DE2648455A1

DE2648455A1 - Frequenzwandler

Info

Publication number: DE2648455A1
Application number: DE19762648455
Authority: DE
Inventors: Mitsuo Ohsawa; Wataru Yamatani
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1975-10-27
Filing date: 1976-10-26
Publication date: 1977-04-28
Also published as: JPS584851B2; CA1064114A; GB1551858A; AU499939B2; FR2330201B1; US4058771A; FR2330201A1; JPS5252513A; NL7611926A; AU1894876A

Description

It 3746

Sony Corporation, Tokyo / Japan

Frequenzwandler

Die Erfindung betrifft einen Frequenzwandler, insbesondere einen Frequenzwandler mit verringertem Störeinfluß durch Störsignale bzw. Streusignale und durch Temperaturdrift.

Ein bekannter Frequenzwandler enthält als überlagerungsoszillator einen Differentialverstärker und einen im Gegentakt arbeitenden Mischer. Als Gegentaktmischer werden üblicherweise drei in Kaskade geschaltete Differentialverstärker verwendet. Ein Hochfrequenzsignal wird einem Paar der Differentialverstärker zugeführt; das Ausgangssignal des Überlagerungsoszillators wird dem verbleibenden Differentialverstärker zugeleitet, wodurch die Vervielfachung der Signale und damit die Erzeugung eines Zwischenfrequenzsignales erfolgt.

Da bei diesem bekannten Frequenzwandler das Ausgangssignal des Überlagerungsoszillators als unsymmetrisches Eingangssignal dem Gegentaktmischer zugeführt wird, treten Störsignale (Streusignale) auf. Bei dem bekannten Frequenzwandler ist ferner für den überlagerungsoszillator eine gesonderte Gleichspannungs-Vorspannungsquelle gegenüber jener Gleichspannungs-Vorspannungsquelle vorgesehen, die den Differentialverstärker des Gegentaktmischers versorgt; hieraus resultiert ein verhältnismäßig komplizierter Aufbau der Vorspannungsschaltung und ein nicht zu vernachlässigender Einfluß einer Temperaturdrift.

709817/085Ä

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Frequenzwandler der im Oberbegriff des Anspruches 1 genannten Art so auszubilden, daß die vorstehend aufgezeigten Mangel der bekannten Ausführungen vermieden sind, daß also insbesondere der Einfluß von Stör- bzw. Streusignalen sowie einer Temperaturdrift wesentlich verringert bzw. vollständig ausgeschaltet ist und daß sich für den gesamten Frequenzwandler, insbesondere für die Vorspannungsschaltung, ein einfacher schaltungstechnischer Aufbau ergibt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruches 1 genannten Merkmale gelöst.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche und werden anhand der Beschreibung eines Ausführungsbeispieles näher erläutert.

Da bei dem erfindungsgemäßen Frequenzwandler das Ausgangssignal des Überlagerungsoszillators dem Eingangsanschluß des Mischers in Form eines symmetrischen Eingangssignales zugeführt wird, wird der Einfluß von Stör- bzw. Streusignalen weitgehend unterdrückt. Da ferner für die Differentialverstärker des Überlagerungsoszillators einerseits und des Mischers andererseits ein und dieselbe Gleichspannungs-Vorspannungsquelle verwendet wird, ergibt sich ein einfacher schaltungstechnischer Aufbau sowie eine wesentliche Verringerung des Einflusses einer etwaigen Temperaturdrift.

Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Frequenzwandlers ist in der Zeichnung schematisch veranschaulicht.

