DE2014977A1 - Modulatorschaltung zum Umsetzen einer modulierenden Signalspannung mittels einer Tragerspannung - Google Patents

Description

• Modulatorschaltung zum Uinsetzen einer modulierenden Siznalspannung mittels einer Trägerspannung Die Erfindurig bezieht sich auf ein Modulatorschaltung zum Umsetzen einer modulierenden Signalspannung mittels einer Trägerspannung, unter Verwendung eines Feldeffekttransistors, mit von der Versorgungsspannung freiem Bahnwiderstand. Ziel der Erfindung ist es, eine derartige Modulationsschaltung hinsichtlich der Unterdrückung der am Modulatorausgang auf tretenden modulierenden Signalfrequenz und der symmetrischen Klirrprodukte zu verbessern, ferner die Konstanz der Ausgangsspannung bei Schwankungen der Versorgungsspannung und der Betriebstemperatur zu erhöhen sowie den Einfluß von Stör spannungen herabzusetzen.
• Die Erfindung erreicht dieses Ziel dadurch, daß sie die Modulatorschaltung so -ausbildet, daß die Widerstandszweige, an denen die modulierte Trägerspannung auf tritt und von denen wenigstens einer aus dem gleichstromfreien Bahnwiderstand eines Feldeffekttransistors besteht, der von einer der miteinander zu modulierenden Spannungen gesteuert wird, gleichphasig angesteuert werden und die an den Widerstands zweigen abgenommene modulierte Trägerspannung in einem folgenden Differenzverstärker nochmals verstärkt wird.
• Es ist bereits eine Iftodulatorschaltung zum Umsetzen eines modulierenden Signales mit Hilfe einer Trägerfrequenz bekannt, die wenigstens einen von der Trägerspannung gesteuerten Feldeffekttransistor mit von der Versorgungsspannung freiem Kanalwiderstand verwendet (DAS 1 297 698). Nach der gleichen literaturstelle ist auch ein Quasi.-Doppelgegentaktmodulator in Brückenschaltung bekannt, bei welchem die Modulationssp annung nach vorheriger Verstärkung der eigentlichen Modulation.einrichtung zugeführt iind die modulierte Trägerspannung in einer nachgeschalteten Verstärkerstufe, die gleichzeitig zum entkoppeln dszs. Modul atorausganges von der angeschlossenen Schaltung dient, nochmals verstärkt wird.
• Bei dieser bekannten Modulatorschaltung treten jedoch wegen der dort angewendeten Brückenschaltung trotz günstigster Bemessung noch merkbare Anteile der modulierenden Signalfrequenz sowie zusätzliche symmetrische Modulationsprodukte am Modulatorausgang auf. Außerdem ändert sich der Ausgangspegel des modulierten Frequenzbandes bei Änderung der Vcrsergungsspannung und der Betriebstemeratur. Ferner machen sich auch Störspannungen wegen des unsymmetrischen Aufbaues der Modulatorschaltung starker bemerkbar.
• Die Erfindung hat sich daher zwn Ziele gesetzt, eine Modulatorschaltung zu entwickeln, die eine bessere Unterdrückunç der modulierenden Signalfrequenz, der symmetrischen Klirrprodukte sowie eine Verminderung des Einflusses der Störspannungen am Modulatorausgang bewirkt und die ferner die Konstanz des Ausgangspepjels der modulierten Trägerspannung bei Schwankungen der Versorgungsspannung und der Betriebstemperatur erhöht.
• Die Erfindung erreicht dieses Ziel, indem sie die Modulatorschaltung so ausbildet, daß sie eine der miteinander zu rcodulierenden Frequenzen nach vorausgehender Verstärkung der aus Widerständen, Kondensatoren und einem Feldeffekttransistor bestehenden Ijodulationseinrichtung gleichphasig zuführt und die an den Widerständen abgegriffene modulierte Trägerspannung über einen Differenzverstärker dem Modulatorausgang zuführt.
