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Schaltungsanordnung zum messen und zur Anzeige sehr kleiner hockfrequenter
Spannungen Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung ZUm dessen und zur Anzeige
sehr kleiner hochfrequenter Spannungen und ist insbesondere zur breitbandigen Erfassung
solcher Spannungen in einem großen Frequenzbereich vorgesehen.
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Es ist bekannt, eine Hochfrequenzspannung unbekannter Amplitude mit
einer Amplitudenmodulation zu versehen und aus der Größe der leicht zu messenden
Modulationsschwingungen auf bie Größe der Hochfrequenzamplitude zu schlieren. Dazu
wird die zu messende Hochfrequenzspannung einem Amplitudenmodulator, dem Siebglieder
vor- und nachgeschaltet sind, zugeführt. In dem Amplitudenmodulator wird die Hochfrequenzspannung
von der Modulationsfrequez eines Modulationsgenerators moduliert. In dem auf den
Amplitudenmodulator folgenden Sieb glied wird die Modulationsfrequenz unterdrückt,
so daß an dessen Ausgang allein das Modulationsprodukt auftritt. In einer nachgeschalteten
Demodulationsstufe wird lurch Demodulation die Modulationsfrequenz gewonnen.
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Sie wird anschließend in einem NF-Verstärker verstärkt, in einer Gleichrichterstufe
gleichgerichtet und von einem Anzeigeinstrument angezeigt.
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Der Nachteil dieser Schaltungsanordnung besteht darin, daß, bedingt
durch die Kennlinie der Demodulationsstufe, die Ausgangsspannung unterhalb eines
Eingangspegels von otwa 30 mV guadratisch mit dem Eingangspegel abnimmt, so daß
die untere Meßgrenze, die durch das Eigenrausche der Demodulationsstufe und des
NF-Verstärkers bestimmt ist, schnell erreicht wird.
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Die Reduzierung des Eigenrauschens durch die Reduzierung der absoluten
Bandbreite des NF-Verstärkers stößt sehr bald auf eine Grenze, die durch die Güte
der Selektionsmittel und die erforderliche hohe Stabilität der Modulationsfrequenz
bestimmt wird Der Reduzierung der absoluten Bandbreite dvs NF-Verstärkers durch
zahl einer tieferen Modulationsfreq,uenz steht der zunehmende Aufwand im Modulationsgenerator
und im NF-Verstärker entgegen.
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Außerdem nimmt das Rauschen üblicher Transistoren bei tiefen Frequenzen
stark zu.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Erhöhung der Meßempfindlichkeit
-auch ohne Bandbreitenreduzierung im NF-Verstärker zu ermöglichen.
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Erfindungsgemäß ist die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Gleichrichterstufe
in bekannter Weise synchronisierbar, das heißt phasenselektiv ausgeführt ists vorzugsweise
so, daß die Synchronisierspannung unterdrückt wird, und dadurch, daß als Synchronisierspannung
der Gleichterstufe die Modulationsspannung des Modulationsgenerators zugeführt ist
Vorzugsweise sind zwischen dem Modulationsgenerator und der Gleichrichterstufe ein
phasendrehendes oder zeitverzögerndes Glied sowie ein Impulsformer angeordnet.
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Eine weitere Verbesserung besteht darin daß als Modulationsgenerator
in astabiler Multivibrator mit zwei Multivibratortransistoren vorgesehen ist. Die
Kollektoremitterstrecke eines der beiden Multivibratj2rtransistoren wird anstelle
einer besonderen Gleichrichterstufe gleichzeitig zur Gleichrichtung der Ausgangsspannung
des NF-Verstärkers verwendet. Die Anzeigespannung für das Meßinstrument wird dabei
aus der Differenz der zeitlichen Mittelwerte der Kollektorspannungen beider Transistoren
gewonnen. Zweckmäßigerweise ist die Schaltungsanordnung mit einem den Kollektoren
beider
Multivibratortransistoren zugeordneten einstellbaren Widerstand
zur Einstellung des elektrischen Nullpunktes am Meßinstrument versehene Ferner ist
es vorteilhaft, wenn der Kollektor des einen als: Gleichrichterstufe verwendeten
Multivibratortransistors mit dem Kollektor des Endstufentransistors des NF-Verstärkers
verbunden ist, wobei außerdem die Emmitterspannung des Endstufentransistors- falls
dieser ein npn-Transistor ist, negativer. als die Emitterspannung des als Gleichrichterstufe
verwendeten Multivibratortransistors ist. Andernfalls ist die Emitterspannung des
Endstufentransistors positiver als die Kollektorbetriebsspannung des Xultivibratortransistors.
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Eine besonders zweckmäßige Ausführung des Gegenstandes der Erfindung
wird dadurch erreicht, daß der NF-Verstärker einen Gegentaktausgang erhält und die
Kollektoremitterstrecken beider Multivibratortransistoren als Gleichrichter verwendet
werden, indem sie.mit den gegenphasigen NF-Spannungen gespeist werden.
