einfache Weise die Bezugspotentiale festgelegt und eine galvanische Kopplung zwischen dem Begrenzer und dem Diskriminator ermöglicht.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß jede als Differentialverstärker geschaltete Torstufe aus einem Paar emittergekoppelter Transistoren besteht, daß die gemeinsamen Emitter des Transistorpaares der dritten Torstufe mit einer Konstantstromquelle verbunden sind, daß an der Basis des einen Transistors dieses Transistorpaares das nicht phasenverschobene Ausgangssignal des Begrenzers und an der Basis des anderen Transistors dieses Transistorpaares die erste Bezugsspannung anliegt, daß der Kollektor des einen Transistors dieses Transistorpaares mit den gemeinsamen Emittern des Transistorpaares einer der beiden Torstufen und der Kollektor des anderen Transistors des Transistorpaares der dritten Torstufe mit den gemeinsamen Emittern des Transistorpaares der anderen der beiden Torstufen verbunden sind, daß die Basen je eines Transistors der Transistorpaare der beiden Torstufen verbunden sind und mit dem phasenverschobenen Ausgangssignal des Begrenzers beaufschlagt sind und daß die Basen der anderen Transistoren der Transistorpaare der beiden Torstufen verbunden sind und auf dem Potential der zweiten Bezugsspannung liegen. Die Bildung einer Differentialverstärkerstufe aus zwei emittergekoppelten Transistoren ist an sich bekannt. Diese Schaltung ermöglicht hier einen besonders einfachen, mit wenig Schaltelementen auskommenden Aufbau der Torstufen, die auf völlig symmetrische Weise die Phasendifferenz zwischen dem nicht phasenverschobenen Ausgangssignal und dem phasenverschobenen Ausgangssignal in Amplitudenunterschiede umwandeln. Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, daß die Kollektoren je eines Transistors der Transistorpaare der beiden Torstufen gemeinsam direkt mit der Spannungsquelle verbunden sind, daß die Kollektoren der anderen Transistoren der Transistorpäare der beiden Torstufen gemeinsam über einen ersten Widerstand mit der Spannungsquelle gekoppelt sind und daß das demodulierte Signal zwischen dem Verbindungspunkt des ersten Widerstands mit den Kollektoren der anderen Transistoren der Transistorpaare der beiden Torstufen und Masse ansteht. Mit dieser Schaltung wird ein unsymmetrischer, zwischen einer Anschlußklemme und Masse liegender Ausgang geschaffen.

Eine andere Ausführungsform sieht vor, daß die Kollektoren je eines Transistors der Transistorpaare der beiden Torstufen gemeinsam über einen zweiten Widerstand und die Kollektoren der anderen Transistoren der Transistorpaare der beiden Torstufen gemeinsam über den ersten Widerstand mit der Spannungsquelle gekoppelt sind und daß das demodulierte Signal zwischen den, einen symmetrischen Ausgang bildenden Verbindungspunkten des zweiten Widerstandes mit den Kollektoren der einen Transistoren und des ersten Widerstandes mit den Kollektoren der anderen Transistoren ansteht. Falls erwünscht, läßt sich auf diese Weise auch ein symmeirischer Ausgang bilden. Dieser wäre beispielsweise für die Aussteuerung eines nachfolgenden Gegentaktverstärker wünschenswert.

Weitere Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Be-Schreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen. Es zeigt

Fig. 1 ein schematisches Schaltbild einer erfindungsgemäß aufgebauten Begrenzer-Diskriminator-Schaltung,

Fig. 2 eine schematische Ansicht der Schaltung nach Fig. 1 bei Zusammenfassung zu einem einzigen Halbleiterblock,

F i g. 3 eine schematische Darstellung der bei den Anordnungen nach den F i g. 1 und 2 verwendeten Torschaltung,

Fig. 4 eine graphische Darstellung der Phasen-Amplituden-Umsetzung der Torschaltung nach den Fig. Iund3,

F i g. 5 eine abgewandelte Ausführungsform der Torschaltung, die einen symmetrischen Ausgang ergibt, und

F i g. 6 einen Teilschnitt durch den Halbleiterblock entlang der Linie 6-6 der Fi g. 2. .

Die Schaltung nach Fig. 1 besteht aus einemBegrenzer 10, einem Spannungsteiler 11, einem Schwingkreis 12 und einem Detektor 13. Die Schaltung ist so ausgelegt, daß sie sich als integrierte Schaltung eignet. Das schematische Schaltbild enthält infolgedessen die Anschlußklemmen 14 bis 16 des integrierten Halbleiterblockes 28 nach F i g. 2 sowie die äußeren Schaltungsteile.

Die Schaltung nach der Erfindung hat grundsätzlich die Aufgabe, die Verstärkung, Amplitudenbe-

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grenzung, die Frequenz-Phasen-Umsetzung und die Basis-Strecke der Verstärkertransistoren angepaßt

Phasen-Amplituden-Umsetzung eines Eingangssignals sein.

zu bewirken. Diese Funktionen werden mittels der Eine gleichförmige Vorspannung wird mittels einer

in den F i g. 1 und 2 dargestellten Einheiten erfüllt. ersten und einer zweiten Bezugsspannung erzielt, die

Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfin- 5 von dem Spannungsteiler 11 abgeleitet werden. Der

dung sind sämtliche aktiven Schaltungselemente und Spannungsteiler weist fünf in Reihe geschaltete Di-

die Widerstände in einem Halbleiterblock 28 zusam- öden 57, 58, 59, 60 und 61 auf. Das eine Ende des

mengefaßt, wobei der Begrenzer 10 mit dem Detek- Spannungsteilers 11 ist mit einer Masseleitung 47 ver-

tor 13 über einen äußeren LC-Kreis 12 gekoppelt bunden, während das andere Ende an der Verbin-

ist, der aus einer Induktivität 30 und einem Konden- io dungssteile 62 mit dem Schwingkreis 12 verbunden ist

sator 31 besteht. Der Begrenzer weist drei Stufen und über einen Widerstand 63 und den Anschluß 19

32, 34 und 36 auf, die über Emitterfolger 33, 35 an die Speisespannung B+ angeschlossen ist. Der

bzw. 37 unmittelbar in Kaskade geschaltet sind. Widerstand 63 ist so gewählt, daß bei der kleinsten

Wird infolgedessen ein sinusförmiges Eingangssignal Speisespannung, beim kleinsten Widerstandswert und

an die Eingangsklemmen 15 und 17 angelegt, wird 15 bei der niedrigsten Arbeitstemperatur ein ausreichend

ein Rechteck-Ausgangssignal erhalten. Jede Stufe ist hoher Strom durch die Dioden fließt. Ein Widerstand

auf einen ersten und einen zweiten Bezugsspannungs- von 1000 Ω stellt einen geeigneten Wert für den

pegel vorgespannt, und der Begrenzer ist mittels Widerstand 63 dar, da er bewirkt, daß unter nor-

einer Gesamt-Gleichspannungsrückkopplungsschleife malen Betriebsbedingungen ein Strom von 9 mA

40 stabilisiert. Für sehr kleine Eingangssignale ar- 20 durch die Diode 61 und ein Strom von 3 mA durch

beiten die drei Stufen als lineare Verstärker. Wenn die restliche Diodenkette fließt. Die Spannung B +

das Signal jedoch einen größeren Wert als den beträgt bei der bevorzugten Ausführungsform 12 V,

Schaltschwellwert hat, wird die Einheit zu einem während die Spannung an der Verbindungsstelle 62

Begrenzer. den Wert 9 V hat.

