DE2151048A1

DE2151048A1 - Mehrfachfrequenz FM Detektor

Info

Publication number: DE2151048A1
Application number: DE19712151048
Authority: DE
Inventors: Close Ernest Frederick
Original assignee: Magnavox Co
Current assignee: Philips North America LLC
Priority date: 1971-01-07
Filing date: 1971-10-13
Publication date: 1972-07-20
Also published as: DE2151048B2; GB1304130A; CA963096A; US3800226A

Description

2131 South Bueter Road, Fort Wayne, Indiana /USA

Mehrfachfrequenz FM Detektor

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Mehrfachfrequenz FM Detektor. Es gibt natürlich zahllose Anordnungen zum Umwandeln von Frequenzwanderungen in Änderungen des Spannungsausganges, von welchen die meisten ihre Hauptanwendung in FM Detektorschaltkreisen finden. Unter diesen ist der wohlbekannte Foster-Seeley-Diskriminatorschaitkreis und der Verhältnis-Detektor-

Fernsprecher: Lindau (06382) 6917 Kfz.: Fu 2581897

Fernschreiber: Sprechzeit: Bankkonten: Poiticheckkonto ι

054374 nach Vereinbarung Bayer. Staatsbank Lindau (B) Nr. 1542 Manchen 29525

Bayer. Hypotheken- u. Wechiel-Bank Lindau (B) Nr. 278*20 Bayer. Hypothek)

209830/0508

schaltkreis üblich. Eine neue Klasse von Detektoren, im allgemeinen bekannt als 9o°-Verschiebungsdetektoren, sind auch in mehreren Formen verfügbar, einschliesslich der Doppelstromtor-Strahlsteuerungsröhre und des integrierten Schaltungsbausteines.·Die vorliegende Erfindung betrifft strikt diese letzte Klasse von Umsetzern der Frequenz auf Spannung. Die bisher bekannten FM Detektoren sind auf eine Zwischenfrequenz ψ begrenzt; es wird jedoch aus der folgenden Besprechung klar werden, daß diese Begrenzung auf eine einzige Frequenz ein höchst unerwünschtes Merkmal ist.

Die vorliegende Erfindung offenbart einen 9o -Phasenverschiebungs-FM-Detektor in einem AM-FM-Überlagerungsempfanger, welcher geeignet ist, für eine Vielzahl von Zwischenfrequenzeingängen Frequenzwanderungen in Spannungsänderungen umzusetzen.

9o -Phasenverschiebungs-FM-Detektoren benötigen zwei um 9o phasenverschoebene Signale bei der Zwischenfrequenz und verwenden diese zwei Signale zum Ausführen einer "und"-Torschaltungsfunktion, um das Ausgangssignal zu erzeugen. Die 9o°-Phasendifferenz zwischen den zwei Signalen wird normalerweise durch einen Oszillator schwingkreis erzeugt, der bei der Zwischenfrequenz

209830/0509

resonant ist. Die vorliegende Erfindung sieht zwei um 9o phasenverschobene Signale bei einer Vielzahl von verschiedenen Zwischenfrequenzen vor, durch das Vorsehen einer Reihe von Oszillatorschwingkreisen, die jeder bei einer verschiedenen Zwischenfrequenz resonant sind. Die vorliegende Erfindung begegnet natürlich der Notwendigkeit für mehrere Umsetzer vnn Frequenz auf Spannung.

Demgemäss ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Spannung vorzusehen, die der Prequenz bei einer von mehreren Zwischenfrequenzen proportional ist.

Es ist eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, der obigenAufgabe zu entsprechen, ohne die Notwendigkeit der Veränderung von Anschlüssen zu demDetektor, wenn von einer Zwischenfrequenz auf eine andere umgeschaltet wird.

Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Kosten eines elektronischen Suchabstimmungssystems in einem AM-FM-Empfanger zu vermindern.

Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Nullzentrum-Abstimmeter rationell vorzusehen, das auf allen Bändern des Empfängers betriebsfähig ist.

- 4 209830/0509

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung
ist es, einen FM Detektorschaltkreis zu verwenden, um eine zusätzliche Funktion vorzusehen, und somit die Gesamtkosten des Empfängers zu vermindern.

Diese und andere Aufgabe und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlicher aus der folgenden
ausführlichen Beschreibung im Zusammenhang mit den b beiliegenden Zeichnungen hervorgehen.

