DE1924198A1 - Active modulator in push-pull or double push-pull circuit - Google Patents
Active modulator in push-pull or double push-pull circuitInfo
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Description
Aktiver Modulator in Gegentakt- oder Doppelgegentaktschaltung Die Erfindung betrifft einen aktiven Modulator in Gegentakt-oder Doppelgegentaktschaltung, bei dem die, insbesondere durch Transistoren gebildeten, aus wenigstens einer Versorgungsspannungsquelle gespeisten aktiven Elemente im Takt der Frequenz einer, insbesondere sinusförmigen, Trägerspannung abwechselnd, bei Doppclgegentaktschaltung paarweise abwechselnd, aus- oder einschaltbar sind, Es sind bereits aktive Modulatoren bekannt, deren Prinzip in der Multiplikation cines Signals mit einer Umpolfunktion oder Schaltfunktion besteht. Derartige aktive Modulatoren enthalten aktive Elemente, im allgeueinen Transistoren, die im Takt einer Trägerfrequenz aus- und eingeschaltet werden Um die Umpolfunktion möglichst gut nachzubilden, kann man die aktiven Elementc durch Rechteckspannungen steuern Um den Aufwand zur Erzeugung von Rechteckträgern einzusparen, werden die aktiven Elemente von Modulatoren jedoch häufig durch sinusförmige Spannungen gesteuert. Damit ändert sich der Arbeitspunkt der aktiven Elemente im Zuge der Umsteuerung kontinuierlich0 Da jedoch die Verstarkungseigenschaften der aktiven Elemente über weite Bereiche vom Arbeitspunkt nur gering abhängen, ergibt sich dabei angenähert ein Verhalten wie bei Steuerung durch Rechteckspannung Vezschiedene unerwünschte Eigenschaften des Modulators treten aber bei Steuerung durch Sinus spannung zufolge der kontinuierlichen Arboitspunktvorschiebung stärker auf So werden z.B. die Symmetrieeigenschaften verschlechtert, und die Abhängigkeit der Uinsetzungsdämpfung von der Amplitude der Trägerspannung wird verstärkt Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen aktiven Modulator zu schaffen, der die genannten Nachteile auch bei Speisung mit einer sinusförmigen Trägerspannung vermeidet Gemäß der Erfindung wird der Modulator zur Lösung dieser Aufgabe derart ausgebildet, daß die Quclle(n) durch eine derart eingefügte und bemessene Gleichstromquelle gebildet ist (sind), daß ein die Summe der die aktiven Elemente durchfließenden Gleichströine bildender Summenstrom zumindest annähernd konstant ist und daß der Modulator derart bemessen ist, daß die Transistoren bei fehlender Trägerspannung leitend sind Dabei ist der Spitzenwert der Trägerspannung größer bemessen als zur vollständigen Umsteuerung des Summenstromes von einen aktiven Element zum anderen er£orderlich ist, wobei der Summenstrom praktisch konstant ist, unabhängig davon, ob eine Trägerspannung anliegt oder nicht.Active modulator in push-pull or double push-pull circuit Die The invention relates to an active modulator in push-pull or double push-pull circuit, in which the, in particular formed by transistors, from at least one supply voltage source fed active elements at the rate of the frequency of a, in particular sinusoidal, Carrier voltage alternating, alternating in pairs with double push-pull circuit, can be switched off or on, They are already active modulators known, the principle of which is the multiplication of a signal by an umpole function or switching function. Such active modulators contain active elements, in general transistors that are switched on and off in time with a carrier frequency In order to simulate the polarity reversal function as well as possible, the active elements can be used Controlling through rectangular voltages To the effort for the creation of rectangular beams To save, the active elements of modulators are often replaced by sinusoidal ones Controlled tensions. This changes the working point of the active elements in the In the course of the reversal continuously0 However, since the amplification properties of the active elements depend only slightly on the working point over a wide range, results behavior approximates the same as with control by square-wave voltage Vezschiedene However, undesirable properties of the modulator occur when controlled by sine voltage becomes stronger due to the continuous advance of the work point E.g. the symmetry properties deteriorate, and the dependency of the implementation attenuation the amplitude of the carrier voltage is amplified. It is the object of the invention Therefore, to create an active modulator, which also with the mentioned disadvantages Feeding with a sinusoidal carrier voltage is avoided the modulator designed to solve this problem in such a way that the source (s) through such an inserted and dimensioned direct current source is (are) formed that a total current forming the sum of the direct currents flowing through the active elements is at least approximately constant and that the modulator is dimensioned such that the transistors are conductive when there is no carrier voltage. This is the peak value the carrier voltage dimensioned larger than for complete reversal of the total current from one active element to the other is necessary, whereby the total current is practically constant, regardless of whether there is a carrier voltage applied or not.
