DE2124655C3 - Klirrarmer Frequenzerzeuger - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sieh auf einen klirrarnien Fri.'qucnzer/euger. bei dem das aus einer Frequenz bestehende Ausgangssignal durch Mischung in einem 6j Modulator gewonnen und in der Amplitude geregelt wird

Gegenkopplungsschaltungen zur Verminderung

des Klirrfaktors bei Modulatoren sind bereits bekannt.

Ferner ist bereits ein verstärkender bzw. aktiver Modulator bekannt (deutsche Ausiegeschrift I 297 693), dessen Mischverstärkung mit Hilfe eines veränderbaren Widerstandes steuerbar ist. Dieser Modulator ist zur pilotgesteuerten Pegelregclung bei Einrichtungen der Trägerfrequenztechnik vorgesehen.

Außerdem ist bereits eine Schaltungsanordnung zur Stabilisierung der Leistung von Hochfrequenzsendern bekannt (deutsche Offenlegungsschrift 1 953 296), bei dereine Demodulation des Ausgangssignals, das nach Vergleich mit einem Eingangssignal einer regelbaret: Modulationsstufe zugeführt wird, stattfindet. Bei du ser Schaltungsanordnung hängt jedoch der Seiten bandpegel von dem Pegel des NF-Eingangssignals ah so daß die beim Anmeldungsgegenstand vorgesehene Pegcliegelung nicht auftritt.

Weilerhin ist es bereits bekannt, daß bei einem Ein seitenband-Viclkanal-F.M.-Sender mit automatische! Regelung des Modulationsindexes (vgl. USA.-P;· tenisehrift 3 258694) Regelspannung die für einzeh., Kanäle vorgesehenen 'Trägerverstärker steuern, in.··.. zwar in der Weise, daß bei dem nachfolgenden Mod: lalor dei Modulationsgrad in Abhängigkeit von d. 'Trägeramplitude gesteuert wird. Ein aktiver Moduln tor mit cinci durch eine Sieuerspannung steuerbare Mischverstärkung ist dabei nicht vorgesehen.

Bei der Ableitung der in einer Einrichtung zur 11 get Versorgung zu erzeugenden Frequenzen mit dei Mitteln der Frequenzsynthese wird die gewünsch; Träger- oder Pilotfrequenz häufigdurch Mischung a::·- /\vci Hilfsfrequenzen gewonnen. Man kann einen dei artigen Frequen/erzeuger insbesondere entsprecht π Fig I ausbilden. Bei diesem Frequenzerzeuger ο folgt die Mischung der Hilfsfrequenzen /, und /, i·. Modulator 1, dessen Ausgangssigi'.u! das gewünsclr· Mischproduki I₁ enthalt. Dieses wird mit dem BnnJ paß 2 ausgesiebt und steuert den Trager- bzw. Pile verstärker 3', der im wesentlichen aus einer Regelst υ: 31 und einer Endstufe 33 besteht.

Für die automatische Ersalzschaltimg bei cventue! len Ausfällen lsi ein Umsehaltekontakt 4 vorgesehen, der Vi)H einer Pegeliiberwachung gesteuert wird und die Verbindung mit derail die Verbraucher führenden Leitung herstellt Um die Einschwingvorgänge beim Umschalten/u d;--npf--n. ist ein nicderohmigcr Innen widerstand des \ erstarkers erforderlich. Er wird am besten durch Gegenkopplung realisiert. Zusätzlich ei leichtert die Gegenkopplung das Einhalten der geforderten Klirrdänipfung.

Die Konstanz der Ausgangsspannung U_A erzielt man durch Ruckwai isregclung. Sie erfolgt in der Weise, daß durch Gleichrichtung eine der Ausgangsspannung proportionale Gleichspannung U₀ gewonnen wird, aus der man durch Differenzbildung mit einer konstanten Gleichspannung U_n eine Regclspannung ί'_Η abieilet. Die Regelspannung steuert, z.B. durch Arbeitspunktverschiebung, die Verstärkung der Regelstufe.

Die in der Regelsiufe durch nichtlineare Verzerrungen erzeugten Klirrfrequenzen müssen mit einem Bandpaß 32 unterdrück) werden, da die Regelstufe ja nicht in die klirrdämpfende Gegenkopplung des Verstärkers mit einbezogen werden kann.

