DE2321464B2 - Demodulator für amplitudenmodulierte Hochfrequenzschwingungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Demodulator für amplitudenmodulierte elektrische Hochfrequenz-Schwingungen, bei dem die Demodulation mittels einer Diode und eines aktiven Halbleiterelements bewerkstelligt ist.

Ein derartiger Demodulator ist aus der DT-AS 21 693 bekannt. Der Nachteil eines solchen Demodulators wie auch von nur eine Diode oder einen Transistor als Demodulatorelement aufweisenden Demodulatoren besteht darin, daß, wenn der Demodulator in einem relativ linearen Bereich betrieben werden soll, der Pegel eines Eingangssignals möglichst groß sein muß. Dies kann jedoch bei Geräten wie Fernsehempfängern dazu führen, daß bestimmte Baugruppen oder -elemente zu schwingen beginnen oder Energie abstrahlen, wodurch die Qualität von wiedergegebenen Bildern beeinträchtigt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Demodulator zu schaffen, der mit Eingangssignalen betrieben werden kann, die einen relativ niedrigen Pegel haben, und bei dem dennoch eine hohe Linearität erreicht wird.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch, daß zur Stromsteuerung der Demodulatorelemente die zu demodulierende Schwingung zur Steuerung zweier zwischen die Bstriebsspannungsklemmen in Serie geschalteter Konstantstromquellen verwendet ist, die die Demodulatorelemente steuern.

Der wesentliche Unterschied des erfindungsgemäßen Modulators gegenüber den bekannten ist die Art der Steuerung. Bei den bekannten Schaltungsanordnungen arbeitet man mit Spannungssteuerung. Voraussetzung für ein einwandreies Funktionieren einer derartigen Schaltungsanordnung ist ein ausreichend großes Signal, da sich sonst die Krümmung z. B. einer Diodenkennlinie nachteilig auswirkt. Man benötigt daher ZF-Verstärker, um das Signal auf eine geeignete Größe zu bringen. Bei dem erfindungsgemäßen Demodulator arbeitet man dagegen mit Stromsteuerung, bei der man, wie später gezeigt wird, kleine Eingangssignale ohne Zwischenverstärkung demodulieren kann.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der F i g. 1 bis 6 beispielsweise erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein Schaltbild eines bekannten Demodulators,

F i g. 2 oin Schaltbild eines Demodulators gemäß der Erfindung,

Fig.3 eine Abwandlung der in Fig.2 gezeigten Schaltung,

Fig.4 ein Schaltbild einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,

F i g. 5 eine Abwandlung der in F i g. 3 gezeigten Schaltung und

F i g. 6 Abwandlungen der in den F i g. 3 und 5 gezeigten Schaltungen.

F i g. 1 zeigt ein Schaltbild eines bekannten Videodemodulators für einen Fernsehempfänger.

In F i g. 1 wird eine Video-ZF-Signalspannung e/einer Diode D zugeführt und eine Ausgangsvideosignalspannung £Ό wird über einem ÄC-Parallelkreis erhalten.

In der Schaltung der F i g. 1 wird, wenn die Diode entsprechend der Eingangssignalspannung betrieben wird, die Eingangs-Ausgangs-Charakteristik des Demodulators entsprechend der Gleichung der Spannungs-Strom-Charakteristik der Diode wie folgt ausgedrückt:

ί i/V/

^!Γ^ρπ"

wobei

der Ausgangsstrom,

der Sättigungsstrom,

die Elektronenladung,

die Eingangsspannung,

die Boltzmann-Konstante und

die absolute Temperatur

Wie die Gleichung (1) zeigt, ist der Ausgangsstrom A der Diode, der der Ausgangssignalspannung Eo in F i g. 1 entspricht, im wesentlichen nichtlinear bezüglich der Eingangsspannung V/' die der Eingangssignalspannung & in F i g. 1 entspricht, und wenn die Diode D in dem relativ linearen Bereich betrieben werden soll, sollte der Pegel der Eingangssignalspannung e/ hoch

sein und in dem Bereich von einiger. Volt (effektiv) gehalten werden.

Wenn daher der Pegel des Eingangssignals des ZF-Verstärkers (in Fig. 1 nicht gezeigt) 100 μ VW/ beträgt, muß die Verstärkung des ZF-Verstärkers höher als 8OdB sein, um für den obigen Demodulator eine Eingangsspannung in dem Bereich von einigen Veir zu erhalten.