Es zeigt:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines etwas verallgemeinerten AM-FM-Überlagerungsempfängers, der die vorliegende Erfindung verwendet;

Fig. 2 ein Teilschaltbild einer Ausführungsform des

Mehrfachfrequenz-9o°-Verschiebungsdetektors von Fig. 1, der einen integrierten Schaltungsbaustein ve rwende t; und

Fig. 3 ein Schaltbild eines anderen Mehrfachfrequenz-9o -Verschiebungsdetektors gemäss den Lehren der vorliegenden Erfindung, der eine Doppelstromtor-Strahlsteuerungsröhre verwendet.

209830/0509

2)51048

In dem in Fig. 1 dargestellten Blockschaltbild eines Überlagerungsempfängers ist ein AM-Teil dargestellt, bestehend aus einem AM-spannungsabgestimmten HF-Verstärker 11, einer Mischstufe 13, welche das einkommende HF-Signal in eine Zwischenfrequenz umsetzt, durch überlagern des einkommenden Signals mit einem durch einen Oszillator 15 erzeugten Signal, und einem ZF-Verstärker 17. Der ZF-Vestärker 17 wird natürlich auf die übliche Zwischenfrequenz von 455 KHz abgestimmt. Dieser ZF-Verstärker liefert seinerseits sein Ausgangssignal an einen AM-Detektorschaltkreis 19, welcher in bekannter Weise einen Ausgangsverstärker 21 betreibt.

Ebenso herkömmlich in seiner Form ist ein FM-Empfängerteil, bestehend aus einem FM-spannungsabgestimmten HF-Verstärker 23, dessen Ausgang wieder mit einem Oszillatorsignal überlagert wird, das durch einen Oszillator* 25 in einer Mischstufe 27 erzeugt wird. Die sich daraus ergebende Zwischenfrequenzsignal, typischerweise lo,7 MHz wird einem ZF-Verstärker 29 zugeführt, welcher seinerseits das lo,7 MHz-Signal einem Detektor 31 zuführt. Einige FM-Empfanger weisen natürlich mehr als eine ZF-Stufe von vielleicht unterschiedlichen Zwischenfrequenzen auf. Dieser Detektor 31 führt nicht

209830/0509

nurseine normale Funktion des Lieferns des Tonfrequenzsignals zu einem gemeinsamen Ausgangsverstärker 21 aus, sondern liefert auch eine Anzahl von zusätzlichen Funktionen, die dem üblichen· FM-Detektorschaltkreis fremd sind. Zwei mögliche Ausführungsformen dieses Detektors 31 sind in Fig. bzw. 3 veranschaulicht und werden im folgenden ausführlich beschrieben.

Obwohl mehrere der so weit besprochenen Blöcke eliminiert oder ihre Funktion durch andere Teile der Schaltung ausgeführt werden können,ist eine solche Aufteilung der Bauelemente nicht besprochen worden, weil sie nichts mit der vorliegenden Erfindung zu tun hat. Der Ausgangsverstärker 21 liefert ein Niederfrequenz-Ausgangssignal. Ein automatischer Verstärkungsregler-Schaltkreis 33 führt in bekannter Weise P eine Spannung zurück, um die Verstärkung beider HF-Verstärker und beider ZF-Verstärker zu regulieren. Dieser automatische Verstärkungsregler-Schaltkreis liefert ein Signal zu einem Suchabstimm-Schaltkreis 35.

Unkonventionell in ihrer Anwesenheit ist die Leitung, die von dem AM-ZF-Verstärker 17 zu dem Mehrfachfrequenz-

_ 7 —

209830/0509

2751048

9o°-Verschiebungs-Detektor 31 führt. Der Detektor 31 ist geeignet, sowohl bei der AM-Zwischenfrequenz als auch bei der FM-Zwischenfrequenz tätig zu werden, so daß dieser Detektor ein Signal zu dem automatischen Frequenzsteuerschaltkreis vorsieht, welcher in dem Suchabstimmverfahren verwendet wird. Ein Nullzentrumoder Abstimmeter 39 ist auch ansprechend auf den Ausgang des Detektors 31 vorgesehen,und somit zeigt das Gerät sowohl AM- als auch FM-Abstimmung an. Ein Instrument 41 ist auch vorgesehen, welches die bekannte Skala bei manuell abgestimmten Empfängern ersetzt.

