DE2826514A1

DE2826514A1 - Funkempfaenger

Info

Publication number: DE2826514A1
Application number: DE19782826514
Authority: DE
Inventors: Kazuo Takayama
Original assignee: Denso Ten Ltd
Current assignee: Denso Ten Ltd
Priority date: 1977-06-16
Filing date: 1978-06-16
Publication date: 1979-01-11
Also published as: US4215312A; DE2826514C2

Description

Die Erfindung betrifft einen Funkempfänger, und insbesondere die Antennenschaltung eines Funkempfängers,

In Figur 1 ist die Äquivalenz- bzw. Ersatzschaltung einer
Antenne für AM-Radioempfänger, also Empfänger für amplitudenmodulierte Funkwellen, dargestellt, wie sie in Kraftfahrzeugen verwendet werden', eine solche Äquivalenz-Schal tung weist eine elektromotorische Kraft 1 der Antenne mit einer Spannung E₁, eine Antennenkapazität 2 mit einem Kapazitätswert C und eine Kabelkapazität 3 mit einem Kapazitätswert C auf', die
elektromotorische Kraft 1 der Antenne führt zu einem Ausgang 4 der Antennenschaltung (oder einem Eingang auf der Empfängerseite) . Die Antennenkapazität C_ft beträgt ungefähr 15 pF, während die Kabelkapazität C für kurze Kabel ungefähr 65 pF und für längere Kabel mehr als 100 pF beträgt. Da die Spannung E„
bei offenem Stromkreis an den Ausgang 4 dargestellt wird
durch

kann die abnehmbare Spannung E₂ im Vergleich mit der elektro motorischen Kraft E₁ der Antenne wesentlich verringert werden, wenn die Kabelkapazität C groß ist. Um den oben erwähnten Spannungsabfall zu kompensieren, wird eine Drossel
(Spule) 5 mit einer Induktivität L manchmal mit dem Ausgang 4 verbunden, wie in Figur 2 dargestellt ist, so daß die Ausgangsspannung E„ durch Resonanz erhöht werden kann. Ein Abstimm-Empfänger vom μ-Typ ist ein Beispiel für eine Ausführungsform, bei der die Drossel 5 variabel gemacht wird, um
die Rundfunkstationen durch Resonanzeffekt mit den Kapazitäten 2 und 3 auswählen zu können. Die Ausgangsspannung E„ am Resonanzpunkt kann dargestellt werden durch:

E=E- p-f-fT- · Q_T (2)

2 1 C_A + C_B L

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Dabei ist Q_ die Selektivität bzw. die Trennschärfe bzw. das

Il

Auflösungsvermögen bzw. die Abstimmschärfe der Resonanzschaltung. Bei einem AM-Funkempfanger vom Abstimm-Typ μ für Kraftfahrzeuge läßt sich zwar das gewünschte Verhältnis Signal/Rauschen erhalten, wenn die Kabellänge relativ kurz ist; die durch C₇./(CL + C) dargestellte Spannungsverringerung macht sich jedoch dann stark bemerkbar, wenn die Kabellängen größer werden, so daß Schwierigkeiten mit dem gewünschten Verhältnis Signal/Rauschen auftreten.

Wird eine Abstimmanordnung vom C-Typ eingesetzt, um eine elektronische Abstimmung durch die Verwendung einer Kapazitätsdiode oder eines ähnlichen Elementes zu erreichen, ergeben sich die folgenden Nachteile aufgrund der Kabelkapazität 3: Bei der in Figur 3 gezeigten Antennenschaltung mit variabler Kapazität muß nämlich eine Kapazitätsdiode 6 die folgende, variable Kapazität C_ enthalten, um die abstimmbare Frequenz in dieser Schaltung über einen Bereich zwischen 525 - 1605 KHz (dem Frequenzband für die Rundfunkübertragung mit amplitudenmodulierten Wellen) zu variieren:

C₀ max = (C_A + C_B + C₀ min) 9,4 (3)

Dabei stellen C„max und C min die maximalen und minimalen Werte für C_Q dar, während der Koeffizient 9,4 (1605/525)² darstellt. Das Bezugszeichen 7 kennzeichnet eine feste Spule mit konstanter Induktivität L. Wenn die Kabelkapazität C groß ist, werden C_nmax und C max/C min entsprechend erhöht. Da der Wert für die Ausgangsspannung E_ durch die Gleichung (4) bestimmt wird, führt ein erhöhter, variabler Kapazitätswert C zu einer Verringerung von E_ und des Verhältnisses Signal/RauschenJ die Erhöhung des Verhältnisses C_nmax/ C_Qmin macht es schwierig, die Kapazitätsdioden auszuwählen.

Ε, = E · g -Q (4)

^CA B O ^L

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Die oben erwähnten, verschiedenen Probleme beruhen auf der Antennenkapazität C₀ und insbesondere auf der Kabelkapazität CL₃. Wenn also diese Kapazitäten ausgeglichen bzw. kompensiert werden können, läßt sich eine wesentliche Verbesserung des Verhältnisses Signal/Rauschen sowie andere Auswirkungen erwarten.

Es ist deshalb ein Ziel der vorliegenden Erfindung, die Kabelkapazität auszugleichen, wodurch sich sogar dann ein befriedigendes Verhältnis Signal/Rauschen in der Antennenschaltung eines Empfängers erhalten läßt, wenn ein langes Kabel verwendet wird; außerdem läßt sich dadurch die Auswahl der Kapazitätsdioden vereinfachen, die in sogenannten "C-Abstimmsystemen" verwendet werden.

