DE2638310A1 - Tuner mit varactorgesteuertem ueberlagerungsoszillator - Google Patents

Description

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U.S. Serial No: 607,698 Dr. r^rr v. r.«old

Filed: August 25, 1975 ^Dlpi"-^: - '" ^{Λ r :v}'^höte

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8MunchQn 86, Posifach 860663

ECA Corporation New York, N.Y., V.St.v.A.

Tuner mit varactorgesteuertem Überlagerungsoszillator

Die Erfindung bezieht sich auf Hochfrequenztuner und betrifft speziell einen Tuner mit einem varactorgesteuerten Überlagerungsoszillator, dessen Ausgangssignale bei unterschiedlicher Frequenz unterschiedliche Amplitude haben und dem zur Abstimmung auf verschiedene Kanäle jeweils ausgewählte Abstimmgleichspannungen zuführbar sind, ferner mit einem Mischer, der mit dem Oszillator gekoppelt ist und auf die Ausgangssignale des Oszillators sowie auf empfangene Hochfrequenzsignale anspricht, um an seinem Ausgang Zwischenfrequenzsignale zu liefern.

Zur Wahl der verschiedenen VHF-Fernsehkanäle bei einem als Überlagerungsempfänger ausgebildeten Fernsehempfänger wird ein Überlagerungsoszillator über einen relativ großen Frequenzbereich abgestimmt. In den USA beispielsweise kann die Frequenz des

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VHF-Überlagerungsoszillators von 101 MHz für Kanal 2 bis 129 für Kanal 6 und dann in 6-MHz-Schritten von 221 MHz für Kanal 7 bis 257 MHz für Kanal 13 geändert werden. Wenn eine solche Abstimmung durchgeführt wird, ändert sich auch die Amplitude der vom Überlagerungsoszillator gelieferten Signale, und zwar typischerweise von einem relativ niedrigen Wert bei Kanal 2 auf einen demgegenüber höheren Wert z.B. bei Kanal 6. Große Amplitudenänderungen des Oszillatorsignals führen zu beträchtlichen Änderungen in der Verstärkung des Mischers, wodurch der Rauschabstand und/oder der Kreuzmodulationsfaktor der signalverarbeitenden Schaltung ungünstig beeinflußt wird. Es ist daher wünschenswert, einen Mischkreis vorzusehen, der eine verbesserte Verstärkung bei Oszillatorsignalen relativ niedriger Amplitude und außerdem eine hohe Verstärkung bei Oszillatorsignalen höherer Amplitude liefert. Im Hinblick auf die sich speziell bei Kanal 6 ergebenden Schwebungsprobleme bei der Farbsignalverarbeitung ist es auch erwünscht, die Mischerspannung und die Oszillatoramplitude speziell für diesen Kanal genau auszuwählen.

Bei einem Tuner der eingangs beschriebenen Art werden diese Aufgaben erfindungsgemäß gelöst mittels einer Anordnung, die mindestens einen Teil der jeweils ausgewählten Abstimmgleichspannung auf den Mischer koppelt, um den Mischer so vorzuspannen, daß er für Oszillatorsignale niedriger Amplitude eine höhere Mischverstärkung als für Oszillatorsignale hoher Amplitude bringt.

In einem Empfänger, der einen spannungsgesteuerten Überlagerungsoszillator enthält, wird ein Mischerverstärker vorgesehen, der eine hohe Verstärkung für Oszillatorsignale sowohl niedriger als auch hoher Amplitude bringt. Vorzugsweise enthält der Mischer einen Transistor mit mindestens einer ersten, einer zweiten und einer dritten Elektrode. Die vom Empfänger empfangenen Signale werden über eine erste Anordnung auf die erste Elektrode gekoppelt. Eine zweite Anordnung koppelt Signale vom spannungsgesteuerten Überlagerungsoszillator ebenfalls auf die erste Elektrode. Mit der zweiten und der dritten Elektrode ist eine Vorspannungseinrichtung verbunden, die den Transistor auf einen vorbestimmten Betriebsbereich einstellt. Über eine Koppelanordnung werden Steuerspannungssignale, die zur Steuerung der Frequenz des Über-

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lagerungsoszillators verwendet werden, auch auf die erste Elektrode des Transistors gekoppelt, um diesem Transistor eine Vorspannung zuzuführen, die sich als Funktion der Frequenz des Überlagerungsoszillator s ändert.