Jede der Stufen 32, 34 und 36 weist ein Tränsi- 25 Wie ausgeführt, liefert der Spannungsteiler 11

storpaar 41, 42; 43, 44 bzw. 45, 46 auf. Die Tran- einen ersten und einen zweiten Bezugsspannungs-

sistorpaare sind mit gemeinsamen Emitteranschluß pegel. Der erste Bezugsspannungspegel, der .die

versehen und in an sich bekannter Weise als Diffe- Steuervorspannung Vb bildet, liegt an der Verbin-

rentialverstärkerstüfen ausgelegt. dungsstelle 64 an, die um zwei Dioden 57 und 58

Eine symmetrische Beschneidung, die für eine 3o oberhalb Masse liegt. Der zweite Bezugspegel, der

gute AM-Unterdrückung sorgt, wird dadurch sicher- die Kollektorvorspannung Vc jeder Verstärkerstufe

gestellt, daß jedes Transistorpaar gut abgeglichen bildet, liegt an der Verbindungsstelle 65 an, die um

wird; d. h., die Basis-Emitter-Strecke jedes Differen- vier Dioden 57, 58, 59 und 60 oberhalb Masse liegt.

tialverstärker-Transistorenpaares wird an diejenige Diese Bezugsspannungen bilden außerdem die Be-

des zugehörigen Emitterfolgers angepaßt, und beide 35 zugsvorspannungen für den Detektor und erlauben

werden auf den gleichen Vorspannungspegel vorge- in Verbindung mit der Rückkopplungsschleife 40 eine

spannt. Für eine symmetrische Beschneidung muß Gleichspannungskopplung innerhalb der gesamten

der Ruhestrom, der über den einen Differentialtran- Begrenzer-Diskriminatorschaltung.

sistor fließt, gleich dem über den anderen Transistor Die Emitter jeder Stufe, d. h. jedes Differential-

dieser Stufe fließenden Ruhestrom sein. Infolgedes- 40 transistorenpaares 41, 42; 43, 44 und 45, 46 sind über

sen ist der Strom I₀ jedes Transistors gleich der die Emitterwiderstände 52, 54 und 56 mit der Masse-

„..,„ _ . ' , . , i, leitung 47 verbunden, die bei dem als integrierte

Hälfte des Gesamtemrtterstromes oder gleich -^-. _{Schaltung ausge}bildeten Verstärker von der An-

Daraus folgt, daß der Spitzenwert der beschnittenen schlußklemme 14 zur Anschlußklemme 26 entlang Kollektorspannung AVc gleich diesem Strom mal 45 dem Verstärker läuft. Die Difierentialtransistorendem Kollektorwiderstand Rc sein muß, d.h., es gilt: paare haben, bei dieser Schaltung einen einseitigen

Eingang, und zwar derart, daß die Basis des ersten Transistors jedes Transistorenpaares ausgesteuert

_AV _td __ Ie „ wird, während die andere Basis auf die Bezugsspan-

^c ~ Q ^c l£ ^c ■ 50 nung vorgespannt ist. Der Kollektor jedes ausge

steuerten Transistors (Transistoren 41, 43 und 45) ist unmittelbar mit dem zweiten Bezugsspannungspegel

Für eine Kaskadenschaltung ohne Verwendung an der Verbindungsstelle 65 verbunden, während der eines Kopplungskondensators muß außerdem dafür Kollektor jedes Bezugstranssitors (Transistoren 42,44 gesorgt sein, daß zwischen den Stufen keine Gleich- 55 und 46) über einen der Kollektorwiderstände 51, 53 Spannungsversetzung vorhanden ist, d. h., der Gleich- und 55 mit dem zweiten Bezugsspannungspegel in spannungspegel des Ausgangs muß Vorspannungs- Verbindung steht. Der Kollektor jedes der letztpegel sein. Dies wird dadurch erreicht, daß der genannten Transistoren ist ferner unmittelbar an die Kollektorspannungspegel Vc gleich dem doppelten Basis des nächstfolgenden Emitterfolgers angeschlos-Wert der Basisspannung Vb gewählt und der Kollek- ^6o sen, d. h. an die Transistoren 33, 35 bzw. 37.
torwiderstand Rc zweimal so groß wie der Emitter- Das Emgangssignal wird an den Verstärker an den

widerstand Re gemacht wird. Bei der bevorzugten Eingangsklemmen 15 und 17 angelegt. Die Klemme Ausführungsform beträgt der Kollektorwiderstand 17 ist mit der Basis des Transistors 41 der ersten jeder Stufe, d. h. der Wert der Widerstände 51, 53 Stufe unmittelbar verbunden. Die Klemme 15 steht und 55, jeweils 1 kQ, während die Emitterwider- 65 in unmittelbarer Verbindung mit der Bezugsbasis der stände 52, 54 und 56 einen Wert von 500 Ω haben. zweiten und dritten Stufe sowie mit dem zweiten Außerdem sollte auch die Emitter-Basis-Strecke Bezugspegel, der die Gleichvorspannung für das erdjedes Emitterfolgers 33, 35 und 37 an die Emitter- freie Emgangssignal liefert. Ein äußerer Kondensator

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66 von ungefähr 0,05 μΡ liegt zwischen der Anschluß- unmittelbar als ein Bezugssignal S₂ zugeleitet sowie

klemme 15 und der Masseklemme 14, um eine Rück- über den LC-Kreis 12 als ein um 90° phasenverscho-

kopplung zwischen den Basen durch eine unzurei- benes Signal S₁.

chende Basis-Quellen-Impedanz zu vermeiden. Die Bei dem integrierten Halbleiterblock läuft das

Bezugsvorspannung der ersten Stufe wird durch die 5 Bezugssignal S₂ über die leitende Strecke 78, die von

Rückkopplungsschleife 40 geliefert, die an die Be- dem Begrenzerausgang an der Verbindungsstelle 72

zugsbasis dieser Stufe angeschlossen ist. ausgeht. Der Halbleiterblock trägt zwei Äusgangs-

