DE1935611C

DE1935611C - Active push-pull modulator

Info

Publication number: DE1935611C
Authority: DE
Inventors: 7141 Neckarrems Glock Erwin
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH, 6000 Frankfurt
Publication date: 1971-09-02

Description

DIo Erfindung betrifft einen durch sinusförmige , Trllgorspunnungen ansteuerbaren, aktiven Gegentaktmodulator mit sprungartig umschaltenden Schaltelementen.The invention relates to an active push-pull modulator which can be controlled by sinusoidal Trllgorsvunnungen and has switching elements that switch over abruptly.

Der, Modulator cntliillt in an sich bekannter Weise S zwei oder im Falle des Doppel-Gogentnktmodulators vier Schaltelemente, im allgemeinen Transistoren, die für die den Modulator steuernde Trägerfrequenz parallel und für die umzusteuernde Signalfrequenz im Gegentakt geschaltet sind. Gesteuert durch die TrIl- xo gerfrequenz sollen die Schaltelemente Im Falle des Gegentaktmodulator als Ein-VAus-Schaltcr, im Falle des Doppel-Gegentaklmodulators paarweise als Umschalter wirken. Der insbesondere mit Rücksicht auf die Unterdrückung unerwünschter Modulationsprodukte wesentlichen Wirkung der Schaltelemente als idealer Schalter, d. h. dem im Vergleich zur Periodendaucr der Trägerfrequenz raschen Umschalten von einem in den anderen Schaltzustand, steht die gekrümmte Kennlinie der Transistoren wie auch der so früher in Modulatoren verwendeten Dioden entgegen, die die Schallelemente erst nach dem Überschreiten einer physikalisch gegebenen Schwellenspannung leitend werden laßt. The modulator contains, in a manner known per se, two or, in the case of the double-signal modulator, four switching elements, generally transistors, which are connected in parallel for the carrier frequency controlling the modulator and in push-pull for the signal frequency to be reversed. Controlled by the tri-xo gerfrequency, the switching elements should act as an on / off switch in the case of the push-pull modulator, and in pairs as a changeover switch in the case of the double-push-pull modulator. The main effect of the switching elements as an ideal switch, especially with regard to the suppression of undesired modulation products, i.e. the rapid switching from one to the other switching state compared to the period duration of the carrier frequency, is counteracted by the curved characteristic of the transistors as well as the diodes used in modulators earlier which let the sound elements become conductive only after a physically given threshold voltage has been exceeded.

Um einen raschen Übergang vom einen in den anderen Zustand der Schaltelemente zu erreichen, wurden lange Zeit sehr hohe, im allgemeinen sinusförmige Triigerspannungen verwendet, zu deren Erzeugung verhältnismäßig aufwendige Verstärker mit naehgeschaltetcn Filtern notwendig sind.In order to achieve a quick transition from one state to the other of the switching elements, For a long time very high, generally sinusoidal Triiger voltages were used to generate them relatively complex amplifiers with filters connected in series are necessary.

Eine andere Möglichkeit zum raschen Umschalten der Schaltelemente besteht in der Verwendung von gegenüber dem genannten Verfahren verhältnismäßig kleinen, jedoch rechteckförmigen Trägerspannungen, zu deren Erzeugung ebenfalls ein zusätzlicher Aufwand notwendig ist. Geeignete pulsumformende Schaltungen zum Erzeugen rechtcckförmigcr Trägerspannungen aus anders geformten Schwingungen sind vor allem mono- oder bistabile Kippschaltungen oder die z. B. als Schmitt-Trigger bekannten Schaltungen, die erst beim Überschreiten einer bestimmten Spannungsschwelle ein kräftiges Signal abgeben. Another way of quickly switching the switching elements is to use Compared to the process mentioned, relatively small, but rectangular carrier stresses, an additional effort is necessary to generate them. Suitable pulse forming Circuits for generating rectangular carrier voltages from differently shaped vibrations are mainly monostable or bistable flip-flops or the z. B. circuits known as Schmitt trigger, which only emit a strong signal when a certain voltage threshold is exceeded.

