DE1813122C3 - Schaltungsanordnung zur Demodulation amplitudenmodulierter elektrischer Schwingungen mit zwei Transistoren - Google Patents

Description

Es sind Demodulatorschaltungen mit zwei in Gegentakt geschalteten Dioden zur Demodulation amplimdenmodulierter elektrischer Schwingungen bekannt. Diese Schaltungen haben den Nachteil, daß die Gleichrichtung erst dann gut einsetzt, wenn die Wechselspannung die Anlaufspannung der Dioden wesentlich überschreitet. Das führt zu einer Demodulationskennlinie (U- «- f(U ~ )), die im Gebiet kleiner Spannungen von etwa 0,3 bis 0,7 V eine starke Krümmung aufweist. Es ist bereits bekannt, zur teilweisen Kompensation dieser Krümmung eine Vorspannung mit Hilfe einer Diode einzuführen, die den Arbeitspunkt der Gleichrichterdioden in Richtung Durchlaßgebiet um einige Millivolt verschiebt und dadurch eine Demodulalionskennlinie erzeugt, deren auslaufendes Ende etwa mit der erstrebten proportionalen Geraden zusammenfällt Nach wie vor haben aber die Demodulaüonskennlinien im Gebiet kleiner Spannungen noch eine merkliche Krümmung.

Es ist ferner bekannt, zur Gegentaktgleichrichtung an SreUe von Dioden Transistoren einzusetzen. Die Demodulatorkennlinien solcher Schaltungen sind der Demoduiatorkennlinie von Diodendemodulatoren sehr ähnlich. Auch hier ist also eine verhältnismäßig große verbleibende Krümmung im Anlaufgebiet der durch die Basis-Emitter-Dioden erzeugten Gleichrichterkennliaien festzustellen.

Es ist ferner eine Demodulatorschaltung mit zwei Transistoren bekannt (Wireless World. ]an. 1967, S. 26. Fig. 7). deren Emitter über einen gemeinsamen Widerstand an den einen Pol der Speisespannungsquelle und deren Kollektoren über einen gemeinsamen Widerstand an den anderen Pol der Speisespannung* quelle angeschlossen sind. Zur Linearisierung der Demoduiatorkennlinie ist eine Hilfsgleichspannung für die Basen beider Transistoren vorgesehen, während der einen Basis zusätzlich die zu demodulierende Wechsel spannung zugeführt ist. Dadurch muß diese Wechsel spannung bei der Demodulation nicht erst die Anfangskrümmung der Basis-Emitter-Kennlinie de<> Transistors überwinden, die Demodulation erfolgt bis zu kleinen Wechselspannungen ziemlich linear. In der Praxis ergeben sich jedoch Schwierigkeiten bei einer solchen Schaltung, bei der nur die Basis eines Transistors von der Wechselspannung angesteuert wird, während die Basis des anderen Transistors auf einer festen Bezugsspannung liegt. Wählt man nämlich die Hilfsgleichspannung z. B. bei npn-Transistoren zu dicht an der L/ef-Durchlaßspannung der Transistoren, so kann es infolge von Exemplarstreuungen oder durch Temperatureinflüsse vorkommen, daß auch Teile der negativen Halbwelle am Demodulatorausgang auftreten; dies bedeutet aber Verzerrungen im demodulierten Signal. Wählt man andererseits die Hilfsgleichspannung so niedrig, daß mit Sicherheit keine negativen Halbwellen durchgelassen werden, so wird bei Arbeitspunktverschiebungen durch Temperatureinflüsse oder Exemplarstreuungen wieder eine merkliche Anfangskrümmung der Demodulationskennlinie wirksam.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Demodulatorschaltung für amplitudenmodulierte elektrische Schwingungen anzugeben, die auch bis zu kleinen Eingangsspannungen von einigen Millivolt sehr linear gleichrichtet.

Die hinsichtlich Diodengleichrichter und Transistoren erwähnten Kennlinien sind in F i g. 1 dargestellt:

Kurve 1 gibt die Demoduiatorkennlinie eines Diodenßleichnchters ohne Kompensation und Kurve 2 die Demoduiatorkennlinie eines Gleichrichters mit Kompensation. Mit Transistorenschaltung lassen sich entsprechende Kennlinien erreichen. Anzustreben ist für eine ideale Gleichrichtung eine Gerade, wie sie unter Nr. 3 in F i g. 1 dargestellt ist.

