DE2000582A1

DE2000582A1 - Schaltung zur Frequenzmodulation

Info

Publication number: DE2000582A1
Application number: DE19702000582
Authority: DE
Inventors: Manfred Franke
Original assignee: Robert Bosch Elektronik GmbH
Current assignee: Robert Bosch Elektronik GmbH
Priority date: 1967-10-18
Filing date: 1970-01-08
Publication date: 1971-07-15
Also published as: DE2000582B2; GB1245246A; DE1635811A1

Description

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ROBERT BOSCH ELEKTRONIK GMBH Schaltung zur Frequenzmodulation

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung zur Frequenzmodulation der von einem Transistoroszillator gelieferten Hochfrequenzspannung mittels einer durch eine Modulationsspannung steuerbaren Kapazitätsdiode, wobei zur Linearisierung der Modulationskennlinie eine die Modulationsspannung entsprechend vorverzerrende Diode vorgesehen ist.

In der Hochfrequenztechnik ist häufig die Aufgabe zu lösen, die mit einem quarzgesteuerten Oszillator erzeugte Hochfrequenzspannung in der Frequenz zu modulieren. Hierzu sind beispielsweise Schaltungen bekannt, bei denen in Reihe zu einem Schwingquarz ein auf die Serienresonanzfrequenz des Schwingquarzes abgestimmter Serienschwingkreis aus einer Kapazitätsvariationsdiode, im folgenden Kapazitätsdiode genannt, und einer Induktiv!- g tat liegt. Der in Sperrichtung durch eine Gleichspannung vorgespannten Kapazitätsdiode wird die Modulationsspannung zugeführt, wodurch die Serienresonanzfrequenz des Schwingquarzes in positiver oder negativer Richtung gezogen wird, d. h. erhöht oder verringert wird. Dabei ergibt sich jedoch die Schwierigkeit, daß die gewünschte lineare Abhängigkeit der Schwingquarzfrequenz von dem Augenblickswert der Modulationsspannung nur innerhalb eines

verhältnismäßig 109829/0880

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verhältnismäßig kleinen Bereiches gewährleistet ist. Wie die Modulationskennlinie a gemäß Fig. 1 deutlich erkennen läßt, geht die im unteren Bereich weitgehend lineare Kennlinie in Richtung höherer Modulationsspannungen in einen quadratischen Kennlinienteil über. Die dadurch bedingte Nichtlinearität beruht auf der Kapazitätsdiodenfunktion und der "Zieh"-Funktion des Schwingquarzes. Beide Einflüsse überlagern sich und ergeben eine Modulationsverzerrung, die für verschiedene Anwendungsfälle von Frequenzmodulatoren nicht mehr vernachlässigt werden kann.

Um die Nichtlinearität der Modulationskennlinie weitgehend zu beseitigen, wird bei einer bekannten Schaltungsanordnung die in dem Ersatzschaltbild eines Schwingquarzes vorhandene Quarzparallelkapazität durch eine dem Schwingquarz außen parallel zu schaltende Induktivität kompensiert. Solch eine Schaltungsanordnung läßt sich aber in Verbindung mit z. B. einem Clapp-Oszillator, der sich durch eine besondere Frequenzstabilität auszeichnet, nicht oder nur bei verhältnismäßig hohem Aufwand anwenden, weil der Oszillator wegen des durch eine Induktivität überbrückten Schwingquarzes zu nicht quarzstabilisiertem Schwingen neigt. Außerdem besteht die Gefahr, daß über die dem Schwingquarz parallel geschaltete Induktivität, die im übrigen aus Anpassungsgründen mit einer Anzapfung versehen sein kann, ein Teil, insbesondere der niederfrequente Anteil, der Modulationsspannung abgeleitet wird, was zu einem Abfall des Frequenzhubes bei höheren Modulationsfrequenzen führt.