• In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird die Eingangsstufe der Modulatorschaltung als transistorgesteuerter Gegentaktverstärker ausgebildet, wobei der von der Trägerspannung gesteuerte Feldeffekttransistor in Reihe mit einem Kondermator und einem widerstand parallel zum Kollektorwiderstand des einen Transistors geschaltet wird und ein oder mehrere Widerstände im Kollektorkreis des zweiten Transistors der Eingangsstufe liegen. Der Differenzverstärker wird in diesic Falle an die Kollektoren der Transistoren der Lingangsstuflange pulver.
• Osführung der erfindung den Transistors und zwei zusätzlichen Widerständen im Kollektorkreis, die mit dem Feldeffekttransistor bzw. den anderen Widerständen und Kondensatoren der eigentlichen Modulatorschaltung in Reihe geschaltet sind. Der Differenzverstärker wird in diesem Falle an den gemeinsamen Anschlüssen der so gebildeten Widerstandskombinatien angeschlossen, die nicht an der Versorgungsspannung bzw. am Kollektor des Transistors liegen.
• Es ist an sich auch schon bekannt, zur Kompensation von Netzspannungsschwankungen, beispielsweise bei Röhrenvoltmetern, einen Gegentaktverstärker vorzusehen und die Anzeigespannung für das Instrument an den gemeinsamen Verbindungspunkten von Anodenwiderstand und Anode der Verstärkerröhren abzugreifen (Punktechnik 1954, Heft 22, 5.631, Abt1r).
• Zwei Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Modulatorschaltung zeigen die Fig.1 und 2, und zwar Fig.1 eine Kodulatorschaltung mit einem Gegentaktverstärker und Fig.2 mit nur einem Transistor in der Eingangsstufe.
• Die Modulatorschaltung der Fig.1 enthält in der Eingangsstufe die beiden Transistoren Trsi und Trs2, deren Emitter über den gemeinsamen Emitterwiderstand R5 an Minus der Versorgcrngsspannung liegen. Der Kollektor des Transistors Trsl liegt über die Widerstände R3 und R4 an Plus der Versorgungsspannung, wobei der Widerstand R3 für die Signalfrequenz durch den Kondensator C2 kurzgeschlossen ist. Der Kollektor des Transistors Trs2 ist über den Widerstand R6 mit Plus der Versorgcrngssparnrnng verbunden-. Parallel zum Widerstand R6 liegt in Reihe mit dem Kondensator C3 und dem Widerstand R13 der Bahnwiderstand des Feldeffekttransistors Trs3, dessen Substrat mit dem Emitter verbunden ist. Die Basis des Feld effekttransistors Trs3 liegt an der Klemme 3 des zweiten Ein ganges der Modulatorschaltung, dessen andere Eingangsklemme 4 mit Plus der Versorgungsspannung verbunden ist. Die Basis anschliisse der Transistoren Trsl und Trs2 sind miteinander verbunden wad über den Kondensator Cl an die Klemme 1 des ersten Einganges der Modulatorschaltung geführt, dessen andere Klemme 2 an ins der Versorgungsspannung legt. Über den Spannungsteiler, bestehend aus den Widerständen R1 und R2, erhalten die Transistoren Trs1 und 'prs2 eine positive Vorspannung zum Einstellen des Arbeitspunktes des Verstärkerstufe.
• Die Ausgangsstufe der Modulatorschaltung enthält die Transistoren Trs4 und Trs5. Ihre Emitter liegen über den gemeinsamen hochohmigen Emitterwiderstand Ro an Minus der Versorgungsspannung. Die Kollektoren der Transistoren Trs4 und Trs5 sind über die gleich großen Widerstände R7 und R9 mit Plus der Versorgungsspannung verbunden. Die Basis des Transistors Trs4 ist mit dem gemeinsamen Anschluß von Widerstand R6 und Kollektor des Transistors Trs2 und die Basis des Transistors Trs5 mit dem gemeinsamen Anschluß von Widerstand R4 und Kollektor des Transistors Trs1 verbunden. Der Kollektor des Transistors Trs4 ist außerdem über den Kondensator C5 mit der Klemme 6 und der Kollektor des Transistors Trs) über den Kondensator C4 mit der Klamme 5 des Ausganges der Modulatorschaltung verbunden.