Aufgane der Erfindung ist es daher, einen klirraimen Ii equen/ei zeuger mit amplitudengcregeltcr Ausgangsspannung /u schaffen, bei dem zur Gewähr-

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ieistungeines großen Klirrabstandes ein möglichst geringer Aufwand erforderlich ist.

Gercäß der Erfindung wird bei dem klirrurmen Frequenzerzeuger zur Lösung dieser Aufgab.; die Kombination folgender Merkmale vorgesehen:

a)der Modulator besteht aus einem aktiven Modulator mit durch eine Steuerspannung steuerbarer Mischverstärkung,

b)ein Endverstärker ist über einen Filier unmittelbar an den Modulatorausgang angeschlossen.

c) der EndveiStärker ist über alle Stufen ι koppel! und hat einen niedrigen lnnenv.iu\

d) die Steuerspannung wird durch \'<ji»>. eleichg·-¹ richteten Ausgangsspannung des S'■·■,, kers mit einer Vergleichsspannung gewuiü,

Durch diese Maßnahmen ergibt sich der daß die Konstanthaltung des Ausgangspi__;;d· birsdunt: mit einem niedrigen Iniicn-*i<ic -ι zugleich ^uißer Klirrdämpfung auf besaht! !,eiüfacin. Weise er/.idt wird. Insbesondere wird errcicu. daß der FretiiK iizerzeuger mit einem ein/igen Fi'i.. aus kommt ti J trotz des geringen Aufwandes dnc i-esonders kliriarme Ausgangsspannung abgihi.

In weiterer Ausgestaltung der Erfind-.-r-g. w·,:-.' ,!er klirraniK Frequenzerzeuger derart au-gchiid- i. daß der Gegentaktmodulator durch einen Ou'ici. n/'.crstärker, ''er zwei emitlerseilig /iisammengddii te • ich enthält, und eine in der gemeinsamen, Anschluß einer Versorgungsspannu!ιusqnc He η Emitterzuleitung der 'transistoren angcinit zwei weiteren Transistor·..·;: aufschaute Kaskodcsdialtung gebildet ist, und daß die Ha.-:- tines der beider, im Differenzverstärker enlhal'.cricii '! iansistoren den Signaleingang, der Basisar, diiv.!.', des cmi-' P'Citig am Anschluß der Verstii^.uiiiis.-.paiinungsijiid.l·-· liegenden Transistors der KasknUi. schaltung d·. .1 Trägereingang und d:r andere ί i.u'MMor dei Kaskti'.lcschaltung den Steuereingang bilde! u:;d JaLl der Tiiijucnzerzeuger derart bemessen ist .IaLi der an dei Basis mit dein Träger beaufschlagbaii Transistor ein durch den 'Träger in die Sättigung sleuei barer Schalter ist und daß die drei weilt im Transistoien im ungesättigten Bereich arbeiten.

Die Erfindung wird an Hand der in den Fig. 2 bis 3 gezeigten Ausfühningsbeispiele näher erläute· t. Es

Fig. 1, wie eingangs bereits näht, ι erläuten, einen Trägerei/cuger mit besonderem Regelverslarker,

Fig. 2 einen Trägererzeuger mit geregeltem Modulator,

Fig. 3 einen Trägererzeuger, bei dem Maßnahmen /ur Festlegung des Arbeitspunktes bei fehlender Regelspannung und zur Temperaturkompensation vorgesehen sind.

Bei dem Fi equenzci zeuger nach F i g. 2 werden wie bei der Schaltungsanordnung nach F i g. I im Modulator 1 die Frequenzen /, und /, gemischt. An den Modulator 1 schließen sich der Bandpaß 2 und der Verstärker 3 an. Die AusgangsspamHing des Verstärkers 3 wird in der Gleichrichlcrschalhiiig 5 gleichgerichtet. Die dabei gewonnene Gleichspannung l\. wird im Vergleicher 6 mit der Vergleichsspannung ί;_Λ. verglichen. Die so erzeugte Differeir/.spannimg wird dem Modulator 1 als Regel· bzw. Stcucrspannung H_H /ugefuhii.

