DE2917916A1

DE2917916A1 - Pulsdauermodulations-signalverstaerker

Info

Publication number: DE2917916A1
Application number: DE2917916A
Authority: DE
Inventors: Walter Prof Dr Guggenbuehl; Mathis Halder
Original assignee: Landis and Gyr AG; LGZ Landis and Gyr Zug AG
Current assignee: Siemens Building Technologies AG; Landis and Gyr AG
Priority date: 1979-03-01
Filing date: 1979-05-03
Publication date: 1980-09-04
Also published as: CH640376A5; US4337438A; DE2917916B2; DE2917916C3

Description

Patentanwälte j ■ Dipl. Ing. Hans-Jürgen Müller''' Dr. rer. nat. Thomas Berendt Dr.-Ing. Hans Leyh

Luclle-Grohn-Straße 38 0 8 MOnchen 80

1 ^LGZ LANDIS & GYR ZUG AG

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— / CH-6301 ZUG, Schweiz

PuIsdauermodulations-Signalverstärker

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Pulsdauermodulations-Signa !.verstärker

Es ist ein Pulsdauermodulations-Signalverstärker der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art bekannt, bei dem ein Tiefpassfilter zum Ausfiltern des verstärkten Niederfrequenzsignals dient. Mit einem Tiefpassfilter lässt sich jedoch die im Frequenzspektrum dominierende Grundwelle des Trägersignals nur schlecht unterdrücken, weshalb eine saubere Trennung des Nutzsignals von den Störsignalen und somit eine hohe Signalgüte nicht erzielbar sind,

Der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Signalgüte des Pulsdauermodulations-Signalverstärkers durch eine bessere Unterdrückung der Störsignale zu erhöhen.

Mit dem Pulsdauermodulations-Signalverstärker nach der Erfindung wird eine optimale Dämpfung der Grundwelle des Trägersignals erreicht. Da der Regler die Trägerfrequenz dauernd auf die Resonanzfrequenz des die Grundwelle des Trägersignals unterdrückenden Resonanzkreises abstimmt, können durch Alterungserscheinungen, Temperatureinflüsse, geometrische Aenderungen usw. hervorgerufene Verschiebungen der Resonanzfrequenz die Dämpfung des Trägersignals und damit die Signalgüte nicht beeinträchtigen.

Es ist zwar eine Schaltungsanordnung für eine Induktionshsizung bekannt (IEEE Journal of Solid-State Circuits, Febr. 1969,

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S. 34-35), bei welcher der Phasenwinkel der induktiven Last detektiert und dementsprechend die Frequenz einer einen Schaltverstärker steuernden Signalquelle geregelt wird. Bei dieser Schaltungsanordnung handelt es sich jedoch nicht um einen Pulsdauermodulations-Signalverstärker, und die Regelung der Frequenz der Signalquelle erfolgt nicht zur Unterdrückung eines Störsignals, sondern zur Anpassung an Laständerungen.

Nachfolgend werden einige Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen: Fig. 1 ein Prinzipschaltbild eines PuIs-

dauermodulations-Signalverstärkers, Fig. 2 eine Variante und Fig. 3 eine weitere Variante.

In der Fig. 1 bedeutet 1 einen Impulsdauermodulator, der einen Eingang für ein zu verstärkendes Niederfrequenzsignal S und einen Eingang für ein Trägersignal S₇. mit der Frequenz f_T aufweist. Ein an den Impulsdauermodulator 1 angeschlossener Trägersignalgenerator 2 liefert das Trägersignal S . Dieser Trägersignalgenerator besitzt einen Steuereingang, an den ein Signal angelegt werden kann, um die Trägerfrequenz f_T zu variieren. Als Trägersignalgenerator 2 eignet sich beispielsweise ein spannungsgesteuerter Oszillator (VCO).

Der Impulsdauermodulator 1 erzeugt Rechteckimpulse, die sich mit der Frequenz f_T wiederholen und deren Dauer durch das Niederfrequenzsignal S_wfr moduliert ist. Solche Impulsdauer— modulatoren sind bekannt und werden daher hier nicht näher erläutert. Es sei lediglich erwähnt, dass der Impulsdauermodulator 1 z.B. aus einem Impulsformer und einem Komparator bestehen kann, wobei der Impulsformer das z.B. rechteckförmige Trägersignal S_T in ein dreieckförmiges Signal mit der Frequenz f umformt und der Komparator das Niederfrequenzsignal S mit dem dreieckförmigen Signal vergleicht und das gewünschte impulsdauermodulierte Ausgangssi^nal liefert.