Daher werden verschiedene unerwünschte Probleme, wie z. B. Schwingungen infolge der Kopplung zwischen den Stufen des ZF-Verstärkers und des Demodulators und Strahlungen der Stufen mit hohem Spannungspege! verursacht.

Der Demodulator gemäß der Erfindung ist von diesen bekannten Nachteilen frei und kann mit einem Eingangssignal mit niedrigem Pegel bei hoher Linearität betrieben werden.

Im allgemeinen bestehen zwischen einem Eingangsstrom ή und einem Ausgangsstrom λ eines Verstärkers in Emitter- und Basisschaltung die folgenden Beziehungen:

i'„ = hj /', (Emitterschaltung!. (2)

I₀ = '</, (Basisschaltung). (3)

wobei hf_e bzw. α das Kurzschluß-Übertragungsverhältnis bzw. der Stromverstärkungsfaktor in einer Emitterbzw, einer Basisschaltung ist.

Die obigen Beziehungen werden selbst dann erfüllt, wenn der Pegel des Eingangsstroms // niedrig ist Wenn daher eine Emitter- oder eine Basistransistorschaltung mit dem Eingangssignalstrom entsprechend den Gleichungen (2) oder (3) unabhängig von der Gleichung (1) betrieben werden, kann ein Demodulator geschaffen werden, der bei einem Eingangssignal mit niedrigem Pegel linear arbeitet. Die vorliegende Erfindung beruht auf der obigen Überlegung.

F i g. 2 zeigt ein einfaches Schaltbild einer Ausführungsform eines Transistordemodulators wie eines Videodemodulators eines Fernsehempfängers gemäß der Erfindung. Der Transistordemodulator der F i g. 2 besteht aus einem Signalstromeingangsteil A und einem Demodulatorteil B.

Der Signalstromeingangsteil A besteht aus einer ersten und einer zweiten Konstantstromquelle A\ und Ai, deren Gleichstromkomponenten /ι und k im wesentlichen gleiche Größe haben. Der Konstantstromquelle A\ wird eine VZF-Signalstromkomponente ± Δί überlagert, die den Demodulatorteil B steuert.

Der Demodulatorteil B besteht aus einem Transistor Qi und einer Diode Di zur Demodulation. Der Kollektor des Transistors Qi ist über einen Lastwiderstand Rs mit einem Spannungsanschluß bzw. einer Spannungsquelle -I- Vcc und einem Demoduiatorausgangsanschluß 2 verbunden und ist auch über einen Glättungskondensator Ci geerdet. Der Emitter des Transistors Qi bzw. ein Signaleingangspunkt 3 des Demodulatorteils B erhält eine Signalstromkomponente von dem Verbindungspunkt zwischen den Kosntantstromquellen Ai und A2. Der Signalstrom wird während der positiven Halbwelle des Signals über die Diode Di zur Erde geleitet. Die Basis des Transistors Qi ist mit dem Verbindungspunkt zwischen einem Vorspannungswiderstand Re und einer Serienschaltung von Vorspannungsdioden Di und Di verbunden.

Wenn der Strom durch die Dioden Di und Di als / angenommen wird, kann der Strom, der durch den Kollektorlastwiderstand Rs des Transistors Qi fließt, als / angesehen werden, da der Emitterstrom des Transistors Qi und der Strom durch die Diode Di im wesentlichen /wird. Der Strom /wird εο gewählt, daß er einen Wert von z. B. 50 μΑ hat, so daß der Transistor Qi etwas leitet

Bei der Ausführungsform der F i g. 2 teilt sich die ZF-Signaistromkomponente ±Δί die auf den Punkt 3 über die Konstantstromquelle A\ gegeben wird, auf zwei Wege auf und fließt in den Transistor Qi und die Diode Di während ihrer positiver Halbperiode bzw. während der Periode von +Δι Hierbei liegt die Signalstromkomponente +Δϊ gegenüber dem PN-Übergang zwischen dem Emitter und der Basis des Transistors Qi in Sperrichtung, so daß der Transistor Qi augenblicklich gesperrt wird, während die Signalstromkomponente + Δί bezüglich des PN-Übergangs der Diode Di in Durchlaßrichtung liegt, so daß nahezu der gesamte Signalstrom +Δ/in die Diode Di fließt

Während der negativen Halbperiode der Signalkomponente dagegen bzw. während der Periode von — Δί wird die Diode D\ gesperrt, jedoch der Transistor Qi geöffnet, so daß der Transistor Qi den Strom -Δίζιι der Konstantstromquelle A\ leitet. Daher werden die Diode Di und der Transistor Qi abwechselnd bei jeder Halbperiode des VZF-Signals leitend und nichtleitend, und führen die Demodulation durch, so daß ein halbwellendemoduliertes Ausgangssignal an dem Ausgangsawschluß 2 erhalten wird.