Wie dargestellt, sind die drei Stufen unmittelbar klemmen 25 und 27 zum Anschluß des äußeren

in Kaskade geschaltet und ist der Verstärker mit dem LC-Kreises. Die Klemme 25, die über die Verbin-

Diskriminator galvanisch gekoppelt. Dies wird da- io dungssteile 79 zwischen die Widerstände 73 und 74

durch ermöglicht, daß der gleiche erste und zweite führt, wird bei dieser Ausführungsform für den

Bezugsspannungspegel sowohl für den Verstärker als Serienschwingkreis 12 benutzt. Die unmittelbar über

auch für den Diskriminator vorgesehen werden und die Verbindungsstelle 72 an den Ausgang des Be-

daß eine Gesamtrückkopplungsschleife 40 von dem grenzers angeschlossene Klemme 27 steht zur Ver-

Verstärkerausgang ausgehend benutzt wird. 15 fügung, wenn, falls erwünscht, Parallelschwingkreise

Die Transistoren 33,35 und 37 arbeiten als Emitter- vorgesehen werden sollen.

folger. Der Transistor 33 koppelt die Stufe 32 an die Bei der bevorzugten Ausführungsform hat der

Stufe 34 an, während der Transistor 35 die Stufe 34 Widerstand 73 einen Wert von ungefähr 450 Ω, wäh-

mit der Stufe 36 koppelt. Der Transistor 37 bildet rend der Widerstand 74 einen Wert von 50 Ω hat.

dagegen den Verstärkerausgang der Stufe 36. 20 Dies erlaubt eine ausreichende Aussteuerung des

Die Transistoren 33 und 35 sind einander gleich, Serien-LC-Kreises ohne Verschlechterung von dessen

und über die Transistoren fließt ein gleicher Strom, ß-Wert.

der demjenigen des Verstärkertransistors entspricht. Bei der vorliegenden Ausführungsform besteht der Infolgedessen sind die Kollektoren der Transistoren Schwingkreis 12 aus der äußeren, einstellbaren In- 33 und 35 mit der zweiten Bezugsspannung unmittel- 25 duktivität 3®, die zwischen die Anschlußklemmen 23 bar verbunden, während ihre Emitter jeweils un- und 24 gelegt ist, und dem äußeren Kondensator 31, mittelbar an die Basis der folgenden Stufe sowie über der zwischen die Anschlußklemmen 24 und 25 geeinen 2000-Q-Widerstand 67 bzw. 68 an die Masse- schaltet ist. Dadurch wird ein abgestimmter Serienleitung 47 angeschlossen sind. schwingkreis zwischen den Anschlußklemmen 23 und

Durch den Transistor 37 fließt dagegen ein er- 30 25 erhalten. Das eine Ende des Schwingkreises 12 höhter Strom, um eine gute Abtrennung des Be- ist über die Anschlußklemme 25 mit dem Ausgang grenzers sicherzustellen. Infolgedesesn ist sein KoI- des Begrenzers verbunden, während das andere Ende lektor 70 unmittelbar an B+ angeschlossen, während über die Anschlußklemme 23 mit der Verbindungssein Emitter 71 über die Verbindungsstelle 72 und in stelle 62 des Spannungsteilers verbunden ist.
Reihe geschaltete Widerstände 73 und 74 mit Masse 35 Das um 90° phasenverschobene Ausgangssignal verbunden ist. Der Emitter ist über die Verbindungs- wird von der Klemme 24 abgenommen. Das Signal S₁ stelle 72 ferner an den Detektor 13 und die Rück- von der Klemme 24 eilt infolgedessen dem Rechteckkopplungsschleife 40 angeschlossen. Eingangssignal S₂ um 90° voraus. Jede Änderung der

Der Begrenzer wird durch die Rückkopplungs- Eingangsfrequenz ändert diese Phasendifferenz um schleife 40 abgeschlossen, die den Verstärkerausgang 40 einen Phasenwinkel Φ, der der Frequenzmodulation an der Verbindungsstelle 72 mit der Bezugsbasis der des Eingangssignals proportional ist. Das um 90° ersten Stufe, d. h. der Basis des Transistors 42, ver- phasenverschobene Ausgangssignal wird über eine bindet. Die Schleife, die einen Widerstand 76 von leitende Strecke der Basis eines Transistor 81 zugeungefähr 4000 Ω einschließt, liefert eine starke Gleich- führt, der als Emitterfolger arbeitet und eine Abspannungsgegenkopplung, die die Arbeitspunkte des 45 Stimmung des LC-Kreises mittels eines Oszillogra-Verstärkers stabilisiert und eine Gleichspannungs- phen od. dgl. gestattet, ohne daß eine übermäßige kopplung mit dem Detektor 13 ermöglicht. Belastung auftritt. Für diesen Zweck ist eine Ab-

Bei der in F i g. 2 veranschaulichten integrierten stimmklemme 22 vorgesehen, die mit dem Emitter

Festkörperschaltung ist die Rückkopplungsschleife 40 des Transistors 81 verbunden ist.

aus der Tasche 75 herausgeführt, die den Begrenzer 50 Im Betrieb liefert eine Stromquelle 92 einen kon-

von den anderen integrierten Elementen trennt. Die stanten, gleichförmigen Strom, der über zweckent-

Rückkopplungsschleife 40 verläuft außerhalb und in sprechende Torstufen entsprechend der relativen

unmittelbarer Nähe zur Masseleitung 47, um die Phasenlage der Signale S₁ und S₂ umgeleitet wird, die

Hochfrequenzkopplung weiter herabzusetzen; sie ist den Steuereingängen der Torstufen, in diesem Fall

dann in die Tasche 75 zurückgeführt. 55 den Basen von Transistoren, zugeführt werden.