Es ist bereits vorgeschlagen worden (deutsche Auslegeschrift 1 591 608), die aktiven Schaltelemente eines Gegentaktmodulator für eine als Impulsformerstufe dienende Schaltstufe mitzuverwenden.It has already been proposed (German Auslegeschrift 1 591 608), the active switching elements a push-pull modulator for a switching stage serving as a pulse shaper stage.

Es bestand die Aufgabe, Schaltungsanordnungen der letztbeschriebenen Art technisch zu verbessern und möglichst auch in wirtschaftlicherer Weise auf- so zubauen.The object was to technically improve circuit arrangements of the type described last and, if possible, also to build in a more economical way.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe verwendet Differenzverstärker zur Verstärkung und Umformung einer der Trägerfrequenz entsprechenden Sinusschwingung in die den Modulator steuernde Rechteckspannung und ist-dadurch gekennzeichnet, daß eines der aktiven Elemente der Differenzverstärker zugleich eines der aktiven Schaltelemente des Gegentaktmodulator bildet, wobei die Trägerfrequenz unmittelbar nur die zweiten der aktiven EIemente der Differenzverstärker steuert.The inventive solution to this problem uses differential amplifiers for amplification and conversion a sinusoidal oscillation corresponding to the carrier frequency into the one controlling the modulator Square-wave voltage and is-characterized in that one of the active elements of the differential amplifier at the same time forms one of the active switching elements of the push-pull modulator, the carrier frequency directly controls only the second of the active EIemente of the differential amplifier.

Die Erfindung wird an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dazu zeigtThe invention is explained in more detail using exemplary embodiments. To do this shows

F i g. 1 einen erfindungsgemäßen Gegentaktmodulator, F i g. 1 a push-pull modulator according to the invention,

F i g. 2 die Anwendung der Erfindung für zwei mit derselben Frequenz gesteuerte Gegentaktmodulator«;^ F i g. 2 the application of the invention for two push-pull modulators controlled with the same frequency

Flg.3 einen erflndungsgemilßen Doppel-Gegentaktmodulator. Fig. 3 shows a double push-pull modulator according to the invention.

