DE1922453B2 - Schaltungsanordnung zum Modulieren eines sich stetig ändernden Eingangsspannungssignals - Google Patents

Description

55 gebildet, wobei die Transistoren durch von der Trä-

gerspannung abgeleitete, phasenverschobene Spannungen mit derartigem Taktverhältnis gesteuert werden, daß zu jedem Zeitpunkt einer der Transistoren

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung sicher gesperrt ist. Diese Maßnahme verlangt jedoch

zum Modulieren eines sich stetig ändernden Ein- 60 eine spezielle Aufbereitung des Trägersignals und ist

gangsspannungssignals durch periodisches Steuern mit einem erhöhten Aufwand verbunden,

der Eingangsspannung eines Operationsverstärkers In einer durch Application AR 140, Αφ

mit einem einzigen Ausgang und mit je einem inver- 114-N254 SGS Fairchild, Februar 1966 bekannten

tierenden und einem nicht invertierenden Verstär- weiteren Modulatorschaltung wird das Modulations-

kungsweg, deren beiden Eingängen das Eingangs- 65 signal den beiden Eingängen eines Operationsver-

spannungssignal über ein zwei parallel zueinander stärkers in Form eines Differenzverstärkers mit

liegende Eingangszweige bildendes Netzwerk gleich- einem invertierenden und einem nicht invertierenden

zeitig zugeführt wird, mittels eines zwischen zwei Zu- Eingang über ein Widerstandsnetzwerk, das zwei von

gegenphasigen, rechteckförmigen Trägerspannungen gesteuerte Schalttransistoren enthält, zugeführt. Auch bei dieser Schaltung lassen sich störende Überlappungszeiten durch die benötigten beiden gegenphasig arbeitenden Schalttransistoren und ein dadurch ver- S bleibender Trägerrest nicht ohne weiteres ausschalten. Außerdem wird bei dieser Modulatorschaltung unerwünschterweise sowohl das ^rägersignal als auch das gegenphasige Trägersignal benötigt

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art anzugeben, die sehr einfach aufgebaut ist, mit nur einem einzigen Trägerspannungssignal angesteuert werden muß uad eine hohe Dämpfung unerwünschter Modulationsprodukte ergibt

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der dem einen Verstärkungsweg vorgeschaltete Eingangszweig einen durch das Trägerspannungssignal periodisch steuerbaren Schalter enthält, in dessen einer Lage der Verstärker das Eingangs- »o Spannungssignal invertierend und in dessen anderer Lage der Verstärker das Eingangsspannungssignal nicht invertierend verstärkt, daß der andere Verstärkungsweg mit einer Gegenkopplungseinrichtung versehen ist und daß das Netzwerk und die Gegenkopplungseinrichtung so bemessen sind, daß das Eingangsspannungssignal über das Netzwerk und den nicht invertierenden einen Verstärkungsweg eine doppelt so gioße Verstärkung erfährt wie über das Netzwerk und den invertierenden anderen Verstärkungsweg. 3"

Bei der Erfindung können sich störende Überlappungszeiten durch zwei gegenphasig arbeitende Schalttransistoren nicht ergeben, da nur ein einziger Schalttransistor vorhanden ist.

Außerdem wird bei der Erfindung weder ein gegenphasiges Trägersignal noch ein gegenphasiges Eingangssignal benötigt, wodurch nicht nur der Aufwand des eigentlichen Modulators sondern auch der Aufwand der äußeren ansteuernden Elemente reduziert wird.

Ferner zeichnet sich die Erfindung auch durch eine hohe Symmetrie und hohe Linearität aus.

Schließlich erlaubt die Erfindung in einfacher Weise eine Herstellung in integrierter Schaltungstechnik.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung näher erläutert. In dieser stellt dar

Fig. 1 das Schaltbild eines erfindjngsgemäß aufgebauten Modulators und

F i g. 2 drei Spannungs-Zeit-Diagramme zur Erklärung der Wirkungsweise der in F i g. 1 dargestellten Anordnung.

