DE3007818A1 - Detektorschaltung - Google Patents

Description

Dipi.-!ng. H. MITSCHERLICH

Dipl.-lng. K. GUNSCHMANN

Dr.rer.aot. W. KÖRBER

Dipl.-lng. J.SCHM1DT-EVERS PATENTANWÄLTE

D-8000 MOKCHEN 22 SteinsdorfstraBelO

* ^{089)

29. Februar 198ο

Sony Corporation

7-35 Kitashinagawa 6-chome

Shinagawa-ku

Tokyo/Jap an

Detektorschaltung

Die Erfindung betrifft eine Detektorschaltung und insbesondere eine AM-Detektorschaltung mit erhöhter Linearität bei Kleinsignalbedingungen.

Ein bisher verwendeter Detektor verwendet eine Reihen-Detektordiode, in der ein Zwischensignal halbwellen- bzw. einwegerfasst wird.

Ö30037/0771

Bekanntlich besitzen Detektordioden eine Sperrspannung in der Grössenordnung von 0,2 - 0,6 V. Wenn ein Zwischenfrequenzsignal einer Spannung unter dieser Sperrspannung an die Diode angelegt wird,wird kein Antwort- bzw.Ausgangssignal erzeugt, und wenn die Sperrspannung einen deutlichen Bruchteil der Signalspannung darstellt, wird zwar die Erfassung durchgeführt, ist jedoch von Störungen begleitet. Um Störungen bzw. Verzerrungen zu vermeiden, sollten solche Signalspannungen vorzugsweise über 120αΒμ (=1V) sein. In Systemen, die hohe Schaltungsspannungen verwenden, ist die relativ niedrige Sperrspannung unwesentlich. Jedoch in tragbaren oder batteriebetriebenen Geräten,bei denen die höchste Versorgungsspannung lediglich in der Grössenordnung weniger Volts liegt_/ist es schwierig, eine Signalspannung zu erreichen, die einen ausreichend hohen Pegel hat, um eine Erfassung ohne Verzerrung zu erreichen.

Andere herkömmliche Detektoren verwenden einen Operationsverstärker mit einem Paar antiparallel geschalteter Dioden in einem Rückkopplungsweg mit einem Widerstand in Reihe mit einer der Dioden. Obwohl dadurch der Pegel der Spannungser fas sung verbessert ist, ist jedoch durch das N.ichtvorhandensein einer Vorspannung für die Dioden in einer solchen Spannung eine Störung oder Verzerrung bei Kleinsigna !bedingungen möglich.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung_/ eine neuartige AM-Detektorschaltung anzugeben, bei er unter Vermeidung der erwähnten Nachteile eine AM-Erfassung mit geringerer Verzerrung selbst bei Kleinsignalspannungen möglich ist.

§30037/0771

Gemäss einem Merkmal der Erfindung ist eine AM-Detektorschaltung zum Erfassen eines AM-Signals mit erster und zweiter Polarität von einer eintaktigen bzw.unsymmetrischen Quelle vorgesehen, die aufweist

eine Einrichtung zum abwechselnden Erzeugen eines ersten Ansteuersignals, wenn das AM-Signal die erste Polarität besitzt, und eines zweiten Ansteuersignals, wenn das AM-Signal die zweite Polarität besitzt, zumindest einen ersten und einen zweiten B-Verstärker zum getrennten Verstärken des ersten und des zweiten Ansteuersignals zu deren Anlage an die Einrichtung zum abwechselnden Erzeugen und eine Einrichtung, die abhängig von zumindest einem von erstem und zweitem Ansteuersignal ein Erfassungsausgangssignal erzeugt.

Durch die Erfindung wird eine AM-Detektorschaltung angegeben , die leicht als integrierte Schaltung hergestellt werden kann. Weiter wird eine AM-Detektorschaltung angegeben, die mit einem Empfänger verwendbar ist. Schliesslich wird ein AM-Detektor angegeben, der die Störung oder Verzerrung durch Beseitigen diagonalen Beschneidens oder Hüllenverzerrung verringert, die durch Diodenerfassung üblicherweise erzeugt wird.

Die Erfindung wird an Hand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1,2 schematische Darstellungen herkömmlicher

AM-Detektorschaltungen, Fig. 3 schematisch ein Ausführungsbexspiel einer AM-Detektorschaltung gemäss der Erfindung.

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Vor der Erläuterung der Erfindung erfolgt eine kurze Diskussion eines herkömmlichen Dioden-Detektors zum besseren Verständnis der Erfindung.