In Fig. 2 sind das Abstimmeter 39 und der Mehrfachfrequenz-

ο
9o -Verschiebungsdetektor 31 viel ausführlicher veranschaulicht. Der Detektor 31 ist rund um einen integrierten Schaltkreis gebaut, welcher als ein Sprague UlN 2111 A Baustein veranschaulicht ist. Andere Hosteller liefern Bausteine, welche sich im Innenaufbau unterscheiden, aber in dieser Anwendung gut arbeiten. Dieser integrierte Schaltungsbaustein weist eine Anzahl von nummerierten Anschlüssen auf, von welchen die meisten nicht zur vorliegenden Erfindung gehören. Der integrierte Schaltungsbaustein 43 weist einen Eingangsanschluss 4 auf, welcher sowohl an den AM- als auch den FM-ZF-Verstärker angeschlossen ist,

- 8 209830/0509

— ft —

und weist einen Ausgangsanschluss 1 auf, welcher die Spannungsveränderungen dem Ausgangsverstärker 21, der Frequenznachlaufvorrichtung 37 und dem Abstimmeter 39 zuführt. Dieser integrierte Schaltkreis weist auch ein-Paar von Anschlüssen 2 und 12 auf, an welchen in ihrer normalen Anwendung ein einziger abgestimmter LC-Schaltkreis angeschlossen ist, der eine Resonanzfrequenz gleich der Frequenz des

^ ankommenden Signals aufweist. Wie in Fig. 2 veranschaulicht,

ist ein Schwingkreis 45, beispielsweise resonant'

bei der AM-Zwischenfrequenz von 455 KHz in Reihe mit einem zweiten Schwingkreis 47 an den 9o°-Verschiebungsanschlüssen 2 und 12 geschaltet, wobei der zweite Schwingkreis 47 beispielsweise bei der lo,7 MHz FM-Zwischenfrequenz resonant ist. Der Effekt dieser zwei Schwingkreise an den Anschlüssen 2 und 12 besteht darin, die gewünschte 9o -Phasendifferenz an jeder der Zwischenfrequenzen vorzusehen, statt bei nur einer einzigen Zwischenfrequenz, " wie der integrierte Schaltkreis beabsichtigt war, zu funktionieren. Die Art der 9o -Phasenverschiebungsanschlüsse 2 und 12 und ihre beabsichtigte Funktion wird deutlicher ersichtlich, wenn der etwas üblichere Detektor von Fig. 3 besprochen wird.

Das Abstimmeter 39 ist in Fig. 2 aus einem manuell

— 9 —

209830/0509

2157048

einstellbaren Potentiometer 49 bestehend dargestellt, welches dazu verwendet wird, die Meßgerätanzeige unter einem Ruhezustand und ein herkömmliches D^Arsonval-Drehspulinstrument 51 zu zentrieren. Der integrierte Schaltungsbaustein 43 wird einen Spannungsausgang als eine Funktion der Eingangsfrequenz vorsehen, welcher grundsätzlich die bekannte S-Kurve ist, ausgenommen daß in dieser Kurve zwei S erscheinen, das eine an der AM-Zwischenfrequenz zentriert, und das andere an der FM-Zwischenfrequenz zentriert. Wie bekannt, weisen diese S-Kurven einen Ruhe-Gleichspannungsausgang auf, welcher in einigen Ausfuhrungsformen Null ist, jedoch in der Ausführungsform von Fig. 2 ist er ein positiver Gleichstrompegel von 4 Volt. Es gibt auch eine Ruhespannungsüberkreuzung bei genau der Mittenfrequenz und folglich ist das Abstimmeter 39 genau auf eine der zwei Zwischenfrequenzen oder unter einem Leerlaufzustand geeicht. Eine solche Eichung wird ausgeführt durch Bewegen des Potentiometers 49, bis eine Nullablesung erreicht ist.

