DE2227991A1 - Detektorschaltung - Google Patents

Description

7415 - 72 Ks/SÖ
RCA 65 034

US Serial No: 151 115
Filed: June 8, 1971

RCA Corporation New York, N. Y., -V. St. A,

Detektorschaltung

Die Erfindung betrifft Detektorschaltungen für elektrische Signale und bezieht sich speziell auf Anordnungen zur Erzeugung von Ausgangssignalen, die dem Spitzen-Spitzenwert elektrischer Signale folgen.

Die Erfindung eignet sich besonders für die Verwendung in monolithischen integrierten Schaltungen und wird daher in diesem Zusammenhang beschrieben.

Zahlreiche elektronische Schaltungen für Rundfunkempfänger, wie z.B. automatische Verstärkungsregelungsschaltungen, Treiberstromkreise für Pegelmesser, automatische Geräuschsperren usw. benötigen Einrichtungen zur Erfassung der Amplitude einer oder mehrerer Trägerwellen bzw.-Signale. Wie es beispielsweise in der US.-Patentanmeldung Nr. 67 010 vom 26. August 1970 beschrieben ist, können die Abstimmanzeige und die Anzeige der Nutzfeidstärke durch Ermittlung des Trägerpegels (10,7 MHz) am Ausgang jeder der verschiedenen ZP-Verstärkerstufen erfolgen. Andererseits kann, wie in der US.-Patentanmeldung Nr. 67 009 beschrieben, ein elektrisches Signal zum Abschwächen

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(Geräuschsperre) des Ausgangs eines solchen FM-Rundfunkempfängers durch Erfassung der"Löcher " im begrenzten Trägerpegel gewonnen werden, der dem Eingang eines Winkelmodulati ons-Detektors des Empfängers zugeführt wird.

In allen diesen Fällen äind die Schaltungen für monolithische integrierte Ausführung ausgelegt. Da hierbei wegen der physikalischen Eigenschaften von integrierten Bauelementen Spannung und Strom auf niedrige Werte begrenzt sind, ist es wünschenswert, verfügbare Signaländerungen soweit wie möglich auszunutzen. Für die oben genannten Fälle ist daher der Einsatz von Detektoren, welche Spitze-Spitze-Amplituden erfassen, günstiger als die Verwendung einfacher Spitzendetektoren, wenn Schaltungsanordnungen in monolithischer integrierter Form hergestellt werden.

In erfindungsgemässer Ausbildung besteht ein Detektor für elektrische Signale aus mindestens zwei in Kaskade geschalteten Halbleitergleichrichtern, einer Einrichtung zur Vorspannung d?r Gleichrichter in Durchlaßrichtung, einer mit einem Verbindungspunkt zwischen den beiden Gleichrichtern gekoppelten kapazitiven Anordnung für die Zuführung von Eingangssignalen, die sich bezüglich eines von der Vorspanneinrichtung bestimmten Bezugspegels in positiver und in negativer Richtung ändern, sowie einer mit dem zweiten Gleichrichter gekoppelten Filteranordnung zur Erzeugung eines Ausgangssignals, welches den Änderungen der Spitze-Spitze-Amplitude des Eingangssignals folgt.

Einzelheiten der Erfindung werden nachstehend anhand einer Zeichnung erläutert, die teilweise in Blockform das Schaltbild eines Teils eines FM-Rundfunkempfängers zeigt, der mehrere erfindungsgemässe Detektorschaltungen enthält.

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Der gezeigte FM-Rundfunkempfanger kann allgemein von der Bauart sein, wie sie in der oben genannten US-Patentanmeldung Nr. 67 010 beschrieben ist. In einem solchen Empfänger werden Zwischenfrequenzsignale (ZF-Signale) von einem (nicht gezeigten) vorgeschalteten FM-Tuner auf den Eingang T^ einer Schaltungsanordnung 10 gegeben, welche ZF-Verstärker/Begrenzer und einen FM-Demodulator enthält und auf einem einzigen monolithischen Siliziumplättchen untergebracht ist. Vom Eingang T. gelangen die Eingangssignale nacheinander zu einer ersten, zweiten und dritten ZF-Verstärker/Begrenzer-Stufe 12, 14 und 16. Das verstärkte Ausgangssignal der dritten Verstärker/Begrenzer-Stufe 16 ist auf einen Winkeldemodulator gekoppelt, beispielsweise einen Frequenzwaagen-Demodulator, wie er in der US-Patentanmeldung Nr. 66 945 vom 26. August 1970 beschrieben ist.