Die Erfindung löst die Aufgabe durch eine Schaltungsanordnung für zur Demodulation amplitudenmodulierter elektrischer Schwingungen mit zwei Transistoren, bei der die beiden zusammengeschaUeten Kollektoren an die eine Seite der Speisespannungsquelle und die zusammengeschalteten Emitteranschlüsse über einen gemeinsamen Emitterwiderstand an die andere Seite

der Speisespannungsquelle geführt sind und bei der eine SQ bemessene Hilfsgieichsspannung vorgesehen ist, daß jn den beiden Transistoren ohne Wechselstromaus-Steuerung ein dauernder Gleichstrom fließt und die zu siemodulierenden Schwingungen dem Ba<ysanschluß des einen Transistors zugeführt werden uDd das Demodulationsprodukt am gemeinsamen Em^terwiderstand abnehmbar ist Diese Schaltungsanordnung ist dadurch gekennzeichnet, daß die zu demodulierenden Schwingungen zusätzlich in gleich großer Amplitude, aber gegenphastg der Basis des anderen Transistors zugeführt sind und die demodulierte Ausgangsspannung entweder in bekannter Weise an dem Emitterwiderstand oder an einem gegebenenfalls zusätzlich in die gemeinsame Kollektorzuleitung eingefügten Widerstand abgenommen ist

Die Zuführung der Hilfsgleichspannung kann auf verschiedene Weise erfolgen, für die mit den Ausführungsbeispielen der Fig.4 bis 8 einige Lösungen angegeben werden. _2Q

Bei der Schaltungsanordnung nach der Erfindung werden die obenerwähnten Nachteile durch die gleichzeitige und gegenphasige Ansteuerung der beiden Transistoren vermieden. Die Hilfsgleichspannung kann gleich der Durchlaßspannung der Basis-Emitter-Strekken der Transistoren gewählt werden. In jedem Transistor fließt dann ein merkbarer Ruhestrom, und die jeweiligen Halbwellen der angelegten zu demodulierenden Schwingungen müssen keinerlei Anfangskrümmung überwinden. Eine Verstärkung der negativen Hilbwel- !enteile wird jedoch sicher verhindert, denn wenn z. B. an dem einen Transistor die positive Halbwelle anliegt, so erhöht sich der Spannungsabfall am gemeinsamen Widerstand und sperrt den anderen Transistor vollkommen. Die am anderen Transistor anliegende negative Halbwelle kann damit keinen Beitrag zur Spannung am Emitterwider'.tand liefern.

Da der durch die Hilfsgleichspannung festgelegte Ruhestrom in weiten Grenzen wählbar ist, solange der Arbeitspunkt noch auf einem geradlinigen Kennlinienteil liegt, sind Exemplarstreuungen der verwendeten Transistoren und Temperatureinflüsse praktisch unbedeutend, d. h, die durch die Demodulation verursachten Verzerrungen des Nutzsignals sind sehr gering.