In Fig. 3 ist ein Mehrfachfrequenz-9o°-Verschiebungsdetektor von der Art einer Doppelstromtor-Strahlsteuerungsröhre noch ausführlicher veranschaulicht. Die Eingänge von sowohl dem AM- als auch dem FM-ZF-Verstärker werden

- Io -

209830/0509

einem Begrenzungsgitter 53 des Typs 6 BN 6 oder einer anderen Strahlsteuerungsröhre zugeführt. Wie bekannt, führt dieses Begrenzungsgitter 53 _t die Funktion des Begrenzens der Amplitude von ankommenden Signalen auf einen festen Betrag aus, um somit Variationen in der Amplitude zu beseitigen. Die Doppelstromtor-Strahlsteuerungsröhre 55 weist auch ein Verschiebungsgitter 57 und ein Beschleunigungsgitter 59 auf. Die Röhre arbeitet als eine

' Schaltvorrichtung, die einen Stromfluss von der Kathode zur Anode 61 erlaubt, wenn sowohl das Begrenzungsais auch das Verschiebungsgitter positiv ist. Ein dem Begrenzungsgitter zugeführtes freguenzmoduliettes Signal erzeugt ein Signal auf dem Verschiebungsgitter, welches die Mittenfrequenz des zugeführten FM-Signals ist, und auf die Resonanz in einer der zwei Schwingkreise 45' und 47' zurückzuführen ist, welche durch Elektronenfluss in der Röhre induziert wird. Das Signal auf dem

Ψ Verschiebungsgitter erscheint und verschwindet an der Mitten-Zwischenfreguenz 9o° ausser Phase mit den dem Begrenzungsgitter zugeführten ursprünglichen Signalen. Somit ist die Begrenzungsgitter-Torschaltungsfunktion die übliche harmonikaähnliche Rechteckwelle, die FM-Information enthält, während das Torschaltungssignal zu dem Verschiebungsgitter keine FM-Komponente aufweist und 9o von dem Signal des Begrenzungsgitters entfernt ist.

- 11 -

209830/0509

Bei keiner ankommenden Frequenzmodulation sind diese zwei Gittersignale um einen Betrag von 9o überlappt. Wenn das ankommende Signal frequenzmoduliert ist, wird das Begrenzungsgittersignal etwas verschoben, so daß die zwei Gittersignale in relative Phase verschoben werden und Anodenstromimpulse von variierender Breite fHessen. Grössere Frequenzmodulation veranlasst diese Impulse^ breiter zu variieren. Diese variierenden Anodenstromimpulse werden durch den Kondensator 63 integriert, um eine Ausgangsspannung vorzusehen, die bezeichnend für die Eingangsfrequenz ist. Es sei erneut angenommen, daß der Schwingkreis 47' bei lo,7 MHz FM-Zwischenfrequenz resonant ist, während der Schwingkreis 45' bei 455 KHz AM-Zwischenfrequenz resonant ist. Wenn unter diesen Umständen nur der FM-Eingang auf dem Detektor anwesend ist, wird nur der Schwingkreis 47" resonant sein und der Detektor wird als ein FM-Detektor-Schaltkreis arbeiten. Wenn im Gegensatz dazu nur ein AM-Signal anwesend ist, wird nur der Schwingkreis 45' resonant sein und der Detektor wird arbeiten, um eine Ausgangsspannung vorzusehen, die für Frequenzabweichungen in dem ankommenden AM-Signal bezeichnend ist.

Zahlreiche Modifikationen werden sich dem durchschnittlichen Fachmann aufdrängen, während somit nur zwei

- 12 209830/0509

Schwingkreise veransch'aulicht worden sind, sollte es-beispielsweise klar sein, daß drei oder mehr Schwingkreise vorgesehen werden könnten, so daß der Detaktor für drei oder mehrere ankommende Signale arbeiten würde. Gleichermassen ist nur ein spezifischer 9o°-Verschiebungsdetektor ausführlich besprochen worden, wohingegen praktisch jeder andere 9o°-Verschiebungsdetektor gemäss der vorliegenden Erfindung ψ modifiziert werden könnte.

Patentansprüche

- 13 -

209830/0509

Claims

Patentansprüche

( 1.JMehrfachfrequenz FM Detektorsbhaltkreis mit Phasenverschiebungsanschlüssen in einem AM-FM-überlagerungsempfanger, gekennzeichnet durch einen ersten Phasenverschiebungsschaltkreis (45)/ der bei wenigstens einer der FM-Zwischenfrequenzen resonant ist, einem zweiten Phasenverschiebungsschaltkreis (47), der bei der AM-Zwischenfrequenz resonant ist, wobei der erste und der zweite Phasenverschiebungsschaltkreis in Reihe an FM-Detektor-Phasenverschiebungsanschlüssen (2, 12) angeschlossen ist, eine Anordnung zum Zuführen eines AM-Zwischenfrequenzsignals zu dem FM-Detektor (31), wodurch eine der Frequenz proportionale Spannung sowohl für den AM- als auch den FM-Betrieb vorgesehen ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeich net durch einen Suchabstimm-Schaltkreis (35), der einen Eingangsanschluss einer Spannung proportional zur Frequenz aufweist, der an dem FM-Detektor (31) angeschlossen ist.