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Es ist schließlich auch bekannt, die Modulationsspannung durch eine Diode derart vorzuverzerren, daß die nichtlinearen Verzerrungen, die dem quadratischen Anteil der Modulationskennlinie entsprechen, beseitigt werden (DBP 1 283 927)» Aus dieser allgemeinen Anweisung läßt sich jedoch keine konkrete Schaltung für einen Frequenzmodulator herleiten.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Frequenzmodulator zu entwickeln, bei dem mit einem geringstmöglichen zusätzlichen Aufwand eine ausreichende Linearisierung " der Modulationskennlinie erreicht wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer Schaltung zur Frequenzmodulation der von einem Transistoroszillator gelieferten Hochfrequenzspannung mittels einer durch eine Modulationsspannung steuerbaren Kapazitätsdiode, wobei zur Linearisierung der Modulationskennlinie eine die Modulationsspannung entsprechend vorverzerrende Diode vorgesehen ist, dadurch gelöst, daß in dem Steuerkreis des nach Art eines Clapp-Oszillators geschalteten Transistors eine Reihenschaltung aus der Kapazitätsdiode, einer Induktivität und einem Schwingquarz liegt und an die Modulationsspannungsquelle ein Spannungsteiler aus zwei Widerständen angeschlossen ist, dessen erster Widerstand durch die vorverzerrende Diode überbrückt ist und an dessen zweitem Widerstand die vorverzerrte Modulationsspannung zur Steuerung der Kapazitätsdiode abnehmbar ist.

Die 109829/0880

2 Π η η ^ 8 2

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Die Schaltung geht von einem quarzgesteuerten Clapp-Oszillator aus, der neben der hohen Frequenzstabilität den Vorteil aufweist, daß er in Verbindung mit der Kapazitätsdiode eine auf Masse bezogene Einspeisung der Modulationsspannung gestattet. Deshalb treten in dieser Schaltung Iceine Schwierigkeiten hinsichtlich einer Verkopplung auf. An zusätzlichen Bauelementen zur Linearisierung der Modulationskennlinie benötigt die Schaltung lediglich zwei handelsübliche Widerstände und eine handelsübliche Diode.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erhält die Kapazitätsdiode ihre Gleichstromvorspannung dadurch, daß dem zweiten Widerstand des Spannungsteilers eine Reihenschaltung aus einem dritten Widerstand und einer Z-Diode parallel geschaltet ist und daß dem Verbindungspunkt zwischen dem dritten Widerstand und der Z-Diode über einen vierten Widerstand eine Gleichspannung zugeführt ist. Es hat sich weiterhin als zweckmäßig erwiesen, den Spannungsteiler derart zu dimensionieren, daß das Widerstandsverhältnis zwischen dem ersten und zweiten Widerstand des Spannungsteilers etwa 1 : 2 beträgt und der Widerstandswert des ersten Widerstandes in der Größenordnung von etwa 10 kQ liegt,

Das Prinzip sowie weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert. In der Zeichnung bedeuten:

Fig. 1 ein Diagramm, aus dem die Abhängigkeit der Frequenz des Schwingquarzes von der Modulationsspannung hervorgeht (Modulationskennlinie),

Fig.

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Flg. 2 ein Schaltbild eines Spannungsteilers mit einer die Modulationsspannung vorverzerrenden Diode,

Pig. J ^eiⁿ Diagramm, das die Abhängigkeit zwischen der Modulationsspannung am Eingang des Spannungsteilers gemäß Fig. 2 und der vorverzerrten Modulationsspannung am Ausgang des Spannungsteilers zeigt, und

Fig. 4 ein Schaltbild eines erfindungsgemäßen quarzgesteuerten Clapp-Oszillators.

Die zu einem Frequenzmodulator mit einer Kapazitätsdiode und einem Schwingquarz gehörende Modulationskennlinie a gemäß Fig. zeigt, daß bei größeren Modulationsspannungen U > der lineare Kennlinienverlauf in einen quadratischen Verlauf übergeht. Dadurch kommt es zu einer unerwünschten Modulationsverzerrung, die nicht aufträte, wenn man der Modulationskennlinie einen linearen Verlauf geben könnte; vgl. Modulationskennlinie b in Fig. 1.

