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FM MODULATOR
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BESCHREIBUNG Die Erfindung bezieht sich auf einen FM-Modulator, insbesondere
für die Modualtion von Video-Signalen, gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des
Anspruchs 1.
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EM-Modulatorenp insbesondere für die Modulation von Video-Signalen,
werden zum größten Teil durch das gesteuerte Laden und Entladen von Kondensatoren
realisiert. Eine Schaltungsvariante ist der beispielsweise in dem Buch "Einführung
in die Fernsehtechnik", Dillenburger, Band 2, Seite 376 und 379 ausführlich beschriebene
astabile MulLivibratorO Andere Schaltungsvarianten basieren auf dem Prinzip an sich
bekannter, integrierter Timer-Schaltungen. Hierbei
steuern zwei
Komparatoren K1 und K2 mit unterschiedlichen Schwellspannungen Usl, U52 die R/S-Eingänge
eines R/S-Flip-Flops FF. Ein Kondensator C wird über einen Widerstand R aufgeladen
und bei Erreichen der Schwellspannung U52 des zweiten Komparators K2 kippt das Flip-Flop
FF um, und der Kondensator C wird über den Ausgang (z.B. Ausgang mit Emitterfolger
ohne Emitter-Widerstand) bis zur Schwellspannung Usl des ersten Komparators entladen.
Danach wird das Flip-Flop FF rückgesetzt und der Vorgang wiederholt sich (Fig. 1).
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Ferner ist es bekannt, zur Linearisierung der Wandlerkennlinie eines
FM-Modulators die Kondensatoren mit einer vom Modulationssignal gesteuerten Stromquelle
zu laden, oder zu entladen (professionelle Video-Recorder der Anmelderin). Die Steuerung
mit einer Stromquelle liefert jedoch nur bei niedriger Modulatorfrequenz eine lineare
Kennlinie, da bei höheren Frequenzen die endlichen Schaltzeiten der aktiven Elemente
das Ergebnis verfälschen.
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Beim bekannten Prinzip mit zwei Komparatoren und mit Stromsteuerung
betrage die Spannungsdifferenz der Schwellspannungen U52 und Usl der Komparatoren
Kl und K2 den Wert #U U (AU = U52-U51); der Steuerstrom sei I(t). Für unendlich
kleine Schalt- und Entladezeiten gilt:
Ladezeit
und demnach für die Frequenz
also ein linearer Zusammenhang zwischen Steuerstrom und Modulatorfrequenz.
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Bei einer endlichen Signal laufzeit und Kondensatorentladezeit von
j #T beträgt die Periodendauer T':
und folglich die Frequenz
Es ist also kein linearer Zusammenhang zwischen Steuerstrom und Modulatorfrequenz
vorhanden (Fig. 1).
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Es sind weiterhin verschiedene Methoden bekannt, diesen Linearltatsfehler
zu beseitigen. So werden beispielsweise im FM»Modulator im bekannten BCN-Kecorder
der Firma Bosch Tunneldioden als Schaltelemente verwendet, wobei die Kondensatorentladezeit
im psec-Bereich liegt und zu keinem meßbaren Linearitätsfehler führt.
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Aus der DE-PS 25 51 785 ist es bekannt, die Fehlerkompensation durch
ein aus der HF-Spannung abgeleitetes Signal zum Steuern der Schwellspannung eines
Komparators vorzunehmen. Diese bekannten Modulatorschaltungen erfordern entweder
teure Bauelemente (Tunneidioden) oder der Abgleich des Modulators ist nicht einfach
auszuführen.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen FM-Modulator
mit einfacher Linearisierung der Wandlerkennlinie und mit einfacher Abgleichmöglichkeit
anzugeben.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den im kennzeichnenden Teil
des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
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Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen FM-Modulators ergeben
sich aus den Unteransprüchen.
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Mit der Erfindung ist eine einfache Linearisierung und ein einfacher
Abgleich eines FM-Modulators möglich, der sich insbesondere auch für Lichtwellenleitersystetne
eignet.
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Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungsfiguren
beispielsweise näher erläutert.
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Es zeigen Flg. 1 eine bekannte Schaltung Fig. 2 ein Schaltbild eines
erz in dungsgemäßen FM-Modulators und Figo 3 ein Schaltbild für einen Abgleich des
erfindungsgemaßen FM-Modulators gemäß Figur 1o Figur 1 zeigt eine bereits vorne
näher beschriebene bekannte Schaltung.
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Gemäß Figur 2 liegt das Modulationssignal UE(t) an den Basen zweier
Transistoren Tl und T2, deren Emitter über Emitterwiderstände RE1 und RE2 mit Masse
verbunden sind. Das Bezugszeichen US beim dargestellten Modulationssignal UE(t)
stellt dabei den auf einen konstanten Wert gehaltenen Gleichspannungspegel des Synchronbodens
dar. Die Kollektoren der Transistoren T1 und T2 sind über einen Kondensator C bzw.
einen Widerstand RK mit der Batteriespannung + UB verbunden.
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Zwei Komparatoren Kl und K2 sind mit ihrem nichtinvertierenden bzw.
invertierenden Eingang an die Verbindung Kollektor des Transistors T1/Kondensator
C
angeschlossen. Der invertierende Eingang des Komparators K1 ist
an die Verbindung Kollektor des Transistors T2/Widerstand RK angeschlossen, während
der nichtinvertierende Eingang des Komparators K2 mit einem Spannungsteiler verbunden
ist, der aus Teilerwiderständen Rl und R2 besteht. Die Ausgänge der beiden Komparatoren
Kl und K2 sind mit dem Rücksetz-bzw. Setz-Eingang einer bistabilen Kippschaltung
FF (Flip-Flop) verbunden, deren Ausgang Q an die Verbindung Transistor T1/Kondensator
C angeschlossen ist.