Die Rückkopplungsschleife reicht außerdem zur Bei der beschriebenen Ausführungsform wird jede Anschlußklemme 16. Zwischen dieser Anschluß- Torstufe 94, 95, 96 durch ein in Differentialschaltung klemme und der mit dem ersten Bezugsspannungs- verbundenes Transistorpaar 100, 101; 102, 103; 104, pegel verbundenen Anschlußklemme 15 liegt ein 105 gebildet, das mittels eines einzigen Eingangsäußerer Entkopplungskondensator 77 von ungefähr 60 signals ausgesteuert wird. Dieses Signal wird an die 0,05 μΡ. Dieser Entkopplungskondensator verhindert Basis des einen Transistors jeder Torstufe angelegt, sowohl einen Verstärkungsverlust bei der gewünsch- während an die Basis des anderen Transistors eine ten Frequenz als auch eine Hochfrequenzrückkopp- Bezugs- oder Gleichvorspannung angelegt wird. Beilung, da er den Mittelwert des Verstärkerausgangs- spielsweise wird das Signal S₂ über die leitende signals filtert. 65 Strecke 80 an die Basis des Transistors 104 gelegt,

Das von dem Verstärker abgegebene Rechteck- während die Torstufe gleichspannungsmäßig auf die

signal wird dem Detektor 13 auf zwei Wegen züge- erste Bezugsspannung vorgespannt wird, die an die

führt. Es wird ihm von der Verbindungsstelle 72 aus Basis des Transistors 105 über die leitende Strecke

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78 angelegt wird. In ähnlicher Weise wird das Signal der Stromquelle 92 verbunden. Infolgedessen wird S₁ über die Strecke 91 parallel an die Basen der der Gesamtstrom, der über jede der beiden parallelen Transistoren 100 und 102 angelegt, während das Torstufen fließt, durch die dritte Torstufe bestimmt Differentialtransistorenpaar auf den zweiten Bezugs- und wird der Gesamtstrom der Torsschaltung 90 spannungspegel vorgespannt wird. Letzteres erfolgt, 5 seinerseits durch den Strom der Stromquelle 92 behindern die Basen der Transistoren 101 und 103 über stimmt.

einen Leiter 88 mit dem zweiten Bezugspegel verbun- Die Stromquelle 92, die grundsätzlich eine belie-

den werden. bige zweckentsprechende Stromquelle sein kann, wird

Das erste Signal S₁ wird parallel an zwei Torstufen bei diesem Ausführungsbeispiel von einem Transistor 94 und 95 angelegt, während das zweite Signal S₂ io 12®, einem Widerstand 121 und einer Diode 122 ge-(das in diesem Fall als Bezugssignal dient) an eine bildet. Der Widerstand 121, der einen Wert von dritte Torstufe 96 angelegt wird. Die Amplitude bei- ungefähr 8000 Ω hat, liegt zwischen der mit der der Signale ist so gewählt, daß sie den Schaltschwell- Speisespannung B + verbundenen Klemme 19 und wert der Torstufen übersteigt. Die Transistoren wir- der Basis des Transistors 120. Der Emitter des Tranken daher als reine Schalter. Die Torschaltung ist 15 sistors 120 ist mit einer Masseleitung 84 verbunden, vollsymmetrisch, d. h., das Durchschalten beider während sein Kollektor an den gemeinsamen Emit-Signale ist abgeglichen. Mit anderen Worten, Strom tern 116 der Transistoren 104, 1OS der dritten Torfließt in einem Transistor des Transistorpaares der stufe 96 angeschlossen ist. Die Diode 122, die den dritten Torstufe 96 während jeder Halbperiode des Spannungsabfall der Emitter-Basis-Strecke des Tranzweiten Signals und in jedem der Transistorpaare der 20 sistors 120 aufnimmt, gibt zusammen mit dem Widerbeiden parallelen Torstufen während jeder Halbperi- stand 121 einen Vorspannungsstrom vor, so daß der ode des ersten und des zweiten Signals, so daß die Transistor 120 einen konstanten Strom / zieht, zuletzt genannten Transistoren jeweils einen Strom- Der Strom / fließt von dem Speisespannungsimpuls während nur einer Halbperiode beider Signale anschluß B + in Richtung auf den Kollektor des führen. Der kombinierte Strom der komplementären 25 Transistors 120 über die beiden parallelliegenden Transistoren liefert einen Stromimpuls oder eine Torstufen 94 und 95 und die eine gemeinsame Tor-Ausblendung für beide Halbperioden. Unter komple- stufe 96. Wenn rechteck- oder sinusförmige Signale mentären Transistoren werden vorliegend die ver- ausreichend großer Amplitude (die den Schaltschwellstanden, die Impulsausblendungen von ähnlichen wert der Torstufen übersteigt) an die Steuerbasen der Teilen komplementärer Halbperioden der Eingangs- 30 Differentialtransistorpaare angelegt werden, verhalten Signale führen. Infolgedessen bilden die Transistoren sich die Transistoren wie quasi ideale Schalter, und 100 und 1(53 sowie die Transistoren 101 und 102 es fließen Rechteck-Stromimpulse über sämtliche jeweils eine komplementäre Gruppe. Kollektoren. In Fig. 3 ist dieses idealisierte Ver-

Während daher jeder Transistor der Transistor- halten angedeutet. Es ist dort jedes Transistorpaar

paare der ersten und zweiten Torstufe die Grund- 35 durch einen Schalter mit zwei Stellungen ersetzt. Die

welle oder Trägerfrequenz führt, bewirken die korn- Steuersignale S₁ und S₂ geben in jedem Augenblick

plementären Gruppen dieser Transistoren eine Ver- vor, wie der Gesamtstrom/ zwischen den verschie-

doppelung der Grundwelle, so daß nur die zweite denen zur Verfügung stehenden Strecken aufzuteilen

und höhere Harmonische der Trägerfrequenzen auf- ist.

treten. Von besonderer Bedeutung ist es, daß bei der 40 Bei der bevorzugten Ausführungsform werden

bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dadurch zwei Signale gleicher Frequenz, die um 90° gegen-

Unsymmetrien der Eingangswellenform beseitigt wer- einander phasenverschoben sind, als die Signale S₁

den, daß die Schaltung unabhängig von dem Tast- und S₂ angelegt. Die erhaltenen Strom-Wellenformen

Verhältnis des Bezugssignals ist. sind in Fig. 4 angedeutet. Wie in Fig. 4A veran-

Da die Ströme in den komplementären Transistoren 45 schaulicht, wandelt das Bezugssignal S₂ den Gleich-

der Torstufen (beispielsweise den Transistoren 101 strom / in zwei um 180° gegeneinander phasenver-

und 102 der Schaltstufen 94 und 95) eine Funktion schobene Recheckimpulse I₁ und I₂ um. Jeder dieser

beider Signale sind, in Phase miteinander liegen und Stromimpulse stellt den Speisestrom der Torstufen

eine Ausblendung beider Halbperioden beider Signale 94 und 95 dar, der dort mittels des ersten Signals S₁

darstellen, ist der Gesamtstrom eine Funktion der 50 in der in Fig. 4B veranschaulichten Weise weiter

Phasendifferenz zwischen den Signalen und werden aufgeteilt wird. Durch den Lastwiderstand 119 fließen

Unsymmetrien der Wellenform unterdrückt. dann entsprechend Fig. 4C zwei Strömimpulse/₄

Es versteht sich, daß der Strom in der anderen und Z₃ je Periode. Der Strom Z₄ fließt, während die

Gruppe der komplementären Transistoren 100 und Transistoren 104 und 101 gleichzeitig aufgesteuert

103 ebenso proportional der Phasendifferenz ist. Der 55 sind. Der Strom Z₅ fließt dagegen während der gleich-

über diese Transistoren fließende Strom liegt in zeitigen Aufsteuerung der Transistoren 105 und 102.