In Fig. 1 bilden die Transistoren TsI und Ts3 mit don Transformatoren TrX und Tr 2 die an sich bekannte Grundschaltung eines Gegentaktmodulator, mit dem Signaleingang E und dem Ausgang A 1 für das umgesetzte Signal. Die Enden der Sekundärwicklung des Transformators TrI sind jeweils mit der Basis eines der Transistoren Ts2 bzw. Ti3 verbunden. Abweichend von den bekannten Schaltungen liegt nicht nur der Miitelabgriff der Primärwicklung des Transformators Tr2, sondern auch der Mittelabgriff der Sekundärwicklung des Transformators TrI, dieser über einen Kondensator C 2 an Masse. Der Transistor Ts 2 bildet zusammen mit dem zusatzlichen Transistor Ti 1 und dem beiden Transistoren gemeinsamen Emittervorwiderstand R I einen ersten und der Transistor Ts3 zusammen mit dem zusätzlichen Transistor Ts4 und dem beiden Transistoren gemeinsamen Emittervorwiderstand R 2 einen zweiten Differenzverstärker. Die Basen der die Transistoren Ts2 bzw. Ts3 zu Differenzverstärkern ergänzenden Transistoren Ts 1 und Ts4 liegen parallel und über einen Kondensator C1 am Trägereingang T. Die Basen aller Transistoren haben die gleiche Vorspannung, die im gezeigten Beispiel über einen gemeinsamen, aus den Widerständen R S und R 6 bestehenden Basisspannungsteiler gewonnen wird. Die zwischen dem Abgriff des Basisspannungsteilers R S, R 6 einerseits und den Basen der Transistoren Ts 2 und Ts3 bzw. den Basen der Transistoren TsI und Ts4 liegenden Widerstände Λ3 und A4 dienen der Entkopplung der Basen der Transistoren Ti2 und Ti 3 des eigentlichen Modulators gegenüber den Basen der Transistoren Tv 1 und Ts4. Die Basisvorspannung der vier Transistoren ist so gewählt, daß ohne zugeführte Trägerfrequenz die Transistoren einen einheitlichen mittleren Strom ziehen. Die über den Trägereingang T zugeführte Träger-Wechselspannung erhöht bzw. erniedrigt die Basisspannung der Transistoren TvI und Ts4 gleichphasig und erhöht bzw. erniedrigt damit die Leitfähigkeit dieser Transistoren. Infolge der bekannten Eigenschaften der Differenzverstärker genügt eine sehr kleine Erhöhung der Leitfähigkeit des angesteuerten Transistors eines Differenzverstärkers, daß dieser den gesamten, über den gemeinsamen Emittervorwiderstand fließenden Strom übernimmt, weil dabei die Emitterspannung des zweiten Transistors so weit absinkt, daß dieser sperrt. Umgekehrt übernimmt bei einer sehr kleinen Erniedrigung der Leitfähigkeit des angesteuerten Transistors der zweite Transistor den gesamten Strom über den Emittervorwiderstand, so daß der angesteuerte Transistor vollständig sperrt. Es genügt daher.eine kleine Träger-Wechselspannung, um die Transistoren Ti2 und Ts3 des eigentlichen Modulators bei raschem Übergang vom einen in den anderen Zustand entweder voll durchzusteuern oder vollständig zu sperren, wobei die ergänzenden Transistoren Ti 1 und Ti 4 jeweils den anderen Zustand einnehmen.In Fig. 1, the transistors TsI and Ts3 with the transformers TrX and Tr 2 form the known basic circuit of a push-pull modulator, with the signal input E and the output A 1 for the converted signal. The ends of the secondary winding of the transformer TrI are each connected to the base of one of the transistors Ts2 or Ti3. In contrast to the known circuits, not only is the center tap of the primary winding of the transformer Tr 2, but also the center tap of the secondary winding of the transformer TrI, which is connected to ground via a capacitor C 2. The transistor Ts 2 together with the additional transistor Ti 1 and the emitter series resistor RI common to both transistors forms a first differential amplifier and the transistor Ts3 together with the additional transistor Ts 4 and the emitter series resistor R 2 common to both transistors forms a second differential amplifier. The bases of the transistors Ts2 or Ts3 to differential amplifiers complementary transistors Ts 1 and Ts4 are parallel and via a capacitor C1 to the carrier input T. The bases of all the transistors have the same bias, which in the example shown on a common, of the resistors RS and R 6 existing base voltage divider is obtained. The resistors Λ3 and A4 lying between the tap of the base voltage divider RS, R 6 on the one hand and the bases of the transistors Ts 2 and Ts3 or the bases of the transistors TsI and Ts4 serve to decouple the bases of the transistors Ti2 and Ti 3 of the actual modulator from the Bases of transistors Tv 1 and Ts4. The base bias of the four transistors is chosen so that, without the carrier frequency being supplied, the transistors draw a uniform average current. The carrier alternating voltage supplied via the carrier input T increases or decreases the base voltage of the transistors TvI and Ts4 in phase and thus increases or decreases the conductivity of these transistors. As a result of the known properties of the differential amplifier, a very small increase in the conductivity of the controlled transistor of a differential amplifier is sufficient for it to take over the entire current flowing through the common emitter series resistor, because the emitter voltage of the second transistor drops so far that it blocks. Conversely, in the event of a very small decrease in the conductivity of the activated transistor, the second transistor takes over the entire current through the emitter series resistor, so that the activated transistor blocks completely. A small alternating carrier voltage is therefore sufficient to either fully control or completely block the transistors Ti2 and Ts3 of the actual modulator in the event of a rapid transition from one state to the other, with the complementary transistors Ti 1 and Ti 4 each adopting the other state .

Als Vorteil der in F i g. 1 wiedergegebenen Schaltung ergibt sich auf der Eingangsseite eine gegenüber bekannten Schaltungen wesentlich bessere Dämpfung der Trägerfrequenz.As an advantage of the in F i g. 1 there is an opposite on the input side known circuits significantly better attenuation of the carrier frequency.

