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| Die Erfindung betrifft einen Frequenzvervielfacher mit |
| Trsnoistoren. |
Herkömmliche Frequenzvervielfacherschaltungen mit einem Transistor
oder einer Diode im C-Betrieb weisen eine starke Lbhängigkeit der Ausgangsspannung
vom Eingangspegel auf, was in vielen Fällen unerwünscht ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Frequenzvervielfacherschaltung
zu schaffen, bei der dieser Nachteil vermieden wird.
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Der Frequenzvervielfacher gemäß der Erfindung wird zur Iösung dieser
Aufgabe derart ausgebildet, daß einem ersten stromflußwinkelgesteuerten Transistor
ein zweiter Transistor nachgeschaltet ist, der als Schalttransistor arbeitet, daß
in der Zuleitung zur Steuerelektrode des ersten Transistors ein ohmscher Widerstand
liegt, daß im Eingangskreis dieses Transistors außerdem ein wechselstrommäßig überbrückter
Widerstand angeordnet ist und daß in dem Ausgangskreis des zweiten Transistors mindestens
ein auf die jeteilige Harmonische der Grundfrequenz abgestimmter Schwingkreis eingeschaltet
ist.
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Der Übergang zu einer Reehteckspannung gleichen Stromflußwinkels,
aber konstanter, durch die Be#';riebsspannung gegebener Impulshöhe, ergibt den Vortcy.l
einer konstanten Ausgangsspannung. Zusätzlich erhält man im Vergleich zu den oben
gerannten Schaltungen eine größere Freiheit in der @-;ahl des Strorflußwinkels,
da es immer mehrere Tastverhä ltnisse mit einem optimalen Gehalt an der n-ten überi"elle
gibt.
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ferner ist die Ausgangsspannung vom Eingangspegel weitgehend unabhängig.
Die Anstiegs- und "bfallzeiten der Rechteckimpulse am Ausgang sind kleiner als eine
Rikrosekunde,
so daß ein derartiger Frequenzvervielfacher bis zu
Frequenzen von 1 MHz angeirendet t7rerden kann: Bei der Erzeugung geradzahliger
Oberwellen, insbesondere einer Obergelle mit der doppelten Frequenz der Grunduelle,
ist es vorteilhaft, den ersten Transistor über eine Zweiweggleichrichterschaltung
anzusteuern.
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Eine Heitere vorteilhafte Ausgestaltung, bei der die Schziclltzertspannung
des ersten Transistors kompensiert werden kann, ergibt sich dadurch, daß in dem
Eingangskreis des ersten Transistors eine Diode eingeschaltet ist. Der Frequenzvervielfacher
kann auch dadurch noch verr bessert werden, daß beide Transistoren über eine Diode
miteinander verbunden werden.
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An Hand der Ausführungsbeispiele nach den Figuren 1 und 2 sowie dcs
Er: atzschaltbildes nach Figur 3 und des Diagrannis nach Figur 4 %-xird die
Erfindung näher erläutert.
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Der Frequenzvervielfacher nach Figur 1 arbeitet %7rie folgt: Von der
Sekundäzseite des auf die Frequenz f abgestimmten Übertragers 1 gelangt die sinusförmige
Spannung der Frequenz f auf die Basis des Transistors 5. Der durch die Basis-E-itter-Diode
entstehende Richtstrom erzeugt an der in :leihe dazu liegenden RC-Kombination 2,
3 eine automatische Vorspannung, die, i-iie später gezeigt.tiird, mit ttachsender
Eingangsspannungsamplitude ebenfalls zunimmt, so daß der Stromflußwinkel konstant
bleibt. Die über den Widerstand 7 in Flußrichtung vorgespannte Diode 6 kompensiert
die
Schwellspannung und den Temperaturgang des Transistors 5. Der Stromflußwinkel kann
in geeigneter Weise durch das Verhältnis der beiden Widerstände 2, 4 festgelegt
werden. Der Transistor 9 ist über die Diode 8 an den Kollektor des Transistors 5
angekoppelt und arbeitet als gesättigter Schalter. An dem Widerstand 10 liegt dann
eine Rechteckspannung, deren Tastverhältnis durch den Stromflußwinkel des Basisstromes
des Transistors 5 bestimmt und somit konstant ist. Die Rechteckamplitude ist durch
die Spannung an der Zenerdiode 13 gegeben. Über den Kondensator 11 und die r-rimäri-iicklung
12 des Übertragers 14, die als Serienkreis auf die n-te Obergelle abgestimmt sind,
kann die Frequenz n # f ausgekoppelt werden.