Durch diese Maßnahmen ergibt sich der Vorteil, daß die Arbeitspunkte der aktiven Elemente weitgehend unabhängig von der Amplitude der Trägerspannung sind und der Arbeitspunkt der aktiven Elemente im Takt der Trägerspannung zvjischen zwei Zuständen wechselt, ähnlich dem Verhalten bei Ansteuerung durch Rechteckträger, auch dann, wenn die Trägerspannung von der Rechteckform abweicht und z.B. sinusförmig verläuft.These measures have the advantage that the working points of the active elements largely independent of the amplitude of the carrier voltage and the working point of the active elements in the cycle of the carrier voltage zvjischen two states changes, similar to the behavior when controlled by rectangular beams, even if the carrier voltage deviates from the rectangular shape and e.g. sinusoidal runs.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird der aktive Modulator derart ausgebildet, daß Mittel zur Erzeugung einer festen oder automatischen Vorspannung für die Eingangskreise der verstärkenden Elemente vorgesehen sind, die wesentlich größer als der Spitzenwert der Trägerspannung gewählt ist Es ist ferner zweckmäßig, den aktiven Modulator derart auszubilden, daß der Spannungsabfall am Innenwiderstand der Gleichstromquelle wesentlich größer ist als der Betrag der BasisEriitterspannung der Transistoren, so daß der Innenwiderstand der Gleichstromquelle groß ist gegenüber dem Eingangswiderstand der, insbesondere durch Transistoren in Basis schaltung gebildeten, aktiven Elemente im geöffneten Zustand.In a further embodiment of the invention, the active modulator designed such that means for generating a fixed or automatic bias for the input circuits of the reinforcing elements are provided that are essential greater than the peak value of the carrier voltage is selected. to train the active modulator in such a way that the voltage drop across the internal resistance of the direct current source is significantly greater than the amount of the base Eriitter voltage of the transistors, so that the internal resistance of the direct current source is large the input resistance of the, in particular formed by transistors in a base circuit, active elements in the open state.
Weiterhin kann man bei einem aktiven Modulator mit Transisteren in Gegentaktschaltung die Einspeisung des der Vorsorgungsspannungsquelle entnommenen Stromes über je einen eigenen Widerstand vornehmen und die Verbindungspunkte der Widerstunde mit den Transistoren über, insbesondere einstellbare, Schaltmittel miteinander verbinden. Bei einem Modulator in ?)oppelgegentaktschaltung werden zweckmäßigorwoise die zu ein und demselben Transistorpaar gehörenden Transistoren durch den Träger jeweils abwechsclnd geöffnet und gesperrt, wobei die Einspeisung des Gleichstromes paarweise über je einen eigenen Widerstand erfolgt und die Verbindungspunkte der Widerstände mit den Transistoren über , insbesondere einstellbare Schaltmittel miteinander verbunden sind Dabei ergibt sich eine Einstellungsmöglichkeit für die Seitenband verstärkung.Furthermore, with an active modulator with transistors in Push-pull circuit feeds the power taken from the supply voltage source Current via its own resistor each and the connection points of the Resistance with the transistors via, in particular adjustable, switching means with one another associate. In the case of a modulator in?) Opel push-pull circuit, it is advisable to use orwoise the transistors belonging to one and the same transistor pair through the carrier alternately opened and blocked, with the supply of direct current in pairs over one each own resistance takes place and the connection points the resistors with the transistors via, in particular adjustable switching means are connected to each other. There is a setting option for the Sideband reinforcement.
