DE2233488B1 - Demodulator Schaltung mit einem Transistor - Google Patents

Description

• Diese Aufgabe wird bei einer Demodulator-Schaltung für kleine elektrische Wechselspannungen mit einem Transistor, bei dem das Wechselspannungssignal an den gleichstrommäßig mit dem Nullpotential verbundenen Emitter gelegt ist, gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Basis über einen hochohmigen Widerstand mit einer die Emitter-Kollektorstrecke in den Sättigungsbereich steuernden Vorspannung beaufschlagt ist, und daß der Kollektor über den Belastungswiderstand, der in an sich bekannter Weise für die Wechselspannung mit einem Kondensator überbrückt ist, an den Schaltungsnullpunkt angeschaltet ist.
• Es ist vorteilhaft, wenn die gleichstrommäßige Ver bindung des Emitters mit dem Nullpunkt durch eine der angelegten Signalwechselspannung eine hohe Impedanz zeigende Induktivität (Drossel) geschieht.
• Für eine gewisse Mitsteuerung des Basistromes des Transistors ist es zweckmäßig, wenn zusätzlich zwischen der Basis des Transistors und dem Schaltungsnullpunkt eine für die angelegte Singalwechselspannung eine geringe Impedanz aufweisende Kapazität angeschaltet ist.
• Vorteilhaft ist es auch in solchen Fällen, wenn in Reihe mit der Signalwechselspannung eine derartige Gleichspannung na die Emitterelektrode angelegt ist, daß die durch den Basisgleichstrom hervorgerufene Restspannung am Verbraucherwiderstand kompensiert wird.
• Für niedrige Frequenzen kann es vorteilhaft sein, wenn zur Spa nnungsverdopplung die gleichstrommäßige Verbindung des Emitters mit denl Nullpotential durch die Emitter-Kollektorstsecke eines weiteren, zum ersten Transistor komplementären Transistors erfolgt, und der Emitter dieses Transistors mit dem Emitter des ersten Transistois verbunden ist. und wenn seine Basis eb#nfalls über einen vorzugsweise hochohmigen Widerstancl nait einem die Basi-Emitterstrecke durchsteuernden Vorstrom beaufschlagt ist, svenn ferner der Eingang der Schaltung mit der Wechselspannung über einen Blockl#ondensator verbunden ist.
• Zweckmäßig wird del Basisstrom einerseits so nivdrig gewählt, daß der Transistor bei Aussteuer@@ng ins Sperrgebiet möglichst hochohmig wirkt und der über den BeiasLungswiderstand fließende Teil des Basisstroms nur eine geringe Restspannung bei nicht vorhandener Wechsei~pannung erzeugt und andererseits so hoch ist, das der Durchlaßwiderstand des Tran sistors auch bei sehr kleinen Signalspannungen schon möglichst gering ist.
• Nachfolgend wird die Erfindung an Fland von Schaltbeispielen und einem Diagramm näher erläutert Die Fig. I zeigt das Grundprinzip der Gleichrichterschaltung gemäß der Erfindung. Bei einem Transistor Tl ist die Signalwechselspannung Ue über eine Kapazität Cl an den Emitter gelegt, der gleichstrom mäßig z. B. über eine Drossel Dr am Schaltungsnullpunkt liegt. Der Kollektor des Transistors liegt unmittel bar am Verbraucherwiderstand Re. Dieser Widerstand ist durch eine Ladekapazität C2 mit einer für die Hochfrequenz niedrigen Impedanz überbrückt.
• Parallel zum Verbraucherwiderstand steht die gleichgerichtete Wechselspannung Ua mit einer dem Transistortyp entsprechenden Polung zur Verfügung. Die Basis des Transistors ist über einen hochohmigen Widerstand R1 mit einer Vorspannungsquelle Uh verbunden.
• Diese Schaltung erfüllt die eingangs gestellten Forderungen und hat etwa folgende Funktionen. Die angelegte Signalwechselspannung liegt praktisch zwischen Emitter und Kollektor des Transistors T. Die Vorspannung Ub bewirkt über den Widerstand R1 eine Stromeinprägung in die Basis des Transistors, so daß sich dessen Arbeitspunkt in dem in Fig. 3 dargestellten Kennlinienfeld im Sättigungsbereich .SB, insbesondere in der Nähe des unteren Kennlinienknicks, z. B. bei Pl, befindet; infolge des Verstärkungseffekts des Transistors genügt bereits ein geringer Basis-Strom, um seine Kollel:tor-Emit#r-Strecke niederohmig durchzuschalten, solange die Signalspannung die Kollektor-Emitter-Strecke in der üblichen Weise polt. Bei Um- polung der Kollektor-Emitter-Spannung des Transistors (inverser Betrieb) ist die Stromverstärkung gegenüber dem normalen Betrieb wesentlich geringer und die Kollektor-Emitter-Strecke ist hochohmig; dadurch werden die entsprechenden Signalhalbwellen gesperrt.
• Auf diese Weise ist es möglich, auch bei geringsten Wechselspannungen, z. B. in der Größenordnung von 0,15 bis 0,5 Volt, einen hochen Gleichrichterwirkungsgrad zu erzielen.