In F i g. 1 ist die Eingangsklemme E für das Modulationssignal, d. h. für die Modulatiorisspannung VE der Frequenz ω, einerseits über einen den ersten Eingangszweig bildenden, am Bezugspotential (Masse) liegenden Spannungsteiler aus zwei Widerständen Rx und Ry an den invertierenden Eingang ( —) des Differenz- bzw. Operationsverstärkers D angeschlossen. Andererseits ist die Eingangsklemme E in dem zweiten Eingangszweig über einen Widerstand Rl mit dem nicht invertierenden Eingang (+) des Differenzverstärkers verbunden, wobei dieser Eingang über die Emitter-Kollektor-Strecke eines Schalttransistors T mit dem Bezugspotential in Verbindung steht. Die Basis dieses Transistors wird über einen Vorwiderstand R 2 mit einer rechteckförmigen Trägerspannung der Impulsfolgefrequenz Ω angesteuert.

Über den Gegenkopplungswiderstand/2/ ist zum Zwecke der Linearisierung, Gleichstromdriftkompensation und Verstärkuagsgradeinstellung eine Spannungsgegenkopplung in bezug auf den invertierenden Eingang (—) des Differenzverstärkers D parallel und in bezug auf den nicht invertierenden Eingang (+} dieses Verstärkers in Serie eingeführt

Die erforderliche Umpolung der verstärkten Modulationsspannung UA am Ausgang A des Differenzverstärkers D im Rhythmus der Zustandsänderung der Trägerspannung wird dadurch erreicht, daß das Modulationssignal in dem Eingangszweig der mit dem nicht invertierenden Eingang ' +) verbunden ist, eine betragsmäßig doppelt so große Spannungsverstärkung erfährt wie das Modulationssignal in dem anderen, mit dem invertierenden Eingang (—) verbundenen Eingangszweig und daß der Transistor T so angeordnet ist, daß er das Modulationssignal im nicht invertierenden Eingangszweig jeweils während einer halben Periode bzw. des einen Zustandes der Trägerspannung unterbricht. Durch Veränderung des Widerstandes Ry läßt sich in einfacher Weise ein Symmetrieabgleich der Schaltung durchführen.

Wird das Modulationssignal in dem an den nicht invertierenden Eingang (+) angeschlossenen Eingangszweig mit einer Verstärkung + 2V verstärkt und in dem anderen Eingangszweig (—) mit einer Verstärkung — V, so ergibt sich bei der gleichzeitigen Ansteuerung beider Eingangszweige bei gesperrtem Transistor T die Summe beider Verstärkungen, also + 2 V - V = + V. Bei leitend gesteuertem Transistor T dagegen ergibt sich die Verstärkung — V, da das Modulationssignal in dem mit dem nicht invertierenden Eingang ( + ) verbundenen Eingangszweig kurzgeschlossen wird und nur im anderen Eingangszweig wirksam ist. Da somit die Verstärkungen in beiden Schaltzuständen des Transistors den gleichen Betrag haben und gegenphasig sind, wird die geforderte symmetrische Umpolung des Modulationssignals erreicht.

Für den Fall, daß der Transistor Γ gesperrt ist. ergibt sich bei genügend großer Gegenkopplung des Verstärkers V mit guter Näherung folgende Spannungsübertragungsfunktion

VA =

Rx+ Ry

Rx·Ry Rx+ Ry

jRf_ Rx

VE, (1)

wobei der erste Summand in der Klammer den Verstärkungsfaktor für die Spannung am nicht invertierenden Eingang (+) und der zweite Summand den Verstärkungsfaktor für die Spannung am invertierenden Eingang (—) darstellen.

Ist der Transistor T leitend gesteuert, so wird der erste Summand in der Klammer der Gleichung (1) zu Null, und die Spannungsübertragungsfunktion lautet:

VA = --

Rx

VE.