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel anhand von Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt teilweise in Blockform und teilweise als Detailschaltbild einen mit der Erfindung ausgestatteten Überlagerungsempfänger ;

Fig. 2 veranschaulicht in einem Schaubild ein typisches Betriebsverhalten des Mischers nach Fig. 1 für Oszillator-Ingektionsspannungen niedrigen und hohen Pegels.

Wie in Fig. 1 veranschaulicht, wird ein HF-Verstärker 12 für den Empfang modulierter Signale abgestimmt, die Bildinformationen enthalten. Die vom Verstärker 12 verarbeiteten Signale werden über einen Kondensator 14 auf einen Mischverstärker (Mischer) 44 gegeben. Ein varactorgesteuerter (d.h. mittels Kapazitätsdioden gesteuerter) Überlagerungsoszillator 16 liefert ausgewählte Oszillatorsignale fester Frequenz über einen Kondensator 18 an den Mischer 44. Ein Kanalwähler 20 erzeugt eine Abstimmgleichspannung für die Kanalwahl und koppelt diese Spannung über eine Klemme 19 auf den Verstärker 12, den Oszillator 16 und den Mischer 44. Die dem Oszillator 16 zugeführte Abstimmspannung wird einer ersten · veränderlichen Kapazität (Kapazitäts- oder Varactordiode) 102 angelegt, die ihrerseits die Frequenz des Oszillators 16 steuert. Der Oszillator enthält einen Bipolartransistor 100 in Basisschaltung. Die auf den HF-Verstärker 12 gegebene Abstimmspannung wird ebenfalls Kapazitätsdioden (nicht dargestellt) zugeführt, um den Frequenzdurchlaßbereich des Verstärkers 12 zu steuerni Die Kanalabstimmspannung wird von einer Einrichtung abgeleitet, die eine Vielzahl von mit einem Spannungsteilernetzwerk 202 verbundenen Kanalwahlschaltern 200 sowie eine Bezugsspannungsquelle 204 enthält·.

Der Mischverstärker 400 enthält einen MOS-Transistor 10 mit zwei

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Gateelektroden G1 und G2. Die erste Gateelektrode G1 ist mit dem Kondensator 14 zum Empfang von HF-Signalen verbunden und außerdem über den Kondensator 18 mit dem Ausgang des Oszillators 16 gekoppelt. Die vom Kanalwähler 20 an der Klemme 19 bereitgestellte Abstimmgleichspannung wird über einen Widerstand 22 ebenfalls auf die erste Gateelektrode G1 gegeben, um dort als verstärkungsrege lnde Vorspannung zu wirken, wie es noch erläutert werden wird· Ein aus Widerständen 24-, 26 und 28 bestehendes Vorspannungsnetzwerk ist über eine Vorspannungsquelle (+18V) geschaltet, um sowohl die erste Gateelektrode G1 als auch die zweite Gateelektrode G2 des Transistors 10 mit jeweils einer festen Vorspannung zu versorgen. Die Sourceelektrode des Transistors 10 ist mit einem Vorspannungswiderstand 30 und einem HF-Ableitkondensator 32 verbunden. Die Drainelektrode des Transistors 10 ist mit einem Tiefpaßfilter gekoppelt, welches aus einer Induktivität 34· und einem Kondensator 36 besteht. Die vom Tiefpaßfilter 34, 36 abgegebenen Signale werden über einen Widerstand 38 auf eine Fernseh-Verarbeitungsschaltung 40 gekoppelt. Die Verarbeitungsschaltung 40 verarbeitet die vom Mischer 44- kommenden Zwischenfrequenzsignale und erzeugt in der bekannten Weise passend demodulierte Videosignale für ein Bildwiedergabegerät 42.

Beim Betrieb der vorstehend beschriebenen Schaltungsanordnung erfolgt die Wahl eines Fernsehkanals durch Erzeugung einer geeigneten Abstimmspannung an der Abstimmsteuerklemme 19· Diese Spannung kann beispielsweise im Bereich von 1 bis 20 Volt für die Kanäle 2 bis 6 (unteres UHF-Band) und von 9 bis 26 Volt für die Kanäle 7 bis 13 (oberes UHF-Band) liegen, ihr jeweiliger Wert wird vom Fernsehbenutzer (oder einem Servicetechniker) eingestellt, indem die Potentiometer 202 so justiert werden, daß jeweils der gewünschte Kanal empfangen wird. Die Auswahl irgend eines gewünschten Kanals erfolgt dann durch Schließen eines der vielen Schalter 200, um die entsprechende Kanalabstimmspannung auf den HF-Verstärker 12, den Überlagerungsoszillator 16 und den Mischer 44 zu geben. Die an den HF-Verstärker 12 gelegte Abstimmspannung dient zum Vorspannen der Kapazitätsdioden (nicht dargestellt) innerhalb der HF-Schaltung, um damit dem Verstärker 12 für den Empfang der gewünschten Kanalfrequenz abzustimmen. Die ausgewählten vom Verstärker 12

