DE2422534C3 - Schaltung zur Demodulation einer amplitudenmodulierten Hochfrequenzschwingung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltung zur Demodulation einer amplitudenmodulierten Hochfrequenzschwingung, enthaltend einen Differenzverstärker mit zwei an den Emittern zusammengeschalteten Transistoren, mit mindestens einem ohmschen Kollektorwiderstand und mit einer zwischen die Emitter und Bezugspotential gelegten Konstantstromquelle, wobei der Differenzverstärker zur Arbeitspunktstabilisierung über mindestens einen Kollektor, über einen Gleichrichter und über einen Stromverstärker gegengekoppelt ist.

Die klassische Demodulation einer amplitudenmodulierten Hochfrequenzschwingung 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-Kcnnlinie 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 be-

werkstelligen.

Aus der Zeitschrift »IBM Technical Disclosure Bulletin« Vol. 16, No. 7, Seiten 2148, 2149 vom Dezember 1973 ist eine Schaltung bekannt, die die eingangs oenannten Merkmale aufweist und die den Linearitätsbereich durch eine Gegenkopplung auf die Basis eines der Differenzverstärkertransiston η mit der niederfrequenten Modulationsschwingung vergrößert. Durch diese modulationsfrequeme Gegenkopplung wird zwar der Verzerrungseinfluß der Differenzverstarkertransistoren vermindert d. h. der Linearitätsbereich erhöht. Aber der eigentliche demodulierende Transistor (Qb) wird mit den Stromspitzen in voller Höhe der Modulation ausgesteuert. Seine nichtlineare Demodulatorkennlinie schränkt damit den Linearitätsbereich ein.

Ocr vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Demodulator anzugeben, der einen gegenüber dem Stand der Technik erweiterten Linearitätsbereich aufweist und leicht als integrierte Schaltung ausgeführt werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einer Schaltung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Gegenkopplung an die Emitter der Transistoren gelegt ist, derart, daß zusätzlich zu den niederfrequenten Modulationsschwingungen hochfrequente Halbschwingungen gegengekoppelt sind, und daß die Emitter zu einem Ausgang fuhren.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß jeder der beiden Transistoren des Differenzverstärkers einen ohmschen 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 die zu demodulierende Hochfrequenzschwingung angelegt wird und die Basis des anderen Transistors von einer Referenzspannungsquelle angesteuert wird, der Differenzverstärker symmetrisch derart angesteuert, daß die Hochfrequenzschwingung zwischen den beiden Basen der Differenzverstärkertransistoren sieht.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Schaltung 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 Schaltung löst die gestellte Aufgabe damit, daß der Arbeitspunkt des von der Hochfrequenzschwingung angesteuerten Differenzverstarkers konstant gehalten w ird. 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 ilen bzw. die Gleichrichter der Stromverstärker starke! angesteuert und übernimmt mehr Strom \on der Konstantstrommielle. 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 den Halbwellen der zu demo-

dulierenden Hochfrequenzschwingung einer Polarität. Die Linearitätsverzerrungen werden dadurch sehr klein gehalten.

An Hand von drei in der Zeichnung dargestellten Ausfuhrungsbeispielen einer erfindungsgemäßen

Schaltung soll die Erfindung näher erläutert werden. Dabei zeigen die Fig. 1 und 2 zwei prinzipielle Ausführungen, während die Fig. 3 in einem vollständigen integrierbaren Schaltbild eine konkrete Ausführung darstellt.

¹S 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 eine zu demodulierende HF-Schwingung und die Basis des Transistors 2 mit einer Klemme 11 für eine Referenzspannung LJ_Rej verbunden. Der Kollektor des Transistors 2 ist direkt, der des Transistors 1 über einen ohmschen Widerstand 12 mit einer Klemme 13 für ein Versorgungspotential LJ _B 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 eine NF-Schwingung verbunden.

