DE2422534A1

DE2422534A1 - Schaltungsanordnung zur demodulation eines amplitudenmodulierten signals

Info

Publication number: DE2422534A1
Application number: DE2422534A
Authority: DE
Inventors: Hans Kriedt; Eckart Dipl Ing Schatter; Jean-Marc Dipl Ing Zulauf
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1974-05-09
Filing date: 1974-05-09
Publication date: 1975-12-04
Also published as: IT1037692B; JPS50156352A; JPS5637722B2; US3965435A; FR2270716B1; GB1492814A; CA1067588A; DE2422534B2; FR2270716A1

Description

Schaltungsanordnung zur Demodulation eines amplitudenmodulierten Signals

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Demodulation eines amplitudenmodulierten Signals unter Verwendung einer Hüllkurven-Gleichrichtung.

Die klassische Demodulation eines amplitudenmodulierten Hochfrequenzsignals (HF-Signals) erfolgt nach dem Prinzip der Hüllkurven-Gleichrichtung mit Hilfe einer einfachen Diode oder nach demselben Prinzip mit Hilfe einer Schaltung, die mindestens eine solche Diode oder eine gleichwertige Kombination aus mehreren Elementen mit nichtlinearer Strom-Spannung-Kennlinie enthält. Soll ein
solcher Demodulator in integrierter Technik ausgeführt werden,
dann erweitert sich die Forderung nach einem möglichst großen Linearitätsbereich zu der, diesen weiten Linearitätsbereich mit möglichst wenig externem Aufwand zu bewerkstelligen. Demgemäß liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine integrierbare Schaltungsanordnung für einen solchen Demodulator anzugeben, der einen großen linearen Ansteuerbereich für die Niederfrequenz
(NF-Signal) aufweist und als integrierter Schaltkreis möglichst
wenig externen Schaltungsaufwand benötigt.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß am Eingang für ein HF-Signal ein Differenzverstärker mit zwei an den
Emittern zusammengeschalteten Transistoren, mit einer zwischen

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diesen Emittern und Bezugspotential befindlichen Konstantstromquelle und mit mindestens einem ohmschen Kollektorwiderstand liegt, daß die Reihenschaltung eines Gleichrichters und eines Stromverstärkers zwischen dem Kollektor des Transistors mit dem Kollektorwiderstand und den beiden Emittern liegt, wodurch über eine Stromgegenkopplung der Arbeitspunkt der Transistoren konstant bleibt, und daß die Emitter zu einem Ausgang für ein NF-Signal führen.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß jeder der beiden Transistoren des Differenzverstärkers einen ohm- sehen Kollektorwiderstand hat und beide Kollektoren über Je einen Gleichrichter mit dem Stromverstärker verbunden sind.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht die symmetrische Ansteuerung des Differenzverstärkers vor. Zu diesem Zweck wird statt einer unsymmetrischen Ansteuerung, wo an die Basis des einen Differenzverstärkertransistors das zu demodulierende HF-Signal angelegt wird und die Basis des anderen Transistors von einer Referenzspannungsquelle angesteuert wird, der Differenzverstärker symmetrisch derart angesteuert, daß das HF-Signal zwischen den beiden Basen der Differenzverstärkertransi stören steht.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung sieht die Nachschaltung eines Tiefpasses vor,-wodurch die in dem NF-Signal noch vorhandene HF-Welligkeit ausgesiebt wird. Die Konstantstromquelle an den Emittern der beiden Differenzverstärkertransistoren besteht vorteilhaft aus einem Transistor, der an seiner Basis von einer stabilisierten Spannung angesteuert wird und dessen Basis darüber hinaus über eine Referenzspannungsdiode mit dem Bezugspotential verbunden ist.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung löst die gestellte Aufgabe damit, daß der Arbeitspunkt des vom HF-Signal angesteuerten

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Differenzverstärkers konstant gehalten wird. Dies wird dadurch erreicht, daß das Kollektorpotential des oder der Differenzverstärkertransistoren konstant gehalten wird, und zwar durch die Stromgegenkopplung mit Hilfe des bzw. der Gleichrichter und des Stromverstärkers. Will der Kollektorstrom, verursacht durch die Ansteuerung, steigen, dann wird über den bzw. die Gleichrichter der Stromverstärker stärker angesteuert und übernimmt mehr Strom von der Konstantstromquelle, so daß der durch die Differenzverstärker fließende Strom konstant bleibt. Damit wird erreicht, daß die Emitter-Basis-Spannung an beiden Differenzverstärkertransistoren konstant bleibt. Das Emitterpotential folgt dann genau der Spitzenamplitude des zu demodulierenden HF-Signals. Die Linearität sVerzerrungen werden dadurch sehr klein gehalten.