- 14 -

2G9830/GS08
3. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Abstiinmeter (39), das mit dem FM-Detektor (31) gekoppelt und geeignet ist, einen weniger als optimalen Empfänger-Einstellzustand anzuzeigen, wenn das Abstiinmeter etwas anderes als Null anzeigt.

"
4. Anordnung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durc >h einen variablen Widerstand (49) in Reihe mit dem Abstimmeter (39) zum manuellen Eichen des Abstimmeters.

5. Verfahren des Vorsehens und Verwendens einer Spannung in einem Empfänger, welche bei mehr als einer Trägerfrequenz proportional der Frequenz ist, gekennzeichnet durch das Modifizieren des Phasenverschiebuhgsschaltkreises eines 9o°-Verschiebungs-FM-Detektors, um eine Anzahl von parallelen Resonanzschaltkreisen vorzusehen, von denen jeder an einer verschiedenen Frequenz resonant ist, das Vorsehen von Quellen von wenigstens zwei unterschiedenen Trägerfrequenzen, wobei wenigstens ein Schaltkreis bei jeder Trägerfrequenz resonant ist, und das Verwenden des Ausganges des Detektors, um den Empfänger abzustimmen.

- 15 209830/0509

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß der Arbeitsgang des Verwendens das Zuführen des Ausganges an einen Suchabstinim-Schaltkreis (35) enthält, wobei der Suchabstimm-Schaltkreis fähig ist, variierende Spannungen einem spannungsabgestiminten HF-Verstärker zuzuführen.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß der Arbeitsgang des Verwendens das Zuführen des Ausgangssignals an einen Abstimmeter (39) enthält, wodurch der Empfänger entsprechend der Meteranzeige manuell abgestimmt wird.

8. Mehrfachband-Abstimmeterschaltkreis, gekennzeichnet durch ein Abstimmeter (39), einen FM-Detektorschaltkreis (19) , der auf mehr als ein Frequenzband anspricht, um eine für die Frequenz bezeichnende Ausgangsspannung vorzusehen, und eine Anordnung zum Zuführen des Ausganges des Detektorschaltkreises (19) zu dem Abstimmeter (39).

- 16 -

209830/0B09

9. Anordnung nach Anspruch 8, gekennzeichnet d u .r c h einen variablen Widerstand (49) in Schaltung mit dem Abstimmeter (39) zum Einstellen des Abstimmeters auf eine Nullanzeige in der Abwesenheit eines Eingangssignals.

Io. Frequenz-Spannungs-Wandler, g e k e η η -

W zeichnet durch einen 9o°-Verschiebungs-FM-Detektor (43) mit einem Ausgangsschaltkreis und mit einer Anordnung zum Anschluss an einen Phasenverschiebungsschaltkreis, eine Anordnung zum wahlweisen Zuführen eines einer Anzahl von unterschiedenen Zwischenfrequenzsignalen zu dem Detektor, eine Anzahl von resonanten Schaltkreisen, wobei jeder Schaltkreis bei einer unterschiedenen der Zwischenfrequenzen resonant ist, und eine Anordnung, die gleichzeitig mehr als einen der resonanten Schaltkreise an die Verbindungsanordnung anschliesst, wodurch der Detektor bei mehr als einer der unterschiedenen Zwischenfrequenzen betriebsfähig ist.

11. Wandler nach Anspruch Io, dadurch gekennzeichnet , daß jede der Anzahlen zwei ist und jeder der resonanten Schaltkreise eine

- 17 209830/OBÜ9

parallele Kombination einer Induktivität und einer Kapazität ist, wobei die zwei resonanten Schaltkreise in Reihe an der Verbindungsanordnung angeschlossen sind.

12. Wandler nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß eine der Zwischenfrequenzen ein ämplitudenmoduliertes Signal ist und das andere der Zwischenfrequenzsignale frequenzmoduliert ist.

209830/0509

1t

Leerseite