DE1922784C3 - Modulator (Abtaster) für Geräte und Anlagen der elektrischen Nachrichtentechnik - Google Patents

Description

dem Steuereingang

•ent .st (Fig. 7). ^_{chnik mit} ^ _{[m Rnythmus ein}es Taktpulses

65 gesteuerten elektronischen Schalter, der die dem

Die Erfindung bezieht sich auf einen Modulator ^^^^ZJT^A^^^S^ SJS^ Ä ~ - sSsÄÄStund in dir anderen Schalt-

stellung sperrt, bei dem der erste Anschluß des Schalters mit dem Ausgang des selektiven Regel-Schalters mit Bezugspotential verbunden ist und bei verstärker:; sowie dessen Steuereingang einer Slromdem der zweite Anschluß des Schalters mit einem quelle parallel angeschaltet sind, die ihrerseits, vor-Anschlußpunkt der Schaltung verbunden ist, an dem zugsweise in Reihe mit einem Vorwiderstand, im neben der zu schaltenden Signalspannung eine 5 Emitterzweig eines Transistors in Emitterschaltung Gleichspannung wirksam ist, wird diese Aufgabe angeordnet sind und dabei der Steuereingang des gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der erste Transistors den Modulatm eingang bildet.
Anschluß des Schalters mit dem Bezugspotential Ausgehend davon, daß der Schaller in Reihe mit über eine Gleichspannung in Verbindung steht, die der Gleichspannung der vom Schauer her gesehenen nach Größe und Polarität mit der am zweiten An- io Modulatoreingangsseite parallel angeschaltet ist und schluß des Schalters wirksamen Gleichspannung der selektive Regelverstärker ein selektiver Diffeübereinstimmt, daß ferner der Schalter in einen renzverstärker mit sehr hoher innerer Verstärkung Regelkreis einbezogen ist, der im wesentlichen aus ist, ist eine vorteilhafte zweite Ausführungsform der einem die Frequenz der Signalschwingung sperren- Erfindung darin zu sehen, daß der erste, den Steuerden Regelverstärker besteht und der die Überein- 15 eingang darstellende Eingang des Differenzverstärstimmung der beiden genannten Gleichspannungen kers mit dem zweiten Anschluß des Schalters unin beiden Schaltstellungen des Schalters gewähr- mittelbar oder über einen Vorwiderstand in Verbin- !eistet. dung steht und der zweite Eingang des Differenz-Durch die US-PS 3 100 286 ist bereits ein Ampli- Verstärkers an den gemeinsamen Verbindungspunkt tudenmodulator bekannt, der als Brückenschaltung 20 des ersten Anschlusses des Schalters mit der Gleichaufgebaut ist. Zur Verbesserung der Linearität des spannung angeschaltet ist, während sein Ausgang Modulators wird ein Teil der Ausgangsvvechseispan- mit dem Eingang eines steuerbaren, die Große der nung gleichgerichtet und dem Steuereingang eines am zweiten Anschluß des Schalters wirksamen einen Zweig der Brückenschaltung darstellenden Gleichspannung beeinflussenden Elemente verbun-Transistors zugeführt. Auf diese Weise läßt sich das 25 den ist.

Brückengleichgewicht im Sinne der gewünschten Im Falle dieser zweiten bevorzugten Ausführungs-Linearisierung beeinflussen. Diese Regelung ist form der Erfindung ist es sinnvoll, den Schalter in jedoch mit der Erfindung nicht vergleichbar, weil Reihe mit der Gleichspannung sowie den Steuereinder bekannte Modulator keinen Gleichspannungs- gang des Differenzverstärkers einer steuerbaren versatz in Abhängigkeil des Modulationssignals auf- 30 Stromquelle parallel anzuschalten, die ihrerseits, vorweist und auch die Regelung hier in anderer Weise zugsweise in Reihe mit einem Vorwiderstand, im wirksam ist. Emitterzweig eines Transistors in Emitterschaltung Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß angeordnet ist. Dabei bildet der Steuereingang des die den Trägerrest am Ausgang verursachenden An- Transistors den Modulatorcingang. Ferner besteht derungen der Gleichspannung im Rhythmus des 35 die Stromquelle aus einem weiteren stromgegen-Taktpulses dadurch unterbunden werden können, gekoppelten Transistor in Emitterschaltung, dessen daß unabhängig von der Schaltstellung des Schalters Steuereingang mit dem Ausgang des Differenzverstäran beiden Anschlüssen dasselbe Gleichpotential kers verbunden ist.

wirksam ist. Da die der zu schaltenden Signalschwin- Bei geschickter Wahl der Betriebsgleichspannun-

gung überlagerte Gleichspannung unabhängig von 40 gen ist bei der letztgenannten Ausführungsform mit-

der Schalterfunktion Schwankungen unterliegt, die unter die Möglichkeit gegeben, die mit Hilfe des

beispielsweise durch Temperaturänderungen bedingt Regelkreises zu überwachende und zu regelnde

sind, ist es erforderlich, die zeitliche Konstanz dieser Gleichspannung für das Bezugspotential zu bemes-

Bedingung mit Hilfe eines Regelkreises aufrechtzu- sen. In diesem Falle kann dann auf eine besondere

erhalten. 45 Gleichspannung im Verbindungsweg des ersten An-

Bei einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel Schlusses des Schalters mit Bezugspotential verzichtet

ist der Schalter in Reihe mit der Gleichspannung werden. Die Gleichspannung hat in diesem Falle mit

der vom Schalter her gesehenen Modulatoreingangs- anderen Worten den Wert Null.