Außerdem soll eine negative Kapazitatsschaltung für die Unterdrückung bzw. den Ausgleich der Kabelkapazität und ähnlicher Effekte vorgeschlagen werden.

Gemäß dem Funkempfänger nach der vorliegenden Erfindung ist eine Antennenschaltung, die durch eine Äquivalenz-Schaltung mit der elektromotorischen Kraft der Antenne, mit der Antennenkapazität, die in Reihe zu der elektromotorischen Kraft der Antenne liegt, und mit einer parallel zu ihnen liegenden Kabelkapazität dargestellt wird, mit einer negativen Kapazitätsschaltung verbunden, die wenigstens teilweise die Kabelkapazität und die Antennenkapazität ausgleicht und dadurch das Verhältnis Signal/Rauschen verbessern kann.

Die oben erwähnte, negative Kapaζitatsschaltung besteht aus einem Kondensator und einer Steuerschaltung mit Transistoren, die beim Empfang einer Eingangsspannung an den oben erwähnten Kondensator eine Spannung anlegen, die der oben erwähnten Eingangsspannung entspricht, wodurch ein durch die Reaktanz des Kondensators definierter Strom erzeugt und zu dem Eingang ausgegeben wird; dadurch läßt sich mittels eines einfachen Aufbaus eine befriedigende Kennlinie erreichen. Bei der obigen Ausführungsform der Steuerschaltung werden zwei

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Transistoren verwendet', wird ein Umformer bzw. Transformator vorgesehen, so wird nur ein Transistor benötigt.

Die Erfindung schafft also einen Funkempfänger mit einer Antennenschaltung, die durch eine Äquivalenzschaltung darge stellt wird. Diese Äquivalenzschaltung besteht aus der elektromotorischen Kraft der Antenne, einer in Reihe mit der elektromotorischen Kraft liegenden Antennenkapazität und einer parallel zu ihnen liegenden Kabelkapazität', eine negative Kapazitätsschaltung ist mit der Antennenschaltung verbunden, um wenigstens teilweise die Antennenkapazität und die Kabelkapazität aufzunehmen ', außerdem weist der Funkempfänger eine Abstimiuschaltung für den Empfang des Ausgangssignais der Antennenschaltung auf. Die negative Kapazitätsschaltung, die aus einem Kondensator, Transistoren und ähnlichen Bauelementen besteht, verbessert das Verhältnis Signal/Rauschen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden, schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 ein Diagramm einer Äquivalenz-Schaltung einer Antenne,

Fig. 2 ein Diagramm einer Äquivalenz-Schaltung einer Antenne, die mit einer μ-Äbstimmschaltung verbunden ist,

Fig. 3 ein Diagramm einer Äquivalenz—Schaltung einer Antenne, die mit einer C-Abstimmschaltung verbunden ist,

Fig. 4 ein Schaltdiagramm einer ersten Äusführungsform der Erfindung,

Fig. 5 ein Schaltdiagramm einer zweiten Äusführungsform der Erfindung,

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Fig. 6 ein Schaltdiagramm einer ersten Ausführungsform einer negativen Kapazitätsschaltung,

Fig. 7 ein Diagramm einer Äquivalenz-Schaltung für einen Transistor,

Fig. 8 ein ähnliches, jedoch noch detaillierteres Schaltdiagramm der Ausführungsform nach Figur 6,

Fig. 9 ein Diagramm einer Äquivalenz-Schaltung von Figur 8,

Fig. 10, 11 und 12 Schaltdiagramme von spezifischen Ausfuhr ungs formen der in Figur 6 dargestellten, negativen Kapazitätsschaltung, die jeweils in Gleichstrom-Vorspannungsschaltungen eingebaut sind,

Fig. 13 ein Schaltdiagramm zur Erläuterung der Berechnung des Wärmerauschens in der Schaltung nach Figur 6,

Fig. 14 ein Schaltdiagranm der Ausführungsform nach Figur 10, wobei die Gegenmaßnahmen für das Wärmerauschen vorgesehen werden,

Fig. 15 ein Schaltdiagramm einer Modifikation der Schaltung nach Figur 6,

Fig. 16 ein Diagramm einer Äquivalenz-Schaltung für die Schaltung nach Figur 15,

Fig. 17 ein Schaltdiagramm einer zweiten Ausführungsform der negativen Kapazitätsschaltung,

Fig. 18 ein Schaltdiagramm der Schaltung nach Figur 17, die mit einer Gleichstrom-Vorspannungsschaltung versehen ist,

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Fig. 19, 20 und 21 Schaltdiagramme von dritten, vierten und fünften Ausführungsformen der negativen Kapazitätsschaltung, wobei ein Transformator bzw. Übertrager verwendet wird,

Fig. 22 ein Schaltdiagramm eines Beispiels der Anwendung der negativen Kapazitätsschaltung,

Fig. 23, 24, und 25 Schaltdiagramm von Ausführungsformen der Erfindung, die jeweils Gleichstrom-Vorspannungsschaltungen enthalten, und

Fig. 26 ein Schaltdiagramm einer weiteren Ausführungsform, bei dem die Leistung der Antennenschaltung verbessert ist.