(2)

Rf
Der Betrag -J- stellt den Verstärkungsfaktor des

Operationsverstärkers dar. Wegen der Forderung, daß die Werte von VA nach den Gleichungen (1)

und (2) gleich und gegenphasig sein sollen, ergibt sich

Rf +

Rx Ry Rx+~Ry

Rx Ry
Rx+ Ry

., „ Λ

Rx

(3)

Aus der Gleichung (3) ergeben sich Rx und Ry zu Rf Ry

Rx =

R/+ Ry

Rf Rx Rf-Rx

(4)

(5)

In der Praxis wird die genaue Größe von Ry durch einen einmaligen Abgleich bestimmt, bei dem am Ausgang des Differenzverstärkers ein Minimum der Modulationsspannung eingestellt wird. Die Wirkungsweise der Schaltung nach F i g. 1 ist

anschaulich aus den Diagrammen von F i g. 2 erkennbar. Die Kurve a) zeigt die sinusförmige Modulationsspannung, die Kurve b) die Trägerspannung und die Kurve c) die modulierte Trägerspannung am Ausgang des Verstärkers. Diese Ausgangsspannung entspricht der Ausgangsspannung eines Ringmodulators.

Bei einer praktisch ausgeführten Schaltung nach F i g. 1 wurden folgende Bauelemente verwendet:

Ein Operationsverstärker SN 72 709 N (Differenzverstärker) mit einer offenen Schleifenverstärkung von 42 000 und einer Gleichtaktunterdrückung von 90 dB, ein Transistor 2 N 918, die Widerstände Rl= 15kQ, R2 = 2kQ, K/ = 68kQ, Rx= 12kfi und eine Modulationsspannung am Eingang £ von UE = 1 Volt eff.

Mit Rx = 12 kQ ergab sich Ry = 15,4 kQ durch Abgleich.

Der Verstärkungsfaktor des Modulators betrug 5,6.

Die erreichte Unterdrückung unerwünschter Modulationsprodukte einschließlich der Modulationsfrequenz v) = 2 kHz und der Trägerfrequen2 Ω = 3 kHz war größer als 6 N.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

523

Claims (2)

standen wechselnden Trägerspannungssignals in Fern- Patentansprüche: meldeanlagen. Bei bekannten Ringmodulatoren, die mit Über-

1. Schaltungsanordnung zum Modulieren eines tragern und Dioden- bzw. Transistornetzwerken aussieh stetig ändernden Eingangsspatnungssignals S geführt sind, ergeben sich Schwierigkeiten, wenn durch periodisches Steuern der Eingangsspannung gleichzeitig hohe Anforderungen an den Klirrfaktor eines Operationsverstärkers mit einem einzigen und den Rauschabstand gestellt werden. Auch ist es Ausgang und mit je einem invertierenden und schwierig, einen reellen, reflexionsfreien Modulatoreinem nicht invertierenden Verstärkungsweg, Abschlußwiderstand über ein breites Frequenzband deren beiden Eingängen das Eingangsspannungs- io zu erzielen, so daß sich der Klirrfaktor dadurch ersignal über ein zwei parallel zueinander liegende höht, daß ein Teil der Seitenbänder am Ausgang Eingangszweige bildendes Netzwerk gleichzeitig reflektiert und erneut dem Modulator zugeführt wird, zugeführt wird, mittels eines zwischen zwei Zu- Es ist ferner nicht möglich, Gleichstromsignale mitständen wechselnden Trägerspannungssignals in zuverarbeiten. Schließlich ist es schwierig, eine ausFernmeldeanlagen, dadurchgekennzeich- 15 reichend hohe Symmetrie der Modulatorzweige und net, daß der dem einen Verstärkungsweg (+) damit eine entsprechend hohe Dämpfung der unvorgeschaltete Eingangszweig (R 1, Γ, R 2) einen erwünschten Modulationsprodukte zu erreichen,
durch das Trägerspannun^ssignal (0) periodisch Durch die DT-AS 12 32 195 ist bereits eine übersteuerbaren Schalter (T) enthält, in dessen einer tragerlose Modulatorschaltung bekannt, bei der zu-Lage (T leitend) der Verstärker (D) das Eingangs- ao nächst eine rechteckige Trägerschwingung mit einer Spannungssignal (UE) invertierend und in dessen in unipolare Form umgewandelten Signalschwingung anderer Lage (Γ gesperrt) der Verstärker (D) das über ein Diodennetzwerk amplitudenmoduliert wird Eingangsspannungssignal (UE) nicht invertierend und zur Unterdrückung der modulierenden Signalverstärkt, daß der andere Verstärkungsweg (—) schwingung dann eine dieser entsprechende unipolare mit einer Gegenkopplungseinrichtung (Rf) ver- as Schwingung gleicher Frequenz aber entgegengesetzter sehen ist und daß das Netzwerk (Rx, Ry bzw. R1, Polarität und halber Amplitude zur Ausgangsspan-T, R 2) und die Gegenkopplungseinrichtung (Rf) nung des Modulators phasengleich addiert wird. Diese so bemessen sind, daß das Eingangsspannungs- Anordnung benötigt neben dem Diodennetzwerk sosignal (UE) über das Netzwerk (R 1) und den mit eine Phasenumkehrschaltung, eine Frequenzteilernicht invertierenden einen Verstärkungsweg ( + ) 30 schaltung sowie eine Spannungssummierstufe; sie eine doppelt so große Verstärkung erfährt wie ist also sehr aufwendig.