F i g. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei der gleiche Bezugszeichen wie in F i g. 2 gleiche Elemente bezeichnen und bei der der Signalstromeingangsteil A, der in F i g. 2 verwendet ist, durch ein einziges aktives Element bzw. einen Transistor Qi gebildet ist. Hierbei wird der Transistor Qi in Emitterschaltung betrieben und erhält an seiner Basis das Eingangs-VZF-Signal über den Eingangsanschluß 1. Der Kollektor des Transistors Qi ist über einen Lastwiderstand A3 mit der Spannungsquelle + Vcc verbunden, während sein Emitter über einen Gegenkopplungswiderstand /?4 geerdet ist. Die Widerstände R] und R2 bilden einen Spannungsteiler für die Basis des Transistors Qi. Durch geeignete Wahl der Größe des Lastwiderstandes Ri kann die Eingangssignalspannung, die auf den Eingangsanschluß 1 gegeben wird, von dem Transistor Q in die Signalstromkomponente ±Δί umgewandelt und dann über seinen Kollektor und einen Koppelkondensator Ci auf den Demodulatorteil B gegeben werden. Die Arbeitsweise des Demodulatorteils B in F i g. 3 ist im wesentlichen die gleiche wie die des Demodulatorteils 5 in F i g. 2; ihre Beschreibung braucht daher nicht wiederholt werden.

Die Arbeitsweise des Demodulatorteils B in den F i g. 2 und 3 basiert auf der Gleichung (3), nicht jedoch auf der Gleichung (1), so daß, selbst wenn der Pegel eines Eingangssignals niedrig ist, ein Ausgangssignal mit linearer Charakteristik erzeugt wird.

Fig.4 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei der ein zweiter Demodulatortransistor Qi in dem Demodulatorteil B, der in F i g. 2 gezeigt ist, verwendet ist; gleiche Bezugszeichen wie in F i g. 2 bezeichnen gleiche Elemente. Bei dieser Ausführungsform ist der zweite Demodulatortransistor Qi derart geschaltet, daß sein Kollektor mit dem Kollektor des Transistors Qi verbunden ist; seine Basis ist mit dem Verbindungspunkt zwischen dem Emitter des Transistors Qi und der Diode Di bzw. dem Signaleingangspunkt 3 verbunden, und sein Emitter ist geerdet. Die

jbrige Schaltungsanordnung dieser Ausführungsform ist im wesentlichen die gleiche wie die der F i g. 2. Der Kreis ist so aufgebaut, daß der Emitterstrom des Transistors Qi nahezu /wird und damit der Strom durch den Widerstand Rs im wesentlichen 2/ wird. Während der positiven Halbperiode des Eingangssignalstroms, der auf den Signaleingangspunkt 3 gegeben wird, wird die Diode Di für den Signalstrom leitend und der Strom gleich dem, der durch die Diode Di fließt, fließt durch den Emitter des Transistors Qi. Die Arbeitsweise des Transistors Qi basiert auf der obigen Gleichung (2), jedoch muß der zusammengesetzte Kreis aus dem Transistor Qi und der Diode Di als Demodulator berücksichtigt werden. Wenn der Strom, der durch die Diode Di fließt, so gewählt wird, daß er gleich dem ist, der durch den Emitter des Transistors Qi fließt, d. h., daß, wenn beide Ströme so eingestellt werden, daß sie / sind, wird der Stromverstärkungsfaktor hr_c des zusammengesetzten Kreises Eins.

Daher basiert die Eingangs-Ausgangsstrom-Charakteristik des zusammengesetzten Kreises in etwa auf der Gleichung (3). Bei dem in Fig.4 gezeigten Schaltungsaufbau werden die Signalströme des ersten und zweiten Transistors Qi und Qi addiert, um ein vollwegdemoduliertes Ausgangssignal an dem Ausgangsanschluß 2 zu erzeugen. Damit wird der Wirkungsgrad verdoppelt, d. h. um 6 dB im Vergleich zu demjenigen der F i g. 2 und 3 vergrößert.

F i g. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei der der Signaleingangsteil A, der in Fig.4 schematisch gezeigt ist, durch ein einziges aktives Element, den Transistor Qi wie in Fig.3, gebildet ist und bei der gleiche Bezugszeichen wie in den F i g. 2 bis 4 für gleiche Elemente verwendet sind.