seite parallel angeschaltet. Dabei ist die Gleichspan- Auch ist bei diesen speziellen Modulatorschaltunnung vom Ausgang des selektiven Tiefpaß-Regel- 50 gen, bei denen der Modulatoreingang vom Steuerverstärkers mit vernachlässigbar kleinem Quellwider- eingang eines Transistors in Emitterschaltung gebilstand gebildet. Ferner weist der Regelverstärker zwi- det ist, in vorteilhafter Weise die Möglichkeit gesehen seinem Steuereingang, der entweder unmittel- geben, die Modulatorausgangsspannung am Kollekbar oder über einen Vorwiderstand mit dem zweiten tor dieses Transistors abzunehmen.
Anschluß des Schalters verbunden ist, und seinem 55 In Weiterbildung läßt sich der Modulator nach Ausgang eine Gleichspannungsverstärkung von we- der Erfindung dadurch zu einem selektiven Modunigstens annähernd Eins auf. lator umgestalten, daß an dem vom Steuereinganf Die gewünschte Gleichspannungsverstärkung von des Regelverstärkers her gesehenen Innenwiderstanc wenigstens annähernd Eins läßt sich in einfacher der Modulatoreingangsseite, gegebenenfalls in Reihe Weise dadurch mit hoher zeitlicher Konstanz er- 60 mit dem Vorwiderstand. Mischprodukte aus der zeugen, daß der selektive Verstärker ein selektiver Signalschwingung und dem Taktpuls auftreten unc Differenzverstärker mit sehr hoher innerer Verstär- daß die entstehenden Mischprodukte wenigstens teil· kung ist, dessen erster Eingang der eigentliche weise vom selektiven Regclverstärker übertrager Steuereingang und dessen zweiter Eingang, im Sinne werden.

einer starken Gegenkopplung, mit seinem Ausgang 65 Die selektiven Eigenschaften dieses Modulator

verbunden ist. können dadurch weiter verbessert werden, daß den

Besonders gunstig gestalten sich in diesem Falle Modulatorausgang ein wenigstens einen Teil der von

die Verhältnisse, wenn die Reihenschaltung des selektiven Rcgelvcrstärker übertragenen Mischpro

dukte aussiebendes Filter nachgeschaltet wird. Da die selektiven Eigenschaften des in dieser Weise weilergebildeten Modulators sehr steile Flanken des Amplituden-Frequenzgangs zulassen, ist es unter Umständen vorteilhaft, einen solchen Modulator mit Hilfe eines dem ausgangsseitigen Filter nachgeschalteten, die Signalschwingung in ihre ursprüngliche Frequenzlage rückumwandelnden weiteren Modulators als Frequenzfilter zu verwenden.

Die erreichbare Flankensteilheit wird um so größer, je mehr das Tastverhältnis des Schalters dem Wert Eins angenähert ist.

Der für den Modulator nach der Erfindung wesentliche selektive Regelverstärker erhält zweckmäßig eine Tiefpaßcharakteristik mit einer unterhalb der Frequenz der Signalschwingung gelegenen Grenzfrequenz. Eine solche Tiefpaßcharakteristik läßt sich in einfacher Weise mittels RC-Gliedern zwischen zwei Verstärkerstufen realisieren.

Unter Berücksichtigung einer Tiefpaßcharakteristik des verwendeten selektiven Regelverstärkers ist es im Hinblick auf den bereits erwähnten selektiven Modulator und den zu einem Filter erweiterten selektiven Modulator wesentlich, daß der Frequenzabstand des Taktpulses von der Frequenz der Signalschwingung im Sinne der Erzeugung niederfrequenter, vom Regelverstärker übertragbarer Mischprodukte zwischen der Signalschwingung und dem Taktpuls ausreichend klein gewählt ist.

Sind selektive Eigenschaften des Modulators nicht gefragt, so ist, unter Berücksichtigung einer Tiefpaßcharakteristik des Regelverstärkers, lediglich darauf zu achten, daß durch geeignete Wahl des Frequcnzabstandes zwischen der Signalschwingung und dem Taktpuls keine in den Durchlaßbereich des Regelverstärkers fallenden Mischprodukte auftreten können. Ist dieser Frequenzabstand festgelegt und erfüllt er nicht die angegebene Forderung, so lassen sich die selektiven Eigenschaften bei einer Anordnung, bei der der Steuereingang des selektiven Regelverstärkers mit dem zweiten Anschluß des Schalters über den Vorwiderstand verbunden ist, dadurch in einfacher Weise verwirklichen, daß, vom Steuereingang des Regelverstärkers her gesehen, der Innenwiderstand der Modulatoreingangsseite vernachlässigbar klein ist. Ferner ist es bei dieser Ausführungsform wesentlich, daß die Modulatorausgangsseite sehr groß gegen den Vorwiderstand ist.

Als elektronischer Schalter wird im allgemeinen nur in unkritischen Fallen mit einem bipolaren Traniistor ausgekommen werden können, da längs seiner Emitter-Kollektor-Schaltstrecke in leitendem Zustand eine, wenn auch geringe Gleichspannung (Offsetspannung) v/irksam wird, die auf einem Durchgriff von der Steuerspannungsseite her beruht, und außerdem der Steuerstrom über die Ausgangsimpedanz des Regelverstärkers, die im allgemeinen nicht gleich Null ist. abfließen muß. Als elektronischer Schalter eignen sich dagegen zwei zueinander komplementäre bipolare Transistoren mit einander parallelgeschalteten Emitter- und Kollektorelektroden, an deren Basiselektroden der Taktpuls im Sinne ihrer symmetrischen Aussteuerung gegenphasig anliegt.

Feldeffekttransistoren (unipolarer Transistor) zeigen im Gegensatz zu üblichen pnp- oder npn-Transistoren keine Offsetspannung. Ein solcher Feldeffekttransistor ist daher in besonderer Weise zur Realisierung des elektronischen Schalters geeignet.