Die Regelung der Verstärkung erfolgt im Modulator. Das/.ur Nebenwellenunterdrückung ohnehin vorhandene Modulationsfilter 2 liefert eine sehr klinarme Sleuerspannung und der Trägerverstärker 3 kann über alle Stufen gegengekoppelt werden.

Bei dieser Schaltungsanordnung sind im Verstärker die Regelstufe und ein weiteres Filter zur Selektion fur die Unterdrückung der Klirrfrequenzen, die in der Regelstufe entstehen würden, eingespart. Der Frequenzerzeuger eignet sich insbesondere zur Erzeugung von Träger- oder Pilotfrequenzen für Trägerfrequenzsysteme.

In Fig. 3 ist ein entsprechend der Schallung nach Fig. 2 aufgebauter Frequenzerzeuger gezeigt. Dieser Frequenzerzeuger enthält einen in der Mischverstärkung steuerbaren Modulator 1, mit dessen Hilfe sich der für die Verstärkungsregelung erforderliche Aufwand besonders gering halten läßt.

Der im Frequenzerzeuger enthaltene regelbare Modulator enthält einen Differenzverstärker, bei dem die Kollektoren von zwei Transistoren 71 und 72 an die äußeren Anschlüsse einer symmetrischen Primärwicklung 81 eines Ausgangsübertragers 8 geführt sind, deren Mittelanzapfung an Bezugspotential bzw. am Anschluß » t-« der Versorgungsspannungsquellc +, - liegt.

Die Emitterverbindung der beiden Transistoren 71 und 72 ist an den Kollektor des Transistors 73 angeschlossen, dessen Emitter über den Widerstand 14 mit dem Kollektor des Transistors 74 verbunden ist. Der Emitter des Transistors 74 liegt am Anschluß - der Versorgungsspannungsquelle +, —. .v Die Transistoren 73 und 74 bilden eine Kaskodeschaltung. An der Basis des Transistors 73 liegt die Regelspannung U_K. Die einpolig am negativen Pol der Versorgungsspannungsquelle liegende Trägerspannungsquelle 12 ist über den Widersland 13 an J5 die Basis des Transistors 14 angeschlossen. Die ebenfalls einpolig am negativen Pol — der Versorgungsspannungsquelle +. - liegende Signalspannungsquelle 11 liegt über dem Kondensator 30 an der Basis lies Transistors 72.

An dei Versorgungsspannungsquelle'+, — liegt ein aus den Widersländen 15 und 17 bestehender Spannungsteiler, bei dem der Widerstand 17 durch den Kondensator 16 überbrückt ist. Der Spannungsteilerabgriff bzw. der Verbindungspunkt der Widerstände 15 und 17 isi einerseits über den Widerstand 18 an die Basis des 'Transistors 71 und andererseits über den Widerstand 19 an die Basis des Transistors 72 gefuhrt. Auf diese Weise werden gleiche \rbeitspunktc der Transistoren 71 und 72 festgelegt. Der verstärkende Gegentaktmodulator enthält einen Differenzverstärker mit den 'Transistoren 71 und 72, dessen Emitterstrom mit einer Kaskode-Stufe, die die 'Transistoren 73 und 74 enthält, im Takt der Trägerfrequenz ein- und ausgeschaltet wird. Die Einspeisung der Signalspannung L\ erfolgt an der Basis des Transistors 71, d.h. an einer der beiden Basiselektroden des Differenzverstarkers. Die 'Trägerspannung V₁ ist über den Eängswiderstand 13 an die Basis des Transistors 74 geführt.

Weitgehend unabhängig von der Trägeramplitude wird der Transistor 74 im Takt der Trägerfrequenz abwechselnd gesättigt oder gesperrt. Sperrt der Transistor 74. dann ist der Emitierstrom der Transisioien 71 und 72 gleich Null lsi der Transistor 74 gesättigt. dann wird über den Kollektor des Transistors 73 ein Emiltctstrom eingeprägt, dei den Arbeitspunki des Differenzverstarkers und somit die Mischvcrsiarkung bestimmt. Die Verstärkungsregelung erfolg; mit Hilfe

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der Regelspannung bzw. Steuerspannung U_R an der Basis des Transistors 73, wobei die Regelung durch Verändern des Sättigungsstromes der Schaltstufe erfolgt.