Eine Weiterentwicklung der Anordnung nach F i g. 1 ist in F i g. 2 dargestellt. Dabei bilden die die aktiven Schaltelemente 7'i2 und Ts3 eines erstenA further development of the arrangement according to FIG. 1 is in FIG. 2 shown. They form the active switching elements 7'i2 and Ts3 of a first

Gegentaktmodulator zu DiiTerenzverstUrkern ergUnzenden aktiven Elemente TiI und Ts4 die aktiven Schaltelemente eines zweiten mit derselben Frequenz gesteuerten Gegentaktmodulator zur Umsetzung «ines zweiten Signals. Der erste Gegentaktmodulator a besteht aus den Transistoren TsZ und Ts3 und den Transformatoren Tr 1 und TrZ mit dem Eingang £1 und dem Ausgang A 1, der zweite Gegentaktmodulator aus dui Transistoren TsI und Ts4 und den Transformatoren 7>3 und TrA mit dem Eingang £2 und dem Ausgang A 2. Jeweils ein Transistor eines der Gcgentaktmodulatoren bildet mit einem Transistor des zweiten Gegentaktmodulator einen Differenzverstärker mit einem für beide Transistoren gemeinsamen Emittervorwiderstand Λ1 bzw. R 2. Nur einer der zwei Gegentaktmodulator, im gezeigten Beispiel der zweite, wird durch die Trägerfrequenz unmittelbar gesteuert. Zu jedem Zeitpunkt sind nur die Transistoren eines der zwei Gegentaktmodulatoren leitend, die Transistoren des anderen Gegentakt- ao modulators gesperrt. Vergleichbare Teile sind in den F i g. 1 und 2 gleich bezeichnet.Push-pull modulator to supplement differential amplifiers active elements TiI and Ts4 the active switching elements of a second push-pull modulator controlled with the same frequency for converting a second signal. The first push-pull modulator a consists of the transistors TsZ and Ts3 and the transformers Tr 1 and TrZ with the input £ 1 and the output A 1, the second push-pull modulator consists of two transistors TsI and Ts4 and the transformers 7> 3 and TrA with the input £ 2 and the output A 2. In each case a transistor of one of the counter-clock modulators forms a differential amplifier with a transistor of the second push-pull modulator with an emitter series resistor Λ1 or R 2 common to both transistors Carrier frequency controlled directly. At any point in time, only the transistors of one of the two push-pull modulators are conductive, the transistors of the other push-pull modulator are blocked. Comparable parts are shown in FIGS. 1 and 2 are identified identically.

Der Vorteil der Anwendung nach Fig. 2 ergibt sich durch die Einsparung, insbesondere von aktiven Bauelementen zum Erzeugen der rechteckförmigen as Steuersignale.The advantage of the application according to FIG. 2 results by saving, in particular, of active components for generating the rectangular as Control signals.

Rechteckförmige Signale zum Steuern weiterer Gegentaktmodulator mit derselben Frequenz können an einem gemeinsamen Kollektorvorwiderstand Rl der die Transistoren Ts2 bzw. Ts3 des Gegentaktmodulators nach F i g. 1 zu DifTerenzverstärkern ergänzenden Transistoren TsI und Ts 4 am Ausgang abgenommen werden.Rectangular signals for controlling further push-pull modulators with the same frequency can be connected to a common collector series resistor Rl of the transistors Ts2 and Ts3 of the push-pull modulator according to FIG. 1 transistors TsI and Ts 4 supplementing differential amplifiers can be picked up at the output.

Dieses Verfahren ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Anzahl der mit derselben Frequenz zu steuernden Modulatoren ungerade ist.This method is particularly advantageous when the number of using the same frequency modulators to be controlled is odd.