Eine weiterhin geeignete Schalterausführung besteht aus einem Diodenquartett, dessen beide Anschlüsse in einer ersten Diagonale die eigentlichen Schalteranschlüsse und dessen beide Anschlüsse in einer zweiten Diagonale einerseits die Anschlüsse für eine symmetrische Aussteuerung des Diodenquartetts durch den Taktpuls und andererseits für die Zuführung einer die Dioden in einer bestimmten Richtung vorspannenden Gleichspannung über Entkopplungswiderstände darstellen. Dabei wird ein weiterer Regelverstärker, und zwar ein Differenzverstärker mit sehr hoher innerer Verstärkung, vorgesehen, dessen Sleuereingang an einen Anschluß der ersten Diagonale und dessen Ausgang an einen Anschluß der zweiten Diagonale über den diesem Anschluß zugehörigen Entkopplungswiderstand angeschaltet ist und dessen Ausgangsspannung zusammen mit der am anderen Anschluß dieser Diagonale über den betreffenden Entkopplungswiderstand anliegenden festen Gleichspannung die Vorspannung der Dioden bestimmt. Ferner ist ein Spannungsteiler vorgesehen, an dem einerseits die die Vorspannung der Dioden bestimmende Gleichspannung anliegt und der andererseits für den Anschluß des zsveiten Eingangs des Differenzverstärkers mit einem Abgriff versehen ist, der dabei für die Sollspannung an den Anschlüssen der ersten Diagonale des Diodenquartetts festgelegt ist.

An Hand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen soll die Erfindung im folgenden noch näher erläutert werden. In der Zeichnung bedeutet

F i g. 1 das bereits erläuterte Prinzipschaltbild eines nach dem Abtastprinzip arbeitenden Modulators,

Fig. 2a eine erste bevorzugte Ausführungsform nach der Erfindung,

Fig. 2b eine Variante der Schaltung nach der Fig.2a,

F i g. 3 a emc zweite bevorzugte Ausführungsform nach der Erfindung,

F i g. 3 b eine Variante der Schaltung nach der F i g. 3 a,

F i g. 4 ein Ausführungsbeispiel für einer selektiven Regelverstärker nach der Erfindung,

F i g. 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel nach der Erfindung,

F i g. 6 ein weiteres Ausführuncsbeispiel nach der Erfindung,

F i g. 7 eine erste bevorzugte Ausführungsform eines Schalters für einen Modulator nach der Erfindung,

F i g. 8 eine zweite bevorzugte Ausfühmngsform für den Schalter eines Modulators nach der Erfindung,

Fig. 9 eine weitere Ausführungsform für den Schalter des Modulators nach der Erfindung.

Die am Punkt B der bereits erläuterten Schaltung nach der F i g. 1 in Abhängigkeit der Funktion des Schalters s auftretende, den störenden Trägerrest bewirkende Änderung der Gleichspannung wird, wie die verschiedenen Ausführungsbeispiele nach den Fig 2a, 2b. 3a und 3b erkennen lassen, im wesentlicher; mit Hilfe eines als Regelverstärker wirksamen Operationsverstärkers OV beseitigt. Beim Ausführungsbeispiel nach der F i g. 2 a ist der Steuereingang des Operationsverstärkers OK an den mit A bezeichneten Verbindungspunkt zwischen der Wechsclspannungsquelle C und dem Vorwiderstand Re

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ist. Der Operationsverstärker OV ist ein selektive

Tu;^ke,^r' ^{der im} "«entliehen Gleichspannungen und Wechselspannungen niederer Frequefiz "u Sinem Ausgang hm überträgt und dabei zwischen seinem Steueremgang und seinem Ausgang die VcX kung V^ +1 aufweist. Ferner hat der Oneratinnc verstärker OV eine auf seinen SteuereÄg ez₀." gene ausre.chend. hochohmige Eingangsimjedfnz und eme vernachlass.gbar kleine Ausgangsimpedanz ft «m sicherzustellen, daß beim Schließen des Schal-

isfe >,H , i _f ? gehaltet. In diesem Fall eitf.t r ⁸ , erforderlich, daß die steuereingangs cK hoT?"' " ^OP^eratio^vers.ärkers ausrei henen °_n ^CllOhm!S ßegen den vom Punkt B her gese

gan" s Tuen Tm" /T*' *" ^M<^)duIatorei" ι ι j^ls,^auch der Modulatorausßaniisseite ist Eil

S"!"" ^""",usganp « isf" Ϊ» hier i
I^i* ^k™ ^Forde'""« für eine. *^ ^{Um keine allzu hphen A}»^for ^Selektivitat des Operationsverstär-

lators gegen Bezugspotential geschaltet wird ImVerbindungsweg des Schalters 5 zum Ausgang des θΞ-rano^verstarkers OK _{ist ln U}nterb4±fner LiS e Si« w5f ?fⁱⁿ8^e?eichnet' der den differen- and dY',^eM^land f^Schaltersi in leitendem Zu-SumL η? ι" ⁵^ ^{ES ISt festzuste}»en, daß die Summe aus dem differentiellen Widerstand Rs und der Ausgangsimpedanz ft„ des Operati

Z ST¹U "ιΐ^{β die} ^^eWÜI1ht

keine nifseir^{1 lgt} Γ"''· ^{WdSt der SchaIter}^

./ , ^^{annUng auf}' ^{dann muß} die Verstär- V des Operationsverstärkers exakt gleich T ri, ·1^{β e}'"^{er Re}g^clung der bezuEspotenlialseiti-^(j'^eichsP^annung des Schalters, in Abnäng gke 1

S^'E*"^{1 anderen Anschluß} (Punk.i) Äal _2U e, .uc ΓΤΐ^{8 Ubcr den} Operationsverstärker und dem Jet^l > ^{ZWISChen dem} Biopotential fe,?_e cTefcS ^{den A}"^{SChluß des} Schalters.ν eine I ;.^jleichsP^an"u"g einzuprägen und mittels des P^era.^tlonsve^ärkers die am Punkt ß wksame

zu' l^PanUng ^' ^{di<SC fCStC} G'^nnJn_R S-"._β F^p ,^entsP^rccne'«l« Ausführungsbeispiel

ein VSr ^Flgl3a· ^Der Operationsverstärker OK ist T ^Dlfferenzve'-stärker. dessen S \

gen Wen reduzieren I

vom

« '"nenwidcrstand

~^{a u}'^{ld 2b} '^s» darin zu sehen, daß

bei den Schaltungen nach den Fig. 3a und 3b die Ausgangsimpedanz des Operationsverstärkers keinen extrem niederohmigen Wert aufweisen muß, da die Impedanz des Steucreingangs der steuerbaren Gleichspannungsquelle in der Regel ausreichend hochohmig bemessen werden kann.