Das Mischprodukt U_M wird am Gegentaktüberlrager 8 ausgekoppelt. Die Schaltung ist so bemessen, daß die Transistoren 71 und 72 nicht bis in die Sättigung ausgesteuert ""erden. Dadurch lassen sich Rückwirkungen vom Ausgang auf die Eingänge vermeiden.

Das Klirren des Gegentaktmodulator ist besonders gering, weil sich die geraden Potenzen der Basis-Emit ter-Spannung/Kollcktorstr τη-Kennlinien bezüglich der Signalspannung f7_s kompensieren unu die resultierende Kennlinie daher immer in einem Wendepunkt ausgesteuert wird. Die Trägerfrequenz und ihre Harmonischen werden entsprechend der Symmetrie des Differenzverstärkers am Ausgang des Gegentaktübcrtragers 8 unterdrückt.

Bei dem an der Versorgungsspannung liegenden Spannungsteiler, dessen Abgriff über Oic Widerstände 18und 19an die Basisanschlüsse der im Differenzverstärker enthaltenen Transistoren 71 und 72 geführt ist. ist der gegen Masse liegende Zweig bzw. Widcisland 24 durch einen Kondensator 23 überbrückt

Der an den negativen Pol der Versorgungsspannung geführte Spannungstcilerzwcig besteht, ausgehend vom Verbindungspunkt dor Widerstände 18 und 19, aus den Widerständen 25 bis 27 und der in Durchlaßrichtung gepoltcn Diode 28. Die Diode 28 bewirkt eine Temperaturkompensation füt den Transistor 74 ik'rnri daß das inbesond" ». symmetrische Schaltverhältnis auch bei Tcnipcraturschwankungcn weitgehend erhalten bleibt.

Am Verbindungspunkt der Widerstände 26 und 27 liegt die Sekundärwicklung 122 des Trägerübertragers 120, deren anderes Ende über den Widerstand 41 und den dazu in Serie hegenden Widerstand 13 an die Basis des Transistors 74 geführt ist. Der Verbindungspunkt der Widerstände 41 und 13 ist über die Diode 42 an den Kollektor des Transistors 74 angeschlossen. Die Diode 42 ist so gcpolt, daß mc mit entgegengesetzter Polung der Kollektor Basis-Diode des Transistors 74 vorgeschaltet ist. Mit Hilfe dieser Diode wird erreicht, daß der Transistor 74 durch den Träger nicht zu weit in die Sättigung gesteuert wird. Die Speichcrzeit und damit die Schaltzcit lassen sich dadurch sehr klein halten.

Der aus den Widerständen 24 und 25 bestehende Spannungsteilcrzweig ist durch die Diode 29 und den dazu in Serie liegenden Widerstand 44 überbrückt, wobei die Diode 29 am Verbindungspunkt der Widerstände 25 und 26 liegt und so gcpolt ist, daß sie im nicht geregelten Zustand der Schaltungsanordnung durchlässig ist. Der Verbindungspunkt der Diode 29 mit dem Widerstand 44 ist an die Basis des Transistors 73 geführt. Dabei ist der Arbeitspunkt des Transistors 73 im nicht geregelten Zustand der Schaltungsanordnung durch den Spannungsteiler eingestellt.

Der Widerstand 44, der die Rcgclspannungsquelle belastet, kann dabei in vorteilhafter Weise verhältnismäßig groß bemessen werden. Außerdem bewirkt die Diode 29 im nicht geregelten Zustand eine Tempcraturkompcnsation für den Transistor 73.

Der negative Pol der Gleichspannung U= ist über den Widerstand 48 an die Zencrdiode 47 geführt, an deren Kathode die stabilisierte Versorgungsspannung +, — anliegt. Die dem Modulator zugefiihrtc Regelspannung isl über den Widerstand 45 an den Kondensator 46 gelegt, der mit der Anode der Zenerdiode 47 verbunden ist. Die bei der Regelung bzw. Steuerung wirksame Differenzspannung liegt am Widerstand 44 an, der zwischen dem Kondensator 46

ao und Masse angeordnet ist.

Der regelbare Modulator läßt sich raumsparend und wirtschaftlich mit einem integrierten Mchrfachtransistoi aufbauen, mit dem man eine gute Symme trk- erzielen kann. Er läßt sich auch als monolithische integrierte Schaltung ausbilden.