Jeweils ein verstärktes Ausgangssignal aus jeder der drei ZF-Stufen 12, 14 und 16 wird über einen zugehörigen Kondensator 20, 22, bzw. 24 einem gesonderten von drei Spitzen-Spitzen-Detektoren 26, 28 und 30 zugeführt. Ein weiteres verstärktes und begrenztes ZF-Signal ist vom FM-Demodulator 18 (z.B. von einem zugehörigen Abstimmkreis) über einen Kondensator 34 auf einen vierten Spitzen-Spitzen-Detektor 32 gekoppelt. Jeder der Detektoren 26, 28, 30 und 32 enthält drei npn-Transistören 36, 38, 40 bzw. 42, 44, 46 bzw. 48, 50, 52 bzw. 54, 56, 58, deren Basis-Emitter-Übergänge in Gleichstrom-Kaskadenschaltung quer zu einer in Durchlaßrichtung wirkenden Vorspannungsquelle (3 ^U _BE) üegen. Die Durchlaß-Vorspannung wird von drei in Reihe geschalteten Dioden 60, 62, 64 geliefert, bei denen es sich typischerweise um Transistoren handelt,deren Basis- und Emitterelektroden jeweils in der bekannten Weise miteinander kurzgeschlossen sind. Den Dioden 60, 62, und 6& wird mittels eines Widerstandes 66, der mit einer kompensierten Bezugsspannungs-

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quelle 68 verbunden ist, ein verhältnismässig konstanter Strom zugeführt. Die BezugsSpannungsquelle 68 wird gebildet durch eine Avalanche-Diode 100, eine temperaturkompensierende Diode 101 und einem verhältnismässig konstanten Strom I_in.

Die Kollektoren der jeweils ersten beiden Transistoren 36, 38 bzw. 42, 44 bzw. 48, 50 bzw. 54, 56 eines jeden Detektors sind gemeinsam an eine HauptSpannungsquelle für Betriebsspannung (B+) angeschlossen, die in der Zeichnung mit "+" bezeichnet ist. Die Kollektoren der Transistoren 46 und 52 sind beide direkt mit dem Emitter eines Transistors 70 verbunden, dessen Basis an der Bezugsspannungsquelle (Zenerspannung) 68 liegt. Der Kollektor des Transistors 40 ist über einen Widerstand 72 mit dem Emitter des Transistors 70 verbunden. In ähnlicher Weise ist der Kollektor des Transistors 58 über den Widerstand 74 mit dem Emitter des Transistors 70 verbunden. Der gesamte Kollektorstrom des Transistors 70 wird einer Unikehrstufe ("current mirror") 88 zugeführt, die seinerseits mit dem Widerstand 90 gekoppelt ist. Mit dem Wideniand 90 ist eine Ausgangsklemme Tr zum Anschluß eines Abstlmmeters verbunden. Der Kollektor des Transistors 40 führt -über einen Ausgangstransistor 84 zu einer Klemme Tp für die HF-AVR-Verzögerung, und der Kollektor des Transistors 58 führt über einen Ausgangstransistor 8G zu einer Ausgangsklemme T-, für die automatische Geräuschsperre. An den Klemmen Tp und T-, liegen normalerweise (nicht gezeigte) Siebleondensatoren.

Jeder Detektor 26, 28, 30 bzw. 32 enthält weiterhin einnn Siebkondensator 76, 78, 80 bzw. 82, der zwischen dem Emitter des jeweils zweiten Transistors 38, 44, 50 bzw. 56 und einem Bezugspotential (Masse) liegt.

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Beim allgemeinen Betrieb der Schaltung überwacht jeder der Detektoren 26, 28, 30 und 32 den ZF-Signalpegel an jeweils einer gesonderten Stufe der ZP-Verstärkerkette. Alle Detektoren 26, 28, 30, 32 sind mittels der Dioden 60, 62, 64 so vorgespannt, daß sie für ZF-NuIlsignale denselben Pegel liefern. Der Detektor 32 spricht auf den niedrigsten Pegel der dem Verstärker 12 zugeführten ZF-Eingangssignale an, da vor dem Eingang des Detektors 32 der Verstärkungsfaktor der gesamten ZF-Verstärkerkette wirksam ist. Wenn der Eingangssignalpegel größer wird, erreichen alle Verstärker/Begrenzer 16, 14, 12 nacheinander den Punkt, wo ihre Begrenzerwirkung eintritt. Wie weiter unten erläutert wird, erzeugt jeder der Detektoren 30, 28 und 26 hierbei einen erhöhten Ausgangsstrom. Das Anzeigesignal für die Nutzfeldstärke und die richtige Abstimmung an der Ausgangsklemme T. wird daher mit dem Ansprechen eines jeden folgenden Detektors stärker.

