DE2233488C2 - Demodulator-Schaltung mit einem Transistor - Google Patents

Description

Es ist vorteilhaft, wenn die gleichstrommäOige Verbindung 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 Spannungsverdopplung die gleichstromniüßige Verbindung des Emitters mit dem Nullpotential durch die Emitter-Kollektorstrecke eines weiteren, zinn ersten Transistor komplementären Transistors erfolgt, und der Emitter dieses Transistors mit dem Emitter des ersten Transistors verbunden ist, und wenn seine Basis ebenfalls über einen vorzugsweise hocholmigen Widerstand mit einem die Basis-Emitterstrecke ό .-hsteuernden Vorstrom beaufschlagt ist, wenn fer- : :, der Eingang der Schaltung mit der Wechselspannung über einen Blockkondensator verbunden ist.

/.weckmäßig wird dei Basisstrom einerseits so nic- ü'.rj, gewählt, daß der Transistor bei Aussteuerung ins Sr .r.-gebiet möglichst hochohmig wirkt und der über den BelaEtungswiderstand fließende Teil des BasissKoms 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 ,-,öglichst gering ist.

Nachfo'gend wird die Erfindung an Hand von Schaltbeispielen und einem Diagramm näher erläutert. Die Fig. 1 zeigt das Grundprinzip der Gleichrichi.erschaltung gemäß der Erfindung. Bei einem Transistor Ti ist die Signalwechselspannung Ue über eine Kapazität Cl an den Emitter gelegt, der gleichstrommäÜig z. B. über eine Drossel Dr am Schaltungsnullpunkt liegt. Der Kollektor des Transistors liegt unmittelbar am Verbraucherwiderstand Rv. Dieser Widerstand ist durch eine Ladekapazität Cl 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 Rl mit einer Vorspannungsquelle Ub 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 Rl eine Stromeinprägung in die Basis des Transistors, so daß sich dessen Arbeitspunkt in dem in Fig. 3 dargestellten Kennlinienfeld ün Sättigungsbereich SB, insbesondere in der Nähe des unteren Kennlinienknicks, ζ. B. bei Pl, befindet; infolge de% Verstärkungseffekts des Transistors genügt bereits ein geringer Basis-Strom, um seine Koilektor-Envtter-Strecke niederohmig durchzuschaltcn, solange die Signalspannung die Kollektor-Emitter-Strecke in der üblichen Weise polt. Bei Umpolung der Kollektor-Emitter-Spannung des Tran·· sistors (inverser Betrieb) ist die Stromverstärkung gegenüber dem normalen Betrieb wesentlich geringer und die Kollektor-Emitter-Strecke ist hochohmig; das durch werden die entsprechenden Signalhalbwellen

gesperrt.

Auf diese Weise ist es möglich, auch bei geringsten Wechselspannungen, z. B, in der Größenordnung \on , 0,15 bis 0,5 Volt, einen hochen Gleich»ichterwirkungsgrad zu erzielen.

Dies wäre bei Verwendung von Dioden, insbesondere wegen ihrer hohen Anlaufspannung, nicht möglich; diesen gegenüber hat die Transistorschaltung außerdem eine geringere Temperaturabhängigkeit der

»5 Richtspannung. Bei einer Temperaturänderung von 50 Grad ändert sich die Richtspannung dieser Transistorschaltung nur um etwa iO mV, bei Gleichrichtet:- schaltungen mit Silizium-Dioden jedoch um etwa 80 bis 100 mV.

an Die Temperaturabhängigkeit der oben gezeigten Schaltung ist dadurch gering, daß die Basis einen Strom eingeprägt erhält und dadurch die Temperatur abhängigkeit der Basis-Emitter-Sfrecke nicht eingeht.

L>ie Größe des Basisstroms richtet sich nach dem Verbraucherstrom. Der Basisstrom soll einerseits möglichst niedrig sein, damit der Transistor bei der invcrscn 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, / B. Pl, festzulegen. 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 niederonmigsten benutzten Lastwiderstand Rv nicht aus dem Sättigungsbereich hinaus gesteuert wird. Anderenfalls wird nämlich der

Gleichrichter in den nahezu waagerecht verlaufenden Teil der /c-C/c-Kennlinie, z. B. Pl, im rechten Teil des Diagramms (Kollektor-Cutoff-rereich) gesteuert und damit sehr hochohmig. Der Verbraucherstrom sollte also stets kleiner sein als das Produkt Basisstrom mal Stromverstärkung des Transistors. Die Sättigur>£sspannung, die der 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 D ^-ümitte^-Strecke erzie'cn,

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 Abblokkuiij, des Basisanschlusses gelangt die Wechselspannung

unmittelbar an die Basis-Emitter-Strecke und steuert den Transistorgleichrichter dadurch zusätzlich. Durch diese Maßnahme wird der Wirkungsgrad vorteilhaft gestevrrt.