Prinzipiell läßt sich - wie eingangs erläutert - eine Linear!- f sierung durch eine Vorverzerrung der Modulationsspannung erreichen. Hierzu wird gernäß Fig. 2 die Modulati ons spannung U , einem aus einem ersten Widerstand 1 und einem zweiten Widerstand 2 bestehenden Spannungsteiler zugeführt, dessen erster Widerstand 1 durch eine vorverzerrende Diode J5 überbrückt ist und an dessen zweitem Widerstand 2 eine vorverzerrte Modulationsspannung U _d' gemäß Fig. J5 abgegriffen werden kann. Wie

aus

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aus Pig. J ersichtlich, nimmt die vorverzerrte Modulationsspanr.ung Uo' bei höheren Modulationsspannungen U^ quadratisch zu, so daß der mit der vorverzerrten Modulationsspannung gesteuerte Frequenzmodulator bei richtig dimensionierter Vorverzerrung eine in linearer Beziehung zu der Modulationsspannung U , stehende Oszillatorfrequenz abgibt; vgl. Modulationskennlinie b in Fig. 1.

In einem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 ist ein Frequenzmodulator mit quarzgesteuertem Clapp-Oszillator folgendermaßen aufgebaut: Von den Anschlüssen 4, 5 einer Modula'tionsspannungsquelle 6 führt der Anschluß 4 über einen Kondensator 7, einen ersten Widerstand 1 und einen zweiten Widerstand 2 an Masse bzw. an den Anschluß 5· Den ersten Widerstand 1 überbrückt eine Diode 3, die zur Vorverzerrung der Modulationsspannung dient. Den zweiten Widerstand 2 überbrückt eine Reihenschaltung aus einem dritten Widerstand 11 und einer Spannungsstabilisierungsdiode, z. B. einer in Sperrichtung betriebenen Z-Diode 12. Die Anode der Z-Diode 12 liegt unmittelbar an Masse und die Kathode über einen vierten Widerstand IJ an einem Schaltungspunkt positiven Potentials, z. B. dem positiven Pol der Betriebsspannungsquelle U_ß. Die Widerstände 1, 2 und 11 und die Dioden J und 12 bilden einen Spannungsteiler, der in seiner Wirkung dem Spannungs· teiler gemäß Fig. 2 entspricht, da die Zenerdiode 12 im Zenergebiet sehr niederohmig ist und der dritte Widerstand 11 wie ein Parallelwiderstand zum Widerstand 2 wirkt. Dem zweiten Wider

stand 2

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2 O η η - R ?

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stand 2 ist eine Reihenschaltung aus einem Widerstand 14 und einer mit ihrer Anode auf dem Massepotential befindlichen Kapazitätsdiode 15 parallel geschaltet. Die Kathode der Kapazitätsdiode 15 ist über eine einstellbare Induktivität 16 und einen Schwingquarz 17 mit dem Eingang einer durch den Schwingquarz angeregten Clapp-Oszillatorschaltung 18 verbunden (in Fig. 4 durch gestrichelte Linien umrahmt). Die Clapp-Oszillatorschaltung enthält als aktives Element einen in Quasi-Kollektorschaltung arbeitenden Transistor 19* in dessen Ausgangskreis ein verhält- I nismäßig niederohmiger Abschlußwiderstand 20 liegt. Zwei in Reihe geschaltete Kondensatoren 21, 22 sind zwischen der Basis des Transistors 19 und Masse angeordnet und dienen zur Anpassung der Eingangs- und Ausgangswiderstände des Transistors 19. Den Arbeitspunkt des Transistors 19 bestimmt ein an der Betriebsspannung U_ß liegender Spannungsteiler aus dem Widerstand 1J5 und je einem Widerstand 25 und 24, zwischen denen das Gleichspannungspotential für die Basis des Transistors abgegriffen wird. Das Kollektorpotential wird über einen Widerstand 25 und den dazu in ä Reihe geschalteten Abschlußwiderstand 20 von der Betriebsgleichspannung U_ß abgeleitet. Zwei Anschlüsse 26, 27 bilden den Ausgang des Frequenzmodulators.