In Weiterbildung der Erfindung wird der verstärkende Modulator derart ausgebildet daß jeder der beiden Anschlüsse des Signal eingangs jeweils unter Zwischenschaltung eines ohmschen Widerstandes mit den Basisanschlüssen verschiedenen Transistorpaaren angehörender und mit den Kollektoren an verschicdenen Anschlüssen des Ausgangsübertragers liegender Transistoren verbunden ist und daß die Zuführung der Trägerspannung von den äußeren Anschlässen eines Trägerübertragers aus jeweils über einen weiteren ohmschen Widerstand zu den Basisanschlüssen erfolgt 7 und daß die Vorspallnung der Eingangssignalspannung oder der Trägersparnrnng überlagert ist Bei einer derartigen Ausführung des Doppelgegentaktmodulators ist am Signaleingang kein Übertrager erforderlich Die Vorspallllung kann dabei insbesondere in einen Symetriepunkt der Trägerquelle oder Signalquelle eingespeist werden Die Erfindung wird anhand der in den Figuren dargestellten nusfüllrungsbeispicle näher erläutert Es zeigen Fig. 1 ein Prinzipschaltbild eines Gegentaktmodulatois mit zwei Transistoren, Fig. 2 einen Stromlauf eines Gegentaktmodulators mit zwei Transistoren und Fig;. 3 einen Stromlauf eines Doppelgegentaktmodulators mit vier Transistoren Bei dem in Fig 1 gezeigten Gegentaktmodulator sind die Emitter der Transistoren 1 und 2 miteinander verbunden Zwischen den Basisanschlüssen der Transistoren 1 und 2 liegt einerseits die Trägerspannungsquelle Ur und andererseits der aus den Widerständen 10 und 11 gebildete Spanungstoiler, dessen Symmetriepunkt mit den Emittern der Transistoren 1 und 2 verbunden ist. Die Kollektoren der Transistoren 1 und 2 sind ebenfalls miteinander verbunden und über die Gleichspannungsquelle und die dazu in Serie liegende Quelle 12 1(onstanten Gleichstromes an die Emitter der Transistoren 1 und 2 geführt Die Trägerspannung UTr ist eine sinusförmige Spannung. Im Augenblick des Nulldurchganges der Sinusspannung werden beide Transistoren etwa vom gleichen Strom J durchflossen. 2 Während des folgenden Anstiegs der Trägerspannung wird in einem der beiden Transistoren der Strom zunehmen und im selben Grad im anderen Transistor abnehmen solange9 bis der eine TRansistor vom gesamten Strom Jgl durchflossen wird während der andere stromlos ist. Ein weiteres Ansteigen der Trägerspannung ändert an den Stromverhältnissen nichts, der Arbeitspunkt bleibt außer einer geringen Änderung der Kollektor-Basisspannung konstant Bei genügend großer Amplitude der Trägerspannung erfolgt somit eine Arbeitspunktverschiebung nur im Verlauf der Soannungs-Nulldurchgänge, der Glcichstrom wechselt dabei von einem Transistor zum anderen (Die Zustände offen und gesperrt werden vertauscht.) Im wesentlichen nirrimt also der Arbeitspunkt nur zwei Zustände an Bei dein in Pig. 2 gezeigten Doppelgegentaktniodulator sind die Basisanschlüsse der Transistoren 1 und 2 über die Sokundärwic]lung 52 des Trägerübertragers 5 miteinander verbunden Die Kollektoren der Transistoren 1 und 2 sind über die Primärwicklung 71 des Ausgangsübertragers 7 zusammengeführt Die Mittclanzapfung der Primärwicklung 71 ist über die Versorgungsspannungsquelle 9 und den dazu in Serie liegenden Widerstand 8 an die Emitter der Transistoren 1 und 2 geführt Die Mittelanzapfung der Sekundärwicklung 52 des Eingangsübertragers 5 ist über die Sekundäniicklung 62 des Eingangsübertragers 6 für die Signalspannung U5 an den Abgriff des aus den Widerständen 13 und 14 bestehenden, an Versorgungsspannung UV liegenden Spannungsteilers geführt Der Eingangskreis der Transistoren 1 und 2 schließt sich über den Widerstand 13 des an Versorgungsspannung liegenden Spannungsteilers für die Vorspannung UV und den am negativen Pol der Versorgungsspannungsquelle 9 dalilit verbuildenen Widerstand 8. Dabei wird als Gleichspannung im Ein gangskreis der Transistoren die Differenz aus dem gleichspannungsabfall am