Die grundsätzliche Wirkungsweise der Schaltungsan-Ordnung wird an Hand der F i g. 2 nähe"· erläutert. Zum besseren Verständnis ist die Erfindung zunächst in einer Ersatzschaltung dargestellt Die Spannung U ist die Versorgungsgleichspannung der Transistoren. Die beiden Hilfsgleichspannungen Uh sind gleich groß und bewirken, solange die Wechselspannung U— noch nicht wirksam ist, in jedem Transistor einen Gleichstrom; die Gleichspannung an dem Emitterwiderstand Ri beträgt also Uh — Ub, wobei Ub der Gleichspannungsabfall über der Emitterbasisstrecke bedeutet Wenn nun zusätzlich zu der am Transistor 71 liegenden Gleichspannung eine Wechselspannung in positiver Richtung angelegt wird, bleibt ähnlich wie bei einem Differenzverstärker die Gleichspannung am Widerstand RX zunächst konstant. Wenn die Wechselspannung weiter erhöht wird, etwa über 25 mV hinaus, wird Transistor 72 gesperrt und Transistor 71 wirkt wie die bekannte Kollektorverstärkerstufe, also als sehr linearer Verstärker für die eine Halbwelle. Wenn dagegen die dem Transistor 71 zugeführte Wechselspannung negativ wird, tritt derselbe Vorgang umgekehrt auf, d. h. Transistor 71 wird gesperrt und Transistor 72 wird nach einem kurzen Anlaufgebiet durchlässig. Auf diese Weise erhält man an dem Widerstand Al eine Gleichspannung, die von einer Halbwellenspannung überlagert ist Die Schaltung arbeitet demnach wie eine Schaltung aus zwei Kollektorstufen, die wechselweise geöffnet werden. Bis auf ein kleines verbleibendes Anlaufgebiet ist also eine sehr proportionale Augenbhckswertübertragung zwischen den Wechselspannungs- und Gleichspannungshalbwellen vorhanden. Wie klein das Anlaufgebiet vergleichsweise zu bekannten Schaltungen ist zeigt Fig.3. in der die relative Steilheit S/So der Demodulationskennlinie in Abhängigkeit von der angelegten Wechselspannung U~ aufgetragen ist Es ist zu erkennen, daß schon bei einer Hilfsgleichspannung von 1,5 V die relative Steilheit von etwa 5OmV an größer als 97% ist. Eine derartig lineare Demodulatorkennlinie läßt sich nur als Steilheitsfunktion genügend genau darstellen, denn in der Darstellung der F i g. 1 würde die Kennlinie mit der idealen Darstellung der Kurve 3 zusammenfallen. Durch Erhöhung der Hilfsgleichspannung kann die Linearität weiter verbessert werden; es ist z. B. in Fig. 3 eine zweite Kurve der Steilheitsfunktion aufgetragen für eine Hilfsgleichspannung von 2,5 V.

Die demodulierte Ausgangsspannung ist an Widerstand R\ als Spannungsabfall abnehmbar, der durch die Einwirkung der beiden Strome entsteht. Da bei Transistoren der Kollektorstrom näherungsweise gleich dem Emitterstrom ist, kann man auch die Summe beider Ströme durch Zusammenfassen der Kollektoren erhallen, also in die gemeinsame Kollektorzuleitung einen Widerstand R2 legen und daran die demodulierte Ausgangsspannung A' abnehmen. Diese Auskopplung der Ausgangsspannung hat den Vorzug, daß die Gleichspannung nahezu vollständig von der Wechselspannung entkoppelt ist; die Schaltung ist besonders vorteilhaft, wenn an die Demodulationsschaltung ein Filter rückwirkungsfrei angeschlossen werden soll. Bei Auskopplung an Widerstand Al würde das Filter, soweit es komplexen Eingangswiderstand hat, den Gleichrichtervorgang stören. Schaltet man es hingegen an den Widerstand R2 an. so wirkt sich das Filter auf die Gleichrichtung nicht mehr aus. Die Auskopplung aus den Kollektorzuleitungen, also die Auskopplung am Widerstand R2 hat den weiteren Vorteil, daß die Transistoren 71 und 72 gleichzeitig als Verstärker wirken. Eine kleine Wechselspannung am Eingang kann also am Ausgang als große Spannung entnommen werden.

In Fig.4 ist eine praktisch ausgeführte Schaltung dargestellt, die weitgehend mit dem Ersatzschaltbild der Fig.2 übereinstimmt. Die beiden gegenphasigen Wechselspannungen U~ werden hier einem Gegentaktübertrager Ü entnommen.

Die Schaltung nach der F i g. 5 unterscheidet sich von der vorhergehenden lediglich durch eine andere Anschaltung der Versorgungsspannung U. Diese Variante ist vorteilhaft, wenn die Hilfsgleichspannung Uh an einem Abgriff einer Versorgungsspannungsquelle der Spannung U + Uh abgenommen werden soll.