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Dieses Ausgangssignal des Impulsdauerrnodulators 1 steuert einen Schaltverstärker 3, der im dargestellten Beispiel aus einem Treiber 4 und einer Endstufe 5 besteht. Die Endstufe ist durch zwei elektronische Schalter 6, 7 und einen Transformator 8 gebildet. Je nach dem logischen Zustand des Ausgangssignals des Impulsdauermodulators 1 wird eine Spannungsquelle U⁺ über den Schalter 6 oder 7 an das eine oder das andere Wicklungsende der mittengeerdeten Primärwicklung des Transformators 8 geschaltet.

Die Sekundärwicklung des Transformators 8 ist über ein Filter 9 an eine Last 10 angeschlossen. Das Filter 9 enthält ein Tiefpassglied 11 und einen schmalbandigen Resonanzkreis 12 zur Dämpfung der Trägerfrequenz f . Das Tiefpassglied 11 besteht im dargestellten Beispiel aus einer Spule 13 und einem Kondensator 14 und der Resonanzkreis 12 aus einem Kondensator und einer Spule 16. Der Kondensator 15 und die Spule 16 sind in Reihe geschaltet und bilden einen Saugkreis, der mit dem Kondensator 14 und mit der Last 1O parallel geschaltet ist.

Der Ausgang eines Uebertragungsgliedes 17, das ein dem Strom im Resonanzkreis 12 proportionales Signal erzeugt, und der Ausgang des Trägersignalgenerators 2 sind an einen Phasenkomparator 18 angeschlossen, dessen Ausgang mit dem Steuereingang des Trägersignalgenerators 2 verbunden ist. Der PhJ-senkomparator 18 bildet einen an den Resonanzkreis 12 und an den Trägersignalgenerator 2 gekoppelten Regler, der die Trägerfrequenz f auf die Resonanzfrequenz des Resonanzkreises 12 abstimmt.

Der beschriebene Pulsdauermodulations-Signalverstärker arbeitet wie folgt:

Der Impulsdauermodulator 1 erzeugt, wie bereits erwähnt, modulierte Rechteckimpulse. Diese werden im Schaltverstärker 3 verstärkt. Am Eingang des Filters 9 entsteht ein Signal, das sich aus dem verstärkten Niederfrequenzsignal und einem Stör-

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Spektrum zusammensetzt. Im Störspektrum dominiert die Grund— welle des Trägersignals S₁ d.h. die Trägerfrequenz f . Das Tiefpassfilter 11 vermag zwar die höheren Frequenzkomponenten des Störspektrums recht gut, die Trägerfrequenz f jedoch nur mangelhaft zu unterdrücken. Die Trägerfrequenz f_ wird daher im Resonanzkreis 12 weiter gedämpft, so dass eine hohe Signalreinheit des ausgefilterten verstärkten Niederfrequenzsignals erzielt wird. Der Resonanzkreis 12 weist eine hohe Güte auf, damit er die Trägerfrequenz f- restlos unterdrücken kann, und ist daher schmalbandig.

Die Phasenlage des vom Uebertragungsglied 17 abgegebenen Signals wird im Phasenkomparator 18 mit der Phasenlage des Trägersignals S_T verglichen. Weicht der Phasenwinkel zwischen diesen beiden Signalen von einem vorbestimmten Sollwert ab, so erzeugt der Phasenkomparator 18 ein Regelsignal, das die Phasenlage des Trägersignals S_ vorzeichenrichtig korrigiert. Dadurch wird die Trägerfrequenz f dauernd auf die Resonanzfrequenz des Resonanzkreises 12 abgestimmt und eine optimale Dämpfung der Grundwelle des Trägersignals S_T gewährleistet.

Es erübrigt sich deshalb, die Resonanzfrequenz des Dämpfungs— gliedes 12 konstant zu halten, was nur sehr schwer zu bewerkstelligen wäre.

Als Uebertragungsglied 17 kann z.B. ein induktiver Wandler dienen, der mit dem Resonanzkreis 12 in Reihe geschaltet ist. Es ist auch möglich, lediglich eine Spule, die mit der Spule 16 induktiv gekoppelt ist, als Uebertragungsglied einzusetzen.

In der Fig. 2 weisen die Bezugszahlen 1 bis 17 auf gleiche Teile wie in der Fig. 1 hin. Der Ausgang des Uebertragung=- gliedes 17 ist über einen Gleichrichter iy mit einem Schalter 2O verbunden, der den Gleichrichter 19 in der esinen Stellung an ein aus einem Widerstand 21 und einem Kondensator 22 bestehendes Glättungsglied 23 und in der anderen Stellung an ein aus einem V/iderstand 24 und einem Kondensator 25 bestehendes Glättungsglied 26 legt. Die Glättungsglieder 23, 26 sind

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an je einen Eingang eines Differenzverstärkers 27 angeschlossen, dessen Ausgang mit dem Steuereingang des Trägersignalgenerators 2 verbunden ist. Ein eingangsseitig an das Niederfrequenzsignal Sj-p angeschlossener Nullschwellenschalter 28 steuert den Schalter 2O so, dass der Gleichrichter 19 während der einen Halbwelle des Niederfrequenzsignals S^^ mit dem Glättungsglied 23 und während der anderen Halbwelle mit dem Glättungsglied 26 verbunden ist.