• Liegt beispielsweise am ersten Eingangsklemmenpaar 1 und 2 die modulierende Signalspannung und am zweiten Eingangsklemmenpadr 3 und 4 die zi modulierende Trägerspannung sowie gegebenenfalls eine Gleichspannung, um den Mittelwert des Bahnwiderstandes des Feldeffekttransistors Trs3 einstellen zu können, so schwankt der Bahnwiderstand, abhängig von der Größ der 'Rrägersnannung, im Takte der Trägerfrequenz zwischen einem Größtwert und einem Kleinstwert.
• Für die Bemessung der Widerstände R4, R6 und R13 gilt, daß der Widerstand R4 ebenso groß sein wß wie der Widerstand der Paralleischaltung von Widerstand r6 und der Reihenschaltung von Wider-stand R13 und den Mittelwert des Bahnwiderstandes des Feldeffekttransistors Trs3 ohne angelegte Steuerspannung.
• Der Größtwert und der Kleinstwert des Bahnwiderstandes des Feldeffekttransistors Trs3 wird durch geeignete Wahl der Größe der Steuerspannung des Feldeffekttransistors Trs3 so festgelegt, daß der Kollektorwiderstand des Transistors Trs2 um seinen Mattelwert, der dem Wert des Widerstandes R4 entspricht, um den gleichen Betrag schwankt.
• Der Widerstand R3 ist so ausgelegt, daß die Summe der ohrrschen Widerstände von Widerstand R3 und R4 gleich dem ohmschen Widerstand des Widerstandes F6 ist. Der Kondensator C3 bildet für die miteinander zu modulierenden Frequenzen annähernd einen Kurzschluß.
• Besitzt der Bahnwiderstand zu einem bestimmten Zeitpunkt, in welchem die Trägerspannung gerade ihre größte negative Amplitude aufweist, seinen Kleinstwert, so ist der resultierende Kollektorwiderstand des Transistors Trs2 ebenfalls am kleinsten und auf Grund der Schaltungsbemessung kleiner als der Kollektorwiderstand des Transistors Trs1. Die Signalspannung an den Eingangsklemmen 1 und 2 wird daher im Transistor Trsl höher verstärkt als im Transistor Trs2. Gegen das Bezugspotential Plus betrachtet liegt somit am Widerstand R4 eine höhere Spannung an als am Widerstand R6 und dem dazu parallelen Widerstand R13 und dem niedrigen Bahnwiderstand des Feldeffekttransistors Trs3.
• Die an den Widerständen R3 und R6 abgegriffenen, verstärkten Spannungen gelangen an die Eingänge der Transistoren Trs4 und Trs5, werden nochmals, wegen der gleich großen Kollelctorwiderstände R7 und R9, gleichmäßig verstärkt und über die Kondensatoren 04 und C5 zu den Ausgangsklemmen 5 und 6 der Modulatorschaltung geführt. Gegen das Bezugspotential Plus-betrachtet liegt damit auch hier an der Klemme 5 eine kleinere Spannung an als an der Klemme 6.
• Hat die steuernde Trägerspannung zu einem anderen Zeitpunkt, der der Phasenverschiebung /2 der Drägerfrequenz entspricht, gerade den Agenblickswert Null, so sind die wirksamen Kollektorwiderstände beider Transistoren Trs1 und Trs2 gleich groß und die Signalspannung wird in beiden Transistoren gleich verstärkt.
• Zwischen den Widerständen R4 und R6 und damit auch zwischen den husgangsklem,nen 5 und 6 liegt daher der augenblickliche Differenzwert I4ull der Spannung.