Im folgenden sei im einzelnen die Arbeitsweise speziell eines der Spitzen-Spitzen-Detektoren, d.h. des Detektors 30, beschrieben. Es sei hervorgehoben, daß alle Detektoren in der gleichen Weise arbeiten. Die Transistoren 48, 50, und 52 und die als Dioden geschalteten Transistoren 60, 62 und 64 sind vorzugsweise völlig gleich aufgebaut. Durch bestimmte Wahl des Wertes des Widerstands 66 und der Zenerspannung an der Quelle 68 wird ein Vorstrom in den Dioden 60, 62, eingestellt. In den Transistoren 48, 50 und 52 fließen geeignete Ströme, so daß eine Anpassung an den gesamten Spannungsabfall an den Dioden 60, 62, 64 erfolgt. Der Transistor 48 führt von allen drei Transistoren 48, 50, 52 den niedrigsten Ruhestrom, weil er nur den Basfestrom für den Transistor 50 zu liefern braucht, fim Kondensator 24 stellt sich eine Gleichspannung ein, die der Differenz zwischen dem Wert 2

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(Gleichspannung ander Basis des Transistors 50) und. dem Gleichspannungspegel am Ausgang der dritten ZF-Stufe 16 (z.B. etwa 3 ^υ _ΒΙ?) entspricht.

Wenn ZF-Eingangssignale an die Klemme T₁ gelegt werden, schwankt das Ausgangssignal des dritten ZF-Verstärker/Begrenzers 16 mit Frequenzen in der Nähe von 10,7 MHz in beiden Richtungen um seinen Ruhewert. Bei positiven Ausschlägen über den Ruhewert leitet der Detektortransistor und lädt den Siebkondensator 80 auf etwa den Spitzenwert des Eingangssignals auf- Die resultierende Spannung am Kondensator 80 hat eine solche Polarität, daß die Leitfähigkeit des Transistors 52 vergrößert wird. Wenn das ZF-Signal am Ausgang des Verstärker/Begrenzers 16 gegenüber seinem Ruhewert in negativer Richtung ausschlägt, steigt der Emitterstrom des Transistors 40 an und lädt den Koppelkondensator 24 derart auf, daß das Eingangssignal an der Basis des Transistors 50 einen Gleichstromwert erhält, welcher dem negativen Spitzenwert dieses Signals gleich ist. Der Transistor 48 leitet nur während eines Teils der negativen Halbwelle des Eingangssignals, der zur Aufrechterhaltung der Ladung des Kondensators 24 erforderlich ist. Beim nachfolgenden positiven S₁. gnalausschlag lädt sich daher der Siebkondensator 80 auf den Spitzen-Spitzenwert des dem Detektor 30 zugeführten Signals auf. Der Transistor 52 liefert einen entsprechenden Ausgangsstrom an einen zugehörigen Nutzstromkreis.

Alle Teile der dargestellten Anordnung sind leicht im Rahmen einer monolithischen integrierten Schaltung herzustellen, fo können beispielsweise die Widerstände 66, 72 und 74 mit Werten von 18 000, 5 000 und 5 000 0hm ausgelegt werden. Die Kapazitäten der Kondensatoren 20, 22, 24, 76, 7ß

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und 80 können in der Größenordnung von 2 Picofarad liegen, während die Kondensatoren 34 und 82 7 bzw. 10 Picofarad aufweisen können. Wegen der Kollektor-Basis-Kapazität des jeweils zweiten Transistor (38, 44, 50, 56) und der Kollektor-Emitter- Kapazität des jeweils ersten Transistors (36, 42, 48, 54) eines jeden Detektors wird die wirksame Kapazität der Koppelkondensatoren 20, 22, 24, 34 typischerweise um etwa weitere 3 Picofarad vergrößert.

Es sei angemerkt, daß für die einzelnen Merkmale der Erfindung verschiedene Ausgestaltungen möglich sind, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Während es beispielsweise zur Verminderung der Belastung der Referenzdiodenschaltung günstig ist, zwischen diese und den Koppelkondensator einen Transistor zu schalten, kann natürlich die Gewünschte Gleichrichtewirkung auch mit anderen MittäLn erreicht werden. Ebenso können statt des Ausgangstransistors (z.B. 52) jedes Detektors, der bei der beschriebenen Ausführungsform eine gewünschte Stromverstärkung liefert, für andere Zwecke andere Ausgangsstufen verwendet werden. Die Siebkondensatoren 76, 78, 80 und 82 der Detektoren können auch durch die Kollektor-Basis-Kapazität ("Hiller") des jeweiligen Ausgangstransistors (z.B. .52) des Detektors gebildet werden, wie es in der oben erwähnten US-Patentanmeldung Nr. 67 010 beschrieben ist.