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Die Vorteile der Erfindung bestehen darin, daß damit die Messung von
hochfrequenten spannungen bis in den Mikrovoltbereich hinein möglich ist, ohne daß
daeu aufwendige selektive Glieder und hochkonstante Modulationsgeneratoren erforderlich
sindO Durch Ausnutzung der Multivivratortransistoren im Modulationsgenerator als
Gleichrichter wird eine besondere Gleichrichterstufe eingespart.
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Die Erfindung soll nachstehend an Hand einiger Ausführungsbeispiele
näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen: Fig. 1: ein Prinzipschaltbild
der Schaltungssanordnung,
Fig. 2: die Schaltungsanordnung mit einem
als Gleichrichter verwendeten Multivibratortransistor des Modulationsgenerator$}
vig. 3: die Schaltungsanordnung mit einer Verbindung zwischen dem Kollektor -des
Endstufentransistors und dem Kollsktor des als Gleichrichter verwerden Multivibratortransistors.
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Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 sind in einem Leitungszug nacheinander
ein Hochpaß 1-, eine Modulationsstufe 2, ein Hochpaß 3, eine Demodulationstufe 4,
ein selektiver NF-Verstärker 5j eine Gleichrichterstufe 6, ein Tiefpaß 11 und ein
Meßinstrument 10 angeordnet, In einem weiteren Leitungszug sind zwischen der Modulationstufe
2 und der Gleichrichterstufe 6 ein Modulationsgenerator 9, ein phasendrehendes Glied
8 und ein Impulsformer 7 angeordnet0 Eine am Eingang des Hochpasses 1 vorhandene
Eingangsspannung Ue der Frequenz fe erhährt in der Modulationsstufe 2 eine Modulation
im Rhythmus der Modulationsfrequenz fm des Modulationsgenerators 9. Das nach dem
Hochpaß 3 vorhandene Modulationsprodukt wird in der Demodulationsstufe 4 demoduliert0
Das Demodulationsprodukt mit der Modulationsfrequenz fm wird in dem selektiven,
auf die Modulationsfrequenz fm abgestimmten NF-Verstärker 5 verstärkt. In der anschiließend
angeordneten Gleichriohterstufe 6, die durch den Modulationsgenerator 9 gesteuert
wird, erfolgt eine phasenempfindliche Gleichrichtung-des Demodulationsproduktes.
Die gleichgerichtete Spannung gelangt über den Tiefpaß 11 zum Meßinstrument 10 und
somit zur Anzeige. Mit Hilfe des zwischen dem Modulationsgenerator 9 und der Gleichrichterstufe
6 angeordneten phasendrehenden Gliedes 8 wird eine optimale Phasenlage der Modulationsfrequenz
fm eingestellt. Der Impulsformer 7 dient zur Erzeugung der Synchronisierspannung.
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Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 wird als Modulationsgenerator ein
aus zwei Transistoren 15; 16 bestehender astabiler Multivibrator verwendet. Das
im NF-Verstärker 5 verstärkte Demodulationsprodukt wird nicht, wie im Ausführungsbeispiel
nach Figo 1, in einer besonderen Gleichrichtarstufe 6, sondern an der Kollektoremitterstrecke
des einen Multivibratortransistors 16 gleichgerichtet. Zu diesem Zweck wird die
Ausgangsspannung des IIF-Verstärkers 5 über das phasendrehende Glied 8 zwischen
den beiden Kollektorarbeitswiderständen 12; 13 in den Kollektorstromkreis des Multivibratortransistors
16 eingespeist0 Die der hochfrequenten Eingangsspannung Ue entsprechende Richtgröße
geht aus dem zeitlichen Mittelwert der Spannungsdifferenz zwischen den Kollektoren
der beiden Multivibratortransistoren 15; 16 hervor.
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Sie wird von dem an die Kollektoren dieser Transistoren 15; 16 übr
RC-Glieder mit Tiefpaßcharakter angeschlossenen Meßinstrument 10 angezeigt. Die
Einstellung des Instrumentennullpunktes erfolgt mit dem einstellbaren Widerstand
14, dessen Schleif er an der Kollektorbetriebsspannung U1 angeschlossen ist.
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In der Schaltungsahordnung nach Fig. 3 ist ebenso wie im Ausführungsbeispiel
nach Fig. 2 die Kollektoremitterstrecke dss Multivibratortransistors 16 zur Gleichrichtung
des Demodulationsproduktes vorgesehen. Der Kollektor des Endstufentransistors 19
ist zur Einkoplung des Demodulationsproduktes in die Kollektoremitterstrecke des
Multivibratortransistors 16 direkt mit dessen Kollektor verbunden. Die Emitterbetriebsspannung
U2 des Endstufentransistors 19 istf bezogen auf die Emiterbetriebesspannung des
Multivibratortransistors 16, negativ. Dadurch vjird vermieden, daß sich der
Arbeitspunkt
des Endstufentransistors 19 in das Sättigungsgebiet hinein verlagern kann. Der Widerstand
20 wird zur Symmetrierung des Multivibrators verwendet, so daß durch die Kollektoraebsitswiderstände
17; 18 göeiche Ströme fließen.