• Het die Trägerspannung ZU einem anderen Zeitpunkt, der einer weiteren Phas envers ch:i- ebung von #/2 der Trägerfrequenz nntw spricht, gerade ihre größte positive Amplitude, so ist auch der Bahnwiderstand am größten. Da nun der resultierende Kollektorwiderstand des Transistors Trs2 auf Grund der Schaltungs bemessung größer ist als derjenige des Transistors Trsi, wird die Signalspannung vom Transistor Trs2 höher verstärkt als vorn Transistor Trs1. Zwischen den Widerständen R4 und R6 liegt jetzt eine Differenzspannung an, die, verglichen mit der Spannung die anlag als der Bahnwiderstand ein Minimum war, genagt die gleiche Amplitude hat, jedoch um den Vert # in der Phase verschoben ist. Damit ist auch die an den Ausgangsklemmen 5 und 6 anliegende modulierte Spannung um den er n phasenverschoben gegenüber der modulierten Spannung, die zu dem Zeitpunkt anlag als der Bahnwiderstand seinen Kleinstwert aufwies.
• Die an den Ausgangsklemmen 5 und 6 auftretende Spannung ist somit in jedem Zeitpunkt im Takte der Trågerfrequenz moduliert.
• Die Trägerfrequenz selbst tritt jedoch am Ausgang nicht auf.
• Werden in Weiterbildung der Erfindung in dem erlauterten Schaltungsbeispiel die Widerstände R6 und R13 bevorzugt so ausgelegt, daß der Widerstand R13 groß ist gegen den Kleinstwert des Bahnwiderstandes und der widerstand R6 klein ist gegen den Größtwert des Bahnwiderstandes des Feldeffekttransistors Trs3, o wirken sich Kennlinienstreuungen und unsymmetrische Aussteuerungen des Feldeffekttransistors Trs3 nicht mehr auf die Symmetrie der modulierten Trägerspannung aus, da nur noch zwische den beiden Grenzwerten umgeschaltet wird. Bedingung ist jedoch auch hier, daß der Mittelwert des resultierenden Kollektorwiderstandes um gleiche Beträge nach beiden Seiten geändert wird.
• In diesem besonderen Falle kann der Feldeffekttrnsistor auch mit einer Trägerhalbwelle, an Stelle einer sinusförmigen Trägerspannung gesteuert werden. Voraussetzung dafür ist jedoch, daß der Bahnwiderstand, bei nichtangelegter Steuerspannung, ' der Polarität der Trägerhalbwelle, durch eile entspregepolte zusätzliche Gleichspannung am Gitter des Feldaufsters Trs 1 entweder auf der ößtwert oder auf eingestellt wird Schwankt die Versorgungsspannung und damit die Verstärkung der Transistoren Trsl und Trs2 bzw. Trs3 und Trs4, so wirkt sich die Verstärkungeschwankung, da sie bei allen Transistoren gleichsinnig erfolgt, an den Ausgangsklemmen der lLodulatorschaltung nicht aus.
• In gleicher Weise heben sich auch Störspannungens die an die Eingangsklemmen 1 und 2 gelangen und in den Transistoren Trs1 und Trs2 gleichphasig verstärkt werden, weitgehend auf, da an den Widerständen R4 und R6 jeweils die Differenzspannungen abgenommen werden.
• Auch Verstärkungsänderungen der Transistoren, die durch Schwanken der Umgebungs- undAod;er Betriebstemperatur hervorgerufen werden, werden auf diese Weise ausgnglichen.
• Fig.2 zeigt eine abgeänderte Ausführung der erfindungsgemäßen Modulatorschaltung, bei welcher die Gegentalctstufe mit den Transistoren Trs1 und Trs2 durch eine Eintaktstufe mit dem Transistor Trs7 und den zusätzlichen Kollektorwiderständen R11 und R12 ersetzt ist. Die Widerstände R11 und R12 sind größer als die Widerstände R4 und R6 bemessen. Die Wirkungsweise dieser Schaltung ist auch hier die gleiche, wie diejenige der Fig.1.
• da die im Transistor Trs7 verstärkten Signalspannungen den Widerstandszweigen R3, R4, G2 bzw. R6, R13, O3 und Bahnwiderstand des Feldeffekttransistors Trs3 der eigentlichen Modulatorschaltung gleichphasig zugeführt werden.