709817/0854

Ein überlagerungsoszillator OSC besteht aus einer Differential-Oszillatorschaltung mit zwei Transistoren Q₂ und Q_. Ein zweifach-symmetrierter (Gegentakt-) Mischer M enthält Transistoren Q., Q-, Qg, Q₇ und Qg₇ Q_g, die jeweils paarweise einen Differentialverstärker bilden. Eine Vorspannungsschaltung BK enthält einen Transistor Q.. eines Emitterfolgers. Der Emitter des Transistors Q₁ in der Schaltung BK ist über Widerstände 4 und 5, die gleichen Widerstandswert besitzen, mit der Basis der Transistoren Q₃ bzw. Q₂ verbunden, die den Differentialverstätker des Überlagerungsoszillators OSC bilden. Ferner ist der Emitter des Transistors Q₁ über die genannten Widerstände 4 und 5 mit der Basis der Transistoren Q_g und Q_g des Mischers M (zum Zwecke der Verstärkung) verbunden.

Das Ausgangssignal des Oszillators OSC wird der Basis der Transistoren Q„ und Q_g des Mischers M zugeführt. Ein in seiner Frequenz zu wandelndes Signal 20 oder ein empfangenes Hochfrequenzsignal wird beim Ausführungsbeispiel der Basis wenigstens eines Paares der Transistorpaare Q., Q₅ bzw. Q₆, Q₇ zugeführt, und zwar beim dargestellten Ausführungsbeispiel der Basis der Transistoren Q. bis Q₇.

Die in der Zeichnung durch eine gestrichelte Linie umschlossenen Schaltungsteile können als eine monolithische integrierte Schaltung ausgebildet sein, deren äußere Anschlüsse mit t₁ bis t₇ bezeichnet sind.

Die Emitter der Transistoren Q₂ und Q₃ des Oszillators OSC sind über Widerstände 1 und 2 miteinander verbunden. Der Verbindungspunkt der Emitter bzw. der Widerstände 1 und 2 ist über einen Widerstand 3 an Masse angeschlossen. Die Basis des Transistors Q₀ ist mit dem Anschluß t_o und der Kollektor des Transistors Q₃ mit dem Anschluß t₁ verbunden. Die Reihenschaltung eines Kondensators 11 und eines Widerstandes 12 bildet eine positive Rückkopplungsschaltung

709817/0854

und ist als äußerer Kreis zwischen die Anschlüsse t.. und t„ geschaltet. Zum Oszillator OSC gehört ferner noch eine Resonanzschaltung 14, die die Parallelschaltung zweier Kondensatoren 15, 16 und einer Wicklung eines Transformators t₁ enthält und die gleichfalls einen an die integrierte Schaltung angeschlossenen, äußeren Kreis bildet. Das eine Ende der anderen Wicklung des Transformators t.. ist mit einer Spannungsquelle +B und das andere Ende mit dem Anschluß t. verbunden. Ein Punkt der Resonanzschaltung 14 liegt an Masse.

Im folgenden sei der aus mehreren Differentialverstärkerschaltungen bestehende Mischer M näher erläutert. Zu den zweifach-symmetrierten (Gegentakt-) Differentialverstärkern gehören die Transistorpaare Q., Q₅ und Q₆, Q₇ auf der Seite der Spannungsquelle +B und das Transistorpaar Q₀, Q_n auf der Masseseite. Die Emitter der ο y

Transistoren Q_ft und Q_n sind über die Reihenschaltung zweier Widerstände 7 und 8 miteinander verbunden; der Verbindungspunkt zwischen den Widerständen 7 und 8 liegt über eine Konstantspannungsquelle 13 an Masse. Die Emitter der Transistoren Q, und Q₅ sind an den Kollektor des Transistors Q₈ und die Emitter der Transistoren Q₆, Q₇ an den Kollektor des Transistors 9 angeschlossen. Die Kollektoren der Transistoren Q., Q₆ sind mit dem Anschluß t-, und die Kollektoren der Transistoren Q , Q mit dem Anschluß t₇ verbunden. Die Sekundärwicklung eines mit dem Hochfrequenzsignal bzw. dem empfangenen Signal 20 gespeisten Transformators t. ist zwischen die Anschlüsse t. und tj. geschaltet. Den beiden Eingangsanschlüssen t_g und t. der Primärwicklung des Transformators t. wird das empfangene Signal 20 zugeführt. Der Anschluß t₅ ist mit der Basis der Transistoren Q₄, Q₇ und Q₁ verbunden und der Anschluß t* mit der Basis der Transistoren Q₅ und Q₆.