Im folgenden soll zunächst auf Figur 4 Bezug genommen werden, die eine erste Ausführungsform der Erfindung zeigt; diese Ausführungsform weist, wie in Figur 1, eine elektromotorische Kraft 1 einer Antenne mit einer Spannung E₁, eine Antennenkapazität 2 mit einem Kapazitätswert C und eine Kabelkapazität 3 mit einem Kapazitätswert C auf. Eine negative Kapazität 8 mit einem Kapazitätswert -C und eine variable Drosselspule 5 eines μ-AbStimmelementes mit fester Induktivität L_ sind ebenfalls dargestellt. Die Ausgangsspannung E„ der Schaltung läßt sich ausdrücken durch:

^E2 ^{= E}1 * ^QL ■···

Die Ausgangsspannung E_ kann zur Verbesserung des Verhältnisses Signal/Rauschen erhöht werden, indem der negative Kapazitätswert -C näher zu C und weiter zu C + C gebracht wird. Das Verhältnis Signal/Rauschen läßt sich zwar noch mehr verbessern, wenn die Kapazitäten 2 u.3 durch den negativen Kapazitäfcswert -C noch stärker aufgehoben werden) diese Vernetzung sollte jedoch auf ein geeignetes Maß begrenzt werden, da eine zu starke Aufhebung bzw. Kompensation eine gewisse

Instabilität mit sich bringt.

803832/0781 " ¹¹ "

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Figur 5 zeigt eine zweite Ausführungsform der Erfindung, bei der eine Abstimmschaltung mit variabler Kapazität verwendet wird; eine solche Schaltung weist eine variable Kapazität, wie beispielsweise eine Kapazitätsdiode, und eine feste Spule 7 mit einer Induktivität L auf, die eine Abstimmschaltung vom C-Typ bilden. Mit dem Bezugszeichen 8 ist auch hier wieder die oben erwähnte, negative Kapazität bezeichnet. Die Ausgangsspannung kann auch in diesem Fall erhöht werden, um dadurch das Verhältnis Signal/Rauschen zu verbessern, indem der negative Kapazitätswert -C näher zu C + C gebracht wird.

Jt\. XJ

Setzt man den negativen Kapazitätswert -C gleich C + C , so kann das C -Verhältnis in der Gleichung (3) umgeschrieben werden in:

C_omax = 9,4 C min .... (6)

Da Kapazitätsdioden mit einem Variationsverhältnis in der obigen Größenordnung ohne weiteres zur Verfügung stehen, läßt sich die Konstruktion bzw. Fertigung der Abstimmschaltung vereinfachen.

Die negative Kapazität 8 kann durch die in Figur 6 gezeigte Schaltung sowie ähnliche Ausführungsformen erreicht wurden. Bei der Ausführungsform nach Figur 6 sind npn -Transistoren 11 und 12 sowie ein Kondensator 13 mit einem Kapazitätswert Ce auf die in der Figur zu erkennende Weise geschaltet. In bezug auf die Funktionsweise dieser Schaltung soll darauf hingewiesen werden, daß der Transistor 11 als Emitterfolger und der Transistor 12 als Basisschaltungs-Verstärker geschaltet sind. Für den Emitterfolger sind die Ausgangsimpedanz näherungsweise Null und die Eingangsimpedanz näherungsweise unendlich '_r für die Basisschaltung ist die Eingangsimpedanz Null und die Ausgangsimpedanz unendlich. Dabei ergibt sich folgende Funktionsweise: Wenn eine Spannung E an den Eingang 10 angelegt wird, das heißt, an die Basis des Transistors 11, wird die Spannung E dem Kondensator 13 zugeführt, so daß ein Strom I fließt, der gleich j ω CeE ist, wenn die Basis/Emitter-Spannung der Transistoren 11 und

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12 vernachlässigt werden (die Spannung wird in bezug auf einen Wechselstrom durch einen Emitterwiderstand dargestellt', eine Analyse, die den Emitterwiderstand berücksichtigt, soll später durchgeführt werden). Der Strom I wird durch den Emitter und den Kollektor des Transistors 12 geführt und auf den Eingang 10 zurückgekoppelt. Die Impedanz in der Schaltung der Transistoren 11 und 12 ist deshalb, von der Seite des Anschlusses 10 aus gesehen, negativ', da I = -jcoCeE ist, läßt sich die Impedanz Ze₃ ausdrücken als:

^Ze3 ~ I " j cuCe

Die negative Kapazität eines Kapazitätswertes -Ce kann also auf diese Weise erhalten werden. Eine genauere Analyse soll für die in Figur 5 gezeigte Schaltung vorgenommen werden. Da die Äquivalenz- bzw. Ersatz-Schaltung für einen Transistor durch die in Figur 7 gezeigten Bauelemente dargestellt werden kann, kann die Schaltung nach Figur 6, bei der ein solcher Transistor verwendet wird, auf die in Figur 8 gezeigte Weise ausgedrückt werden', diese Ausführungsform enthält Emitterwiderstände 14, 21 und 22 mit Widerstandswerten r , r .. bzw.

