DE2033914C3 - Abtast-Demodulatorschaltung für eine amplitudenmodulierte Nutzwechselspannung - Google Patents

Description

eine praktisch vernachlässigbare Rückwirkung auf die Quelle der Referenzwechselspannung ausüben, weil sie nur über den Hilfstransistor verstärkte Schaltimpulse durch gesteuerte Teilentladung des Speicherkondensators auszulösen haben und dieser Speicherkondensator jeweils während der ganzen Halbwelle der Referenzwechseispannufig aufgeladen wird.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer in den Zeichnungen dargestellten Ausjf ührungsf orm. Es zeigt ,

F i g. 1 ein nicht erfinderisches Prinzipschema zur Erzeugung von um ±90° relativ zur Referenzwechselspannung verschobenen Steuerimpulsen,

F i g. 2 Zeitdiagramme zur Erläuterung der grundsätzlichen Wirkungsweise eines Abtastdemodulators,

F i g. 3 ein Prinzipschaltbild für die Impulserzeugung gemäß F i g. 1 sowie ein zugehöriges Zeitdiagramm,

Fig.4 ein erfindungsgemäß ausgebildetes Ausführungsbeispiel.

Im Schema nach F i g. 1 ist mit Lfceine Quelle für eine zu demodulierende Wechselspannung bezeichnet, deren Trägerfrequenz beispielsweise einen Wert von 400 Hz ±50 Hz hat Mit R_q ist der Innenwiderstand dieser Spannungsquelle bezeichnet Die Wechselspannung ist an die Primärwicklung w_p eines Übertragers UE\ angelegt dessen Sekundärwicklung mit w_s bezeichnet ist. Die Enden der Sekundärwicklung w_s sind je mit den Emitterelektroden Ei je eines Doppelemitter-Schalttransistors ST verbunden, und deren Emitterelektroden E 2 sind beide an einen Glättungskondensator Q angeschlossen, der durch einen Lastwiderstand Rl überbrückt ist. Das demodulierte Nutz-Signal U_a entsteht am Kondensator Cg, der über die Leitung /0 auch an einem Mittelabgriff der Sekundärwicklung w_s des Übertragers UE\ angeschlossen ist

Die Emitter 1-Emitter 2-Strecken der Schalttransistoren STwirken als Schaltstrecken, die unter Wirkung von kurzen, positiven Stromimpulsen in der Basis-Kollektor-Strecke ßfcCi des betreffenden Schalttransistors ST geschlossen werden.

Diese Schaltimpulse werden auf folgende Weise erzeugt:

Eine zur Trägerfrequenz der zu demodulierenden Wechselspannung Us synchrone Referenzwechselspannung wird über einen Übertrager UE2 mit zwei Sekundärwicklungen zwei identischen Impulserzeugerschaltungen zugeführt. Diese bestehen je aus einem Kondensator Q und einem dieser seriegeschalteten Widerstand Ru Vom Verbindungspunkt dieser beiden Elemente führt eine Schutzdiode D\ zur Basis B, des zugeordneten Doppelemitter-Schalttransistors ST, dessen Kollektor mit dem zweiten Ende des Widerstandes R\ verbunden ist Die Basis-Kollektor-Strecke jedes Schalttransistors bildet eine Diodenstrecke B_bC_b welche während des Durchganges eines positiven Stromimpulses /den betreffenden Schalttransistor im Inversbetrieb so beeinflußt, daß die betreffenden Emitter Ei und E2 praktisch widerstandsfrei miteinander verbunden sind, so daß also die betreffende Strecke wie ein geschlossener Schalter wirkt.

In Fig.3 ist die Impulseizeugerschaltung mit dem Innenwiderstand /?,· der Referenzspannungsquelle dargestellt. Nach dem daneben gezeichneten Diagramm werden die Stromimpulse i jeweils 90° nach dem Positivwerden der Referenzwechselspannung ausgelöst Die Impulsenergie wird jeweils dem Kondensator Ci entnommen, der in den Impulspausen aufgeladen wird.

Die Spannung U_c am Kondensator C\ steigt jeweils in den Impulspausen an und sinkt während der Impulsdauer.

Die an sich bekannte Wirkungsweise der ganzen Schaltung zur Demodulation der Wechselspannung Us ergibt sich aus den Diagrammen nach F i g. 2, worin mit Λ die Hüllkurve der modulierten Spannung Us, mit /die kurzzeitigen Verbindungen der Emitterstrecken Ei~E2 der beiden Schalttransistoren bezeichnet sind. Der zeitliche Verlauf der demodulierten Ausgangsspannung U_s am Kondensator C_g von F i g. 1 ist im unteren Diagramm von F i g. 2 dargestellt

Damit relativ schmale Schaltimpulse /entstehen, muß bei der Schaltungsanordnung nach F i g. 1 die Bedingung Ri<R erfüllt sein. Außerdem sollte der Widerstand der Schutzdioden D\ in Vorwärtsrichtung so klein sein, daß während der Impulsdauer möglichst große Ladeströme /durchfließen.