über das Netzwerk (Rx, Ry) und den invertieren- Ferner ist durch die DT-AS 12 86 144 eine über-

den anderen Verstärkungsweg ( — ). tragerlose, aktive, mit Transistoren aufgebaute Mo-

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, da- dulatorschaltung bekannt, die sowohl den Träger als durch gekennzeichnet, daß die Eingangsspan- 35 auch das Eingangssignal unterdrückt. Diese Anordnungssignale (UE) unsymmetrisch zugeführt sind, nung besteht in ihrer Eingangsschaltung aus zwei daß der dem einen Verstärkungsweg vorgeschal- Emitterfolgern, die jeweils mit dem gegenphasigen tete Eingangszweig des Netzwerkes aus einem mit Modulationssignal angesteuert weiden, aus zwei in dem veränderlichen Potential (E) der Eingangs- den Emitterzweigen liegenden elektronischen Schalspannungssignale (UE) verbundenen ohmschen 40 tern, vorzugsweise Transistoren, die jeweils mit dem Widerstand (R 11) und mit einem mit dem Bezugs- gegenphasigen, rechteckförmigen Trägersignal angepotential (Erde) der Eingangsspannungssignale steuert werden, und einer aus Widerständen, Transi- (UE) verbundenen und von dem Trägerspan- stören oder Dioden bestehenden Auswahlschaltung nungssignal (0) gesteuerten Transistorschalter (T) _zur Überlagerung bzw. Auswahl der an den Schalbesteht, die mit ihren anderen Enden mit dem 45 tern liegenden Modulationsspannung:. Um eine gute Eingang des nicht invertierenden Verstärkungs- Trägerunterdrückung zu erreichen, ist es erforderweges ( + ) verbunden sind, und daß der dem Hch, mit elektronischen Schaltern .tu arbeiten, die anderen Verstärkungsweg (-) vorgeschaltete sehr schnell und exakt gegenphasig schalten. Diese Eingangszweig aus einem parallel dazu angeord- Bedingung ist nur schwer realisierbar, so daß es neten ohmschen Spannungsteiler (Rx, Ry) besteht, 50 Zeiten gibt, zu denen weder der eine noch der dessen Spannungsteilerabgriff mit dem Eingang andere durch den Träger gesteuerte Schalttransistor des invertierenden Verstärkungsweges (-) ver- gesperrt ist. Zur Vermeidung dieser Schwierigkeit bunden ist. wird bei dem bekannten Modulator die Trägerspannung durch Rechteckimpulse wechselnder Polarität