Durch den Basisstrom, der von +Ub geliefert wird,

65 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 Cl abgeblockt werden. Der Zusatzstrom wird von der Spannungsquelle — Ub geliefert und gelangt über den Widerstand Rl auf ein Siebglied mit der Kapazität CA. Der Widerstand A3 bildet mit Rl einen Stromteiler. Wenn einer dieser Widerstände so variiert wird, daß die Restspannung am Verbraucher Rv verschwindet, so ist die gewünschte Kompensation erreicht. Der Kondensator CA soll einen Signalspannungsabfall an A3 verhindern.

Besonders bei sehr niedrigen Frequenzen ist es ferner vorteilhaft, die Drossel Dr durch einen weiteren Transistor in gleicher Schaltungsart wie Ti zu ersetzen. Eine solche Schaltung ist in der Fig. 4 dargestellt. Die Basis des Transistors Tl wird über einen Widerstand Λ4 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

jo Transistor wird eine Spannungsverdopplerschaltung realisiert, wie sie an sich bei Diodenschaltungen bekannt ist. Wichtig für die Funktion ist, daß der Transistor Tl zum ersten Transistor 7*1 komplementär ist. Die Kapazität Ci dient wieder als Block gegen die Wechselspannung.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

1 2 In der Nachrichtentechnik werden häufig Gleichrjch- Patentansprüche: ter gefordert, die bei gegebenenfalls relativ hohen Frequenzen, z. B, im Bereich von einigen IO MHz, auch

1. Demodulatorschaltung für kleine elektrische noch kleine Signalspannungen mit möglichst großem Wechselspannungen mit einem Transistor, bei dem 5 Richtwirkungisgrad verarbeiten können; dabei soll das Wechselspannungssignal an den gleichstrom- meist noch der Eingangswiderstand hochohmig sein mäßig mit dem Nullpotential verbundenen Emitter und die Ausgangsspannung möglichst proportional der gelegt ist, dadurch gekennzeichnet, Eingangswechselspannung. Es sind hierzu Diodendaß die Basis über einen hochohmigen Widerstand Gleichrichter bekannt, bei denen jedoch, selbst dann, mit einer die Emitter-Kollektor-Strecke in den io wenn ihr Durchlaßwiderstand im Vergleich zum Snerr-Sättigungsbereich steuernden Vorspannung beauf- widerstand ein großes Verhältnis hat, verschiedene schlagt ist, und daß der Kollektor über den Be- Nachteile auftreten. Wenn nämlich diese Dioden, um lastungswiderstand, der in an sich bekannter Weise den Kennlinienknick zu überwinden, mit Vorspannung für die Wechselspannung mit einem Kondensator beaufschlagt sind, so ergeben sich z. B. bei ausgefallener überbrückt ist, an den Schaltungsnullpunkt ange- 15 Sigualspannung untragbar hohe Restspannungen am schaltet ist. Verbraucher. Ferner wild der Ein- und Ausgang sol-

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- eher Gleichrichterschaltungen niederohmig.
zeichnet, daß zusätzlich zwischen der Basis des Es sind zwar auch schon Gleichrichterschaltungen Transistors und dem Schaltungsnullpunkt eine für mit Transistoren bekanntgeworden, bei denen deren die angelegte Signalwechselspannung eine geringe 20 Stromverstärkung ausgenutzt wird, jedoch sind auch Impedanz aufweisende Kapazität angeschaltet ist. diese bekannten Schaltungen für die obengenannten

3. Schaltung nach einem der vorhergehenden Zwecke noch mit erheblichen Nachteilen verbunden. Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die gleich- Derartige Schaltungen sind in »Bell System Technical itrommäßige Verbindung des Emitters mit dem Journal«, 1951, S. 410 und 411, beschrieben. Unter Nullpunkt durch eine der angelegten Signalwech- 25 anderem ist dort eine Demodulatorschaltung gezeigt, $elspannung eine hohe Impedanz zeigende Induk- bei der die Basis gleich- und wechselstrommäßig auf tivität (Drossel) geschieht. Massepotential liegt und die Signahvechselspannung