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empfangenen HF-Signale werden verstärkt und über den Kondensator 14- auf die erste Gateelektröde G1 des im Mischer 4-4· befindlichen MOS-Transistors 10 gegeben. Die dem Oszillator 16 über die Klemme 19 angelegte Abstimmspannung wird in ähnlicher Weise zum Vorspannen einer zugehörigen Kapazitätsdiode 102 herangezogen, um die Frequenz dieses Oszillators im Einklang mit dem gewählten Fernsehkanal einzustellen.

Die Amplitude der vom Oszillator 16 gelieferten Signale ändert sich typischerweise als Funktion der Frequenz. Für Signale im Frequenzbereich des unteren UHF-Bandes beispielsweise kann die Amplitude des Oszillatorsignals für die dargestellte Anordnung auf dem niedrigen Wert von 0,2 Volt liegen, wenn der Kanal 2 gewählt ist»und auf dem hohen Wert von 0,8 Volt, wenn der Kanal 6 gewählt ist. Diese große Änderung in der Amplitude des Oszillatorsignals hat einen ungünstigen Einfluß auf die Mischverstärkung, mit der der Mischer 44 arbeitet. Um einen optimalen Betrag für die Mischverstärkung des Mischers zu erhalten, sollten die Oszillatorsignale vom Oszillator 16 eine ausreichende Amplitude haben, um die Leitfähigkeit des Transistors 10 zwischen Extremwerten wie z.B. zwischen Sättigung und Sperrung zu verändern. Dies würde eine Vorspannung am Mischer erfordern, die relativ weit unten an der Mischverstarkungskennlinie liegt, wie es nachstehend erläutert wird. Für Oszillatorsignale kleinerer Amplitude wird eine maximale Mischverstärkung bewirkt, wenn sich cfes Oszillatorsignal im Bereich der maximalen Steigung der Übertragungskennlinie des Transistors 10 ändert. Im Falle von MOS-Transistoren (und anderen Misch-Elementen) liegt der Bereich maximaler Steigung im allgemeinen nicht in der Mitte zwischen Sättigung und Sperrung. Es kann daher gezeigt werden, daß der Mischer für den Betrieb mit Signalen kleinerer Amplitude anders vorzuspannen ist als für den Betrieb mit Signalen großer Amplitude.

Ein zusätzlicher Faktor, der bei der Bestimmung der Mischervorspannung eine Rolle spielt, ist der Einfluß der sogenannten "Farbschwebungen" beim Kanal 6. Diese bereits oben angesprochenen Schwebungen treten im allgemeinen im Falle des Empfangs starker Signale auf Kanal 6 ein und sind dem Umstand zuzuschreiben, daß wegen der

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dem Kanal 6 zugeordneten Frequenzen ITichtlinearitäten im Mischer und im ZF-Verstärker zur Entstehung einer ungewünschten Schwebungsfrequenz führen können, die in den Farbartsignal-Durchlaßbereich eines Farbfernsehempfängers fallen können· Um diese Schwebungen möglichst klein zu halten, wird der Ruhewert der Mischervorspannung typischerweise so gewählt, daß ein subjektiv schwebungsfreies Bild über den Kanal 6 erhalten wird.