Fig.1 zeigt eine Detektordiode D in Reihe zwischen einem Zwischenfrequenzverstärker und einem Filter. Wie erläutert, besitzen Detektordioden eine Sperr-bzw. Grenz spannung, die eine Verzerrung erzeugen kann, wenn sie bei niedrigen Eingangssignalpegeln verwendet wird.

Fig. 2 zeigt einen Detektor, der einen Operationsverstärker A verwendet, der mit einem Zwischenfrequenzsignal über einen Eingangswiderstand R am

CL

negativen Anschluss versorgt wird und entgegengesetzt gepolte Dioden D und D^ besitzt, die in einem Rückkopplungsweg von dessen Ausgang zum negativen Eingang parallel geschaltet sind. Ein Lastwiderstand R, ist in Reihe mit der Diode D . Die Diode D wird während negativer Halbwellen des Zwischenfrequenzsignales eingeschaltete bzw. . durchgeschaltet)zur Erzeugung eines Verstärkungsfaktors im Operationsverstärker A_a von R,/R_a· Daher wird während negativer Halbwellen des Zwischenfrequenzsignals ein Ausgangssignal an folgende Schaltungen abgegeben. Während positiver Halbwellen wird die Diode D, eingeschaltet ( durchgeschaltet) und beträgt der Verstärkungsfaktor des Operationsverstärkers A 0. Daher wird die posi-

α.

tive Halbwelle des Zwischenfrequenzsignals abgeschnitten. Auf diese Weise erfolgt eine Halbwellengleichrichtung des Zwischenfrequenzsignals (Einweggleichrichtung).

#30037/0771

An Hand Fig. 3 wird nun ein Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert, wobei nun ein herkömmlicher Zwischenfrequenzverstärker 1 vorgesehen ist, um ein Zwischenfrequenzsignal über einen Widerstand R₁ einem Gegentakt-Eintaktverstärker

2 zuzuführen. Allgemein wandelt der Gegentakt-Eintaktverstärker 2 ein Eintakt-AM-Zwischenfrequenzsignal von dem herkömmlichen Zwischenfrequenzverstärker 1 in ein abgeglichenes oder symmetrisches Signal um und verstärkt die symmetrisches Komponenten in B-Verstärkern zur Erzeugung komplementärer halbwellengleichgerichteter Signale, die zu 100% dem Eingang rückgeführt werden. Die Basis-Ansteuersignale_/die zur Erzeugung der Rückkopplungssignale verwendet werden, werden in Ausgangstransistören getrennt verstärkt und in einem Tiefpassfilter

3 gefiltert zur Erzeugung eines Vollwellen-Erfassungsausgangssignals .

Insbesondere bei . .dem . dargestellten Ausführungsbeispiel wandelt ein Differenzverstärker aus Transistoren Q₁ und Q» das vom Widerstand R₁ der Basis des Transistors Q₁ zugeführte unsymmetrische Eingangssignal in symmetrische Ausgangssignale um, die den Basen von Transistoren Q₃ bzw. Q₆ zugeführt werden. Die Emitter der Transistoren Q₁ und Q₂ sind über einen Widerstand R» mit Hasse verbunden. Die Kollektoren der Transistoren Q^ und Q₂ sind jeweils über Widerstände R₃ bzw. R₄ mit einer positiven Versorgungsspannung +Vcc verbunden. Eine Konstantspannungsversorgung_y

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wie beispielsweise eine Batterie B₁ ist zwischen Masse und der Basis des Transistors Q₂ angeschlossen.

Der Emitter des Transistors Q₃ ist über einen Widerstand R₅ mit der Versorgungsspannung +Vcc verbunden. Der Kollektor des Transistors Q-, ist mit einer Stromspiegelschaltung aus Transistoren Q₄ und Q₅ verbunden. Der Kollektor des Transistors Q₄ und die Basen der Transistoren Q. und Q₅ sind miteinander verbunden. Die Emitter der Transistoren Q. und Q- sind über einen

Widerstand R_c bzw. R-, mit Masse verbunden. Ein Konden-0 /

sator C₁ ist zwischen dan Emitter des Transistors Q₃ und dem Kollektor des Transistors Q₅ zur Phasenkorrektur angeschlossen, um Schwingung zu verhindern.