Dieser Ladestrom ist für den getasteten Demodulator der Tastpulsstrom. Er muß größer sein als der im Moment der Abtastung fließende Signalstrom /$ dividiert durch die Stromverstärkung ßi der Schalttransistoren ST; also

Da die Doppelemitter-Transistoren ST im inversen Betrieb, d.h. mit Ansteuerung zwischen Basis und Kollektor, nur kleine Stromverstärkungen (0/«2) ergeben, genügt die Schaltung nach F i g. 1 nur für kleine Signalströme (Us klein, Ätgroß).

Eine gemäß der Erfindung verbesserte Schaltung ist in F i g. 4 dargestellt Darin sind gleiche Schaltelemente wie in F i g. 1 bezeichnet. Die Schaltimpulse t aus den Dioden D\ werden hier der Basis je eines verstärkenden Hilfstransistors H zugeführt, dessen Kollektoren je mit dem Kollektor C, des zugeordneten Schalttransistors ST verbunden sind. Eine zusätzliche Einweg-Gleichrichter-Schaltung R^Eh überbrückt über einen zusätzlichen Speicher-Kondensator C_sp die betreffende Sekundärwicklung des Übertragers UE2.

Der Ausgang jeder Diode Ch ist über einen Widerstand R3 an die Basiselektrode B_t des zugeordneten Schalttransistors ST angeschaltet. Während der Impulse /aus den Dioden D\ wird die Kollektor-Emitter-Strecke des betreffenden Hilfstransistors H leitend, und es fließt dann je ein kurzzeitiger, verstärkter positiver Stromimpuls /über die Basis-Kollektor-Strekke des StC, zugeordneten Schalttransistors H, wobei die Energie dem betreffenden Speicherkondensator C_sp entnommen wird, der jeweils während der Impulspausen aufgeladen wird.

Die in Fig.4 dargestellte Demodulierschaltung arbeitet also nach folgendem Prinzip:

Während der Impulspausen wird aus dem leistungsschwachen Referenzsignal U_ret sekundärseitig vom kleinen, relativ hochohmigen Referenzspannungsübertrager UE₂ Speicherenergie entnommen. Dies geschieht durch Aufladung des Speicherkondensators C_sp in einer Gleichrichterschaltung R₂ Ch C_sp. Mit je 90° Phasenverschiebung zum Nulldurchgang der Referenzspannung wird der Verstärkertransistor H unier Wirkung der Schaltung Ci R\ D\ impulsförmig durchgeschaltet und steuert dann den zugeordneten Schalttransistor ST des Demodulators, wobei die Impulsenergie aus dem Speicherkondensator C_sp entnommen wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnunccn

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Abtast-Demodulatorschaltung für eine amplitudenmodulierte Nutz-Wechselspannung vorgegebe- s ner Trägerfrequenz, umfassend einen Eingangsübertrager mit symmetrischer Sekundärwickiurjr deren Mittelabgriff mit der einen Belegung uuu cere.\ Enden je über eine steuerbare Schaltstrecke, vorzugsweise über die Emitter 1-Emitter 2-Strecke _>0 eines Doppelemitter-Schalttransistors mit der anderen Belegung eines Ausgangskondensatcrs verbunden sind, sowie zwei gegenphasig an je eine Sekundärwicklung eines Übertragers für eine zur Trägerfrequenz synchrone Referenz-Wechselspannung angeschaltete Impulserzeuger-Schaltungen mit je einer die zugeordnete Sekundärwicklung überbrückenden Kapazitäts-Widerstands-Serienschaltung, die vom Verbindungspunkt ihrer Kapazität mit dem Widerstand über eine Schutzdiode kurzzeitige Primärschaltimpulse zur jeweiligen Durchschaltung der gesteuerten Schaltstrecke je im Spitzengebiet der entsprechenden Halbwelle der Nutz-Wechselspannung liefert, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapaziitäts-Widerstands-Serienschaltung (Q — Ai^ der beiden Impulserzeuger-Schaltungen je von einem Spitzengleichrichtungspfad mit einem Widerstand (R₂), einer Diode (Lh.) und einem Speicherkondensator (C_sp) überbrückt sind und die eine Belegung des Speicherkondensators über einen Widerstand (R₃), die Steuerstrecke (B₁-C,) der zugeordneten steuerbaren Schaltstrecke (ST) und die Kollektor-Emitter-Strecke eines Hilfstransistors (H) verstärkte Schaltimpulse (Ϊ) zur anderen Belegung liefert, solange an der Basis des Hilfstransistors die Primärschaltimpulse (i) (der zugeordneten Impulserzeugerschaltungen) anliegen, während in den Impulspausen der Speicherkondensator (C_sp)aui den Spitzenwert der Referenzwechselspannung (Uret) aufgeladen wird.