Wie oben erwähnt, ist es jedoch zum Erhalt einer maximalen Mischverstärkung bei Oszillatorsignalen niedrigerer Amplitude erwünscht, die Mischervorspannung entsprechend der Amplitude der Oszillatorsignale zu ändern. Durch passende Änderung dieser Vorspannung kann der Mischer dazu gebracht werden, trotz großer Änderungen in der Amplitude des Oszillatorsignals eine größere Mischverstärkung zu liefern, ohne daß das resultierende Produkt übermäßig verzerrt wird. Die Fig. 2 zeigt eine Übertragungskennlinie 200 des Transistors 10, und zwar für eine G-2-Source-Spannung (V_G2S) von etwa 4- Volt. Diese Übertragungskennlinie ist natürlicherweise nicht-linear, wie es die Signalmischung erfordert. HF-Signale und Überlagerungsoszillatorsignale werden im Transistor 10 gemischt, indem diese Signale über relativ kleine Kondensatoren (14- und 18) auf die Gi-Elektrode gekoppelt werden. Durch Einhaltung eines Amplitudenverhältnisses von etwa 100 zu 1 zwischen den Oszillatorsignalen und den HF-Signalen können Intermodulationsprodukte und Verzerrungen des resultierenden Signals minimal gehalten werden. Wie oben erwähnt, wird die Mischerverstärkung maximal gemacht, indem man dafür sorgt, daß eine maximale Änderung der Transkonduktanz (G_M) ^ur die angelegten Oszillatorsignale erfolgt. Als Beispiel ist in Fig. 2 ein relativ starkes Oszillatorsignal 202, wie es für den Kanal 6 erzeugt wird, in Beziehung zur Übertragungskennlinie 200 dargestellt. Eine große Leitfähigkeitsänderung des Transistors 10 erhält man, indem man die Vorspannung an der Gateelektrode G1 des Transistors 10 auf einen solchen Punkt legt, daß die Spitze-Spitze-Änderungen des Signals 202 eine maximale Leitfähigkeitsänderung im Transistor 10 hervorrufen und den Transistor 10 faktisch über den Sperrzustand treibt. Für die Übertragungskennlinie 200 und das Signal 202 wird eine solche Änderung erreicht, wenn die G1-Source-Spannung auf etwa -0,9 Volt gewählt wird (die Spannung zwischen G1 und Masse beträgt etwa 4-,2 Volt).

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Für Oszillatorsignale niedriger Amplitude, etwa wie sie mit der Kurve 204 dargestellt sind, kann der Transistor 10 ebenfalls zur Erzielung einer maximalen Mischverstärkung vorgespannt werden. Im lalle von Oszillatorsignalen niedriger Amplitude, wie sie beispielsweise bei der Wahl des Kanals 2 vom Oszillator 16 geliefert werden, erhält man eine maximale Mischerverstärkung, wenn man die Gateelektrode G1 des Transistors 10 so vorspannt, daß der Arbeitspunkt in einem Bereich maximaler Steigung der Übertragungskennlinie 200 liegt. Eine geeignete Gi-Source-Vorspannung zur Erzielung maximaler Mischerverstärkung für das bei 204 dargestellte Signal beträgt etwa -0,5 Volt (die Spannung zwischen G1 und Masse beträgt etwa 2,3 Volt). Zur Erzielung maximaler Mischerverstärkung ist es daher erwünscht, der G1-Elektrode des Transistors 10 eine Vorspannung anzulegen, die sich mit der Amplitude des Oszillatorsignals ändert. Da die Amplitude des vom Überlagerungsoszillator 16 kommenden Signals bei höherwerdenden Frequenzen steigt, ist eine G1-Vorspannung wünschenswert, die ebenfalls mit höherwerdender Frequenz ansteigt. Im Falle eines mit Kapazitätsdioden arbeitenden Tuners ist die von der Quelle 20 kommende Abstimmspannung für den Überlagerungsoszillator umso höher, je höher die Frequenz sein soll. Durch geeignete Zuführung dieser Abstimmspannung an die Gateelektrode G1 des Transistors 10 kann daher die Mischervorspannung in der richtigen Weise in Übereinstimmung mit der Frequenz des Überlagerungsoszillators 16 geändert werden. Dieses gewünschte Ergebnis wird dadurch erreicht, daß man die Abstimmspannung mit einer der Gateelektrode G1 angelegten Vorspannung kombiniert, de von der 18 Volt-Quelle mittels des aus den Widerständen 24, 26 und 28 bestehenden Spannungsteilers abgeleitet wird. Diese zusätzliche Vorspannung stellt einen vom jeweils gewählten Kanal unabhängigen Ruhewert der Vorspannung des Mischers 44 ein.

Die zweite Gateelektrode G2 empfängt ebenfalls eine Vorspannung von den oben erwähnten Widerständen 24, 26 und 28. Diese zweite Gateelektrode ist für Signale über einen HF-Ableitkondensator 29 effektiv mit Masse verbunden und erhöht die Signalverstärkung im Transistor 10, indem sie diesen Transistor als Kaskodeverstärker arbeiten läßt.