709817/0854

Ein Bandfilter 17 leitet vom Ausgangssignal des Mischers M ein Zwischenfrequenzsignal ab, beispielsweise ein Zwischenfrequenzsignal von 455 kHz bei einem Amplitudenmodulations-Rundfunkempfänger. Der Bandfilter 17 enthält Zwischenfreqzenztransformatoren T_, T_ und ein Resonanzelement 18, beispielsweise aus Quarz oder dergleichen. Das eine Ende der Sekundärwicklung des Transformators T., ist mit einem Ausgangsanschluß t_o für das Zwischenfrequenzsignal verbunden; das andere

Ende der Sekundärwicklung des Transformators T_ sowie die zusammengeschalteten Enden der Primärwicklung des Transformators T^ und der Sekundärwicklung des Transformators T„ liegen an Masse. Ein Ende der Primärwicklung des Transformators T„ ist mit dem Anschluß fc_ verbunden. Die Anschlüsse t₃ und t_g sind mit der Spannungsquelle +B verbunden.

Im folgenden wird die Vorspannungsschaltung BK im einzelnen erläutert. Der Emitter des Transistors Q₁ ist über den Widerstand 4 mit der Basis der Transistoren Q-, und Q₈ und über den Widerstand 5 mit der Basis der Transistoren Qp und Qq verbunden. In diesem Falle besitzen die Widerstände 4 und 5 gleichen Widerstandswert. Der Emitter des Transistors Q₁ liegt über einen Widerstand 6 an Masse.

Der mit der Spannungsquelle +B zu verbindende Anschluß t., ist an die Kollektoren der Transistoren Q„, Q₁, Q. und Q₆ angeschlossen, ferner an ein Wicklungsende des Transformators T₁ sowie an ein Ende der Primärwicklung des Transformators T~.

709817/0854

Eine Gleichstrom-Vorspannungsquelle 9 liefert eine Gleichstrom-Vorspannung an die Basis der Transistoren Q-,, Qa/ Q₅ γ Qg und Q ; hierdurch kann eine konstante Gleichspannung als Überlagerung der von der Spannungsquelle +B erzeugten Spannung erzeugt werden. In diesem Falle ist der Plus-Pol der Vorspannungsquelle 9 mit dem Anschluß tr und den Basen der Transistoren Q₁, Q. verbunden, während der negative Pol an Masse liegt.

In der beschriebenen Schaltung werden für die Transistoren Qp und Q- Transistoren derselben Charakteristik verwendet; gleiche Widerstände (hinsichtlich Charakteristik und Widerstandswert) werden als Widerstände 1 und 2 verwendet; ebenso besitzen die Transistoren Q., Q₅, Q_g und Q₇ gleiche Charakteristik. Dasselbe gilt für die Transistoren Qo und Qq. Schließlich besitzen die Widerstände 7 und 8 gleiche Charakteristik und gleichen Widerstandswert. Die vorstehend genannten Elemente sind, wie bereits erwähnt, in einer monolithischen integrierten Schaltung zusammengefaßt.

In diesem Falle dienen die Widerstände 4 und 5 als Last-Widerstände des Oszillators OSC.

Im folgenden sei nun die Funktion des erfindungsgemäßen Frequenzwandlers näher erläutert.

Der Oszillator OSC arbeitet als frei laufender Oszillator, dessen Frequenz durch die Kapazität C₁₁ des Kondensators 11 und die Widerstandswerte R₁~ des Widerstandes 12 aufgrund der zwischen dem Kollektor des Transistors Q-. und der Basis des Transistors Qp vorhandenen positiven Rückkopplungsschleife bestimmt wird. Da die Transistoren Q„, Q₃