   Die Erfindung betrifft eine Abtast-Demodulatorschaltung für eine amplitudenmodulierte Nutz-Wechselspannung vorgegebener Trägerfrequenz, umfassend einen Eingangsübertrager mit symmetrischer Sekundärwicklung, deren Mittelabgriff mit der einen Belegung und deren Enden je über eine steuerbare Schaltstrecke, vorzugsweise über die Emitter 1-Emitter 2-Strecke eines Doppelemitter-Schalttransistors mit der anderen Belegung eines Ausgangskondensators verbunden sind, sowie zwei gegenphasig an je eine Sekundärwicklung eines Übertragers für eine zur Trägerfrequenz synchrone Referenz-Wechselspannung angeschaltete Impulserzeuger-Schaltungen mit je einer die zugeordnete Sekundärwicklung überbrückenden Kapazitäts-Widerstands-Serienschaltung, die vom Verbindungspunkt ihrer Kapazität mit dem Widerstand über eine Schutzdiode kurzzeitige Primärschaltimpulse zur jeweiligen Durchschaltung der gesteuerten Schaltstrecke je im Spitzengebiet der entsprechenden Haibweiie der Nutz-Wechselspannung liefert.

   Eine derartige Demodulatorschaltung hat bei niederohmigem Quellenwiderstand für die zu demodulierende Nutzwechselspannung und hochohmiger Ausgangsbelastune an sich schon die vorteilhaften Eigenschaften, daß die Übertragungsbandbreite für das Modulationssignal für eine verlangte Unterdrückung der Trägerfrequenz relativ groß ist und die imaginäre Blindkomponente der Trägerfrequenz unterdrückt wird, weil die Abtastung nur im Nulldurchgang der Imaginärspannung erfolgt. Andererseits ist diese Demodulatorschaltung in verschiedener Hinsicht verbesserungsbedürftig.

   Bei anderen bekannten Abtastdemodulatoren wird z.B. eine zur Trägerfrequenz synchrone Referenz-Wechselspannung über einen 90°-Phasenschieber einer Schmidt-Triggerschaltung zur Umwandlung in Rechteckimpulse zugeführt, und die Anstiegsflanken dieser Rechteckimpulse werden durch Differentation und Verstärkung den zu steuernden Schaltstrecken als Schaltimpulse zugeführt Diese Art der Erzeugung von Schaltimpulsen ist aber für Anwendungen, bei denen ein extrem kleines Totalvolumen der gesamten Schaltungsanordnung und eine möglichst kleine Verlustleistung erreicht werden sollten, praktisch nicht anwendbar, besonders dann, wenn die Trägerfrequenz der zu demodulierenden Nutz-Wechselspannung relativ starken Frequenzschwankungen unterworfen ist.

   Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Abtast Demodulatorschaltung für eine amplitudenmodulierte Nutz-Wechselspannung zu schaffen, die ein kleines Gesamtvolumen und eine kleine Verlustleistung hat

   Gelöst wird die Aufgabe bei einer Abtast-Demodulatorschaltung der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß so, wie dies im Kennzeichnungsteil des Patentanspruchs beschrieben ist

   Diese Demodulatorschaltung hat den Vorteil, daß trotz Verwendung von kleinen und relativ hochohmigen Übertragern kräftige und ausreichend kurze Schaltimpulse erzeugt werden können, ohne die Quelle der Referenzwechselspannung störend zu belasten.

   Weiterhin ist die gesamte Schaltungsanordnung ohne zusätzliche Speisespannungen erdungsfrei auf der Sekundärseite eines normalen Übertragers voll funktionsfähig.

   Grundsätzlich strebt die Erfindung folgende Wirkungsweise an:

   a) Als impulsgesteuerte Schaltstrecken sollen vorzugsweise die Emitter 1-Emitter 2-Strecken von Doppelemitter-Schalttransistoren verwendet werden, die in an sich z. B. aus der Chopper-Technik bekannter Weise: jeweils während der Dauer eines über ihre Kollektor-Basis-Strecke geleiteten positiven Stromimpulses praktisch widerstandslos kurzgeschlossen werden.

   b) Als Schaltimpulse soll jeweils ein Stromstoß aus einem Spitzenwertgleichrichter für die Referenzwechselspannung dienen, und diese Impulse sollen unabhängig von der momentanen Trägerfrequenz zwangsläufig um annähernd 90° gegenüber den Nulldurchgängen der Trägerfrequenz bzw. der Referenzwechselspannung verschoben sein. — Es soll möglich sein, die Stromimpulse aus der Spitzenwertgleichrichter-Entladung eines in den Pausen dazwischen aufgeladenen Speicherkondensators zu verwenden, derart, daß aus diesem Speicherkondensator verstärkte Stromimpulse zur Ansteuerung der Doppelemitter-Schalttransistoren geliefert werden können.

   Die fflii der erfindungsgemäßen Demodulatorschaltung mit vorgeschriebener 90°-Phasenverschiebung aus dem Spitzengleichrichterteil sekundärseitig vom Referenzwechselspannungs-Übertrager erzeugbaren

   Steuerimpulse für den Hilfstransistor können also verhältnismäßig leistungsschwach sein und damit nur