Für die Schaltungen nach den Fig.6 und 7 gilt hinsichtlich des Anschlusses der Versorgungsspannung das eben für die F i g. 4 und 5 gesagte. Die wesentliche Veränderung besteht aber darin, dab das Ausgangssignal A " auch noch an dem Widerstand R3 entnommen werden kann; das Ausgangssignal A" enthält keine Gleichspannungskomponente mehr, weil die Hilfsgleichspannungsquelle Uh zur Kompensation benutzt wird. Die Diode D, mit Vorstrom über R5 ins

Durchlaßgebiet gesteuert, erhöht die an den Basisanschlüssen der Transistoren tatsächlich anliegende Hilfsgleichsspannung um etwa 0,7 V, d. h. um dieselbe Gleichspannung, die mit umgekehrter Polarität zwischen Basis und Emitter auftritt. Die Gleichspannung an Ri (ohne Wechselspannungsaussteuerung) ist dann gerade so groß wie Uh, aber gegenphasig, somit liegt an R2 keine Gleichspannung, sondern bei Wechselspannungsaussteuerung lediglich eine Halbwellenspannung.

Schließlich zeigt Fig.8 eine Ausführung der Erfindung, bei der die Gegentaktspannung mit einer bekannten Umpolstufe erzeugt wird. Hier müssen die WednScisparsnungen an den Widerständen RS und R9 über Kondensatoren Cl, C2der Demodulatorschaltung zugeführt werden. Die Hilfsgleichspannung wird durch eine Zenerdiode Z erzeugt, die ihren Vorstrom über Widerstand R4 zugeführt bekommt. Die Widerstände Rb und Rl verbinden die Hilfsgleichspannung mit den Basisanschlüssen. An den Widerständen Al und Rl kann das Ausgangssignal A bzw. A' entnommen werden. Wenn ein Ausgangssignal A"ohne Hilfsspannungsanteile benötigt wird, dient R3 als Lastwiderstand. In diesem Falle muß dann die Hilfsgleichsspannung wieder um etwa eine Dioden-Flußspannung erhöht werden; das geschieht mit der Diode D, die vom Zenerstrom mitdurchflossen wird; wenn nur der Ausgang A oder A' benutzt wird, kann die Diode D entfallen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Demodulation amplitudenmodulierter elektrischer Schwingungen mit zwei Transistoren, bei der die beiden zusammengeschalteten Kollektoren an die eine Seite der Speisespannungsquelle und die zusammengeschalteten Emitteranschlüsse über einen gemeinsamen Emitterwiderstand an die andere Seite der Speise- to Spannungsquelle geführt sind und eine so bemessene Hilfsgleichspannung vorgesehen ist. daß in den beiden Transistoren ohne Wechselstromaussteuerung ein dauernder Gleichstrom fließt und daß die zu demoduüerenden Schwingungen dem Basisanschluß des einen Transistors zugeführt werden und das Demodu'ationsprodukt am gemeinsamen Emitterwiderstand abnehmbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die zu demodulierenden Schwingungen zusätzlich in gleich großer Amplitude, aber gegenphasig der Basis des anderen Transistors zugeführt sind und die demodulierte Ausgangsspannung (A bzw. A') entweder in bekannter Weise an dem Emitterwiderstand oder an einem gegebenenfalls zusätzlich in die gemeinsame Kollektorzulei- tung eingefügten Widerstand abgenommen wird.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsgleichspannung (Uh) bei Verwendung eines Gegemakteingangsübertragers (inzwischen dem Mittelpunkt der Übertrager- Sekundärwicklung und dem Anschlußpunkt des Emitterwiderstandes an die Speisespannungsquelle eingefügt ist ( F i g. 4).

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsgleichspannung mit dem Emitterwiderstand (RX) an dessen vom Emitter abgewandten Seite in Serie geschaltet ist (F i g. S).

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2 oder 3. dadurch gekennzeichnet, daß (zur Kompensation des Gleichspannungsabfalls über der Basis-Emitter-Strecke) der Hilfsspannungsquelle eine Diode (D) vorgeschaltet in ( F i g. 6. 7 und 8), der über einen Widerstand (R% in F i g. 6 und 7 bzw. A4 in F i g. 8; ein Durchlaßstrom zugeführt ist.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die dernodulierte Ausgangsspannung an einem Widerstand (Ri) abgreifbar ist, der zwischen dem Verbindungspunkt der zusammengeschalteten Emitteranschlüsse und dem vom Emitterwiderstand abgewandten Pol der Hilfsspannungsquelle liegt (F i g. 6,7 und 8).

b. Schaltungsanordnung nacn den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der Hilfsgleichspannung eine Zenerdiode mit Vorwivlerstand (R4) verwendet ist ( F i g. 8). ss