G G -I

r „ , eine Stromquelle 15, Kollektorkapazitäten 16, 23 und 24 mit Kapazitätswerten C , C .. bzw. C „ und einem Basisschaltungs-Stromverstärkungsfaktor α sowie Anschlüsse 17, 18 und 19 für Emitter, Basis bzw. Kollektor. Die folgenden Gleichungen (8) und (9) lassen sich für eine Spannung E, die an den Eingang angelegt wird, und den ausfließenden Strom I aufstellen, wenn der Strom i in den Kondensator 13 fließt und die Verstärkungsfaktoren der Transistoren 11 und 12 in dieser Schaltung al und" a2 sind:

^{= i[r}e1 ^{+ r}e2

I = JoJC₁E + JWC_p9E - ioc2 + (1 - cc1)i (9)

Kombiniert man die Gleichungen (8) und (9), um i zu eliminieren, so ergibt sich:

809882/0781 -13-

I = E [j«C_{c1 +} JOiC₀₂ H- (1 - al - «2) .-· HO)

Dementsprechend kann der Eingangs-Scheinleitwert bzw. die Eingangs-Admittanz Ye dargestellt werden als:

Dann kann die Schaltung nach Figur 8 durch die Äquivalenz-Schaltung nach Figur 9 dargestellt werden, in der eine Kapazität 25 mit einem Kapazitätswert C + C „ , eine negative Kapazität 26 mit einem Kapazitätswert -C (al + cc2 - 1) und ein negativer Widerstand mit einem Widerstandswert

^re1 ^{+ r}e2
" Erstellt sind.

Wenn die folgende Gleichung

■ >> r _Λ + r „ .... (12) 3 ω Ce el e2

erfüllt ist, wird der zweite Term auf der rechten Seite der Gleichung (11) näherungsweise gleich j Ce(1 - α1 - α2). Dann kann die negative Kapazität C, die durch die folgende Gleichung (13) dargestellt wird, durch die Schaltung nach Figur 6 erhalten werden:

C = -Ce (ct2 + et 1 - 1) + C_C1 + C_c2 (13)

Die Eigenschaften bzw. Kennlinien der Immitanz-Umwandlungsschaltung (beispielsweise ein NIC, Gylator, Rotator und ähnliche Elemente, die in der obigen Schaltung enthalten sind) werden im allgemeinen im wesentlichen wegen der Kollektorkapazität verschlechtert', die Kollektorkapazität C + C _

CI w*-

in dieser, in Figur 6 gezeigten Schaltung isb jedoch parallel zu den Eingängen geschaltet, wie in der Äquivalenz-Schaltung nach Figur 9 dargestellt ist, und kann durch die negative Kapazität -C_n (ct2 + al - 1) ausgeglichen werden. Damit kann also eine negative Kapazität mit guten Eigenschaften bzw. optimaler Kennlinie erwartet werden.

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Die Figur 6 zeigt nur die Schaltungsteile, die Wechselströme betreffen^ die zusätzlich vorgesehenen Gleichstrom-Vorspannungs schaltungen sind in den Figuren 10 bis 12 dargestellt. In diesen Figuren sind Widerstände 31 bis 42, eine Induktivität bzw. eine Drosselspule 43, Überbrückungs- bzw. Parallel- bzw. Ableit-Kondensatoren 44 bis 46, Diodenanordnungen 47 bis 49 und Transistoren 50 bis 52 zu erkennen. In diesen sowie anderen Figuren sind die gleichen Bereiche und Teile immer mit den gleichen Bezugszeichen versehen. An dem Eingang 10 ist eine Vorspannungsschaltung erforderlich, um eine Vorspannung an die Basis des Transistors 11 anzulegen und zu bewirken, daß ein Vorspannungsstrom zu dem Transistor 12 fließt; die Wechselstrom-Impedanz der Schaltung muß hoch genug sein, um eine gute Schaltungs-Kennlinie zu erhalten, da die Vorspannungsschaltung parallel zu dem Eingang 10 liegt. Unter Berücksichtigung dieser Überlegungen werden die folgenden Maßnahmen ergriffen. Wie sich aus Figur 10 ergibt, ist eine Drosselspule 43 in Reihe zu einem Widerstand 31 zwischen eine Energiequelle 53 und den Eingang 10 eingesetzt, um den Wechselstrom-Widerstand ausreichend zu erhöhen. Für den Schaltungsteil zwischen dem Eingang und Erde bzw. Masse bestehen keinn Probleme, da der Transistor 11 als Emitterfolger mit unendlicher Eingangsimpedanz ausgelegt ist, während der Transistor 12 in einer durch einen Kondensator 44 an Masse liegenden Basisschaltung ausgelegt ist, wobei seine Ausgangsimpedanz unendlich ist. Bei der Ausfuhrungsform nach Figur 11 wird ein Transistor 50 für die Vorspannungsschaltung verwendet^ die Vorspannung wird an die Transistoren 11 und 12 durch eine Reihenschaltung aus Widerständen 36 und 37 angelegt, die mit der Energiequelle 53 verbunden sind. Der Transistor 50 ist als Emitterfolger ausgelegt', sein Emitterwiderstand 35 ist über einen Kondensator 45 mit dem Verknüpfungspunkt 54 zwischen den oben erwähnten Widerständen 36 und 37 verbunden, um den durch den Widerstand 36 fließenden Wechselstrom zu verringern, das heißt, um den Wechselstrom-Widerstand des Widerstandes 36 zu erhöhen. Bei der in Figur 12 gezeigten Schaltungsanordnung wird eine Konstantstronschaltung als Vorspannungs-

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schaltung verwendet, um die Impedanz zu erhöhen. Diese Konstantstromschaltung weist einen Transistor 52, Widerstände 40 und 41 sowie eine Diodenanordnung 48 auf, die aus mehreren, in Reihe geschalteten Dioden besteht. Andererseits wird eine : Konstantstromschaltung verwendet, um den Strom des Transistors 11 und die Basisspannung des Transistors 11 zu bestimmen', diese Konstantstromschaltung weist einen Transistor 51, Widerstände 38, 39 und eine Diodenanordnung 49 auf. Die obige Schaltungsanordnung kann als integrierte Schaltung ausgelegt werden, indem externe Kondensatoren 13 und 46 vorgesehen werden.