Wie bereits einleitend erwähnt worden ist, weisen bipolare Transistoren bei Verwendung als elektronische Schalter eine sogenannte »Oifsetspannung« auf, die darauf zurückzuführen ist, daß über der KoI-lektor-Emitter-Slrecke des Transistors im leitenden Zustand eine Restspannung stehenbleibt. Dieser Sachverhalt kann im Sinne der Unterdrückung des Trägerrestes bei den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 2 und 3 durch entsprechende Bemessung der Verstärkung V_ des Operationsverstärkers für die Regelung berücksichtigt werden.

Ferner ist festzustellen, daß durch parasitäre Reaktanzen der elektronischen Schalter zwischen ihrer eigentlichen Schaltstrecke und ihrem Steuereingang, im Rhythmus der Umschaltung durch den Taktpuls kleine Spannungsspitzen am Punkt B und damit am Ausgang α wirksam werden können, die ebenfalls eine Grundschwingung der Frequenz /_r enthalten. Der durch diese parasitären Reaktanzen bewirkte Trägerrest kann mit üblichen Kompensationsschaltungen unterdrückt werden. Zweckmäßig wird dabei an einer geeigneten Stelle der Schaltung eine kleine Spannung der Frequenz /₇ über phasendrehende Glieder mit einer die gewünschte Kompensation bewirkenden Phasenlage eingeführt. Eine solche Maßnahme ist aber nur dann sinnvoll, wenn der zu kompensierende Trägerrest relativ konstant ist.

Ein Ausführungsbeispiel für einen selektiven Operationsverstärker zeigt die F i g. 4. Er besteht im wesentlichen aus zwei komplementären Transistoren TSl und TSV in Emitterschaltung mit einem zwischengeschalteten, aus dem Widerstand R 2 und dem Kondensator Γ bestehenden Tiefpaßglied. Die Widerstände in den Emitterzweigen der beiden Transistoren sind mit R 1 und R V bezeichnet. Für die Feineinstellung des Gleichstromarbeitspunktes ist ein einstellbarer Widerstand R 3 vorgesehen, der den gemeinsamen Verbindungspunkt des Widerstandes R 2 und des Kondensators C mit der Betriebsspannung TsI verbindet. Der basisseitige, mit χ bezeichnete Anschluß des Transistors TsI bildet den Eingang des Verstärkers. Der mit y bezeichnete Ausgang des Verstärkers ist mit der Emitterelektrode des Transistors 7.51' verbunden. Der Verstärker nach der F i g. 4 hat also eine Tiefpaßcharakteristik, deren Flankensteilheit gegebenenfalls durch weitere ÄC-Glieder verbessert werden kann. Die Verstärkung V dieses Verstärkers, die durch das Verhältnis der Ausgangsspannung U., zur Eingangsspannung U₁ gegeben ist, genügt der Beziehung

hang mit den F i g. 2 und 3 beschriebenen Differenzverstärkers verwirklichen, zumal hier infolge der starken Gegenkopplung die Ausgangsimpedanz automatisch sehr klein wird. Bei einem solchen Differenzverstärker ergibt sich für die Verstärkung der Spannung U₃ am Ausgang zur Spannung U_x am Steuereingang die Beziehung

V = —— — — ^> l (2)

S + (X Ot

Hierin bedeutet m entsprechend k nach Gleichung (1) eine Konstante, die durch die Bemessung des Verstärkers unter Berücksichtigung '.einer selektiven Eigenschaften gegeben ist.

Wie einschlägige, der Erfindung zugrunde liegende Untersuchungen gezeigt haben, ist es möglich, dem Modulator nach der Erfindung dadurch ein frequenzabhängiges Verhalten im Sinne wünschenswerter selektiver Eigenschaften zu geben, daß beispielsweise bei den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 2b und 3 b, durch geeignete Wahl des Abstands der Frequenz fs der Signalschwingung von dei Frequenz /₇ des Taktpulses dafür gesorgt wird, daß wenigstens ein Teil der niederfrequenten Mischprodukte über den Operationsverstärker OV übertragen werden. Die vom Operationsverstärker übertragenen Mischprodukte überlagern sich den ursprünglich durch den Schalter s erzeugten Mischprodukten, so daß die Amplituden der resultierenden Teilschwingungen am Punkt B frequenzabhängig werden. Eine genaue Berechnung dieser Vorgänge liefert beim Differenzverstärker mit Gegenkopplung für die Ausgangsspannung U.„ bezogen auf die Ausgangsspannung U" _x bei sehr hoher Frequenz, die Beziehung

nv

τ ·; »leu π

I²

und für den einfachen Verstärker nach F i g. 4 die entsprechende Beziehung

Ua,

Hierin bedeuten f die halbe Impulsbreite der Impulse des Taktpulses in den Grenzen O <^ ? <^ π und a die Differenzfrequenz aus der Winkelfrequenz a>_T dei Taktpulses und der Winkelfrequenz t» s der Signal schwingung. Wie die Gleichungen (3^ und (4) erkennen lassen, weist die Amplitude der Ausgangsspan ntmg der Differenzfrequenz «> eine Frequenzabhän gigkeit auf, die sich in den Grenzen

J/ ■■= (R_x > R.,)

χ t *

(D Ua

60

1
R,C

5 — im und

l .