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Claims (7)

1. Patentansprüche.
   f 1 j Detektorschaltung zur Erfassung des Spitzen-Spitzen-

   werts eines Signals, gekennzeichnet durch mehrere Halbleiterbauelemente (A3, 50, 52) mit jeweils mindestens einem gleichrichtenden Halbleiterübergang, die in Reihe zueinander gleichstromgekoppelt sind; eine mit den Halbleiterbauelementen gekoppelte Einrichtung (60, 62, 64, 6t^r<) zur Vorspannung der Halbleitcrübergänge in Durchlaßrichtung; eine Speiseanordnung mit mindestens einem 'kondensator (24) der mit den ersten beiden (48, 50) der kaskadengeschalteten Halbleiterbauelemente gekoppelt ist und ihnen Kingangssignale zuführt; und eine Siebanordnung (80), die mit dem zeiten (50) der Halbleiterbauelemente an einem dem ersten Kondensator (24) abgewandten Dnde gekoppelt ist, um ein dem Spitzen-Spitzenwert der Eingangssignale folgendes Ausgangssignal zu erzeugen.
2. 2. Detektorschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterbauelemente mindestens einen ersten, einen zweiten und einen letzten gleichrichtenden Halbleiterübergang bilden, die alle vom gleichen Leitungctyp und gleichsinnig gepolt sind, und daß mindestens eines der beiden ersten Halbleiterbauelemente (48, 50) ein Transistor (50) ist, dessen Basis-Emitter-Übergang in Reihe zu den anderen'Halbleiterübergängen liegt und dessen Kollektor an einer Betriebsspannungsquelle (+) liegt.

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3. 3. Detektorschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der letzte Halbloitacibergang als Basis-Emitter-Überf^ang eines Transistors (52) in Reihe zu den anderen Halbleiterübergängen liegt, und daß der Emitter dieses Transistors auf einem Bezugspotential (Masse) liegt, und daß der Kollektor dieses Transistors mit Schaltungsanordnungen (Tp, T^, T-) zur Verarbeitung der erfaßten Spitzen-Spitzenwerte gekoppelt ist.
4. 4. Detektorschaltung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Vorspannung der Halbleiterübergänge aus mehreren Halbleiterübergängen (60, 62, 64) besteht, die zwischen einer Betriebsstromquelle (68) und dsm Bezugspotential (Hasse) liegen und deren Anzahl der Zahl der anderen Halbleiterübergänge entspricht.
5. 5. Detektorschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Halbleiterbauelement (48, 50, 52) aus einem Transistor mit einem Basis-Emitter-(Jbergang und einem Kollektor besteht, und daß die Basis-Emitter-Übergänge gleichsinnig gepolt und' mit der Vorspanneinrichtung (60, 62, 64) gleichstromgekoppelt sind, und daß die Siebanordnung aus einem zweiten Kondensator (<30) besteht, der mit dem Emitter des zweiten Transistors (50) gekoppelt ist, und daß ein Ende des ersten Kondensators (24) sowohl mit der Basis des zweiten Transistors als auch mit dem Emitter des ersten Transistors (48) gekoppelt ist.
6. 6. Detektorschaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspanneinrichtung aus mehreren Halbleiterübergängen (60, 62, 64) besteht, die zwischen einer

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   kV-

   Betriebsstromquelle (68) und dem Bezugspotential (Hasse) liegen, und deren Anzahl der Zahl der Transistoren (48, 50, 52) entspricht und die vom gleichen Leitungstyp wie die Basis-Emitter-Übergänge der Transistoren sind, und daß der Emitter des letzten Transistors (52) mit dem Bc-zugspotential (Hasse) gekoppelt ist.
7. 7. Detektorschaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Kondensator (80) mit seinem anderen Ende auf dem Betriebspotential (Hasse) liegt, und daß
   die Kollektoren des ersten und zweiten Transistors (40, 50) mit einer Betriebsspannungsquelle (+) gekoppelt sind, und daß der Kollektor des letzten Transistors (52) mit
   Schaltungsanordnungen (T_2? T , T;) zur Verarbeitung der erfaßten Spitzen-Spitzenwerte gekoppelt ist.

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