Widerstand 8 und der am Widerstand 13 anliegenden Vorspannung UV wirksam.In a further development of the invention, the amplifying modulator is of this type formed that each of the two connections of the signal input each with the interposition an ohmic resistor with the base connections of different transistor pairs belonging and with the collectors at various connections of the output transformer lying transistors is connected and that the supply of the carrier voltage of the outer connections of a carrier transformer each via another Ohmic resistance to the base connections takes place 7 and that the preload of the Input signal voltage or the carrier saving is superimposed in such a With the double push-pull modulator, no transformer is required at the signal input The preload can in particular be in a point of symmetry of the carrier source or signal source are fed in. The invention is based on the in the figures illustrated nusfüllrungsbeispicle explained in more detail. Fig. 1 shows a basic circuit diagram a push-pull modulator with two transistors, FIG. 2 shows a current flow of a push-pull modulator with two transistors and Fig. 3 shows a circuit diagram of a double push-pull modulator with four transistors. In the push-pull modulator shown in FIG. 1, the emitters are of transistors 1 and 2 connected together Between the base connections the transistors 1 and 2 are on the one hand the carrier voltage source Ur and on the other hand the voltage toiler formed from the resistors 10 and 11, its point of symmetry connected to the emitters of transistors 1 and 2. The collectors of the transistors 1 and 2 are also connected to each other and via the DC voltage source and the source 12 1 (connected in series) with constant direct current to the emitter of transistors 1 and 2 out. The carrier voltage UTr is a sinusoidal voltage. At the moment of the zero crossing of the sinusoidal voltage, both transistors become approximately the same stream J flows through it. 2 During the subsequent increase in the carrier voltage the current will increase in one of the two transistors and to the same extent in the other Remove the transistor until the entire current Jgl has flown through one of the TRansistors becomes while the other is de-energized. Another increase in carrier voltage does not change anything in the current conditions, the operating point remains except for a low one Change of the collector base voltage constant If the amplitude of the Carrier voltage, an operating point shift occurs only in the course of the voltage zero crossings, the direct current changes from one transistor to the other (the states open and blocked are interchanged.) Essentially, the operating point only mismatches two states at Bei dein in Pig. 2 are the double push-pull modulator shown Base connections of the transistors 1 and 2 via the Sokundärwic] ment 52 of the carrier transformer 5 connected to each other The collectors of transistors 1 and 2 are connected to the primary winding 71 of the output transformer 7 merged. The middle tap of the primary winding 71 is about the Supply voltage source 9 and to it in series lying resistor 8 led to the emitter of transistors 1 and 2 The center tap the secondary winding 52 of the input transformer 5 is via the secondary winding 62 of the input transformer 6 for the signal voltage U5 to the tap of the from the Resistors 13 and 14 existing voltage divider connected to the supply voltage UV led The input circuit of transistors 1 and 2 closes via the resistor 13 of the voltage divider connected to the supply voltage for the bias voltage UV and the resistor connected to the negative pole of the supply voltage source 9 8. The DC voltage in the input circuit of the transistors is the difference from the DC voltage drop across resistor 8 and that applied to resistor 13 UV bias effective.