Ua,

1-

= 1

Werden hohe Anforderungen an eine konstante 65 bewegt. Wie ein Vergleich der Gleichungen (5) un

und weitgehend temperaturunabhängige Gleichstrom- (6) erkennen läßt, wirkt sich die frequenzabhängig

verstärkung y_ - ti verlangt, so läßt sich ein sol- Spannungsüberhöhung um so besser aus, je besse

eher Verstärker besser in Form des im Zusammen- die Größe r der Zahl jr, also das Verhältnis zwische

Impulsdauer und Impulspause des Taktpulses dem Wert 1 angenähert wird. Die Breite der erzielten Durchlaßkurve eines solchen hinsichtlich seiner niederfrequenten Mischprodukte frequenzabhängigen Modulators beträgt beim einfachen Regelverstärker la. und beim Differenzverstärker Im und ist somit durch die Tiefpaßeigenschaften des Verstärkers bestimmt. Wie bereits erwähnt worden ist, kann ein solcher selektiver Modulator durch Nachschalten eines lediglich die erwünschten niederfrequenten Mischprodukte aussiebenden Filters und eines sich daran anschließenden, die Signalschwingung wieder in ihre ursprüngliche Frequenzlage rückumsetzendeD Modulators zu einer Filteranordnung mit hoher Steilheit der Filterflanken ergänzt werden.

In der F i g, 5 ist ein nähere Einzelheiten darstellendes Schaltbild eines Modulators entsprechend dem Pnnzipschaltbild nach der Fig. 2b angegeben. Der Modulatoreingang e, an dem die zu schaltende Signalspannung u_e ansteht, wird vom Steuereingang eines Transistors TsI in Emitterschaltung gebildet, dem kollektorseitig die Betriebsgleichspannung + U_h über den Kollektorwiderstand Rc zugeführt wird und dessen Emitter über den Widerstand Re" in Reihe mit einer Stromquelle SQ gegen Bezugspotential gelegt ist. Der Widerstand Re" bildet zusammen mit dem hohen Innenwiderstand der Stromquelle SQ den Emitterstand Re'. Der Stromquelle SQ ist am Anschlußpunkt C der Schaltung einerseits der Operationsverstärker OV mit seinem Steucreingang und andererseits der Schalter s in Reihe mit dem Ausgang des Operationsveistärkers parallel angeschaltet. Der Ausgang« des Modulators könnte vom gemeinsamen Schaltungspunkt C abgenommen sein, ist aber bei diesem Ausführungsbeispiel vom Kollektor des Transistors Ts2 gegen Bezugspotential gebildet.

Die Schaltung nach F i g. 5 beruht auf folgende Funktionsweise. Der extrem hohe Innenwiderstand der Stromquelle SQ bewirkt hinsichtlich des Steuereingangs des Transistors Ts 2 eine so hohe Gegenkopplung, daß am Ausgange keine Signalspannung auftreten kann. Wird die Stromquelle SQ über den Schalters kurzgeschlossen, dann wird die eingangsseitige Signalspannung u_e wegen der damit erreichten starken Reduzierung der Stromgegenkopplung zum Ausgang s in Form der Ausgangsspannung k„ übertragen. Der Operationsverstärker OV sorgt in der bereits mehrfach beschriebenen Weise dafür, daß das am Schaltungspunkt C bei offenem Schalter s wirksame Gleichspannungspotential beim Schließen des Schalters erhalten bleibt. Durch die Regelung des Gleichspannungspotentials am Schaltungspunkt Γ wird aber mittelbar auch das Gleichspannungspotential am Kollektor des Transistors Ts 2 im Sinne einer Unterdrückung des Trägerrestes an diesem Ausgang mitgeregelt.

Bei der in der F i g. 6 dargestellten Variante der Schaltung nach der F i g. 5 ist die Stromquelle durch einen weiteren Transistor Ti 2' in Emitterschaltung verwirklicht, der mit seinem Kollektor an den Schaltungspunkt C angeschlossen ist und dem über den emitterseitigen Widerstand Re'" eine negative Betriebsgleichspannung — U_h zugeführt wird. Die mittelbare Regelung des Gleichspannungspotentials am Kollektor des Transistors TsI wird hier entsprechend dem Prinzipschaltbild nach der Fig. 3b dadurch herbeigeführt, daß die vom Transistor Ts2' gebildete Stromquelle über ihren Steuereingang vom Ausgang des Operationsverstärkers OV geregelt wird. Die bei dieser Schaltung gegebenen Betriebsspannungsverhältnisse ermöglichen es, den Schaltungspunkt C gleichpotentialmäßig mit dem Bezugspotential gleichzusetzen. Damit kann die beim Ausführungsbeispiel nach der Fig. 3b vorhandene Gleichspannung U₀ entfallen und einerseits der Schalter s und andereseits der weitere Eingang des Operationsverstärkers unmittelbar mit Bezugspotential verbunden werden.

Als elektronischer Schalter dürfte ein einfacher bipolarer Transistor in der Regel nicht in Frage kommen, da er in leitendem Zustand eine yogenannte Offsetspannung aufweist und auch der Steuerstrom (Basisstrom des Schalttransistors) über die Ausgangsimpedanz des Operationsverstärkers abfließen muß. Ist diese Ausgangsimpedanz nicht praktisch gleich NuU, so führt dies bei leitendem Schalter zu einer Veränderung des Potentials am Punkt B nach den F i g. 2 und 3. Ein elektronischer Schalter, der diese Nachteile nicht aufweist, ist in der F i g. 7 dargestellt. Er besteht aus einet.i Feldeffekttransistor Fe, bei dem die durch die Elektroden s und t gegebene Verbindung die Schaltstrecke darstellt und an dessen Steuerelektrode g der Taktpuls anliegt.