• Zur weiteren Verbesserung der Unterdrückung der symmetrischen Klirrprodukte in der Modulatorschaltung hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die DifferenzverstärSezostufe auf den Feldeffekttransistor rückzukoppeln. Zu diesem Zweck kann, wie bei der ScMaltung nach Fig.2 gestrichelt eingezeichnet, über die Widerstände R14 und R15 an den Kollektoren der Transistoren Trs4 und Trs5 eine Gegenkopplungsspannung abgenommen und über den Kondensator C6 und den Widerstand R16 an das Gitter bzw. an das Substrat des Feldeffekttransistors Trs3, das in diesem Falle nicht mit dem Emitter verbunden wird, zurückgeführt werden.
• Anstatt die Gegenkopplujngsspannung an den Kollektoren der D ferenzverstärkerstufe abzunehmen, kann Sie auch am gemeinsamen Emitterwiderstand abgenommen und an einen der Steuerkreis des feldeffekttransistors zurückgeführt werden.
• In weiterer Ausgestaltung der Erfindung können, bei entsprechender Schaltungsänderung, die Transistoren Trs4 und Trs5 der Differenzverstärkerstufe durch Transistoren des Typs pnp ersetzt werden. Die Gleichstromspeisung der Transistoren Trs1 und Trs2 kann dann über die Basis-Emitter-Strecke der Transistoren Trs4 und Trs5 erfolgen, so daß die Kollektorwiderstände R4 und R6 der Transistoren Trs1 und Trs2 gleichstromfrei gehalten werden können. Selbstverständlich können auch die anderen Transistoren der Modulatorschaltung bei entsprechender Schaltungsänderung durch Transistoren des entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps ersetzt werden.
• In Abänderung der erfindungsgemäßen Modulatorschaltungen, insbesondere derjenigen nach der Fig. 2, können die Eingangsverstärkerstufen in Emitterschaltung und hohem Ausgangswiderstand auch durch eine Eingangsstufe in Kollektorschaltung mit nledrigeßn Ausgangswiderstand ersetzt werden. J)ie bisher im Kollektorkreis liegenden Widerstandszweige der Modulatorschaltung werden dann an den gemeinsamen Anschluß von Emitterwiderstand und Emitter des Transistors der Eingangsverstärkerstufe angeschlossen.
• Der D i ff e renzv ers tärk er der Ausgangsstufe wird in diesem Falle zweckmäßig in Basisschaltung mit niedrigem Eingangwiderstand aufgebaut, wobei die Emitteranschlüsse der Transistoren in Reihe zu den Widerstandszweigen geschaltet werden.
• In analoger Weise können natürlich auch die Basisanschlüsse der Transistoren der AusgangsstuSe an den Emitter des Transistors der Eingangsstufe und die Widerstandszweige der Modulatorschaltung zwischen die Emitter der Transistoren und Minus der Versorgungsspannung angeschlossen werden.
• Antstatt die modulierte Trägerspannung an den Widerständen R7 und R9 symmetrisch gegen Masse abzunehmen, kann sie auch am Widerstand R7 oder am Widerstand R9 und an der Klemme 2 abgenorr.en werden.
• Ebeuso können die einzelnen Verstärkerstufen jede für sich gegengekoppelt werden. Auch kann in den Modulationsschaltungen nach Fig.1 und Fig.2 jeder Transistor des Differenzverstärkers einen eigenen Spannungsteiler zur Einstellen des Arbeitspunktes der Transistoren erhalten. Desgleichen kann auch in den Widerstandszweig, der den Widerstand R4 enthalt, parallel zu diesem ebenfalls ein Feldeffekttransistor geschaltet werden, der von der Trägerspannung gegenphasig zum Feldeffekttransistor im anderen Widerstandszweig ausgesteuert wird.