Es Kann z.B. der Widerstand 8 etwa 10 k #, die Vorspannung Hierdurch er V und die effektive Trägerspannung 1 V beträgen Hierdurch ergibt sich eine besonders unkritische Einstellung der Vorspannung und eine Anstiegszeit des ren bekannten bei latorschaltunge wie sie in vergleichbaren bekainten Modulatorschaltungen nur mit erheblich größeren erzielt gen Spannungen oder mit rechteckförmigem Träger erzielt werden können.For example, the resistor 8 can be around 10 k #, the preload as a result er V and the effective carrier voltage are 1 V This results in a special uncritical setting of the preload and a rise time of the ren known with lator circuits as they are in comparable known modulator circuits only achieved with significantly larger gene tensions or achieved with rectangular support can be.
Bei dem in Fig. 3 gezeigten Doppelgegentaktmodulator wird das Eingangssignal US dem Eingangsübertrager 5 zugeführt, der die syvt,metrischen Sekundärwicklungen 52 und 53 chlüsse Die Sekundärwicklung 52 liegt zwischen den Basisanschlüss der Transistoren 1 und 2, Die Sekundärwicklung 53 stellt eine Verbindung zwischen den asisanschlüssen der Transistoren 3 und 4 her.In the double push-pull modulator shown in FIG. 3, the input signal US fed to the input transformer 5, which has the syvt, metric secondary windings 52 and 53 connections The secondary winding 52 lies between the base connections of the Transistors 1 and 2, the secondary winding 53 provides a connection between the base connections of transistors 3 and 4.
Bei der symmetrischen Sekundärwicklung 61 des Trägerübertragers 6 sind die, äußeren Anseblüsse an die Mittelanzapfungen der Sekundärwicklungen 52 und 53 des Eingangsübertragers 5 und die Mittelanzapfung an den Abgriff des aus den Widerständen 13 und 14 stehenden, an Versorgungsspannung UV liegenden Spannungsteilers geführt. Die Einitter der Transistoren 1 bis 4 sind miteinander verbunden und über den Widerstand 8 und die dazu iri Serie liegende Versorgungsspannungsquelle 9 an den Abgriff der symmetrischen Primärwicklung 71 des Ausgangsübertragers 7 geführt. Die Kollektoren der Transistoren 1 und 3 sind miteinander verbunden und über die Primärwicklung 71 des Ausgangsübertragers 7 an die miteinander verbundenen Kollektoren der Transistoren 2 und 4 geführt Der Ausgangsübertrager 7 gibt die Ausgangaspannung UM ab.With the symmetrical secondary winding 61 of the carrier transformer 6 are the outer connections to the center taps of the secondary windings 52 and 53 of the input transformer 5 and the center tap to the tap of the the resistors 13 and 14 connected to the supply voltage UV voltage divider guided. The ones of the transistors 1 to 4 are connected to each other and via the resistor 8 and the supply voltage source 9 connected in series with it the tap of the symmetrical primary winding 71 of the output transformer 7 is performed. The collectors of transistors 1 and 3 are connected to each other and via the Primary winding 71 of the output transformer 7 to the collectors connected to one another the transistors 2 and 4 out. The output transformer 7 gives the output voltage UM from.
Bei dem Doppelgegentaktmodulator werden abwechsclnd die Transistoren 1 und 2 einerseits und die Transistoren 3 und 4 andererseits vom Träger durchgesteuert. Der zur Stromcinprägung vorgesehene fiderstand 8 ist als Emitterwiderstand allen Transistoren 1 bis 4 gemeinsam. Es kann jedoch andererseits je Transistorpaar ein eigener Eniitterwiderstand vorgesehen werden. Schaltet man jeweils in die Emitterzuleitung zweier, vom Träger abwechselnd durchgesteuerter Transistoren einen gemeinsamen Emitterwiderstand, so daß die Transistoren 1 und 3 einerseits und die Transistoren 2 und 4 andererseits einen gemeinsamen Emitterwiderstand besitzen, so kann die Seitenbanddämpfung mit Hilfe eines zwischen die Emitterverbindungen geschalteten veränderbaren Widerstandes eingestellt werden.In the double push-pull modulator, the transistors are alternating 1 and 2 on the one hand and the transistors 3 and 4 on the other hand controlled by the carrier. The resistor 8 provided for current stamping is all as an emitter resistor Transistors 1 to 4 together. On the other hand, there can be one per transistor pair own emitter resistor can be provided. If you switch to the emitter lead two transistors alternately controlled by the carrier share a common emitter resistor, so that the transistors 1 and 3 on the one hand and the transistors 2 and 4 on the other hand have a common emitter resistance, the sideband attenuation can be with With the help of a variable resistor connected between the emitter connections can be set.