Auch mit bipolaren Transistoren läßt sich ein elektronischer Schalter ohne Offsetspannung verwirklichen. Er besteht, wie die Fig. 8 zeigt, aus zwei zueinander komplementären Transistoren TsS und Ts 3', die emitter- und kollektorseitig einander parallel geschaltet sind und deren auf diese Weise einander parallelgeschaltete F.mitter-Kollektor-Strecken die Schaltstrecke des Schalters bilden. Hier kann der Steuerstrom I_b über den Widerstand Rb in die Basis des Transistors Ts3 hinein und über die Basis und den Basiswiderstand Rb' des Transistors Ts 3' wieder abfließen. Dazu ist eine symmetrische Aussteuerung dieses elektronischen Schalters durch den Taktpuls erforderlich. Die symmetrische Aussteuerung besteht darin, daß der Taktpuls den beiden basisseitigen Anschlüssen der Transistoren in Gegenphase zugeführt wird. Dieser Sachverhalt ist in der F i g. 8 durch die zeichnerische Darstellung von Einzelimpulsen an den Basisanschlüssen verdeutlicht. Für die Einhaltung der Bedingung der symmetrischen Aussteuerung muß gegebenenfalls eine weitere Regeleinrichtung vorgesehen werden.

Ähnliches gilt bei Verwendung eines Diodenquartetls als Schalter. Ein entsprechendes Ausführungsbeispiel zeigt die F i g. 9. Das Diodenquartett besteht aus den Dioden Dl bis D 4. Die durch seine senkrechte Diagonale gegebenen Anschluße M und N sind die eigentlichen Schalteranschlüsse und sind entsprechend dem Prinzipschaltbild nach der F i g. 2 b mit dem Steuereingang und dem Ausgang des Operationsverstärkers OV verbunden. Die durch die waagerechte Diagonale des Diodenquartetts, bestimmten Anschlüsse K und L sind einerseits über Dioden D5 und Dft mit Anschlüssen E und F und andererseits über Entkopplungswiderstände Rd und Rd' mit einer die Dioden vorspannenden Gleichspannung verbunden. Die Aussteuerung des Diodenquartetts erfolgt wiederum dadurch symmetrisch, daß an den Anschlüssen E und F der Taktpuls in Gegenphase anliegt. Liegt am Anschluß E eine positive und am Anschluß F eine negative Spannung, so sperren die Dioden D 5 und D 6; das Diodenquartett leitet und der Anschlußpunkt B ist mit dem Ausgang des Opc-

rationsverstärkers OV verbunden. Liegt dagegen am Anschluß E eine negative und am Anschluß F eine positive Spannung, so leiten die Dioden D 5 und D6 und das Diodenquartett sperrt.

Um sicherzustellen, daß der Schalter unabhängig von dem am Schaltungspunkt B und am Ausgang des Operationsverstärkers OV wirksamen Gleichpotential einwandfrei arbeitet, sollen die Anschlüsse M und N Potentiale symmetrisch zu diesem Gleichpotential aufweisen. Hierzu ist ein besonderer Regelkreis voreesehen, der seinerseits von einem Operationsverstärker OV, und zwar von einem Differenzverstärker Gebrauch macht. Als Führungsgröße dient diesem weiteren Operationsverstärker O V die am Auspang des Operationsverstärkers OV auftretende Gleichspannung. Hierzu ist der weitere Eingang des Operationsverstärkers OV dem Ausgang des Operationsverstärkers OV parallel geschaltet. Der Ausgang des Operationsverstärkers OK' ist an den Entkopplungswiderstand Rd' an seinem dem Anschlußpunkl L des Diodenquartetts fernen Anschluß angeschaltet, so daß die an seinem Ausgang auftretende negative Gleichspannung in Reihe mit der am entsprechenden Anschluß des Entkopplungswiderstandes Rd anließenden positiven Gleichspannung die Vorspannung der Dioden Dl bis D 4 des Diodenquartetts bestimmt. Der Steuereingang des Operationsverstärkers OV, an dem die zu regelnde Gleichspannung anstehen soll, ist an den Abgriff eines Spannungsteilers, bestehend aus den Widerständen R, R' und R" angeschaltet, an dem seinerseits die die Vorspannung der Dioden des Diodenquartetts bestimmende Gleichspannung parallel angeschaltet ist. Diese Maßnahme ist deshalb erforderlich, weil als Regelgröße nicht die Spannung am Anschluß K oder L, die sich beim Umschalten ändert, verwendet werden kann. Zur Gewinnung der Regelgröße ist daher die durch den Spannung-Heiler gegebene Nachbildung erforderlich. Die Widerstände R', R" können durch eine Reihenschaltung von ohmschen Widerständen und Dioden ersetzt werden, um die Temperaturabhängigkeit des Diodenquartetts zu kompensieren. Der Abgriff ist beim Spannungsteiler nach der F i g. 9 durch den als Potentiometer ausgebildeten Widerstand R gegeben. Das Potentiometer wird so eingestellt, daß die abgegriffene Spannung mit der Gleichspannung an den Anschlüssen N und M des Diodenquartetts übereinstimmt. Damit ist erreicht, daß die weitere Regelschaltung automatisch diese Gleichspannung auf den Wert der Gleichspannung am Ausgang des Operationsverstärkers OV regelt.

Für einen einwandfreien Betrieb ist zu beachten, daß der Spannungsteiler aus den Widerständen R, R' und R" den gleichen Temperaturkoeffizienten aufweist wie die Entkopplungswiderstände Rd und Rd'.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