Da die oben erläuterten, negativen Kapazitätsschaltungen aufgrund verschiedener Ursachen Rauschen erzeugen, muß beispielsweise das in der Basis des Transistors 11 entstehende Rauschen sowie Wärme- bzw. thermisches Rauschen aufgrund des Basiswider Standes berücksichtigt werden, wobei insbesondere auf Figur 10 Bezug genommen wird. In Figur 13 wird die in der Nähe der Basis des Transistors 12 erzeugte Rauschspannung Vn als 56 dargestellt, während die Impedanz Zo der Vorspannungsschaltungselemente, die an dem Eingang 10 vorgesehen oder zu ihm hinzugefügt worden sind, bei 55 gezeigt sind. Wenn die Rauschspannung Vn erzeugt wird, so erscheint an dem Eingang 10 die Spannung Vn, die sich auf folgende Weise ausdrücken läßt:

*» ■ WCe ₊ I-, ₍₁₄₎

Dabei stellt R„ den Widerstandswert für den Widerstand 42 dar

Wie sich aus der Gleichung (14) ergibt, kann die Rausch-Eingangs spannung Vn verringert werden, um das Verhältnis Signal/Rauschen zu verbessern, wenn der Widerstandswert für die Gleich-Vorspannung zu dem Transistor 12 größer in bezug auf den Wechselstrom-Widerstand wird. Dann kann die Verbesserung des Verhältnisses Signal/Rauschen durch die Reihenschaltung einer Induktivität 57 mit dem Widerstand

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erreicht werden, wie in Figur 14 dargestellt ist. Bei den in den Figuren 11 und 12 dargestellten Schaltungsanordnungen kann das Verhältnis Signal/Rauschen ebenfalls durch die Reihenschaltung einer Induktivität mit dem Widerstand 42 erhöht werden.

Im folgenden soll eine Modifikation der in Figur 6 gezeigten Ausführungsform erläutert werden. Während der Kollektor des Transistors 11 und die Basis des Transistors 12 bei der Ausführungsform nach Figur 6 an Masse liegen bzw. geerdet sind, können sie auch gegen Masse isoliert seinj eine solche Ausführungsform ist in Figur 15 dargestellt. Diese Schaltungsanordnung kann als Netzwerk mit vier Anschlüssen betrachtet werden, wie es in Figur 16 dargestellt ist; dabei gilt die Beziehung:

^E1 ¹I	=	1 Z 0 1	^E2

(15)

Dabei sind E₁ eine Spannung an den Eingängen, I₁ der Strom, E„ eine Spannung an dem Anschluß 58 und I₂ der Strom. Nimmt man an, daß sich die Transistoren 11 und 12 relativ gut gemäß den theoretischen Überlegungen verhalten, so gilt die Gleichung:

= (E₂ - E₁) Jo)Ce =

(16) ;

dementsprechend gilt die Gleichung:

= E,

j ω Ce

= I,

(17),

Dann kann aus den Gleichungen (15) und (17) die folgende Gleichung erhalten werden:

Ce

(18)

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- 17 -

Diese Gleichung zeigt, daß es sich bei der in Figur 15 dargestellten Schaltungsanordnung ebenfalls um eine negative Kapazitätsschaltung handelt.

Während es sich bei der oben erwähnten Schaltung um eine Schaltung mit Stromrückkoppelung handelt, zeigt die Schaltungsanordnung nach Figur 17 eine Schaltungsanordnung mit Spannungsrückkopplung, bei der Transistoren 60 und 61 sowie Widerstände 62 und 63 verwendet werden. In dieser Schaltung werden die folgenden Gleichungen erfüllt:

1 V pi ο

^{E =} T-¹CS ⁽^4 - ⁱ - ^{iß) +} IrI ^E - ^{iR13 + E} ··· ⁽¹⁹⁾

- ^iß ⁽²⁰⁾

R14
da ß » 1 ist , gilt

E R14

jfc>CeR13

(21

und es ergibt sLr-h eine negative Kapazität -R13Ce/Ri 4, bei der R13 bzw. R14 die Widerstandswerte der Widerstände 62 bzw. 63 und ß den Stromverstärkungsfaktor darstellen.

Figur 18 zeigt eine Schaltung, bei der eine Gleichstrom-Vorspannungsschaltung zu der in Figur 17 gezeigten Wechselspannungsschaltung hinzugefügt ist. In dieser Schaltungsanordnung sind Widerstände 62 bis 68 sowie ein Kondensator 69 dargestellt. In dieser Schaltungsanordnung ist der Widerstandswert des Widerstandes 63 in der Schaltungsanordnung nach Figur 17 gleich dem der parallelen Widerstände 63, 64, 65 und 68, die parallel zueinander geschaltet sind. Wie man Figur 18 entnehmen kann, ist der Aufbau einer Gleichstrom-Vorspannungsschaltung viel einfacher für die in 6 gezeigte Schaltungsanordnung als für die in Figur 6.