Gegenphase zu dem Strom der ersten Gruppe, er Dadurch wird eine Ausblendung während beider

kann jedoch gesondert oder in Verbindung mit der Halbperioden beider Eingangssignale und eine voll-

ersten Gruppe für einen Gegentaktausgang benutzt symmetrische Torschaltung erhalten,

werden. 60 Wenn die Kollektorspannung an den Zweigen 107

Die beiden parallelliegenden Torstufen94 und 95 und 110 mittels des Kondensators 123 (Fig. 1 und 2)

sind dadurch an die eine Seite der Stromquelle 92 gefiltert wird, ist ihr Mittelwert unmittelbar pröpor-

angekoppelt, daß die Kollektoren 106, 107 und 110, tional dem Mittelwert des Stromes Z₄ + I₅, d. h. der

111 der Transistoren 100,101,102,103 mit der Span- Fläche der Stromimpulse nach Fig. 4C oder der nungZ?+ verbunden sind. Die ToTStufen94, 95 sind 65 Phasendifferenz Φ zwischen den Signalen S₁ und S₂.

jeweils mit den Kollektoren 114 und 115 der Transi- Da die Torschaltung vollsymmetrisch ist, sind die stören 104, 105 der dritten Torstufe 96 sowie über Stromimpulse der komplementären Transistoren 100 diese mittels der Leitung 116 mit der anderen Seite und 103 oder 101 und 102 außerdem kennzeichnend

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für die Phasendifferenz, die in beiden Halbperioden sehen Widerstand von näherungsweise 15 Ω/Quadrat der Eingangssignale auftritt; Unsymmetrien dieser ausgebildet, indem entsprechende Teile der Ober-Signale werden unterdrückt. fläche 134 des Halbleiterkörpers einer Diffusions-

Vorteilhafterweise kann für einen symmetrischen behandlung od. dgl. unterzogen werden. Eine n-lei-

Ausgang gesorgt werden, indem auch die Kollektor- 5 tende Epitaxialschicht 135 mit einem spezifischen

spannung der Transistoren 100 und 103 gefiltert wird. Widerstand von ungefähr 1 Ω-cm wird dann auf dem

Dies liefert eine Spannungsamplitude, die propor- Halbleiterkörper 131 und über den Bereichen 132

tional der Fläche der Stromimpulse I₃ und J₆ gemäß gebildet. Darauf werden getrennte Taschen 130 ge-

Fig. 4D ist. Wie in Fig. 5 veranschaulicht, kann schaffen, indem durch Diffusion od. dgl. p-leitende

dies dadurch erfolgen, daß die Kollektoren 106 und io Wände gebildet werden, die durch die Epitaxial-

111 dieser Transistoren über einen zweiten Last- schicht 135 hindurch zu dem Halbleiterkörper 131

widerstand 124 gemeinsam mit B+ verbunden wer- reichen. Diese Trennwände mit einer hohen Leit-

den und daß ein zusätzlicher Filterkondensator 125 fähigkeit von ungefähr 10¹⁹ Atom/cm³ werden um

vorgesehen wird. jede integrierte Schaltungskoinponente herum aus-

Bei der bevorzugten Ausführungsform umfaßt der 15 gebildet, die nicht unmittelbar mit B+ verbunden ist. Integrator den Kondensator 123 und den Widerstand Beispielsweise umschließt eine in Fig. 2 schema- 119. Der Kondensator 123 ist ein äußerer Konden- tisch angedeutete große Tasche 75 die drei Versator, dpr zwischen Masse und die Klemme 20 gelegt stärkerstufen des Begrenzers 10, während eine kleiist, die ihrerseits gemeinsam mit den Kollektoren 107 nere Tasche jede einzelne Stufe umschließt. Noch und IiO m Verbindung steht. Ein Emitterfolger- 20 kleinere Taschen trennen die Transistoren ab, deren Transistor 126 sorgt für eine Entkopplung des Aus- Kollektoren nicht gemeinsam angeschlossen sind, gangs der Torschaltung 90 von einer äußeren Last, Dies verringert eine parasitäre Kopplung innerhalb die an die Klemme 21 angeschlossen wird. des Hälbleiterkörpers weitgehend und erlaubt ein

Der Transistor 126 ist über einen Kollektorwider- Arbeiten auch bei hohen Frequenzen;
stand 127 mit der an der Klemme 19 anliegenden 25 Die Einheiten werden innerhalb jeder Tasche durch Betriebsspannung B + verbunden und steht über herkömmliche plänare Diffusionsverfahren od. dgl. einen Emitterwiderstand 128 mit Masse in Verbin- fertiggestellt. Beispielsweise wird ein Basisbereich 136 dung. Seine Basis ist mit den Kollektoren der Tran- mit einer hohen p-Leitfähigkeit von ungefähr sistoren 107 und 110 zusammengeschaltet. Sem Emit- 10¹⁹ Atom/cm³ durch nicht veranschaulichte Öffnunter steht mit der Ausgangsklemme 21 in Verbindung. 30 gen in dem Oxydüberzug 137 hindurch ausgebildet. Das Ausgangssignal der Schaltung wird zwischen der Daraufhin wird ein Emitterbereich 138 mit einer Klemme 21 und Masse abgegeben. η-Leitfähigkeit von ungefähr 10²¹ Atom/cm³ inner-

Der Einfachheit halber ist in F i g. 6 nur ein Teil halb jedes Basisbereiches 136 ausgebildet. Die gegendes Halbleiterblockes 28 im Schnitt veranschaulicht. seitige Verbindung erfolgt über metallische Strecken Gezeigt ist der Aufbau der parallelliegenden Tor- 35 139, die auf der Oxydoberfläche abgeschieden werstüfen 94 und 95. Der Schnitt läuft durch die Tran-· den. Die metallischen überzüge, die aus Aluminium sistoren 100, 101, 102 und 103. Die Transistoren 101 od. dgl. bestehen können, kommen mit den betreffen- und 102 sind in einer gemeinsamen Tasche 130 Unter- den Bereichen über Öffnungen in dem Oxydüberzug gebracht, da sie einen gemeinsamen Kollektor- 137 hi Kontakt und erstrecken sich entlang der Oberanschluß besitzen. Die Transistoren 100 und 103 40 fläche zu Kontaktelementen der anderen Taschen, zu haben ebenfalls einen gemeinsamen Kollektor. Sie den Anschlußklemmen des Halbleiterkörpers u. dgl. sind jedoch von dem übrigen Teil der Epitaxial- Bei dem integrierten Halbleiterkörper werden alle schicht nicht getrennt, da sie unmittelbar mit B + aktiven Elemente gleichzeitig durch Diffusion od. dgl. verbunden sind. Es versteht sich jedoch, daß für den ausgebildet, um identische Leitfähigkeitsübergängsschematisch in Fig. 5 angedeuteten symmetrischen 45 profile sicherzustellen. Die Flächen der Leitfähig-Ausgang die Transistoren 100 Und 103 ebenfalls in keitsübergänge sind ebenfalls einander gleich, mit eigenen Taschen untergebracht sein Würden. Ausnähme der Emitterfläche des Transistors 37 und