• Dies wäre bei Verwendung von Dioden, insbesondere wegen ihrer hohen Anlaufspannung, nicht mög lich; diesen gegenüber hat die Transistorschaltung außerdem eine geringere Temperaturabhängigkeit der Richtspannung. Bei einer Temperaturänderung von 50 Grad ändert sich die Richtspannung dieser Transistorschaltung nur um etwa 10 mV, bei Gleichrichterschaltungen mit Silizium-Dioden jedoch um etwa 80 bis 100 mV.
• Die Temperaturabhängigkeit der oben gezeigten Schaltung ist dadurch gering, daß die Basis einen Strom eingeprägt erhält und dadurch die Temperatur abhängigkeit der Basis-Emitter-Strecke nicht eingeht.
• Die Größe des Basisstroms richtet sich nach dem Vechraucherstrorn. Der Basisstrom soll einerseits mög lichst niedrig sein, damit der Transistor bei der inversen Polung möglichst gut sperrt und damit durch den über den Verbraucherwiderstand fließenden Teil des Basisstroms nur eine geringe Restspannung bei Signalspannung »Null« erzeugt wird. Es ist demzufolge zweckmäßig, den Arbeitspunkt auf den in der Fig. 3 dargestellten unteren Kennlinienknick, z. B. Pl, festzuleiten. Andererseits soll der Basistrom so groß sein, daß der Durchlaßwiderstand hinreichend klein ist und daß der Transistor auch bei größerer Amplitude der Wechselspannung und dem niederohmigsten benutzten Lastwiderstand Re nicht aus dem Sättigungsbereich hinaus gesteuert wird. Anderenfalls wird nämlich der Gleichrichter in den nahezu waagerecht verlaufenden Teil der k-Uc-Kennlinie, z. B. P2, im rechten Teil des Diagramms (Kollcktor-Cutoff-Bereich) gesteuert und d-imif scher hochohmig. Der Verbraucherstrom sollte alse s#ets klrij-#er sein als das Produkt Basisstrom mal Stron#verst#rkung des Transistors. Die Sättigungsspannunga die dsr Schwellenspannung entspricht, ist sehr niedrig und wenig temperaturabhängig. In der Praxis arbeitet man am besten mit Basisströmen, die klein gegenüber dem Verbraucherstrom sind, jedoch größer als der Wert Verbraucherstrom dividiert durch Stromverstärkung. Der genaue Wert ist nicht sehr kritisch.
• Will man noch eine zusätzliche Steuerung durch die Signalströme über die Basis-Emitter-Strecke erzielen, so ist es zweckmäßig, den Basisanschluß, wie in der Fig. 1 gezeigt, mit dem Schaltungs-Nullpunkt über eine der Signalwechselspannung eine kleine Impedanz zeigende Kapazität C3zu verbinden. Durch diese Abblokkung des Basisanschlusses gelangt die Wechselspannung unmittelbar an die Basis-Emitter-Strecke und steuert den Transistorgleichrichter dadurch zusätzlich. Durch diese Maßnahme wird der Wirkungsgrad vorteilhaft gesteuert.
• Durch den Basisstrom, der von 1 Ub geliefert wird, wird nicht nur in die Basis-Emitter-Strecke, sondern auch in die Basis-Kollektor-Strecke ein Strom eingeprägt. Dieser Strom bewirkt bei sehr kleinem bzw.
• Nullsignal eine manchmal unerwünschte, wenn auch geringe Restgleichspannung am Verbraucherwiderstand Rv. Dieser Strom läßt sich in einfacher Weise kompensieren, und zwar dadurch, daß, wie in der Fig. 2 schaltungsmäßig dargestellt, ein zusätzlicher Strom in der umgekehrten Richtung auf den Emitter gegeben wird. Die Wechselspannung Ue muß dann über die Kapazität C1 abgeblockt werden. Der Zusatzstrom wird von der Spannungsquelle - Ub geliefert und gelangt über den Widerstand R2 auf ein Siebglied mit der Kapazität C4. Der Widerstand R3 bildet mit R2 einen Stromteiler. Wenn einer dieser Widerstände so variiert wird, daß die Restspannung am Verbraucher Rv verschwindet, so ist die gewünschte Kompensation erreicht. Der Kondensator C4 soll einen Signalspannungsabfall an R3 verhindern.
• Besonders bei sehr niedrigen Frequenzen ist es ferner vorteilhaft, die Drossel Dr durch einen weiteren Transistor in gleicher Schaltungsart wie T1 zu ersetzen.
• Eine solche Schaltung ist in der Fig. 4 dargestellt. Die Basis des Transistors T2 wird über einen Widerstand R4 mit einem entsprechenden eingeprägten Strom beaufschlagt. Auf diese Weise wird nicht nur die besonders bei niedrigen Frequenzen platzaufwendige und teuere Drossel ersetzt, sondern durch den zweiten Transistor wird eine Spannungsverdopplerschaltung realisiert, wie sie an sich bei Diodenschaltungen bekannt ist. Wichtig für die Funktion ist, daß der Transistor T2 zum ersten Transistor T1 komplementär ist.
• Die Kapazität C1 dient wieder als Block gegen die Wechselspannung.