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Obwohl in jeder der Schaltungsanordnungen nach den Figuren 6, 15 und 17 zwei Transistoren verwendet werden, um die negative Kapazität zu erhalten, kann die Zahl der Transistoren durch die Verwendung eines Übertragers auf 1 verringert werden^ ein Beispiel für eine solche Ausführungsform ist in Figur 19 dargestellt. Bei dieser Ausführungsform wird eine mit einem Abgriff versehene Spule verwendet, die an einem Ende an Erde bzw. Masse liegt; diese Spule 70 weist einen Abgriff 73 auf. Weiterhin ist ein Transistor 74 vorgesehen, dessen Kollektor an Hasse liegt; sein Emitter ist mit dem Abgriff 73 verbunden, während seine Basis mit dem Eingang 10 sowie über einen Kondensator 13 mit dem anderen Anschluß des Übertragers 70 verbunden ist. In dieser Schaltungsanordnung gelten näherungsweise die folgenden Gleichungen:

T1 + τ? Ψ? I = (E - E) jiüCe = -~ JioCeE (22)

⁽²³⁾

Dabei stellt T1 die Zahl der Windungen zwischen einem Anschluß des Übertragers 70 und dem Abgriff 73 und T2 die Zahl der Windungen zwischen dem Abgriff 73 und dem anderen Anschluß des Übertragers 70 dar. Wie sich aus der Gleichung(23) ergibt, zeigt diese Schaltungsanordnung eine negative Kapazität mit einem Kapazitätswert ψγ Ce. Der Abgriff der Spule kann auch geerdet seinJ ein Beispiel einer solchen Ausführungsform ist in Figur 20 dargestellt.

Bei der obigen Ausführungsform gelten die folgenden Gleichungen: If-Ep j coce (24)

V T1

^Ze =-T- = -jüTSiT2 <²⁵>

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Wie sich aus der Gleichung (25) ergibt, kann die negative

T2Ce Kapazität des Kapazitätswertes ebenfalls erhalten werden. Bei dieser Schaltungsanordnung wird ein als Emitterfolger geschalteter Transistor 75 verwendet, um zu verhindern, daß die Impedanz in den Windungen T1 des Übertragers 70 parallel zu dem Eingang 10 hinzugefügt wird', auf den Transistor 75 kann verzichtet werden, wie in Figur 21 dargestellt ist, wenn diese Vorsichtsmaßnahme nicht notwendig ist.

Die oben erläuterte, negative Kapazitätsschaltung kann nicht nur für die Aufhebung bzw. den Ausgleich der Streukapazität, sondern auch für Verstärkungszwecke eingesetzt werden. Beispielsweise läßt sich die Spannung E₉ an einem Punkt in der in Figur 22 gezeigten Schaltungsanordnung, die eine Energiequelle mit einer Spannung E₁, einen Reihenkondensator 78 mit einem Kapazitätswert C und eine Streukapazität mit einem Kapazitätswert C_c aufweist, durch folgende Gleichung darstellen:

⁽²⁶⁾

Wenn eine Schaltung 80 mit negativer Kapazität und einem Kapazitätswert -C parallel zu der Streukapazität 79 liegt, läßt sich die Spannung E an dem Punkt 8 ausdrücken durch:

E₉ = E₁ ————=——— .... (27) 2 1 C_A + C₃ C

Bringt man den Kapazitätswert C näher zu C + C„, so kann E₂ größer als E.. gemacht werden, so daß sich in dieser Schaltungsanordnung eine Verstärkung ergibt.

Ausführungsformen von Abstimmschaltungen mit variabler Kapazität, bei denen eine solche Schaltung mit negativer Kapazität verwendet wird, sind in den Figuren 23 bis 25-dargestellt.

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Bei der Ausführungsform nach Figur 23 ist die in Figur 1 gezeigte Antennenschaltung mit einem Anschluß 4 verbunden; eine Schaltungsanordnung mit Transistoren 11 und 12 bildet eine Schaltung mit negativer Kapazität; außerdem wird eine variable Kapazität 6, wie beispielsweise eine Kapazitätsdiode, verwendet. Eine Gleichstrom-Steuerspannung wird an einen Anschluß 58 angelegt, um den Kapazitätswert der variablen Kapazität 6 mittels eines Widerstandes 89 mit hohem Widerstandswert zu ändern- Mit dem anderen Anschluß der variablen Kapazität 6 ist ein Parallel- bzw. Ableitkondensator 86 verbunden, durch den sie in bezug auf eine Wechselspannung an Masse liegt bzw. geerdet ist. Das Bezugszeichen 87 stellt einen Kopplungskondensator dar. Die Schaltung mit negativer Kapazität weist Transistoren 11 und 12, Widerstände 31 bis 34 und 42, einen Kondensator 13 für die Erreichung der negativen Kapazität, Ableit- bzw. Parallel-Kondensatoren 44 und 48 und einen Induktor bzw. eine Drosselspule 57 auf.

Die Widerstände 33, 34 und 42 und die Drosselspule 57 bilden eine Schaltung, um dem Transistor 12 einen Vorspannungsstrom zuzuführen. Der Konde-aator 44 dient dazu, den Transistor 12 in bezug auf einen Wechselstrom an Masse zu legen. Eine Drosselspule 7 wird dazu verwendet, die Wechselspannungs-Impedanz des Widerstandes 31 zu erhöhen, der parallel zu der negativen Kapazität geschaltet ist, wie oben erwähnt wurde. Außerdem dient die Drosselspule als Induktor in der Abstimmschaltung für die Antenne. Da der Induktor in der Abstimmschaltung für die Antenne an einem Anschluß an Masse liegen soll, damit er parallel zu der variablen Kapazität 6 geschaltet ist, ist die Drosselspule 7 an einem Anschluß durch den Kondensator 88 in bezug auf einen Wechselstrom geerdet. Das Ausgangssignal dieser Schaltung kann durch Sekundärwicklungen abgenommen werden, die an der Drosselspule 7 vorgesehen sind. Es ist jedoch zweckmäßiger, das Ausgangssignal von dem Emitter des Transistors 11 abzunehmen.