An Hand von drei in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung soll die Erfindung näher erläutert werden. Dabei zeigen die Figuren 1 und 2 zwei prinzipielle Ausführungen, während die Fig.3 in einem vollständigen integrierbaren Schaltbild eine konkrete Ausführung darstellt.

In Fig.1 besteht ein Differenzverstärker aus zwei Transistoren 1 und 2 vom npn-Typ, die an ihren Emittern zusammengeschaltet sind. Die Emitter führen über eine Konstantstromquelle 10 zum Bezugspotential. Die Basis des Transistors 1 ist mit einem Eingang für ein zu demodulierendes HF-Signal und die Basis des Transistors 2 mit einer Klemme 11 für eine Referenzspannung U_R ~ verbunden. Der Kollektor des Transistors 2 ist direkt, der des Transistors 1 über einen ohmschen Widerstand 12 mit einer Klemme 13 für ein Versorgungspotential Ug verbunden. Der Kollektor des Transistors 1 führt über die Reihenschaltung eines Gleichrichters 14 mit einem Stromverstärker 15 zu den Emittern der beiden Transistoren 1 und 2. Außerdem sind diese beiden Emitter über einen Tiefpaß 16 mit einem Ausgang für ein NF-Signal verbunden.

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Das in der Fig.2 dargestellte Ausführungsbeispiel weist ebenfalls einen Differenzverstärker mit den Transistoren 1 und 2, mit der Konstant stromquelle 10 und mit dem Kollektorwiderstand 12 auf. Ebenso sind vorhanden der Gegenkopplungs zweig mit dem Gleichrichter und mit dem Stromverstärker 15 und der Tiefpaß 16. Zum Unterschied zu der ersten Ausführung ist jedoch der Differenzverstärker nach dieser Ausführung symmetrisch angesteuert. Das heißt, daß das zu demodulierende HF-Signal zwischen den Basen der beiden Differenzverstärkertransistoren 1 und 2 angelegt ist. Darüber hinaus-enthält der Gegenkopplungszweig nach dieser Ausführung eine Gegentaktgleichrichtung. Das heißt, daß beide Kollektoren der Differenzverstärkertransistoren 1 und 2 über jeweils ein gleichrichtendes Element 14 bzw. 27 mit dem Stromverstärker 15 verbunden sind. Der Kollektor des Transistors 2 ist hier über einen ohmschen Widerstand 17 mit der Klemme 13 für das Versorgungspotential Ug verbunden.

Die Fig.3 enthält eine komplette Schaltungsausführung nach dem Prinzip der Ausführung in Fig.2 mit der Gegentaktgleichrichtung im Gegenkopplungs zweig und mit der symmetrischen Ansteuerung des Differenzverstärkers. Es sind wieder die beiden Differenzverstärkertransistoren 1 und 2 sowie die entsprechenden Kollektorwiderstände 12 und 17 und die Klemme 13 für das Versorgungspotential Ug vorhanden. Die Konstantstromquelle 10 besteht aus einem Transistor 6 vom npn-Typ, dessen Kollektor an den beiden Emittern der Differenzverstärkertransistoren 1 und 2 und dessen Emitter auf Bezugspotential liegt. Die Basis führt über einen ohmschen Widerstand zu einer Klemme 19 mit einer stabilisierten Spannung Ug.,. Außerdem ist die Basis über eine Referenzspannungsdiode 20 mit dem Bezugspotential verbunden. Die Gleichrichter 14 und 27 sind durch zwei Transistoren 3 und 4 vom pnp-Typ verwirklicht. Dazu liegt die Basis des Transistors 3 am Kollektor des Differenzverstärkertransistors 2 und die Basis des Transistors 4 am Kollektor des Diffe-

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renzverStärkertransistors 1. Die Kollektoren der beiden Transistoren 3 und 4 sind mit dem Bezugspotential, die Emitter mit der Basis eines Transistors 5 vom pnp-Typ verbunden. Dieser Transistor 5 bildet mit einem zwischen seinem Emitter und dem Versorgungspotential Ug gelegenen ohmschen Emitterwiderstand 21 den Stromverstärker 15. Sein Kollektor ist mit den Emittern der beiden Differenzverstärkertransistoren 1 und 2 verbunden.