Das Ausgangssignal am Kollektor des Transistors Q₂ des Differenzverstärkers wird den Basen von Transistoren Q₆ und Q₈ zugeführt. Die Emitter der Transistoren Q_g

und Q_Q sind über einen Widerstand R_Q bzw. R.-. mit der ο ο 10

Versorgungsspannung +Vcc verbunden. Der Kollektor des Transistors Q, ist mit dem Kollektor des Transistors

Qi- verbunden und das Signal am Verbindungspunkt dieser Kollektoren wird zur Basis des Transistors Q₁ zurückgeführt. Der Kollektor des Transistors Q₈ ist mit dem Kollektor eines Transistors Q_g in einer weiteren Stromspiegelschaltung aus Transistoren Q_g und Q₁₀ verbunden sowie mit den Basen der Transistoren Q_n und Q₁_. Die Emitter der Transistoren Q_n und Q_1n sind mit Masse ver-

y ι υ

bunden. Der Ausgang am Kollektor des Transistors Q--ist über einen Widerstand R₁₁ mit der Versorgungsspannung +Vcc und mit einem Tiefpassfilter 3 verbunden,

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das aus Filterkondensatoren C- und C₃ und einem Widerstand R^ besteht.

Die Basen der Transistoren Q₄ und Q- sind auch mit der Basis eines Transistors Q- verbunden. Der Emitter des Transistors Q₇ ist über einen Widerstand R_g mit Masse verbunden, wobei dessen Kollektor mit dem Tiefpassfilter 3 verbunden ist. Das Ausgangssignal des Tiefpassfilters 3 ist einem Ausgangsanschluss T₁ zugeführt.

Die Transistoren Q₇ und Qg sind so gewählt, dass sie unter den gleichen Bedingungen wie die Transistoren Qc und Q, arbeiten. Zusätzlich sind die Transistoren Q₃ - Q₁₀ so vorgespannt, dass sie als B-Verstärker arbeiten.

Die Transistoren Q₁ - Q_c arbeiten als Verstärker mit einer Gegenkopplung von 100%. Ein Zwischsnfrequenzsignalstrom i_;der über den Widerstand R₁ dem Gegentakt-Eintaktverstärker 2 (SEPP-Verstärker, singleended push-pull amplifier) zugeführt wird, entspricht annähernd i *» 6/R₁ , mit e = Signalspannung. Der Signalstrom i wird in einen Kollektorstrom i für den Transistor Q,- oder Q, und einem kleinen Fehlerstrom i aufgeteilt, der zur Basis des Differenzverstärkertransistors Q₁ geht. Wenn der Signalstrom i um einen kleinen Betrag anwächst, erhöht sich der Fehlerstrom i um den genauen Betrag,der zur ausreichenden Erhöhung des Kollektorstroms i erforderlich ist, um der Erhöhung eines Signalstroms ± annähernd gleich zu sein. Wenn beispielsweise die Stromverstärkung bei offener Schleife des Verstärkers 1000 beträgt, erfordert eine Erhöhung des Signalstroms i von 1mA lediglich eine

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Erhöhung des Fehlerstroms i um 1μΑ. Auf diese Weise ist die Eingangsimpedanz des SEPP-Verstärkers 2 annähernd Null.

Während der positiven Halbwelle des Zwischenfrequenzsignals vom Zwischenfrequenzverstärker 1 nimmt der Kollektorstrom des Transistors Q₁ zu und derjenige des Transistors Q_n ab- Da der Transistor Q, zur Arbeit als B-Verstärker vorgespannt ist, sperrt eine solche Abnahme den Transistor Q_c. Wenn der Kollektor-

strom des Transistors Q- während der positiven Halbwelle des Zwischenfrequenzsignals zunimmt, fliesst ein Kollektorstrom durch den Transistor Q₃ proportional der Amplitude des angelegten Signals. Der Kollektorstrom vom Transistor Q_ wird den Transistoren Q. und Q_g zugeführt. Zu diesem Zeitpunkt ist jedoch der Transistor Q, gesperrt und wird die positive Halbwelle des Zwischenfrequenzsignalstroms i vom Zwischenfrequenzverstärker 1 zur Erzeugung eines Kollektorstroms zum Transistor Q₅ verwendet.

Während der negativen Halbwelle des Zwischenfrequenzsignals nimmt der Kollektorstrom des Transistors Q₁ ab, wodurch der Transistor Q^ gesperrt wird. Dadurch wiederum werden die Transistoren Q₄ und Q gesperrt. Auch nimmt zu diesem Zeitpunkt der Kollektorstrom des Transistors Q₂ zu und wird ein Kollektorstrom im Transistor Q, erzeugt. Da der Transistor Q₁. zu diesem Zeitpunkt gesperrt ist, wird ein Kollektorstrom zu dem Transistor Qr von dem Zwischenfrequenzeingangssignalstrom i über den Widerstand R₁ zugeführt.