Der Halbleiterblock 28 wird in der Weise her- der Kathodenfläche der Diode 61, die mit höheren

gestellt, daß zunächst die voneinander getrennten Strompegeln als die anderen Elemente arbeiten und

Taschen 130 der einen Leitfähigkeitsärt, beispiels- 50 Flächen besitzen, die proportional dem Verhältnis

weise η-leitend, in einem Halbleiterkörper 131 aus- zwischen dem von ihnen übernommenen Strom und

gebildet werden, der entgegengesetzt leitend, z, B. dem von den anderen Elementen, an die sie angepaßt

p-leitend, ist. Am Boden jeder Tasche wird ferner sein müssen, geführten Strom sind,

für eine η-leitende Zone 132 hoher Leitfähigkeit Beispielsweise ziehen die Verstärkertransistoren je-

gesorgt. 55 Weils 0,7 mA, während der Ausgangstransistor 37

Die voneinander getrennten Taschen können in 3 mA zieht, Um eine gute Trennung des Begrenzers

beliebiger herkömmlicher Weise in Silizium oder sicherzustellen. Infolgedessen muß die Fläche des

einem anderen Halbleiterwerkstoff ausgebildet wer- Emitter-Basis-Übergangs des Transistors 37 ungefähr

den. Beispielsweise kann für einen Epitaxialschicht- viermal so groß wie diejenige aller anderen Begren-

aufbau gesorgt werden. Grundsätzlich eignet sich 60 zertränsistoren sein. Dies führt zu einer konstanten

jedes Verfahren, mit Hilfe dessen elektrisch getrennte Stromdichte¹ der Einheiten und liefert eine Anpassung

Bereiche geschaffen werden können. des Spannungsabfalls der zugehörigen Emitter-Basis-

Bei der bevorzugten Ausführungsform wird die Übergänge. In ähnlicher Weise zieht der Transistor Einheit so aufgebaut, daß zunächst ein p4eitender 81 1 mA, während die Diode 61 9 mA zieht. Infolgeffionokristalliner Silizhimkörper 131 mit hoher Leit- 65 dessen wird die Kathödenfläche der Diode 61 (Emitterfähigkeit gebildet wird, der eine Störstellenkonzen- fläche eines Transistors mit kurzgeschlossenem KoI-tration von ungefähr 10¹⁹ Atom/cm³ hat. Darauf lektor-Basis-Übergang) ungefähr neunmal so groß werden n4eitende Bereiche 132 mit einem spezifi- wie diejenige des Transistors 81 gemacht.

Außerdem sind sämtliche Dioden mit Ausnahme der Diode 61, die eine vergrößerte Emitterfläche besitzt, aufeinander und auf die Basis-Emitter-Übergänge abgestimmt. Dies geschieht dadurch, daß genormte Transistoren ausgebildet werden und dann deren Kollektor mit der zugehörigen Basis kurzgeschlossen wird. Außerdem ist es besonders wesentlich, daß bei der Stromquelle 92 die Diode 122 an den Basis-Emitter-Übergang des Transistors 120 angepaßt ist, um eine befriedigende Stromregelung zu erzielen.

Bei der bevorzugten Ausführungsform ist der Halbleiterkörper quadratisch und besitzt eine Kantenlänge von 1,52 mm. Die Taschen für einen einzelnen Transistors sind 0,102 · 0,143 mm groß und von einer 0,013 mm dicken Trennwand umschlossen. Der Basisbereich ist ungfähr 0,051 · 0,064 mm groß; der Emitterbereich hat eine Größe von ungefähr 0,025 · 0,025 mm. In allen Fällen ist der Abstand zwischen dem Diffusionsbereich und der Isolation im allgemeinen größer als 0,025 mm.

Die die Verbindung herstellenden leitenden Strekken, beispielsweise die Strecken 78, 80 und 91, sind 0,013 mm breite Überzüge aus Aluminium. Die Masseleitung 47 ist dagegen 0,051 mm breit, um einen niedrigen gemeinsamen Widerstand sicherzustellen.

Der Kollektorwiderstand und der Emitterwiderstand jener Stufe des Begrenzers (beispielsweise die Widerstände 51 und 52 der Stufe 32) werden dadurch ausgebildet, daß gleichzeitig drei 1000-ö-Widerstände diffundiert werden. Danach werden zwei dieser Widerstände parallel geschaltet, um den 500-jQ-Emitterwiderstand zu erhalten.

Bei dem integrierten Halbleiterkörper haben die Transistoreinheiten die folgenden physikalischen Eigenschaften:

Emitterfläche 0,65 · 10-s mm²

Basisfläche 3,87 · 10~³ mm²

Kollektortasche 15,48 ■ IQ-³ mm²=

Tiefe des Basisübergangs .... 3 · 10~⁶ m

Tiefe des Emitterübergangs .. 2 · 10~⁶ m

Bei der bevorzugten Ausführungsform ist zur Fertigstellung der Schaltung eine minimale Anzahl von äußeren Schaltungskomponenten erforderlich. Wie erläutert, ist ein Entkopplungskondensator 77 zwischen die Rückkopplungsklemme 16 und die Eingangsklemme 15 geschaltet. Außerdem ist die Bezugsgleichspannung am Eingang mittels des Kondensators 66 entkoppelt, der zwischen der Klemme 15 und der Masseklemme 14 liegt. Der zum Spannungsteiler führende Eingang ist mittels des Kondensators 141 entkoppelt, der zwischen der Klemme 18 und Masse liegt, während der Integrationskondensator 123 zwischen die Klemme 20 und Masse geschaltet ist. Schließlich ist die Spule 30 zwischen die Klemmen 23 und 24 gelegt und ist der Kondensator 31 mit den Klemmen 24 und 25 verbunden. Um induktive Effekte zu vermeiden, sind alle Kondensatorzuleitungen so kurz wie möglich gehalten. Sie sind beispielsweise erheblich kürzer als 12 mm.

Bei der bevorzugten Ausführungsform sind die kapazitiven und induktiven Schaltungskomponenten außerhalb des Halbleiterblockes 28 angeordnet; einige der Kondensatoren könnten jedoch auch auf dem Halbleiterblock, beispielsweise in Form eines monolithischen Kondensators, ausgebildet werden.