709817/0854

•ην

in einer Gegentakt-Funktion arbeiten, besitzen ihre Basisströme und Wechselstromsignale entgegengesetzte Phase. Die Spannungen, die sich als Produkt der Basisströme und der Widerstandswerte R₅, R₄ der Widerstände 5, 4 ergeben, sind die Ausgangssignale des Oszillators OSC. Die in der Phase entgegengesetzten Ausgangsspannungen des Oszillators OSC werden den Basen der Transistoren Q₀, Q zugeführt und steuern sie in symmetrierter Form aus, wobei Störsignale unterdrückt werden. Den Basen der Transistoren Q_, Q₀ und Q₂/ Qq wird ferner die Emitterspannung des als Emitterfolger geschalteten Transistors Q₁ über die Widerstände 4 bzw. 5 (mit gleichem Widerstandswert) als dieselbe Vorspannung zugeführt; selbst wenn daher eine Temperaturänderung oder ein Temperaturdrift auftritt, kann der Vorspannungsstrom durch die Gleichtakt-Unterdrückungs-Charakteristik des aus den Transistoren Q₀, Q_n bestehenden Differentialverstärkers stabilisiert werden. Das den Basen der Transistoren Q₀, Q₀

ο y

zugeführte Ausgangssignal des Oszillators OSC wird im Mischer M mit dem den Anschlüssen t., t₅ zugeführten Hochfrequenzsignal 20 vervielfacht. Man erhält daher auf der Ausgangsseite des Transformators T-, ein in der Frequenz gewandeltes Signal bzw. ein Zwischenfrequenzsignal.

Über die Basis der Transistoren Q-, Q^ des Oszillators OSC fließen in der in der Zeichnung veranschaulichten Richtung schwache Oszillatorströme I₁ und i„. Ihre Richtung ist jedoch entgegengesetzt (also i.. = i₂; die Widerstandswerte R₄, R₅ sind ferner gleich). Infolgedessen löschen sich diese Ströme aus, so daß kein Strom über den Widerstand 6 fließt. Es besteht daher nicht die Gefahr, daß sich ein Oszillatorstrom dem Strom der Stromquelle überlagert bzw. in andere Schaltungen fließt und deren Funktion beeinträchtigt.

709817/0854

Λ*

In der erfindungsgemäßen Frequenzwandlerschaltung wird der Überlagerungsoszillator OSC durch einen Differentialoszillator gebildet, der Mischer M enthält Gegentakt-Differentialverstärker und die Vorspannung an der Basis des Transistorpaares CU, Q^ des Differentxaloszillators des Oszillators OSC sowie an der Basis des Transistorpaares Q„, Q_q des Gegentakt-Verstärkers des Mischers M auf der Eingangsseite des Oszillators OSC wird durch die gemeinsame Vorspannungsschaltung BK gleich gehalten. Dadurch ergibt sich ein einfacher schaltungstechnischer Aufbau des Frequenzwandlers, ein stabiler Betrieb, eine gute Temperatur-Charakteristik und die Vermeidung von StorSignalen.

709317/0854

Claims

Patentansprüche
. ,/Frequenzwandler, enthaltend

a) einen Überlagerungsoszillator mit wenigstens einem ersten, in Differentialschaltung angeordneten Transistorverstärker und einer positiven Rückkopplungsschaltung, die zwischen dem Kollektor eines Transistors des Transistorverstärkers und der Basis des anderen Transistors dieses ersten Transistorverstärkers angeordnet ist,

b) einen doppelt-symmetrierten (Gegentakt-) Mischer mit wenigstens einem zweiten, dritten und vierten in Differentialschaltung angeordneten Transistorverstärker, wobei der dritte und vierte Transistorverstärker in Kaskade zum zweiten Transistorverstärker geschaltet sind,

c) eine Sxgnalexngangsschaltung, die ein in seiner Frequenz zu wandelndes Eingangssignal der Basis der Transistoren des dritten und vierten Transistorverstärkers zuführt, sowie

d) eine Signalausgangsschaltung, die wenigstens- an

den Kollektor eines der Transistoren des dritten und vierten Transistorverstärkers angeschlossen ist und ein in der Frequenz gewandeltes Ausgangssignal erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß weiterhin vorgesehen sind:

709817/0854

ORaGiNAL !MSPECTEB

•λ-

e) eine Gleichspa imungs-Vorspannungsschaltung, die dieselbe Gleichspannungs-Vorspannung einerseits der Basis der Transistoren des ersten Transistorverstärkers und andererseits der Basis der Transistoren des zweiten Transistorverstärkers zuführt, sowie

f) eine Kopplungsschaltung, die das Ausgangssignal des Überlagerungsoszillators der Basis der Transistoren des zweiten Transistorverstärkers mit entgegengesetzter Phasenlage zuführt.
2. Frequenzwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste in Differentialschaltung angeordnete Transistorverstärker einen ersten und einen zweiten Transistor enthält, wobei der Kollektor des ersten Transistors direkt an eine Gleichspannungsquelle und der Kollektor des zweiten Transistors über einen LC-Resonanzkreis mit der Gleichspannungsquelle verbunden ist, wobei ferner die Emitter des ersten und zweiten Transistors über eine erste gemeinsame Emitterimpedanz an einen Bezugspunkt angeschlossen sind und wobei schließlich die positive Rückkopplungsschaltung zwischen dem Kollektor des zweiten Transistors und der Basis des ersten Transistors angeordnet ist.
3. Frequenzwandler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Transistorverstärker einen dritten und vierten Transistor enthält, deren Emitter über eine zweite gemeinsame Emitterimpedanz an einen Bezugspunkt angeschlossen sind, daß der dritte Transistorverstärker einen fünften und sechsten Transistor enthält, deren Emitter gemeinsam an den Kollektor des dritten Transistors angeschlossen sind, daß weiterhin der vierte Transistorverstärker einen siebten und achten Transistor enthält,

709817/0854

deren Emitter gemeinsam an den Kollektor des vierten Transistors angeschlossen sind, daß die Kollektoren des fünften und siebten Transistors gemeinsam an die Gleichspannungsquelle angeschlossen sind, daß die Kollektoren des sechsten und achten Transistors gemeinsam über die Signalausgangsschaltung mit der Gleichspannungsquelle verbunden sind, daß die Basen des fünften und achten Transistors miteinander und die Basen des sechsten und siebten Transistors miteinander verbunden sind, daß den Verbindungspunkten von der Eingangsschaltung her das Eingangssignal mit entgegengesetzter Phasenlage zugeführt wird und daß die Signalausgangsschaltung ein Zwischenfrequenz-Schwingkreis ist.
4. Frequenzwandler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichspannungs-Vorspannungsschaltung und die Koppelschaltung enthalten:

a) einen neunten Transistor, dessen Kollektor mit der Gleichspannungsquelle verbunden ist, dessen Basis an eine weitere Gleichspannungsquelle und dessen Emitter über einen ersten Widerstand an den Bezugspunkt angeschlossen ist,

b) einen zweiten Widerstand, der zwischen den Verbindungspunkt des Emitters des neunten Transistors und des ersten Widerstandes und die Basen des ersten und vierten Transistors geschaltet ist, sowie

c) einen dritten Widerstand, der zwischen den Verbindungspunkt des Emitters des neunten Transistors und des ersten Widerstandes und die Basen des zweiten und dritten Transistors geschaltet ist.

709817/0854

Ή-
5. Frequenzwandler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandswerte des zweiten und dritten Widerstandes etwa gleich groß sind.
6. Frequenzwandler nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die positive Rückkopplungsschaltung des Überlagerungsoszillators die Reihenschaltung eines ersten Kondensators und eines vierten Widerstandes enthält.
7. Frequenzwandler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß den Basen des fünften bis achten Transistors von der weiteren Gleichspannungsquelle her dieselbe Gleichspannung zugeführt wird.
8. Frequenzwandler nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß dem Verbindungspunkt der Basen des fünften und achten Transistors und dem Verbindungspunkt der Basen des sechsten und siebten Transistors das in der Frequenz zu wandelnde Eingangssignal über eine Transformatorkopplung zugeführt wird.

709817/0854