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Die Basisansteuersignale,die den Basen der Transistoren Qj. und Q₆ zugeführt sind zur Erzeugung der Äquivalente der positiven und negativen Hälften des Signalstroms i an ihren jeweiligen Kollektoren, werden auch den Basen der Transistoren Q-, bzw. Q_Q zugeführt. Die Transistoren Q₇ und Q_g sind so gewählt und so vorgespannt, dass sie das gleiche Ansprechverhalten auf die Basisansteuerung besitzen, wie die Transistoren Qg und Q,. Folglich geben die Kollektoren der Transistoren Q_ und Q_Q vollwellengleichgerichtete Ströme ab, die den positiven und negativen Halbwellen des Zwäschenfrequenzstroms i vom Widerstand R- gleich sind. Die Stromspiegelschaltung aus den Transistoren Q„ und Q_1n erzeugt ein Signal am Kollektor des Transistors Q₁₀/ das den gleichen Strom wie der Kollektorstrom des Transistors Q₈ besitzt.

Das sich ergebende vollwellengleichgerichtete Signal von den Transistoren Q-, und Q₀ wird über das Tief-

/ O

passfilter 3 dem Ausgangsanschluss T₁ zugeführt. Aufgrund der Vollwellengleichrichtung besitzt die Trägerkomponente in dem dem Tiefpassfilter 3 zugeführten Signal die doppelte Frequenz wie das Ausgangssignal eines Halbwellengleichrichters. Dies vereinfacht das Filtern der Trägerkomponente und ermöglicht die Wahl von beispielsweise einer erwünschteren Zeitkonstante im Tiefpassfilter 3.

Die Verfügbarkeit des Ausgangssignals in Form eines Stromsignals von den Transistoren Qg und Q..Q verbessert die Freiheit für den Entwurf folgender Stufen.

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Ein AM-Detektor gemäss der Erfindung erreicht eine Verzerrung von weniger als 0,5 %, selbst wenn der Pegel 80 - 100 άΒμ besitzt.

Obwohl ein Eingangswiderstand R₁ dargestellt ist, kann in bestimmten Fällen die Ausgangsimpedanz des Zwischenfrequenzverstärkers 1 ausreichend sein, um den Eingangswiderstand R₁ wegzulassen.

Selbstverständlich sind noch andere Ausführungsbeispiele möglich.

Patentanwalt

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Claims (3)

1. 7-35 Kitashinagawa 6-chome

   Shinagawa-ku

   Tokyo/Japan

   ANSPRÜCHE

   AM-Detektorschaltung zum Erfassen eines AM-Signals mit 1. und 2. Polarität von einer Eintaktquelle,
   gekennzeichnet durch

   eine Einrichtung (Q₁, Q₂) zum abwechselnden Erzeugen eines ersten Ansteuersignals, wenn das AM-Signal die erste Polarität besitzt, und eines zweiten Ansteuersignals, wenn das AM-Signal die zweite Polarität besitzt,

   110037/0771

   mindestens einen ersten und einen zweiten B-Verstärker (Q₃ - Q,) zum getrennten Verstärken des ersten und des zweiten Ansteuersignals zur Erzeugung eines Gegenkopplungssignals zur Anlage an die Einrichtung zum abwechselnden Erzeugen, und eine Einrichtung (Q₇ -Q₁₀) die abhängig von zumindest einem der Ansteuersignale ein Erfassungsausgangssignal erzeugt.
2. 2. AM-Detektorschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

   dass die Einrichtung,die auf zumindest eines der Ansteuersignale anspricht_/einen dritten Transistor (Q₇),der abhängig von dem ersten Ansteuersignal ein erstes halbwellen „gleichgerichtetes Signal erzeugt, und einen vierten Transistor (Q_fi) enthält, der abhängig von dem zweiten Ansteuersignal ein zweites halbwellengleichgerichtetes Signal erzeugt, sowie eine Einrichtung (Q_g, Q₁₀P) zum Kombinieren des ersten und des zweiten halbwellengleichgerichteten Signals zu einem vollwellenglexchgerichteten Signal.
3. 3. AM-Detektorschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,

   dass die Einrichtung zum abwechselnden Erzeugen von ersten und zweiten abgeglichenen bzw.symmetrischen Ansteuersignalen einen Differenzverstärker (Q₁, Q„) enthält.

   830037/0771