Claims (6)

1. Patentansprüche: 1. Demodulator-Schaltung für kleine elektrische Wechselspannungen mit einem Transistor, bei dem das Wechselspannungssignal an den -gleichstrommäßig mit dem Nullpotential verbundenen Emitter gelegt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis über einen hochohmigen Widerstand mit einer die Emitter-Kollektor-Strecke in den Sättigungsbereich steuernden Vorspannung beaufschlagt ist, und daß der Kollektor über den Belastungswiderstand, der in an sich bekannter Weise für die Wechselspannung mit einem Kondensator überbrückt ist, an den Schaltungsnullpunkt angeschaltet ist.
2. 2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zwischen der Basis des Transistors und dem Schaltungsnullpunkt eine für die angelegte Signalwechselspannung eine geringe Impedanz aufweisende Kapazität angeschaltet ist.
3. 3. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die gleichstrommäßige Verbindung des Emitters mit dem Nullpunkt durch eine der angelegten Signalwech selspannung eine hohe Impedanz zeigende Induktivität (Drossel) geschieht.
4. 4. Schaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit der Signalwechselspan nung eine derartige Gleichspannung an die Emitterelektrode angelegt ist, daß die durch den Basisgleichstrom hervorgerufene Restspannung am Verbraucherwiderstand kompensiert wird.
5. 5. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Spannungsverdopplung die gleichstrommäßige Viel~ bindung des Emitters mit dem Nullpotential durch die Emitter-Kollektor-Strecke eines weiteren, zum ersten Transistor komplementären Transistors erfolgt, und der Emitter dieses Transistors mit dem Emitter des ersten Transistors verbunden ist, und daß seine Basis ebenfalls über einen vorzugsweise hochohmigen Widerstand mit einem die Basis-Emitter-Strecke durchsteuernden Vorstrom beaufschlagt ist, daß ferner der Eingang der Schaltung mit der Wechselspannung über einen Blockkondensator verbunden ist.
6. 6. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Basistrom einerseits so niedrig gewählt ist, daß der Transistor bei Aussteuerung ins Sperrgebiet möglichst hochohmig wirkt und der über den Belastungswiderstand fließende Teil des Basisstroms nur eine geringe Restspannung bei nicht vorhandener Wechselspannung erzeugt und andererseits so hoch ist, daß der Durchlaßwiderstand des Transistors auch bei sehr kleinen Signalspannungen schon möglichst gering ist.