^Der Resonanzkreis 12 bildet einen Demodulator für das am Eingang des Filters 9 liegende frequenzmodulierte Signal. Am Ausgang des Uebertragungsgliedes 17 entsteht ein amplitudenmoduliertes Signal, dessen Hüllkurve die doppelte Frequenz des Niederf requenzsigna.ls S...- aufweist. Ist die Trägerfrequenz f_T gut auf die Resonanzfrequenz des Resonanzkreises 12 abgestimmt, so weisen aufeinanderfolgende Wellen dieser Hüllkurve gleich grosse, andernfalls verschieden grosse Amplituden auf. Dementsprechend bilden sich an den Glättungsgliedern 23, 26 gleich grosse oder verschieden grosse Spannungen, die im Differenzverstärker 27 miteinander verglichen werden. Sind diese Spannungen verschieden gross, so gibt der Differenzverstärker 27, der den Ausgang eines als Hüllkurven-Detektor arbeitenden Reglers bildet, ein Regelsignal an den Trägersignalgenerator 2 ab, wodurch dieser nachgestimmt wird.

Das in der Fig. 3 mit 29 bezeichnete Filter weist im Läng3-kreis eine Spule 3O, einen zur Spule 3O parallel geschalteten Kondensator 31 und eine mit diesen in Reihe geschaltete Spule 33 sowie im Querkreis einen Kondensator 32 auf. Die Spule 3O und der Kondensator 31 stellen einen ali> Sperrkreis ausgebildeten Resonanzkreis 34 zur Dämpfung der Trägerfrequenz des Trägersignals S_T dar. Diesem Resonanzkreis 34 ist ein Uebertragungsglied 35 zugeordnet, das ein der Sperrkreisspannung proportionales Signal erzeugt und dessen Ausgang an den Phasenkomparator 18 (Fig. 1) oder an den Gleichrichter 19 (Fig. 2) angeschlossen werden kann, so dass die Trägerfrequenz f_T auf die Resonanzfrequenz des Resonanzkreises 34 abgestimmt wird.

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Die Spulen 3O_f 33 und der Kondensator 32 bilden ein Tiefpassglied. Durch die Wirkung der Spule 33 ergibt sich eine zusätzliche Dämpfung der oberhalb der Resonanzfrequenz des Resonanzkreises 34 liegenden Komponenten des Störspektrums.

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Claims

- 1 PATENTANSPRUECHE

1. Puldauermodulations-Signalverstärker mit einem Impulsdauermodulator, der einen Eingang für ein zu verstärkendes Niederfrequenzsignal aufweist und an einen Trägersignalgenerator angeschlossen ist, mit einem Schaltverstärker für das Ausgangssignal des Impulsdauermodula'tors und mit einem dem Schaltverstärker nachgeschalteten Filter zum Ausfiltern des verstärkten Niederfrequenzsignals, dadurch gekennzeichnet,

1Q dass das Filter (9; 29) einen schmalbandigen Resonanzkreis (12; 34) zur Dämpfung der Trägerfrequenz des Trägersignals (S-j.) aufweist und dass der Resonanzkreis (12; 34) und der Trägersignalgeneratcr (2) an einen Regler (18; 19 bis 28) gekoppelt sind, der die Trägerfrequenz auf die Resonanzfrequenz des Resonanzkreises (12; 34) abstimmt.

2. Pulsdauermodulations—Signalverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Resonanzkreis (12) ein Saugkreis ist =

3. Pulsdauermodulations-Signalverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Resonanzkreis (34) sin Sperrkreis ist.

4. Pulsdauermodulations-Signalverstärker nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Saugkreis (12) ein Uebertragungsglied (17) zur Erzeugung eines dem Saugkreisstrom proportionalen Signals aufweist.

5. Pulsdauermodulations-Signalverstärker nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Sperrkreis (34) ein üebertragungsgiied (35; zur Erzeugung eines eier Sperrkreisspannung proportionalen Signals aufweist.

6. Pulsdauermodulations-Signalverstärker nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgang des Uebertragungsgliedes (17; 35) und der Ausgang des Trägersignalge-

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nerators (2) an einen Phasenkomparator (18) angeschlossen sind und dass der Ausgang des Phasenkomparators (18) mit einem Steuereingang des Trägersignalgenerators (2) verbunden ist.

7. Pulsdauermodulations-Signalverstärker nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgang des Uebertragungsgliedes (17; 35) an -inen Hüllkurven-Detektor (19 bis 28) angeschlossen ist, dessen Ausgang mit einem Steuereingang des Trägersignalgen;: rators (2) verbunden ist.

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