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Der Widerstand 24 bildet einmal mit den Widerständen 26 und 28 einen Spannungsteiler, um aus der Konstantspannungsquelle 18 eine feste Vorspannung für die Gateelektrode G-1 abzuleiten, er ist g'edoch außerdem noch Teil eines zweiten Spannungsteilers, der ferner den Widerstand 22 enthält. Dieser zweite Spannungsteiler bewirkt eine Teilung der an der Abstimmsteuerklemme 19 erscheinenden veränderlichen Abstimmspannung. Die am Widerstand 24 erscheinende Spannung hat also eine von der Varactor-Abstimmspannung unabhängige feste Komponente und eine sich mit der Abstimmspannung ändernde Komponente·

Die im Transistor 10 gemischten und verstärkten Signale werden durch ein HEVFilter gesendet, welches aus dem Kondensator 36 und der Induktivität 34 besteht. Dieses Filter arbeitet als Tiefpaß und läßt Signale durch, die für die Differenzfrequenz zwischen den Signalen des Überlagerungsoszillators und den empfangenen HP-Signalen charakteristisch sind, und gibt diese Signale an eine Fernseh-Verarbeitungsschaltung 40 ab. Die Verarbeitungsschaltung 40 decodiert die Videosignalkomponenten in den empfangenen HP-Signalen und gibt diese Signale zur bildlichen Darstellung auf eine Bildröhre 42.

Die vorstehend beschriebene Schaltungsanordnung stellt einen Mischkreis dar, der eine Kanalwahl-Abstimmspannung zur Verstellung der Mischervorspannung empfängt und über einen weiten Amplitudenbereich der Signale eines Überlagerungsoszillators eine verbesserte Mischverstärkung bringt.

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Claims (4)

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   Patentansprüche

   Tuner mit einem varactorgesteuerten Überlagerungsoszillator, dessen Ausgangssignale bei unterschiedlicher Frequenz unterschiedliche Amplitude haben und dem zur Abstimmung auf verschiedene Kanäle jeweils ausgewählte Abstimmgleichspannungen zuführbar sind, ferner mit einem Mischer, der mit dem Oszillator gekoppelt ist und auf die Ausgangssignale des Oszillators sowie auf empfangene Hochfrequenzsignale anspricht, um an seinem Ausgang Zwischenfrequenzsignale zu liefern, gekennzeichnet durch eine Anordnung (22, 24), die mindestens einen Teil der ausgewählten Abstimmgleichspannung auf den Mischer (44) koppelt, um den Mischer so vorzuspannen, daß er für Oszillatorsignale niedriger Amplitude eine höhere Mischverstärkung als für Oszillatorsignale hoher Amplitude bringt.
2. 2. Tuner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mischer (44) einen Transistor (10) enthält, der eine Eingangselektrode (G1) aufweist, welche die Hochfrequenzsignale, die Signale des Überlagerungsoszillators und die Abstimmgleichspannung empfängt, und der eine Ausgangselektrode zur Abgabe von Signalen aufweist, die charakteristisch für die Irequenzdifferenz zwischen den Signalen des Überlagerungsoszillators und den Hochfrequenzsignalen sind·
3. 3. Tuner nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangselektrode (G1) außerdem eine relativ feste Vorspannung empfängt in Verbindung mit einer Vorspannung, die durch die Abstimmgleichspannung erzeugt ist.
4. 4. Tuner nach Anspruch 1,2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, daß der Überlagerungsoszillator (16) Signale liefert, deren

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   Amplitude steigt, wenn die Frequenz zumindest über einen vorbestimmten Frequenzbereich ansteigt.

   5- Tuner nach Anspruch 2, 3 oder 4-, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitude der Abstimmgleichspannung für eine Erhöhung der Frequenz des Überlagerungsoszillators ansteigt.

   6· Tuner nach Anspruch 2, 4- oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Ausgangselektrode eine Filteranordnung (34-, 36) gekoppelt ist, um Signale durchzlassen, die im wesentlichen gleich der Frequenzdifferenz zwischen den Signalen des Überlagerungsoszillators und den Hochfrequenzsignalen sind·

   7· Tuner nach Anspruch 2, 3 oder 4-, dadurch gekennzeichnet, daß der Transistor (10) ein Feldeffekttransistor ist und daß die Eingangselektrode (G1) eine erste Gateelektrode und die Ausgangselektrode eine Drainelektrode ist.

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