   Die Erfindung bezieht sich auf eine Demodulator-Schaltung für kleine elektrische Wechselspannungen mit einem Transistor, bei dem das Wechselspannungssignal an den gleichstrommäßig mit dem Nullpotential verbundenen Emitter gelegt ist.

   In der Nachrichtentechnik werden häufig Gleichrichter gefordert, die bei gegebenenfalls relativ hohen Frequenzen, z. B. im Bereich von einigen 10 MHz, auch noch kleine Signalspannungen mit möglichst großem Richtwirkungsgrad verarbeiten können; dabei soll meist noch der Eingangswiderstand hochohmig sein und die Ausgangsspannung möglichst proportional der Eingangswechselspannung. Es sind hierzu Dioden-Gleichrichter-bekannt, bei denen jedoch, selbst dann, wenn ihr Durchlaßwiderstand im Vergleich zum Sperrwiderstand ein großes Verhältnis hat, verschiedene Nachteile auftreten. Wenn nämlich diese Dioden, um den Kennlinienknick zu überwinden, mit Vorspannung beaufschlagt sind, so ergeben sich z. B. bei ausgefallener Signalspannung untragbar hohe Restspannungen am Verbraucher. Ferner wird der Ein- und Ausgang solcher Gleichrichterschaltungen niederohmig.

   Es sind zwar auch schon Gleichrichterschaltungen mit Transistoren bekanntgeworden, bei denen deren Stromverstärkung ausgenutzt wird, jedoch sind auch diese bekannten Schaltungen für die obengenannten Zwecke noch mit erheblichen Nachteilen verbunden.

   Derartige Schaltungen sind in »Bell System Technical Journal«, 1951, S. 410 und 411, beschrieben. Unter anderem ist dort eine Demodulator-Schaltung gezeigt, bei der die Basis gleich- und wechselstrommäßig auf Massepotential liegt und die Signalwechselspannung an den mit einem Vorstrom beaufschlagten Emitter angelegt ist. Der Kollektor des Transistors ist über einen für die Hochfrequenz eine hohe Impedanz zeigenden Tiefpaß mit dem Verbraucher verbunden. Der Transistor ist bis zum Kollektor-Cutoff-Bereich durchgesteuert.

   Ähnlichen Aufbau und ähnliche Wirkungsweise zeigen auch die in der deutschen Auslegeschrift 1 416 113 und den deutschen Offenlegungsschriften 1 766 478 und 1 766 763 beschriebenen Schaltungen mit einem Transistor als Gleichrichter. Die Gleichrichterwirkung wird dort von der Emitter-Basisstrecke vorgenommen, während der Kollektor über den Belastungswiderstand an einer Versorgungsspannung liegt, so daß die an der Basis demodulierte Spannung verstärkt am Kollektor erscheint.

   Diese Schaltungen haben unter anderem folgende Nachteile. Es fließt ein relativ großer Vorstrom durch den Verbraucherwiderstand. Es bestehen hohe Genauigkeits- und Konstanzforderungen an diesen eingeprägten Strom und damit an die Versorgungsspannung und die Widerstände. Die Temperaturabhängig keit der Basis-Emitter-Schwelle geht bei kleinen Signalamplituden in die Demodulation ein.

   Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der obigen Gleichrichterschaltungen bei insbesondere sehr niedrigen Eingangs-Wechselspannungen und sehr hohen Frequenzen zu vermeiden.