Angesteuert werden die beiden Differenzverstärkertransistoren 1 und 2 jex^eils über einen Impedanzwandler. Zu diesem Zweck ist mit der einen Eingangsklemme die Basis eines Transistors 7 vom npn-Typ und mit der anderen Eingangsklemme die Basis eines Transistors

8 vom npn-Typ verbunden. Die Kollektoren der beiden Transistoren

7 und 8 liegen auf dem Versorgungspotential Ug, die Emitter jeweils über einen ohmschen Widerstand 22 bzw. 23 auf Bezugspotential. Der Emitter des Transistors 7 ist mit der Basis des Differenzverstärkertransistors 1, der Emitter des Transistors 8 mit der Basis des Differenzverstärkertransistors 2 verbunden.

Der Tiefpaß 16 ist realisiert durch einen ohmschen Widerstand 24 und durch eine Kapazitätsdiode 25. Der ohmsche Widerstand 24 liegt zwischen dem Zusammenschluß der Emitter der beiden Differenzverstärkertransistoren 1 und 2 und der Basis eines Ausgangstransistors

9 vom npn-Typ, dessen Kollektor am Versorgungspotential angeschlossen ist. Die Kapazitätsdiode 25 liegt zwischen der Basis de3 Ausgangstransistors 9 und dem Bezugspotential. Der Emitter führt zu einer Ausgangsklemme für das NF-Signal und über einen ohmschen Widerstand 26 zum Bezugspotential.

Im Ruhezustand sind die Emitter-Basis-Spannungen der beiden Differenzverstärkertransistoren 1 und 2 gleich. Die ohmschen Kollektorwiderstände 12 und 17 sind so bemessen, daß die Schwelle der

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Emitter-Basis-Dioden der Transistoren 3 und 4 erreicht ist und von dem Transistor 5 ein geringer Teil des Stromes aus dem Transistor 6 - der Konstantstromquelle - übernommen wird. Abhängig von den positiven und negativen Halbwellen der Hüllkurve des HP-Signals, das über den Differenzverstärker verstärkt wird, leiten die beiden Transistoren 3 und 4 abwechselnd mehr oder weniger und richten dadurch das HF-Signal gleich. Über den Transistor 5 wirken diese gleichgerichteten Hüllkurven-Halbwellen als gegenkoppelnder Strom auf die Emitter der Differenzverstärkertransistoren 1 und 2. Wenn der gemeinsame Emitter strom größer werden will, dann übernimmt über die Ansteuerung an seiner Basis durch die beiden Transistoren 3 und 4 der Transistor 5 auch entsprechend mehr Strom aus dem Transistor 6. Dadurch bleiben die Emitter-Basis-Spannungen und die Arbeitspunkte der beiden Differenzverstärkertransistoren 1 und 2 unabhängig von der Aussteuerung konstant. Als Ergebnis erscheinen an den beiden Emittern durch die Gegentaktgleichrichtung der beiden Transistoren 3 und 4 sämtliche Halbwellen des HF-Signals in positiver Richtung. Mit Hilfe der Kapazitätsdiode 25 und des ohmschen Widerstandes 24 wird aus diesen Halbwellen der Mittelwert gebildet, so daß über den Endverstärkertransistor 9 das NF-Signal entnommen werden kann.

Eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zeichnet sich durch einen großen Linearitätsbereich in der Demodulationskennlinie aus und stellt ein gut zu integrierendes Schaltungskonzept dar. Die Erfindung ist jedoch nicht auf das konkrete Ausführungsbeispiel beschränkt; das Prinzip der Konstanthaltung des Arbeitspunkts eines Differenzverstärkers über die Stromgegenkopplung zum Zweck der Demodulation läßt sich auch in abgewandelter Form realisieren.