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Bei der in Figur 24 gezeigten Ausführungsform werden ein Transistor 96 und ein Übertrager 90 verwendet, um die negative Kapazität zu erreichen. Die Primärwicklungen 91 des Übertragers bzw. Transformators 90 sind zwischen eine Energiequelle 53 und einen Eingang 4 durch einen Kopplungskondensator ö7 geschaltet, während die Sekundärwicklungen 32 an einem Anschluß durch einen Widerstand 94 mit der Energiequelle 53 verbunden sind und durch einen Widerstand 95 an Masse liegen. Die Polarität der Windungen 91 und ist durch die Symbole "." angedeutet', die Bezugszeichen 86, 93 stellen Parallel- bzw. Ableitkondensatoren dar. Wenn bei dieser Schaltungsanordnung eine Spannung E von der Antennenschaltung an den Anschluß 4 angelegt wird, wird diese Spannung den Windungen 91 zugeführt, um in den Windungen 92 eine Spannung T2/T1 E zu induzieren', dabei stellen T1 bzw. T2 die Zahl der Windungen der Wicklungen 91 bzw. 92 dar. Die Spannung T2/T1 E wird durch den Basis/ Emitter-Strompfad des Transistors 96 an den Kondensator angelegt, so daß ein Strom I mit dem Wert jaJCeT2/T1 E hindurchfließt. Da die Wicklungen 91 und 92 die in der Figur gezeigte Polarität haben, fließt der Strom I in einer solchen Richtung, daß er durch den Transistor 96 zurück zu dem Eingang 4 verläuft. Dementsprechend läßt sich die Eingangs-Admittanz Ze durch die folgende Gleichung darstellen:

I T1
^{Ze =} ~E~ ⁼ " T2 · j <oCe ⁽²⁸⁾

Diese Schaltungsanordnung zeigt eine negative Kapazität mit

T2
dem Wert - -=pr Ce .

In dieser Schaltungsanordnung dient die Primärwicklung 91 des Übertragers 90 auch als Induktor bzw. Drosselspule 7 für Resonanz-Zwecke. Das Ausgangssignal kann durch zusätzliche Sekundärwicklungen abgenommen werden.

_ OO

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Der übertrager 90 kann durch eine mit einem Abgriff versehene Spule ersetzt werden, wie in Figur 25 dargestellt ist; in dieser Figur sind außerdem Widerstände 100, 101, Ableitbzw. Parallel-Kondensatoren 102 und 103 sowie eine Spule 70 mit einem Abgriff zu erkennen. Bei dieser Ausführungsform hat die Schaltungsanordnung die gleiche Funktionsweise, wie sie oben beschrieben wurde. Auch der Wert der negativen Kapazität ist gleich.

Eine Erhöhung der Verstärkung der Antennenschaltung, wie sie in Figur 26 gezeigt wird, kann die Antennenkapazität und ähnliche Effekte ausgleichen bzw. kompensieren', außerdem dient eine solche Erhöhung auch dazu, durch die Verwendung einer negativen Kapazität die Leistung der Antennenschaltung zu verbessern. Die Spannung E_ an einem Punkt 4 in dieser Schaltung läßt sich ausdrücken als:

<²⁹>

3ringt man den Kapazitätswert C näher su C_ + C , so kann

Jri JD

E„ größer als E, gemacht werden', dadurch läßt sich wiederum das Verhältnis Signal/Rauschen verbessern. Das Ausgangssignal kann durch einen Pufferverstärker abgenommen werden, der in einer Schaltung 8 mit negativer Kapazität vorgesehen ist.

Aus der Gleichung (29) ergibt sich folgendes: Da die Ausgangsspannung E₂ durch die Variation des Wertes der negativen Kapazität geändert wird, kann für ein hohes Eingangssignal einer Art automatischer Verstärkungsregelung (AGC) durchgeführt werden, indem der negative Kapazitätswert durch die Steuerspannung variiert wird, die an einen Eingang 105 angelegt wird', dadurch läßt sich die Ausgangs spannung ändern, die von einem Anschluß 104 abgenommen wird.

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Wie sich aus der obigen detaillierten Beschreibung ergibt, können mit der Schaltungsanordnung nach der vorliegenden Erfindung verschiedene Vorteile erreicht werden, wie beispielsweise eine Verbesserung des Verhältnisses Signal/
Rauschen durch die Kompensation der Streukapazität in der Antennenschaltung und eine Vereinfachung der elektronischen Abstimmung.

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Claims

MÜLLER-BORE · DEUFEJL · SOIÖN ■ ΗΪ3ΗΤΕ7,

PΑϊ E N TA N WA LT E

DR. ViOLFGANG MÜUUER-BORE (PATENTANWALT VON 1927 - 1975) DR. PAUL DEUFEU. DIPU.-CH EM. DR. AUFRED SCHÖN. DIPL.-CHEM. WERNER HERTEU. DIPU.-PHYS.