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Für einen einfachen Frequenzverdoppler empfiehlt es sich, den Eingang
des Verstärkers über die in Fig. 2 gezeichnete Gegentaktanordnungibestehend aus
dem abgestimmten, mittelangezapften Übertrager 1 und den Dioden 16, 17, anzusteuern.
Man erhält dann am Ausgang bereits eine Rechteckpannung der Folgefrequenz 2 # f,
so daß zur Erzielung einer weitgehend nebenwellenfreien Ausgangsspannung ein einziger
Kreis im Ausgang genügt. Mit Hilfe des abgleichbaren 1°liderstardes 10 läßt sich
der Ausgangspegel am Parallelkreis 11, 12 einstellen. Der Stromflußwinkel der Dioden
16, 17 wird durch die automatische Vorspannung am Kondensator 3 konstant gehalten.
Durch den Spannungsteiler aus den Widerständen 2, 15 wird eine feste Vor-
spannung
erzeugt, die die Schwellspannung der Dioden und des Transistors teilweise aufhebt.
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Mit Hilfe einer Gleichspannungsmaximummessung am Kondensator 3 läßt
sich in einfacher Weise der Übertrager 1 ailf die %ingang,sfrequenz abgleichen.
| In Fig. 3 ist die Eingangsschaltung des Vervielfachers |
| nach Figur 1 idealisiert angegeben. Die Steuerspannung |
| der Form U1 # cos cp, wobei (p als w # t anzunehmen ist, |
| erzeugt den Strom J1. Die Diode D habe den Sperrwider- |
| stand co, den Durchlaßwiderstand 0 und keine Schwellspan- |
| nung. Der Kondensator C sei genügend groß, so daß die Zeit- |
| konstanten R1 # C bzw. R2 # C groß gegenüber dem rezipro- |
| ken Wert der Kreisfrequenz w sind. J1 ist in Figur ¢ dar- |
| gestellt. 90 ist der Stromflußwinkel. Dann gilt für
den |
| Strom: |
| J1 = A (cos cp - cos cpo) für - cpo @cp .-, +
cpo |
| Der lineare Mittelwert des Stromes J, ergibt sich zu: |
Am Kondensator C liegt dann die Vorspannung:
| Die .Amplitude der Eingangsspannung hat den Wert: |
| U1 = U0 'h A - (1 - cos yo) ' R2 |
U0 = A # cos cpo # R2 Setzt man für U0 den oben gefundenen Wert
ein, so erhält man:
Man sieht hier, daß der Stromflußwinkel go vom Verhältnis der beiden Widerstände
abhängt. Beim Ersatz der idealen Diode durch eine reale mit exponentieller Kennlinie
muß der Widerstard R2 genügend groß gewählt werden, um im Aussteuerbereich ausreichend
zu linearisieren. Andererseits muß der Widerstand R2 klein genug gegen den Sperrwiderstand
der Diode sein.
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Der Übergang von Cosinuskuppen zu den Rechteckimpulsen ist ebenfalls
in Fig. 4 zu sehen. Die Amplitude der n-ten Oberwelle ergibt sich nach Fourier:
Der Stromflußwinkel wird optimal für
Grundsätzlich ist es gut, den kleinsten möglichen Stromflußvrinkel zu wählen (K=0),
da hierbei kleine Änderungen am wenigsten in die Oberwellenamplitude eingehen.