Im folgenden wird die Wirkungsweise der Modulatorschaltung nach Fig. 4 erläutert: Bei eingeschalteter Betriebsspannung U_n wird die von der Modulationsspannungsquelle 6 gelieferte Spannung, z. B. eine Tonfrequenzspannung, durch den Spannungsteller aus

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den Widerständen 1, 2, 11 der vorverzerrenden Diode 3 und der Z-Diode 12 dadurch vorverzerrt, daß während der negativen Halbwellen der Modulationsspannung die vorverzerrende Diode 10 in Sperrichtung betrieben wird und demzufolge eine lineare Spannungsteilung stattfindet, entsprechend dem Widerstandsverhältnis vom ersten Widerstand 1 zu der Parallelschaltung aus dem zweiten und dritten Widerstand 2, 11. Demgegenüber wird während der negativen Halbwellen der Modulationsspannung die vorverzerrende Diode J5 in Durchlaßrichtung betrieben, wodurch die am zweiten Widerstand 2 abgegriffene vorverzerrte Modulationsspannung der Durchlaßkennlinie der Diode 3 entsprechend mit zunehmender Modulationsspannung etwa quadratisch zunimmt. Mit der vorverzerrten Modulationsspannung wird über den Widerstand 14 die Kapazitätsdiode 15 angesteuert, deren Gleichstromvorspannung dem Stabilisierungsstromkreis mit der Z-Diode 12 entnommen wird. Je nach dem Augenblickswert der vorverzerrten Modulationsspannung weist die Kapazitätsdiode einen bestimmten Kapazitätswert auf, der in Verbindung mit der einstellbaren Induktivität 16 den Schwingquarz 17 von einer Serienresonanzfrequenz fq auf eine andere, von der Modulationsamplitude abhängige Quarzfrequenz fq zieht. Der Schwingquarz 17 bestimmt die Frequenz der Clapp-Oszillatorschaltung, zwischen deren ausgangsseitigen Anschlüssen 26 und 27 eine von der Augenblicksamplitude der Modulationsspannung linear abhängige Hochfrequenz abnehmbar ist.

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Zu der Diinensionierung des Spannungsteilers 1, 2 (Fig. 2) und 1, 2_f 11 (Fig. 4) ist noch zu sagen, daß das Widerstandsverhältnis zwischen dem ersten und zweiten Widerstand (l und 2 bzw. 1 und 2, 11) etwa 1 : 2 betragen sollte und daß der Widerstandswert des ersten Widerstandes in der Größenordnung von etwa 10 kß liegt.

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Claims

2000 ^rS 3 2

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Patentansprüche

( 1. /Schaltung zur Frequenzmodulation der von einem Transistor-V. ^y

Oszillator gelieferten Hochfrequenzspannung mittels einer durch eine Modulationsspannung steuerbaren Kapazitätsdiode, wobei zur Linearisierung der Modulationskennlinie eine die Modulationsspannung entsprechend vorverzerrende Diode vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Steuerkreis des nach Art eines Clapp-OszüLators geschalteten Transistors (19) eine Reihenschaltung aus der Kapazitätsdiode (15)* einer Induktivität (16) und einem Schwingquarz (17) liegt und an die Modulationsspannungsquelle (6) ein Spannungsteiler aus zwei Widerständen (l, 2) angeschlossen ist, dessen erster Widerstand (l) durch die vorverzerrende Diode (jj) überbrückt ist und an dessen zweitem Widerstand (2) die vorverzerrte Modulationsspannung zur Steuerung der Kapazitätsdiode (15) abnehmbar ist.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem zweiten Widerstand (2) des Spannungsteilers eine Reihenschaltung aus einem dritten Widerstand (11) und einer Z-Diode (12) parallel geschaltet ist und daß dem Verbindungspunkt zwischen dem dritten Widerstand (ll) und der Z-Diode (12) über einen vierten Widerstand (IJ) eine Gleichspannung zugeführt ist.

5. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerstandsverhältnis zwischen dem ersten und zweiten Widerstand (l, 2) des Spannungsteilers etwa 1 : 2 beträgt und der Widerstandswert des ersten Widerstandes (1) in der Größenordnung von etwa 10 kQ liegt.

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