1. Patentansprüche:

   f. Modulator (Abtaster) für Geräte und Art lagen der elektn*chen Nachrichtentechnik mil einem im Rhythmus eine» iaktpitlse* gesteuerten elektronischen Schalter, der die dem Modulator eingang zugeführte elektrische SignaSschwingung hinsichtlich »eine« Ausgangs in der einen Schaft stellung durchläßt und in der anderen Schall »teilung sperrt, bei dem der erste Anschluß de* Schalters mit Bezugspotential verbunden ist und bei dem der zweite Anschluß des Schalter» mit einem Anschlußpunkt der Schaltung verbunden ist, an dem neben der zu schaltenden Signalspan- nung eine Gleichspannung wirksam int, d a durch gekennzeichnet, daß der cr*tr Anschluß des Schalters (\) mit dem Bc/upspoie.i tiiil über eine Gleichspannung in Verbindung steht, die nach Große und Polarität mit der am zweiten Anschluß des Schalters wirksamen Gleichspannung übereinstimmt, daß ferner dci Si hilller (λ) in einen Regelkreis einbc/ugen ist. der im wesentlichen aus einem die Frequenz (/0 der Si^nakchwmgung sperrenden Regclvcrsti» kct [Ol ) besteht und der die Übereinstimmung der beiden genannten Gleichspannungen in beiden Schaltstellungen des Schalters gcwahrlcis.cl
2. 2. Modulator nach Anspruch I. dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (») in Reihe mit dei Gleichspannung der vom Schalter hei gesehenen Modulainrcmgangssciic parallel auge schallet ist, daß ferner die Gleichspannung vom Ausgang des selektiven Regclvcrsläikcrs (OV) mit vernachlässigter kleinem Quclluidcrstand (W_n) gebildet ist und daß der RcgHvcrstarkcr zwischen seinem Stcuereingang. der entwerfet unmittelbar oder über einen Vorwiderstand (Rf) nut dem zweiten Anschluß des Schalters (s) verbunden ist. und seinem Ausgang eine Gleichspan mingsvcrstarkung von wenigstens annähernd Firn aulweist (Fi g 2 a. 2 b)

   V Modulator nach Anspruch I oiler .\ da durch gekennzeichnet, daß der selektive VerMiti kcr {()l') ein selektiver Differenzverstärker mit sehr hoher innerer Verstärkung im, dessen erster I'.ingang der eigentliche Stcucrcinpang und dessen zweiter Fingang im Sinne cinci Gegenkopplung mit seinem Ausgang verbunden ist (I ig. 2a. 2b).

   4. Modulator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Reihenschaltung des Schalters (v) mit dem Ausgang des selektiven RrgclvciMarkers (ΟΓ) sowie dessen Siciicrcingang einer Stromquelle (SO) par allcl geschaltet sind, die ihrerseits, vorzugsweise in Reihe nut einem \ orwidcrstand (Rc) im Hniitterzwcig eines Transistors (7".«2) in F.mittcrschaltung angeordnet sind, und daß der Steuereingang (c) des Transistors ilen Modulatoreingang bildet (F i g. 5).

   5. Modulator nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter in Reihe mit der Gleichspannung der vom Schalter (.v) her gesehenen Moilulatoreingnngsseilc parallel augeschaltet ist. daß feiner der selektive Rcgclvcrslürker (Ol ) ein selektiver Differenzverstärker mit sein tfroßcr innerer Versiiirkung ist. dessen erster.

   aen toucfeiflfftfig äafntsiisifkr hingang mit dem zweite» \mehiuü de* Utmiten (s) osjnjttelbar oder «Her eine» Vorwittemand {Re) in Verbindung »tehi und ug-ASR /weiter Umgang an Jen gisitieinuHincn Vcrtw»du«g»punkt des ersten An- *cI)Iumc« de* ^halter* mit der Gleichspannung (U₁₁) ungeu'UeUct ist, wahrend scm Ausgang mit eiern Umgang eii>e» »tcutrbaroi, die Größe der am zweiten Amehluö de* Schalters wirksamen Gleich&p»nn«Hß beeinflussenden Elementes (U) vctiiundcn i»t (l· 1 g. Ja, 3b).

   6, Modulator nach Anspruch 5, dadurch gekfiin/cichncl, daß der Sthaltcr (*) in Reihe mit der Gleichspannung sowie der Steuereingang des Diifirenzvcftitiirkcrs einer steuerbaren Stromquelle ISQ) jjaiallcl angeschaltet sind, die ihrer- »cilR, vorzugsweise in Reihe mit einem Vorwiderst.ui'l (Hv"), 1111 l.nuttc-rzwcig eines Transistors Vt: 1) in l.iniitcrschaltung angeordnet ist, daß i'cn.;·: 'U-i Siciicrcingang (e) des l'ransistors den Moiluliiloieiiif.'iing ί·.!:?"» und daß die Stromt|Uelle (SU) ein weiterer I lumistor (IsI') in r-jutilerschiiltung ist, dessen Steucreir.g'^j; rr·*» dem Ausgang des Dificren/.vcrstarkcrs (OV) verbunden ist (Γ ι g. ft).

   7. Modulator inch Anspruch 6. dadurch gekcnnzeichnct. daß die· Gleichspannung in Reihe mit den Schalter (v) den Wert Null hat.

   S Modulator nach einem der Ansprüche 4, C oilei 7. bei dem der Modulatoreingang -.on Sieucrcingang (<·) eines Transistors (TvZ) in I mitteiM haltung gebildet iM, dadurch gekennzeichnet, daß die Modulatorausgan csspannung (V₁₁) am Kollektor dieses Transistor·, abgenommen ist.

   ⁽). Modul i< ' nach einem der vr,hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an dem vom Sicuci eingang des Regel Verstärkers (O V) her gesehenen Innenwiderstand der Modulatorcingangsseitj, gegebenenfalls in Reihe mit den: Vorwiderstand (Rf), Mischproduktc aus der Signaisclnvingung und des Taktpulses auftreten und daß die entstehenden Mischproduktc wenigstens teilweise \oni selektiven Regelverstärker übt 1 tragen sind

   10. Modulator nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß dem Modulatorausgang (α) ein wenigstens einen Teil der vom selektiven Regclvcrstärkcr übcrtiagenen Mischprodukte aussiebendes Filter nachgeschaltet ist und daß sich an das Filter gegebenenfalls ein die Signalschwingung m ihre ursprüngliche Frequenzlage rückumwandelnder weiterer Modulator anschließt.

   11. Modulator nach Anspruch Ψ oder 10. da durch gekennzeichnet, daß der Abstand der Fre qucnz (I₇) des Taktpulses von der Frequenz (/.5 der Signalschwingung im Sinne der Erzeugunj niederfrequenter Mischprodukte zwischen de Signalschwingung und dem Taktpuls klein ge wählt ist.