Der regelbare Modulator ermöglicht eine klirrarmc Regelung der Ausgangsspannung eines Trägerfrequenzerzeugers, wobei die Trägerfrequenz durch Mischung in einem Modulator gewonnen ist und der Endverstärker durch Gegenkopplung einen niedrigen innenwiderstand besitzt.

Die erzeugte Trägerfrequenz. f_T wird durch Mischung aus den Frequenzen /, und f₂ gewonnen. Trägerfrequenz für den Modulator 1 ist die Frequenz f-,.

Sie wird über den Kondensator 30 dem Schalttransistor 72 zugeführt. Die Regelung der Mischverstäi kunj? erfolgt über die Regclspannung U_H an der Basis ties Transistors 73. Man gewinnt sie durch Gleichrichten der Ausgangsspannung in der Glcichrichtcrschaltiing 5 und Differenzbildung mit der an der Zenerdiode 47 liegenden Zcncrspannung. Die Gleichrichtung erfolgt mit Hilfe der Diode 51 und des Ladekondensators 52. An den Kondensator 52 ist über den Widerstand 45 der Kondensator 46 angeschlossen.

Die Diode 29 verhindert, daß der Modulatorstrom

im nicht angesteuerten Zustand übermäßig anwächst.

Zur Aussiebung der erzeugten Trägerfrequenz

dient das Filter 2. Der Trägervcrstärker 3 enthält die Transistoren 36 bis 38. Die Transistoren 37 und 3Ϊ bilden eine Komplemenlärstufc. Der Trägervcrstärker 3 erhält einen dynamisch niedrigen Innenwider stand durch Gegenkopplung über die Widerstünde 3^ und 35.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Klirrarmer Frequenzerzeuger, bei dem das aus einer Frequenz bestehende Ausgangssignal durch Mischung in einem Modulator gewonnen und in der Amplitude geregell wird, gekennzeichnet, durch die Kombination folgender Merkmale:

a) der Modulator besteht aus einem aktiven Modulator (1) mit durch eine Steu!:rspannung (U_K) sieuerbarer Mischverstärkung

b) ein Endverstärker (3) ist über ein Filter (2) unmittelbar an den Modulatorausgang angeschlossen

c) der Endverstärker (3) ist über alle Stufen gegengekoppelt und hat einen niedrigen Innenwiderstand

d) die Sieuerspannung (U_H) wird durch Vergleich der gleichgerichteten Ausgangsspannung des Endverstärkers (3) mit einer Vergleiehsspannung ( U_s) gewonnen.

2. Klirrarmer Frequenzerzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegentaktmodulator (1) durch einen Differenzverstiirker. der zwei emitterseitig zusammengeführte Transistoren (71, 72) enthält, und eine in der gemeinsamen, an einen Anschluß ( — ) einer Versorgungsspanniingsquelle ( +, — ) geführten Emitterzulcitung der Transistoren (71, 72) angeordnete, mil zwei weiteren Transistoren (73, 74) aufgebaute Kaskodeschaltung gebildet ist, und daß die Basis eines der beiden im Differenzverstärker enthaltenen Transistoren (71. 72) den Signaleingang, der Basisan-Schluß des emitterseitig am Anschluß (-) der Vcrsorgungsspunnungsquellc ( + . — ) liegenden 'Transistors (74) der Kaskodeschaltung den Trä-{•ereingang und der andere Transistor (73) der Kaskodeschaltung den Steuereingang bildet, und daß der Freqtienzerzeuger derart bemessen ist. daß der an der Basis mit dem Träger ( U₁-) heaufschlagbare Transistor (74) r>n du:.η den Träger (//_;) in die Sättigung steuerbarer Sehaller ist und daß die drei weiteren Transistoren (71 bis 73) im ungesättigten Bereich arbeiten

3. Klirrarmer Frequenzerzeuger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei eine-» zur Arbeitspunkteinstellung der im Differenzverstärker enthaltenen "Transistoren (71, 72) vorgesehenen Basisspannungsteiler ein Zweig durch eine derart gepolte Diode (29) und einen dazu in Serie geschalteten Widerstand (44) überbrückt ist, daß der Arbeilspunk! bei fehlender Regclspannung (U_R) durch den Spannungsteiki und nur im geregelten Zu stand durch die Regelspannung bestimmt ist.