Bei dem Beispiel der Fig.5 entspricht die Arbeitsweise des Transistors Q bzw. des Signalstromeingangsteils A derjenigen des Teils A der Fig.3 und die Arbeitsweise des Demodulatorteils B entspricht derjenigen des Teils ß der Fig.4; ihre Beschreibung unterbleibt daher.

F i g. 6 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform, bei der der Kollektorlastwiderstand Ri des Transistors Qi in den F i g. 3 und 5 durch einen LC-Parallelresonanzkreis, bestehend aus einem Kondensator C und einer Spule L gebildet ist.

Der Lastwiderstand Ri in den F i g. 3 und 5 muß für die Signalfrequenz eine hohe Impedanz haben, wegen der Streukapazität ist es jedoch schwierig, die Impedanz des Lastwiderstands Ri hoch zu machen.

Bei der Schaltung nach F i g. 6 jedoch, bei der der LC-Parallelresonanzkreis, der bei der Signalfrequenz in Resonanz ist, ist die Konstantstromquelle Ai von dem Einfluß der Streukapazität frei; die Linearität des Demodulators wird daher stark verbessert

Wie oben beschrieben wurde, können durch die Erfindung unerwünschte Probleme, wie eine Schwingung, Strahlung od. dgl., beseitigt oder im Vergleich zu dem bekannten Diodendemodulator, der in Abhängigkeit von einer Eingangssignalspannung betrieben wird, auf ein Minimum gebracht werden. Dies bedeutet, daß der Demodulator gemäß der Erfindung linear arbeitet und eine Ausgangsspannung in dem Bereich von mehreren Volt (Spitze-Spitze) erzeugt, selbst wenn der Pegel des Eingangs-ZF-Signals in dem Bereich einiger zehn mV liegt. Daher kann bei der Erfindung mit der gleichen Wirkung ein ZF-Verstärker mit einer Verstärkung verwendet werden, die um 20 bis 40 dB niedriger ist als bei einer bekannten Anordnung. Außerdem kann die erfindungsgemäße Schaltung leicht als integrierte Schaltung hergestellt werden.

Selbstverständlich kann der Demodulator gemäß der Erfindung, der an Hand eines Fernsehempfängers beschrieben wurde, auch in anderen Vorrichtungen mil der gleichen Wirkung verwendet werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Demodulator für amplitudenmodulierte elektrische Hochfrequenzschwingungen, bei dem die Demodulation mittels einer Diode und eines aktiven Halbleiterelements bewerkstelligt ist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Stromsteuerung der Demodulatorelemente (Di, Qi; Di, Qi, Qi) die zu demodulierende Schwingung zur Steuerung zweier ι ο zwischen die Betriebsspannungsklemmen in Serie geschalteter Konstantstromquellen (Ai, Ai) verwendet ist, die die Demodulatorelemente steuern.

2. Demodulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Signaleingangskreis (A) des Demodulators einen Transistor (Qi) aufweist, dessen Basis die zu demodulierende Schwingung zugeführt wird, in dessen Kollektor- bzw. Emitterkreis je eine mit dem ersten bzw. zweiten Spannungsanschluß verbundene Impedanz (Ri, Ra) geschaltet ist, und dessen Kollektor mit dem Demodulatorteil (B) des Demodulators verbunden ist (F i g. 3,5,6).

3. Demodulator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Kollektorkreis des Transistors (Qi) geschaltete Impedanz ein LC-Parallelresonanzkreis ist (F i g. 6).

4. Demodulator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Demodulatorteil (B) des Demodulators einen Transistor (Qi) aufweist, in dessen Kollektorkreis eine mit einer Betriebs-Spannungsquelle (+ Vcc) verbundene Lastimpedanz (Rs) geschaltet ist, in dessen Emitterkreis eine geerdete Diode (Di) geschaltet ist, deren Polarität in Durchlaßrichtung gleich derjenigen der Spannungsquelle ist und die zusammen mit dem Emitter mit dem Signaleingangskreis verbunden ist, und an dessen Basis ein Spannungsteiler angeschlossen ist, der den Transistor (Q2) derart vorspannt, daß durch den Transistor und die Diode ein kleiner Strom fließt, wenn kein Eingangssignalstrom zugeführt wird(Fig.2,3).

5. Demodulator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Demodulatorteil (B) einen weiteren Transistor (Qi) aufweist, dessen Basis mit dem Emitter und dessen Kollektor mit dem Kollektor des anderen Transistors (Qi) und dessen Emitter geerdet verbunden ist (F i g. 4,5).