Das in der Fig. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel weist ebenfalls einen Differenzverstärker mit den Transistoren 1 und 2, mit der Konstantstromquelle 10 und mit dem Kollektorwiderstand 12 auf. Ebenso sind vorhanden der Gegenkopplungszweig mii dem Gleichrichter 14 und mit dem Stromverstärker 15 und der Tiefpaß 16. Zum Unterschied zu der ersten Ausfuhrung ist jedoch der Differenzverstärker nach dieser Ausfuhrung symmetrisch angesteuert. Das heißt, daß die zu demodulierende HF-Schwingung 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 fur das Versorgungspotential ig verbunden.

Die Fig. 3 enthält eine komplette Schaltungsausfuhrung nach dem Prinzip der Ausfuhrung in Fig. 2 mit der Gegentaktgleichnchtung im Gegenkopplungszweig und mit der symmetrischen Ansteuerung des Differenzverstärker. Es sind wieder die beiden Differenzverstärkertransistoren 1 und 2 sowie die entsprechenden Kollektorwiderstände 12 und 17 und die Klemme 13 fur das Versorgungspotential U_B 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 fuhrt über einen ohmschen WiderstanH 18 zu einer Klemme 19 mit einer stabilisierten Spannung L\_ut. Außerdem ist die Basis über eine Referenzspannungsdiode 20 mit dem Bezugspotentiai 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 Differenzverstärkertransistors 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 V₁, gelegenen ohmschen Emitterwiderstand 21 den Stromverstärker IS. Sein Kollektor ist mit den Emittern der beiden Differenzverstärkertransistoren 1 und 2 verbunden.

Angesteuert werden die beiden Differenzverstärkertransistoren 1 und 2 jeweils 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 U_B, 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 des Ausgangstransistors 9 und dem Bezugspotential. Der Emitter fuhrt zu einem Ausgang für die NF-Schwingung und ubci 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 Emitler-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 Hochfrequenzschwingung, die über den Differenzverstärker verstärkt wird, leiten

ίο die beiden Transistoren 3 und 4 abwechselnd mehr oder weniger und richten dadurch die Hochfrequenzschwingung gleich. Über den Transistor 5 wirken diese gleichgerichteten Halbwellen als gegenkoppelnder Strom auf die Emitter der Differenzverstärkcrtransistoren 1 und 2. Wenn der gemeinsame Emitterstrom 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 der Hochfrequenzschwingung 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 die NF-Schwingung entnommen werden kann.

Eine erfindungsgemäße Schaltung 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 Demodulator läßt sich auch in abgewandelter Form realisieren.

Hici/u 2 Blatt Zeichnungen

Claims (11)

Patentansprüche:

1. Schaltung zur Demodulation einer amplitudenmodulierten Hochfrequenzschwingung, enthaltend einen Differenzverstärker mit zwei an den Emittern zusammengeschalteten Transistoren, mit mindestens einem ohmschen Kollektorwiderstand und mit einer zwischen die Emitter und Bezugspotential gelegten Konstantstromquelle, wobei der Differenzverstärker zur Arbeitspunktstabilisierung über mindestens einen Kollektor, über einen Gleichrichter und über einen Stromverstärker gegengekoppelt ist, dadurch ge kennzeichnet, daß die Gegenkopplung an die Emitter »5 der Transistoren (1, 2) gelegt ist, derart, daß zusätzlich zu den niederfrequenten Modulationsschwingungen hochfrequente HalbsJiwingungen gegengekoppelt sind, und daß die Emitter zu einem Ausgang führen.

2. Schaltung 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. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Eingang für die amplitudenmodulierte Hochfrequenzschwingung 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. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Eingang für die amplitudenmodulierte Hochfrequenzschwingung mit den Basen beider Transistoren (1, 2) des Differenzverstärker verbunden ist und dadurch die Hochfrequenzschwingung zwischen den beiden Basen liegt.

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

ft. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch geke nnzeichnet, daß die Gleichrichter durch je einen Transistor (3 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 Emittei 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 Differen2:verstärkertransistoren (1, 2) führt und ebenso wie die Gleichrichtertransistoren (3, 4) vom entgegengesetzten Leitungstyp ist wie die Differenzverstärkertransistoren (1, 2).

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

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

9. Schaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den EingangsklemC*¹ men 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. Schaltung nach Anspruchs, 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 der Ausgang angeschlossen is¹.

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