In der folgenden Tabelle sind die Werte der Komponenten für einen Betrieb der Schaltung nach F i g. 1 bei einer Frequenz von 4,5 MHz zusammengestellt.

Spule 30 50 μΗ

Kondensator 31 30 μΡ

Widerstände 51, 53 und 55 1 kΩ

Widerstände 52, 54 und 56 500 Ω

Widerstand 63 1 kΩ

Kondensator 66 0,05 μΡ

Widerstände 67 und 68 2 kΩ

Widerstand 73 450 Ω

Widerstand 74 50 Ω

Widerstand 76 4 kΩ

Kondensator 77 0,05 μΡ

Widerstand 83 150 Ω

Widerstand 85 5 kΩ

Widerstände 119 und 124 10 kΩ

Widerstand 121 8 kΩ

Kondensatoren 123 und 125 0,01 μΡ

Widerstand 127 200 Ω

Widerstand 128 5 kΩ

Kondensator 141 0,05 μΡ

Die elektrischen Eigenschaften aller Transistoren (mit Ausnahme des Transistors 37, dessen Emitterfläche viermal so groß wie diejenige der anderen aktiven Elemente ist) sind ähnlich den Motorola-Transistoren 2H916.

Die Torschaltung 90, die bei der bevorzugten Ausführungsform als Phasendetektor arbeitet, um eine FM-Diskrimination auszuführen, kann in verschiedenen anderen Anwendungsfällen eingesetzt werden, indem die Eingangssignale S₁ und S₂ geändert werden. Es versteht sich, daß die Wahl der Eingangsklemmen für das Anlegen des betreffenden Signals eine Frage des Aufbaus ist, die bei der bevorzugten Ausführungsform durch die Gleichvorspannung bestimmt ist. Infolgedessen können die Signale bei anderen Schaltungsauslegungen an eine beliebige der Eingangsklemmen angelegt werden.

Es sei außerdem auf weitere Eigenschaften der Torschaltung aufmerksam gemacht. Bei der Verwendung der Anordnung als Phasendetektor haben die Signale beispielsweise die gleiche Frequenz, und beide überschreiten den Schaltschwellwert der Transistoren, so daß diese als reine Schalter arbeiten. Wie ausgeführt, wird ein Signal parallel an die Steuerglieder der Torstufen 94 und 95 über einen ersten Eingangsanschluß (Leiter 88 und 91) angelenkt, während das andere Signal über einen zweiten Eingangsanschluß (Leitungen 78 und 80) an die Torstufe 96 angelegt wird. In diesem Falle steht die Ausgangsspannung der Torschaltung in einem linearen Verhältnis zu der relativen Phasendifferenz Φ zwischen den beiden Signalen.

Bei der Verwendung der Anordnung als Synchrodetektor haben beide Signale ebenfalls gleiche Frequenz, doch ist dafür gesorgt, daß das eine Signal, das die Information mit sich führt, eine Amplitude hat, die unter dem Schaltschwellwert der von diesem Signal gesteuerten Transistoren liegt, während die Amplitude des anderen Signals, das ein nichtmodulierter Bezugsträger ist, im allgemeinen größer als der Schaltschwellwert der von ihm gesteuerten

Schaltstufe ist. Bei Verwendung der beschriebenen Transistoren wird die Amplitude des informationsführenden (modulierten) Signals kleiner als 100 mV Spitze-Spitze gemacht, um eine Verzerrung der Signalhüllkurve zu vermeiden.

In diesem Falle wird die Amplitudenmodulation des informationsführenden Signals am Ausgang der Torschaltung wiedergewonnen, und zwar beispielsweise durch Ankoppeln an beide Gruppen von Komplementärtransistoren des Torstufenpaares, wie dies bei der bevorzugten Ausführungsform der Fall ist. Bei dieser Betriebsweise, die zur Farbdemodulation in Fernsehempfängern von Bedeutung ist, abeitet die Torschaltung auch als vollsymmetrischer Detektor für beide Bezugssignale, so daß nur die zweite und höhere Harmonische der Bezugsfrequenz am Ausgang auftreten. Dies erleichtert das Filtern und verringert parasitäre Rückkopplungsstrecken.

Die beiden synchronen Demudulationsvorgänge, die bei einem Farbfernsehempfänger erforderlich sind, der nach den derzeitigen NTSC-Normen ausgelegt ist, werden erfindungsgemäß bewerkstelligt, indem die veranschaulichte Torschaltungsanordnung verdoppelt wird. Daß heißt, es werden zwei der beschriebenen Torschaltungen in Verbindung mit drei Eingangssignalen benutzt. Jede Schaltung ist mit einem Torstufenpaar versehen, das aus einer dritten Differentialtorstufe und einer Stromquelle gespeist wird. Vorzugsweise ist jeder Torschaltung eine eigene Stromquelle zugeordnet, obwohl es auch möglich ist, für beide Torschaltungen eine gemeinsame Stromquelle vorzusehen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird die dritte Torstufe jeder Torschaltung durch das Farbhilfsträgersignal der Fernsehübertragung gesteuert, während die beiden Torstufen einer Torschaltung mittels eines Bezugssignals (Phasenverschiebung Null) und die beiden Torstufen der anderen Torschaltung mittels eines um 90° phasenverschobenen Signals gesteuert werden, das aus dem Sendesignal abgeleitet wird.

Die Amplitude des Farbsignals wird kleiner als der Schaltschwellwert gemacht, während die Amplitude des Null-Bezugssignals und die Amplitude des um 90° phasenverschobenen Signals so gewählt werden, daß sie den Schaltschwellwert übersteigen. Infolgedessen wird die Blau-Farbinformation erhalten, indem die Stromimpulse der ersten Torschaltung integriert werden; die Rot-Farbinformation ergibt sich aus dem Ausgangssignal der zweiten Torschaltung; die Grün-Farbinformation wird erhalten, indem die gegenphasigen oder komplementären Ausgangssignale beider Torschaltungen in einer Matrix zusammengefaßt werden. Dies geschieht, indem Impulse der verbleibenden Gruppen der Komplementärtransistoren beider Torschaltungen kombiniert werden. Die Torschaltung kann auch in anderer Weise eingesetzt werden. Sie kann beispielsweise als Mischer betrieben werden, indem Signale unterschiedlicher Frequenz an die beiden Eingänge angelegt werden. Wenn das an die erste Klemme angelegte Signal eine

ίο Frequenz F₁ und das an die zweite Klemme angelegte Signal F₂ hat, werden die beiden Signale miteinander gemischt, und die Torschaltung liefert ein Ausgangssignal mit einer Frequenz, die der Differenzen, d.h. F₂-F₁, entspricht.