Claims (8)

Patentansprüche

1. Modulatorschaltung zum Umsetzen einer modulierenden Signalspannung mittels einer Trägerspannung mit einem Eingang für die Trägerspannung, die Signalspannung sowie einem von einer der beiden Spannungen gesteverten Feldeffekttransistor, dessen Bahnwiderstand frei von Versorgungsspannung ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine der miteinander zu modulierenden Spannungen nach vorausgehender Verstärkung einer aus zwei Widerstandszweigen (R3, R4), C2 bzw. R6), von denen wenigstens einer einen Feldeffekttransistor (Trs3) in Reihe mit einem Widerstand (R13) und einem Kondensator (C3) enthält, bestehenden Modulatorschaltung gleichphasig zugeführt und die an den Widerstandszweigen abgenommene modulierte Trägerspannung über einem Differenzverstärker (Trs4, Trs5) dem Modulatorausgang zugeführt wird.

2. Modulatorschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine der miteinander zu modulierenden Spannungen in einer Gegentaktstufe, deren Kollektorwiderstände (R4, R3, C2 bzw. R6, R13, C3, Trs3), die Widerstandszweige der Modulationsschaltung sind, gleichphasig verstärkt werden.

3. Modulatorschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine der miteinander zu modulierenden Spannungen in einer Eintaktstufe verstärkt und über zwei Widerstand (R11, R12), die je mit den im Kollektorkreis liegenden parallelen Widerstandszweigen (R4, R3, C2 bzw. R6, R13, C3, Trs3 der Modulationsschaltung in Reihe geschaltet sind, gleichphasig zugeführt wird.

4. Modulatorschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Widerstand beig der den Feldeffekttransistor (Trs4 and die Kollektorkreis liegender band gleichphasig verstärkt werden.

wert des Bahnwiderstandes und der Widerstand (R6) parallel zur Reihenschaltung von Widerstand (R13), Kondensator (03) und Feldeffekttransistor (Trs3) klein ist gegen den Größtwert des Bahnwiderstandes des Feldeffekttransistors (Trs3) und die Steuerung des Feldeffekttransistors (Trs3) durch Spannungshalbwellen erfolgt.

5. Modulatorschaltung nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangsverstärkerstufe in Kollektorschaltung aufgebaut ist und die zwei Widerstandszweige (R4, R3, C2 bzw. R6, R13, C3, Trs3) der Modulatorschaltung einerseits an den Emitter des Transistors (Trs7) und andererseits an die Emitter der Transistoren (Trs3, Trs4) der in Basisschaltung aufgebauten Ausgangsetufe angeschlosden sind.

6. Itodulatorschaltung nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangsverstärkerstufe (-Tr.s7) in Kollektorschaltung aufgebaut ist und die Basen beider Transistoren (Trs3, Trs4) der Ausgangsstufe an dem Emitter des Transistors (Trs7) angeschlossen und die Widerstands-Zweige (R4, R3, C2 bzw. R6, R13, C3 Trs3) der Modulatorschaltung zwischen die Emitter der Transistoren (Trs3, Trs4) und Bezugspotential geschaltet sind.

7. Modulatorschaltung nach Anspruch 3 und einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß an den Kollektoren der Transistoren (Trs3, Trs4) des Differen%verstärkers über Widerstände (R14, R15) eine Gegenkopplungsspanung abgegriffen und über einen weiteren Widerstand (R16) und einen Kondensator (C6) an das Gitter bzw. an das nicht mit seinem Emitter verbundene Substrat des Feldeffekttransistors (Trs3) zurückgeführt wird.

8. Modulatorschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Gegenkopplungsspannung am gemeinsamen Emitter derstand (R8) der Transistoren (Trs4, Trs5) des Ausgangsverstärkers abgegriffen und über Widerstand und Kondensator an ein Steuergitter des Feldeffekttransistors (Trs3) zurückgeführt wird.

9-. Modulatorschaltung nach Anspruch 1 und einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die modulierte Trägerspannung an den Kollektoren des Differenzverstärkers abgenommen ind über Kondensatoren an die Ausgangsklemmen der Modulatorschaltung geführt wird.