   1 2. Modulator nach einem der vorhergehende! Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß de selektive Rcgelverstärkcr (OV) eine Tiefpaß charakteristik mit einer unterhalb der Frequen (is) der Signalsrhwinguüg gelegenen Grenz frequenz aufweist.

   KV Modulator nach einem der Ansprüche bis 12. dadurch gekennzeichnet, daß das Tasi

   »erhältnis des Schalters (s) wenigstens annähernd Taktpulses gesteuerten elektronischen Schalter, der deich Eins gewäh'.t ist. die dem Modulatoreingang zugeführte elektrische

   14. Modulator nach einem der Ansprüche 2 Signalschwingung hinsichtlich seines Ausgangs in der bis 4, bei dem der Steuereingang des selektiven einen Schaltstellung durchläßt und in der anderen Hegel'verstärkers mit dem zweiten Anschluß des 5 Schaltstellung sperrt.

   Schalters über den Vorwiderstand verbunden ist, In der F i g. 1 der Zeichnung ist ein solcher Mo-

   dadurch gekennzeichnet, daß, vom Steuereingarg dulator schematisch dargestellt. Eine Wechselspandes Regelverstärkers (OK) her gesehen, der nungsquelle Ü, die hierbei die Signalschwingung Innenwidertand einerseits der Modulatorein- liefert, arbeitet über einen Vorwiderstand Re auf •angsseite vernachlässigbar klein und anderer- io einen Ve; braucher Rv. Der Reihenschaltung aus seits der Modulatorausgangsseite sehr groß gegen dem Vcrwiderstand Re und der Wechselspannungsden Vorwiderstand iüt. quelle V ist ein Schalter 5 parallel geschaltet, der im

   15. Modulator nach einem der vorhergehenden Rhythmus eines Taktpulses mit der Folgefrequenz f_T Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als den Schalters schließt und öffnet. Auf diese Weise Schalter (s) zwei /^einander komplementäre 15 wird die Signalschwingung in einer pulsamplitudenivansistoren (7*3, 7s3') mit einander parallel- modulierten Form dem VerbraucherRv zugeführt, geschalteten Emitter- und Kollektorelektroden da eine Übertragung der Signalschwingung von der vorgesehen sind, an deren Basiselektroden der Wechselspannungsquelle zum Verbraucher nur in Taktpuls im Sinne ihrer symmetrischen Aussteue- den Zeitintervallen stattfinden kann, in denen der rune cegenphasiganliegt (Fig. 8). ₂o Schalter « geöffnet ist. Eine Variante der _in der

   lV Modulator nach einem der Anspruch;; 1 Fig. 1 angegebenen Schaltung besteht dann, dau bis 14. dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter der Schulter s in Reihe zum Vorwiderstand Re und (5) eiri Piodcnquartett (Dl bis /)4) ist, dessen zum Ve braucher Rv angeordnet ist. beule Anschlüsse (M, N) in einer ersten Diago- Die Realisierung einer solchen Schaltung mit

   na'le die eigentlichen Schalteranschlüsse und des- 25 Halbleiterelenienlen führt mit Rücksicht auf die niersen beide Anschlüsse (K, L) in einer zweiten bei erforderlichen Betriebsgleichspannungen fur die Diagonale die Anschlüsse einerseits für eine sym- Halbleiterelemente dazu, daß am gemeinsamen Anmetrische Aussteuerung d.-s DiodenquarteHs schlulipunkt des Vorwiderstandes Re und des bchaldurch din Taktpuls und andererseits für die Zu- ters s neben der vom Schalter zu schaltenden führune einer die Diouen (Dl bis D4) in einer 30 Wechselspannung auch eine Gleichspannung autbestimmten Richtung vorspannenden Gleich- tritt. Dieser Sachverhalt ist in der F1 g. 1 durch die spannung über Entkopplungswiderstände (Ri/, der Wechselspannungsquelle r ι η Reihe geschaltete, Rd') darstellen, daß ferner ein weiterer Regel- in unterbrochener Linie dargestellte Oleicnspanverstärkcr (OV) und zwar ein Differenzverstär- nungsquelle U zum Ausdruck gebracht. Diese Oleicnker mit sehr hoher innerer Verstärkung, vorge- 35 spannung x.irkt sich außerordentlich störend aus, sehen ist dessen Steuereingang an einen An- weil sie im Rhythmus des Taktpulses, wie die Signa-ςι-ηΐιιβ (.V) der ersten Diagonale und dessen wechselspannung mit jedem Schließen des acndi Ausgang an einen Anschluß (L) der zweiten ters s gegen Bezugspoiential geschaltet wird undI da-Diaponale des Diodenquartetts über den diesem durch am Ausgang nicht nur die erwünschten M.sch-Anschluß zugehörigen Entkopplungswiderstr.id 40 produkte der Frequenz (n ■ f_T ± Js), mn _« Tr,/') angeschaltet ist und dessen Ausgängen- ganze Zahl und der Frequenz Is der Signalscnvnn ung zusammen mit der am anderen Anschluß gung. auftreten, sondern auch *e Frequenz/_T des ^^gdioer Diagonale über den beirr.,, „den Ent- Taktpuhes, di; dabei als Tragerrest aufzufassen «t Loppluncswiderstand (Rd) anl^-gendon festen _Dleser Trägerrest läßt s.ch auch n,cW_c ^d^^ch ^ C.lechspannung die Vorspannung der Dioden 45 scitigcn, daß .m Verbindungsweg des Schalters 5 zum in1 hi D41 bcsli-nm· un«J daß ein Spannungs- Punkt ß ein Kondensator angeordnet wird Be. elek Sl r (R R R'' ^gesehen ist, an dem einer- ironischer Ausführung des Schalters, wie ae be, es die' die Vorspannung der D.oden bestim- einem Modulator der genannten Art fast ausjdj.e&- mönde Glcichsnannunß anliegt und der anderer- Hch zur Anwendung gelangt, erfolgt namlicri im fta de?iSluß⁸ des zweiten Eingangs des 50 ^sperrten ^f_K^^^T\_b^ ""^^