Die Anwendung der Erfindung auf einen an sich bekannten Doppel-Gegentaktmodulator zeigt die F i g. 3. Der Doppel-Gegentaktmodulator besteht aus den Transistoren Ts 2 und Ts 3 in den Längszweigen, den Transistoren TsI und Ts 4 in den Diagonalzweigen, dem Transformator Tr 1 mit zwei Sekundärschaltungen und dem Transformator Tr 2. Jeweils ein Transistor Ts 2, Ts 3 der Längszweige bildet mit einem Transistor der Diagonalzweige TsI, Ts4 in Verbindung mit einem gemeinsamen Emittervorwiderstand RX bzw. R2 einen Differenzverstärker. Nur entweder die Transistoren Ts 2, Ts3 in den Längszweigen oder, wie im gezeigten Beispiel, die Transistoren TsI, Ts4 in den Diagonalzweigen werden von der Trägerfrequenz über ihre Basen un-' mittelbar gesteuert. Die gegenphasige Steuerung der Transistoren der anderen Zweige erfolgt über die miteinander verbundenen und über einen gemeinsamen Vorwiderstand gekoppelten Emitter je eines der Transistoren eines Längs- und eines Diagonalzweiges. Vergleichbare Teile sind in Fig. 3 ebenso bezeichnet wie in den F i g. 1 und 2.The application of the invention to a known double push-pull modulator is shown in FIG. 3. The double push-pull modulator consists of the transistors Ts 2 and Ts 3 in the series branches, the transistors TsI and Ts 4 in the diagonal branches, the transformer Tr 1 with two secondary circuits and the transformer Tr 2. One transistor Ts 2, Ts 3 each the series branch forms a differential amplifier with a transistor of the diagonal branches TsI, Ts4 in connection with a common emitter series resistor RX or R2. Only either the transistors Ts 2, Ts3 in the series branches or, as in the example shown, the transistors TsI, Ts 4 in the diagonal branches are directly controlled by the carrier frequency via their bases. The antiphase control of the transistors of the other branches is carried out via the emitters connected to one another and coupled via a common series resistor, one of each of the transistors of a series and a diagonal branch. Comparable parts are identified in FIG. 3 as well as in FIGS. 1 and 2.

Neben dem Vorteil der Einsparung von Bauelementen für einen getrennten Former für die BiI-dung einer rechteckförmigen Trägerfrequenz hat die Schaltung des Doppel-Gegentaktmodulator» den weiteren, erheblichen Vorteil, daß dafür nicht wit, bei Üblichen Doppcl-Gogentuktmodulutoron ein weiterer Transformator für die Trägerfrequenz zur gogenphttsigen Steuerung der aktiven Schaltelemente in den LUngs- bzw. Diagonalzweigen erforderlich ist. In addition to the advantage of saving components for a separate former for the formation of a square-wave carrier frequency, the circuit of the double push-pull modulator has the further, considerable advantage that there is no need for a further transformer for the carrier frequency with the usual double-Gogentuktmodulutoron gogenphttsigen control of the active switching elements in the LUngs- or diagonal branches is required.

Claims

Patent claims:

1. Active push-pull modulator with abruptly switching switching elements, in which the voltages controlling the switching elements is obtained by two differential amplifiers controlled with a sinusoidal voltage, characterized in that one of the active elements of the differential amplifiers (Tv 2, Ts 3; at the same time one of the active switching elements of the push-pull modulator forms, the carrier frequency directly controlling only the second of the active elements (TsI, 7s4) of the differential amplifier (Fig. 1).

2. Active push-pull modulator according to claim 1, characterized in that the second the active elements of the differential amplifiers (TsI, T.v4) are also the active switching elements form a second push-pull modulator controlled at the same frequency (Fig. 2).

3. Active push-pull modulator according to claim 1, characterized in that the / widen of the active elements (TvI, Tv4) of the differential amplifier as active switching elements in the diagonal branches of the push-pull modulator and with this a double push-pull modulator form (Fig. 3).

4. Active push-pull modulator according to claim 1, characterized in that the second of the active elements (TsI, Ts4) of the differential amplifier on a common collector series resistor (Λ7) a reinforced, rectangular one Supply carrier voltage to control further push-pull modulators (Fig. 1).

5. Active push-pull modulator according to claims 1, 2, 3 and 4 with transistors as active ones Elements, characterized in that the transistors are given a base bias voltage that they draw a uniform average collector-emitter current without a controlling frequency, that only one of the two transistors each of the two differential amplifiers through the controlling Frequency controlled via its base and the anti-phase control of the second transistor of the same differential amplifier through the interconnected and via a common Series resistor coupled emitter of the transistors of the same differential amplifier at constant held base voltage of the second transistor takes place.

1 sheet of drawings