Bei Überlagerungsempfängern kann F₁ die Frequenz des modulierten, informationsführenden Signals und F₂ die Frequenz des Empfangsoszillators sein. Wegen des unsymmetrischen Verhaltens der vollsymmetrischen Torschaltung erscheinen die Grundwellen beider Signale, und, was noch wichtiger ist, die Empfangsoszillatorkomponente nicht an den Ausgangsklemmen.

In diesem Beispiel wird eine Amplitudenverzerrung wiederum dadurch vermieden, daß die Ampli- tude des Tnformationssignals kleiner als der Schaltschwellwert der von ihm gesteuerten Transistoren gemacht wird. Das andere Signal kann dagegen je nach Belieben den Schwellwert übersteigen oder nicht. Es sind daher beide Betriebsarten des Mischers möglich, weil das Empfangsoszillatorsignal für einen sinusförmigen Treiberbetrieb benutzt werden kann, wenn es kleiner als der Schaltschwellwert ist, oder aber für einen Rechtecktreiberbetrieb, wenn es diesen Wert überschreitet. Bei beiden Betriebsarten liefert der Ausgang der Torschaltung eine Amplitudenhüllkurve proportional derjenigen des informationsführenden Signals bei einer Frequenz, die eine Kombination beider Signalfrequenzen ist und die Grundwelle oder Trägerfrequenz beider Signale nicht enthält.

Es sind zahlreiche Abwandlungen der beschriebenen Torschaltung möglich. Wie angedeutet, kann ein symmetrischer Ausgang verwirklicht werden. Außerdem kann jede zweckentsprechende Stromquelle, beispielsweise ein Widerstand od. dgl., in Verbindung mit der Torschaltung benutzt werden. Es lassen sich diskrete und integrierte Schaltungskomponenten verwenden. Während vorliegend npn-Transistoren beschrieben sind, sind auch pnp-Transistoren bei entsprechender Abwandlung der Schaltung verwendbar.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

209583/233

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltung zur Demodulation frequenzmodulierter elektrischer Hochfrequenzschwingungen mit einem aus Differentialstufen aufgebauten Begrenzer, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal des Begrenzers nach einer Phasendrehung entsprechend der Frequenzmodulation durch einen Serien-Schwingkreis (12) an zwei als Differentialverstärker geschaltete Torstufen (94, 95) angeschaltet ist, daß das Ausgangssignal des Begrenzers einer dritten, als Differentialverstärker geschalteten Torstufe (96) zugeführt ist, deren zwei Ausgangsspannungen (114, 115) den beiden Torstuf en (94, 95) als Steuerspannung zugeführt sind, daß die Ausgänge der beiden Torstufen (94, 95) so gewählt sind, daß bei Zusammenschaltung während jeder Halbschwingung ein zu der Phasendifferenz der anliegenden Signale proportionales Ausgangssignal erzeugt wird und daß das Ausgangssignal über ein Integrationsglied (93) zur Gewinnung eines geglätteten Demodulationsproduktes geführt ist.

2. Schaltung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Spannungsteiler (11), der eine erste und eine zweite Bezugsgleichspannung liefert, von denen die erste Bezugsgleichspannung eine Steuervorspannung für den Begrenzer (10) und für eines der Signale bildet, die der aus den drei Torstufen (94, 95, 96) bestehenden Torschaltung (90) zugeführt werden, und von denen die zweite Bezugsgleichspannung eine Transistor-Kollektor-Vorspannung für den Begrenzer (10) und eine Steuervorspannung für das andere der der Torschaltung (90) zugeführten Signale bildet und dadurch für eine unmittelbare Kupplung zwischen dem Begrenzer (10) und der Torschaltung (90) sorgt.

3. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede als Differentialverstärker geschaltete Torstufe (94, 95, 96) aus einem Paar emittergekoppelter Transistoren (100, 101; 102, 103; 104, 105) besteht, daß die gemeinsamen Emitter des Transistorpaares (104, 105) der dritten Torstufe (96) mit einer Konstantstromquelle (92) verbunden sind, daß an der Basis des einen Transistors (104) dieses Transistorpaares (104, 105) das nicht phasenverschobene Ausgangssignal (S₂) des Begrenzers (10) und an der Basis des anderen Transistors (105) dieses Transistorpaares (104, 105) die erste Bezugsspannung anliegt, daß der Kollektor des einen Transistors (104) dieses Transistorpaares (104, 105) mit den gemeinsamen Emittern des Transistorpaares (100, 101) einer der beiden Torstufen (94, 95) und der Kollektor des anderen Transistors (105) des Transistorpaares (104, 105) der dritten Torstufe (96) mit den gemeinsamen Emittern des Transistorpaares (102, 103) der anderen der beiden Torstufen (94, 95) verbunden sind, daß die Basen je eines Transistors (100, 102) der Transistorpaare (100, 101; 102, 103) der beiden Torstufen (94, 95) verbunden sind und mit dem phasenverschobenen Ausgangssignal (S₁) des Begrenzers (10) beaufschlagt sind und daß die Basen der anderen Transistoren (101, 103) der Transistorpaare (100, 101; 102,

103) der beiden Torstufen (94, 95) verbunden sind und auf dem Potential der zweiten Bezugsspannung liegen.

4. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollektoren je eines Transistors (100,103) der Transistorpaare (100, 101; 102, 103) der beiden Torstufen (94, 95) gemeinsam direkt mit der Spannungsquelle +B) verbunden sind, daß die Kollektoren der anderen Transistoren (101, 102) der Transistorpaare (100, 101; 102, 103) der beiden Torstufen (94, 95) gemeinsam über einen ersten Widerstand (119) mit der Spannungsquelle (+B) gekoppelt sind und daß das demodulierte Signal zwischen dem Verbindungspunkt des ersten Widerstands (119) mit den Kollektoren der anderen Transistoren (101, 102) der Transistorpaare (100, 101; 102, 103) der beiden Torstufen (94, 95) und Masse ansteht.

5. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollektoren je eines Transistors (100, 103) der Transistorpaare (100, 101; 102, 103) der beiden Torstufen (94, 95) gemeinsam über einen zweiten Widerstand (124) und die Kollektoren der anderen Transistoren (101, 102) der Transistorenpaare (100, 101; 102, 103) der beiden Torstufen (94, 95) gemeinsam über den ersten Widerstand (119) mit der Spannungsquelle (+B) gekoppelt sind und daß das demodulierte Signal zwischen den, einen symmetrischen Ausgang bildenden Verbindungspunkten des zweiten Widerstandes (124) mit den Kollektoren der einen Transistoren (100,103) und des ersten Widerstandes (119) mit den Kollektoren der anderen Transistoren (101, 102) ansteht.