4. Schaltung nach Anspruch 3, dadurch gekenn- an den mit einem Vorstrom beaufschlagten Emitter zeichnet, daß in Reihe mit der Signalwechselspan- angelegt ist. Der Kollektor des Transistors ist über nung eine derartige Gleichspannung an die Emitter- 30 einen für die Hochfrequenz eine hohe Impedanz zeielektrode angelegt ist, daß die durch den Basis- genden Tiefpaß mit dem Verbraucher verbunden. Der gleichstrom hervorgerufene Restspannung am Ver- Transistor ist bis zum Kollektor-Cutoff-Bereich durchbraucherwiderstand kompensiert wird. gesteuert.

5. Schaltung nach einem der ve !-hergehenden Ähnlichen Aufbau und ähnliche Wirkungsweise Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur 35 zeigen auch die in der deutschen Ausleges:hrift Spannungsverdopplung die gleichstrommäßige Vei- 1416 113 und den deutschen Offenlegungsschriften bindung des Emitters mit dem Nullpotential durch 1 766 478 und 1 766 763 beschriebenen Schaltungen die Emitter-Kollektor-Strecke eines weiteren, zum mit einem Transistor als Gleichrichter. Die Gleichersten Transistor komplementären Transistors er- richterwirkung wird dort von der Emiiter-Basisstrecke folgt, und der Emitter dieses Transistors mit dem 40 vorgenommen, während der Kollektor über den BeEmitter des ersten Transistors verbunden ist, und lastungswiderstand an einer Versorgungsspannung daß seine Basis ebenfalls über einen vorzugsweise liegt, so daß die an der Basis demodulierte Spannung hochohmigen Widerstand mit einem die Basis- verstärkt am Kollektor erscheint.
Emitter-Strecke durchsteuernden Vorstrom beauf- Diese Schaltungen haben unter anderem folgende schlagt ist, daß ferner der Eingang der Schaltung 45 Nachteile. Es fließt ein relativ großer Vorstrom durch mit der Wechselspannung über einen Blockkonden- den Verbraucherwiderstand. Es bestehen hohe Gesator verbunden ist. nauigkeits- und Konstanzforderungen an diesen ein-

6. Schaltung nach einem der vorhergehenden geprägten Strom und damit an die Versorgungsspan-Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ba- nung und die Widerstände. Die Temperaturabhängigsistrom einerseits so niedrig gewählt ist, daß der 5° keit der Basis-Emitter-Schwelle geht bei kleinen Sig-Transistor bei Aussteuerung ins Sperrgebiet mög- nalamplituden in die Demodulation ein.

liehst hochohmig wirkt und der über den BeIa- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nach-

stungswiderstand fließende Teil des Basisstroms nur teile der obigen Gleichrichterschaltungen bei insbesoneine geringe Restspannung bei nicht vorhandener dere sehr niedrigen Eingangs-Wechselspannungen und Wechselspannung erzeugt und andererseits so 55 sehr hohen Frequenzen zu vermeiden,
hoch ist, daß der Durchlaßwiderstand des Tran- Diese Aufgabe wird bei einer Demodulator-Schal-

sistors auch bei sehr kleinen Signalspannungen tung für kleine elektrische Wechselspannungen mit schon mögliehst gering ist, einem Transistor, bei dem das Wechselspannungssignal

an den gleichstrommäßig mit dem Nullpotential ver-60 bundenen Emitter gelegt ist, gemäß der Erfindung da-

durch gelöst, daß die Basis über einen hochohmigen

Widerstand mit einer die Emitter-Kollektorstrecke in den Sättigungsbereich steuernden Vorspannung be-

Die Erfindung bezieht sich auf eine Demodulator- aufschlagt ist, und daß der Kollektor über den BeIa-Schaltung für kleine elektrische Wechselspannungen 65 stungswiderstand, der in an sich bekannter Weise für mit einem Transistor, bei dem das Wechselspannungs- die Wechselspannung mit einem Kondensator übersignal an den gleichstrommäßig mit dem Nullpotential brückt ist, an den Schaltungsnullpunkt angeschaltet ist. verbundenen Emitter gelegt ist.