11 Patentansprüche
3 Figuren

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Claims

Patentansprüche

1.) Schaltungsanordnung zur Demodulation eines amplitudenmodulierten Signals unter Verwendung einer Hüllkurven-Gleichrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß am Eingang für ein HF-Signal ein Differenzverstärker mit zwei an den Emittern zusammengeschalteten Transistoren (1, 2), mit einer zwischen diesen Emittern und Bezugspotential befindlichen Konstantstromquelle ('1O) und mit mindestens einem ohraschen Kollektorwiderstand (12) liegt, daß die Reihenschaltung eines Gleichrichters (14) und eines Stromverstärkers (15) zwischen dem Kollektor des Transistors (1) mit dem Kollektorwiderstand (12) und den beiden Emittern liegt, wodurch über eine Stromgegenkopplung der Arbeitspunkt der Transistoren (1, 2) konstant bleibt, und daß die Emitter zu einem Ausgang für ein NF-Signal führen.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß jeder der beiden Transistoren (1, 2) des Differenzverstärkers einen ohmschen Kollektorwiderstand (12 bzw. 17) hat und beide Kollektoren über je einen Gleichrichter (14 bzw. 27) mit dem Stromverstärker (15) verbunden sind.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennz ei chnet , daß der Eingang nur mit der Basis des ersten Transistors 1 des Differenzverstärkers verbunden ist und daß zwischen der Basis des zweiten Transistors (2) und dem Bezugspotential eine Referenzspannungsquelle (11) liegt.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet , daß der Eingang mit den Basen beider Transistoren (1, 2) des Differenzverstärkers verbunden ist und dadurch das HF-Signal zwischen den beiden Basen liegt.

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5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß zwischen den Zusammenschluß der Emitter der Transistoren (1, 2) des Differenzverstärkers und den Ausgang ein Tiefpaß (16) geschaltet ist.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Gleichrichter durch je einen Transistor (5 bzw. 4) realisiert sind, wobei der Kollektor des zweiten Differenzverstärkertransistors (2) an der Basis eines dritten Transistors (3) und der Kollektor des ersten Differenzverstärkertransistors (1) an der Basis eines vierten Transistors (4) liegen, die Kollektoren des dritten und vierten Transistors (3, 4) auf Bezugspotential liegen und die Emitter mit der Basis eines fünften Transistors (5) verbunden sind, der den Stromverstärker (15) bildet, mit seinem Emitter über einen ohmschen Widerstand (21) an einem Versorgungspotential angeschlossen ist, mit seinem Kollektor zu den Emittern der Differenzverstärkertransistoren (1, 2) führt und ebenso wie die Gleichrichtertransistoren (3, 4) vom entgegengesetzten Leitungstyp ist wie die Differenzverstärkertransistoren (1, 2).

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Konstantstromquelle (10) aus einem sechsten Transistor (6) von demselben Leitungstyp wie die Differenzverstärkertransistoren (1, 2) besteht, dessen Kollektor an den beiden Emittern der Differenzverstärkertransistoren,(1, 2) und dessen Emitter auf Bezugspotential liegen und dessen Basis mit einer Klemme (19) für eine stabilisierte Spannung verbunden ist.

8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß die Basis des sechsten Transistors (6) über eine Referenzspannungsdiode (20) mit dem Bezugspotential verbunden ist.

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9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Eingangskieramen und den Basen der Differenzverstärkertransistoren (1, 2) jeweils ein aus einem Transistor (7 bzw. 8) von demselben Leitungstyp wie die Differenzverstärkertransistoren (1, 2) bestehender Impedanzwandler liegt, wobei die eine Eingangsklemme mit der Basis eines siebten Transistors (7) und die andere mit der Basis eines achten Transistors (8) verbunden ist, die Kollektoren dieser beiden Transistoren (7, 8) auf Versorgungspotential liegen und die Emitter jeweils zu einer der beiden Basen der Differenzverstärkertransistoren (1, 2) und über je einen ohmschen Widerstand (22 bzw. 23) zum Bezugspotential führen.

10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Emitter der Differenzverstärkertransistoren (1, 2) über einen ohmschen Widerstand (24) mit der Basis eines neunten Transistors (9) von demselben Leitungstyp wie die Differenzverstärkertransistoren (1, 2) verbunden sind, dessen Kollektor auf Versorgungspotential liegt, dessen Basis über eine Kapazitätsdiode (25) und dessen Emitter über einen ohmschen Widerstand (26) zum Bezugspotential führen und an dessen Emitter eine Ausgangsklemme für das NF-Signal angeschlossen ist,

11. Schaltungsanordnung nach einer beliebigen Kombination aus den Ansprüchen 6 bis 10, gekennzeichnet durch eine Ausführung in integrierter Technik.

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