Hl/Ma - F 1251

FUJITSU TEN LIMITED

No.2-28/ Goshodori 1-chome, Hyogo-ku Kobe-shi, Hyogo-ken, Japan

Funkempfänger

Patentansprüche

V1 ./ Funkempfänger, gekennzeichnet durch eine Antennenschaltung, die durch eine Äquivalenz-Schaltung dargestellt wird, die aus der elektromotorischen Kraft der Antenne, einer in Reihe zu der elektromotorischen Kraft liegenden Antennenkapazität, einer parallel zu ihnen liegenden Kabelkapazität, einer negativen Kapazitätsschaltung, die mit der Antennenschaltung verbunden ist und wenigstens teilweise die Kabelkapazität und die Antennenkapazität aufhebt, und aus einer Äbstimmschaltung für die Auswahl der Stationen

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MÜNCHEN' 8β -SIEnEHTSTH. 1 · POSTFACH SU07S0 · ΚΛΒΕΙ: ΐΙΤΤΕΠΟΡΑΤ · TEL. (Osa) 47-1005 · TELEX 3-24Ü85

INSPECTED

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beim Empfang des Ausgangssignals von der Antennenschaltung besteht.
2. Funkempfänger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die negative Kapazitätsschaltung parallel zu der Kabelkapazität und einer variablen Drossel in einer Abstimmschaltung vom μ-Typ liegt.
3. Funkempfänger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die negative Kapazitätsschaltung parallel zu der Kabelkapazität sowie zu einer variablen Kapazitätsdiode und einer festen Drossel in einer Abstimmschaltung vom C-Typ liegt.
4. Funkempfänger, gekennzeichnet durch eine Antennenschaltung, die durch eine Äquivalenz-Schaltung dargestellt wird, die aus der elektromotorischen Kraft der Antenne, einer in Reihe zu der elektromotorischen Kraft liegenden Antennenkapazität und einer parallel zu ihnen liegenden Kabelkapazität besteht, durch eine negative Kapazitätsschaltung, die aus einem Kondensator und einer Steuerschaltung mit Transistoren besteht,die beim Empfang einer der elektromotorischen Kraft der Antenne entsprechenden Eingangsspannung dieser Eingangsspannung oder eine zu ihr proportionale Spannung an dem Kondensator liegen, wodurch ein durch die Reaktanz des Kondensators bestimmter Strom bewirkt und zu dem Eingang ausgegeben wird, und wenigstens teilweise die Kabelkapazität und die mit der Antennenschaltung verbundene Antennenkapazität aufhebt, und durch eine Abstimmschaltung für die Auswahl der Stationen beim Empfang des Ausgangssignals der Antennenschaltung.
5. Funkempfänger nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung einen ersten und einen zweiten Transistor aufweist, wobei der erste, als Emitterfolger geschaltete Transistor an seiner Basis eine Eingangsspannung empfängt und an seinem Emitter mit dem anderen Anschluß des Kondensators

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verbunden ist, während der zweite in Basisschaltung ausgelegte Transistor an seiner Basis mit dem anderen Anschluß des Kondensators und an seinem Kollektor mit der Basis des ersten Transistors verbunden ist.
6. Funkempfänger nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung einen ersten und zweiten Transistor aufweist, wobei der erste Transistor an seiner Basis eine Eingangsspannung empfängt und an seinem Kollektor mit der Basis des zweiten Transistors und an seinem Emitter mit dem Verknüpfungspunkt zwischen in Reihe liegenden ersten und zweiten Widerständen verbunden ist, während der zweite Transistor an seinem Emitter an Masse liegt und an seinem Kollektor mit einem Anschluß des ersten Widerstandes und des Kondensators verbunden ist, wobei der andere Anschluß des Kondensators mit der Basis des ersten Widerstandes und der andere Anschluß des zweiten Widerstandes mit Masse verbunden ist.
7. Funkempfänger nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung einen Transistor und eine Spule mit einem Abgriff aufweist, wobei der Transit .-or an seiner Basis eine Eingangsspannung empfängt, an seinem Kollektor an Masse liegt und an seinem Emitter mit dem Abgriff der Spule verbunden ist, während die Spule mit einem Anschluß an Masse liegt und mit dem anderen Anschluß mit einem Anschluß des Kondensators verbunden ist, dessen anderer Anschluß an der Basis des Transistors liegt.
8. Funkempfänger nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung einen ersten und einen zweiten Transistor und eine Spule mit einem Abgriff aufweist, wobei der erste Transistor an seiner Basis eine Eingangsspannung empfängt und an seinem Emitter mit einem Anschluß der Spule verbunden ist, der Abgriff an Masse liegt und deren anderer Anschluß mit der Basis des zweiten Transistors verbunden ist,

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während der zweite Transistor an seinem Emitter mit einem Anschluß des Kondensators und an seinem Kollektor mit der Basis des ersten Transistors verbunden ist, wobei der andere Anschluß des Transistors an Masse liegt.
9. Funkempfänger nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung einen Transistor und eine Spule mit einem Abgriff aufweist, wobei eine Eingangsspannung an einen Anschluß der Spule und an den Kollektor des ersten Transistors angelegt wird, daß die Spule durch ihren Abgriff an Masse liegt und an dem anderen Anschluß mit der Basis des Transistors verbunden ist, und daß der Transistor an seinem Emitter mit einem Anschluß eines Kondensators verbunden ist, dessen anderer Anschluß an Masse liegt.

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