In den gezeigten Ausführungsbeispielen wird die Vorspannung UV aus der Versorgungsspannung mit Hilfe eines Spannungsteilers gewonnen. Sie kann jedoch auch, insbesondere bei Modulatoren mit Feldeffekttransistoren, automatisch erzeugt werden.In the exemplary embodiments shown, the bias voltage UV is off the supply voltage obtained with the help of a voltage divider. However, it can also, especially in modulators with field effect transistors, generated automatically will.
Bei den Modulatoren nach Fig. 2 oder 3 wird die Stromeinpragung gut angenähert, wenn die am Widerstand 13 liegende Spannung viel größer als die Trägerspannung ist. Bei AnvJendung der erfindungsgemäßen Maßnahmen bleibt, wie die folgende Abschätzung zeigt, der Arbeitspunkt der Transistoren be reits oberhalb kleiner Momentanwerts der Trägerspannung praktisch konstant.With the modulators according to Fig. 2 or 3, the current injection is good approximated if the voltage across the resistor 13 is much greater than the carrier voltage is. When the measures according to the invention are used, the following estimate remains shows that the operating point of the transistors is already above a small instantaneous value the carrier voltage practically constant.
Unter der Annahme, daß die Eingangskennlinie durch eine Exponentialfunktion dargestellt werden kann, ist der Zusammenhang zwischen Emitterstrom JE und Emitter-Basis-Spannung UEB etwa Je wobei UTr die Trägerspannung9 J0 den Emmitterreststrom (10 nA bei Si-Transistoren), UT die Temperaturspannung (ca. 26 mV) und Ugl die Gleichspannung bedeutet.Assuming that the input characteristic can be represented by an exponential function, the relationship between emitter current JE and emitter-base voltage UEB is approximately Je where UTr is the carrier voltage9 J0 is the residual emitter current (10 nA for Si transistors), UT is the temperature voltage (approx. 26 mV) and Ugl is the DC voltage.
In der gegebenen Schaltung setzt sich UEB aus zwei Anteilen zusammen, einer festen Spannung Ugl (dic von Jgl abhängt) und der Trägerspannung.In the given circuit, UEB consists of two parts, a fixed voltage Ugl (dic depends on Jgl) and the carrier voltage.
Es gilt UEB1 = Ugl + 1/2 UTr für Transistor T1 und UEB2 = Ugl 1 1/2 UTr für Transistor T2.UEB1 = Ugl + 1/2 UTr for transistor T1 and UEB2 = Ugl 1 1/2 UTr for transistor T2.
Daraus folgt für Transistor T1 für Transistor T20 Unter der Voraussetzung + JE2 = Jg1 = const., die bei dem erfindungsgemäßen Modulator erfüllt ist, ergibt sich und Damit eingibt sich Daraus läßt sich abschätzen, daß sich der Arbeitspunkt praktisch nicht ändert, wenn der Augenblickswert der Trägerspannung UTr größer 100 mV ist.It follows for transistor T1 for transistor T20 Assuming + JE2 = Jg1 = const., which is fulfilled in the modulator according to the invention, the result is and That gives in From this it can be estimated that the operating point practically does not change if the instantaneous value of the carrier voltage UTr is greater than 100 mV.
@ Patentanspruche 3 figuren@ Claims 3 figures
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