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Am negierten Ausgang Q der bistabilen Kippschaltung FF liegt das FM-Signal.
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Durch das Teilerverhältnis der Teilerwiderstände R1 und R2 ist die
Schwellspannung U52 des Komparators K2 fest vorgegeben. Die Schwellspannung U51
des Komparators Kl ist abhängig vom Strom des Transistors T2, d.h. einem Kompensationsstrom
IK(t), und damit vom Modulationssignal UE (t). Der Steuer- bzw. Ladestrom des Kondensators
C sei I(t) und errechnet sich zu
wobei IS der Strom für den Synchronboden und IM(t) der Modulationsstrom ist. Die
Spannungsdifferenz dU der Schwellspannung der Komparatoren K1 und K2 errechnet sich
zu
wobei
Die Periodendauer T der entstehenden Sägezahnspannung beträgt
Für die Modulatorfrequenz f ergibt sich
erhält man:
Es zeigt sich also ein linearer Zusammenhang zwischen Modulationssignal UE(t) und
Modulatorfrequenz f.
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Als Dimensionierungsvorschrift für die Kompensation erhält man
wonach
Wie Figur 2 erkennen läßt, besteht also die Schaltung zur Linearisierung eines FM-Modulators
aus einer vom Modulationssignal UE(t) gesteuerten ersten Stromquelle Tl, die einen
Kondensator C bis zur Schwellspannung U52 eines ersten Komparators K2 lädt. Der
Ausgang des Komparators K2 ist mit dem Setzeingang S eines R/S-Flip-Flops FF verbunden.
Nach Erreichen der Schwellspannung U52 des ersten Komparators K2, kippt das Flip-Flop
FF und entlädt über den Ausgang Q den Kondensator C bis zur Schwellspannung Usl
eines zweiten Komparators K1, der das Flip-Flop FF rücksetzt.
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Zur Kompensation der Komparator- und Flip-Flop-Laufzeiten sowie zur
Kompensation der Entladezeit des Kondensators C wird die Schwellspannung eines Komparators
in Abhängigkeit vom Modulationssignal UE(t) so verändert, daß für größere FF1-Frequenzen
die Differenz U der Schwellspannungen Usl, Us2 der Komparatoren K1, K2 sich verkleinert
und so die Modulatorkennlinie linearisiert.
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Mit der in Figur 3 dargestellten Schaltung ist ein einfacher Abgleich
des FM-Modulators gemäß Figur 2 möglich Diese Schaltung zeigt einen Eingangstransistor
T3, dessen Basis das Modulationssignal UE (t) zugeführt wird und dessen Kollektor
mit dem positiven Pol der Batteriespannung (+ U3) und dessen Emitter über einen
Widerstand R3 mit dem negativen Pol der Batteriespannung ( UB) verbunden ist. Der
Emitter des Transistors T3 ist ferner mit einer Parallelschaltung aus zwei Potentiometern
PK und PH (Potentiometer für die Einstellung von Kompensation bzw. Hub) verbunden,
deren Abgriffe mit den Basen eines Transistors T4 bzw0 T5 verbunden ist. Die Kollektoren
dieser beiden Transistoren T4 und T5 liegen an + UB. Über einen Widerstand R4 bzw.
R5 sind die Emitter der Transistoren T4 bzw. T5 mit dem Emitter des Transistors
T2 und dem einen Anschluß eines Widerstandes R6 bzwO mit dem Emitter des Transistors
Tl und einem Anschluß eines weiteren Potentiorneters PS (Potentiometer für die Einstellung
der Ruhefrequenz für den Synchronboden) verbunden. Der andere Anschluß des Widerstandes
R6 bzw. des Potentiometers PS liegt jeweils an UB Die KollektorS ströme der Transistoren
Ti und T2 sind wieder der Ladestrom I(t) bzw der Kompensationsstrom IK(t). Die Stromgeneratoren
Tl, T2 von Figur 2 sind gemäß Figur 3 also ersetzt durch die Steuerstromgeneratoren
in Basisschaltung Tl, T2.
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Funktionsmäßig ist der Synchronboden des Videomodulationssignals UE
(t) am Emitter des Transistors T3 auf den Gleichspannungspegel US geklemmt. Von
den Abgriffen der beiden Potentiometer PK und PH, deren Gesamtwiderstände zwischen
dem Emitter des Transistors T3 und einer niederohmigen Spannungsquelle mit der Spannung
U5 liegen, gelangen die Steuersignale über die Emitterfolger T4 und T5 zu den Basisschaltungen
T1 und T2, welche den Lade- und den Kompensationsstrom I(t) bzw. IK(t) liefern.
Bei vorgegebener Lauf- und Entladezeit kann die Hubvergrößerung durch IK(t) berechnet
werden.
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Der Abgleich erfolgt dann so, daß zunächst mit dem Potentiometer PS
die Modulatorfrequenz f für den Synchronboden eingestellt wird, dann mit dem Potentiometer
PH die Modulatorfrequenz f für den Wert "weiß" minus Huberhöhung durch den Kompensationsstrom
IK(t) eingestellt wird, wobei der Schleifer des Potentiometers PK dabei auf den
Anschlag bei der Spannung U5 gedreht ist, und schließlich mit dem Potentiometer
PK die Modulationsfrequenz f für "weiß" eingestellt wird. Nach dieser Grundeinstellung
wird mit einer minimalen und äußerst einfachen Einstellung mittels der Potentiometer
PK und PH eine Optimierung des Abgleichs erreicht.
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Zum einfachen Abgleich bestehen demnach gernäß Fig.3 die gesteuerten
Stromquellen T1, T2 für den Ladestrom
I(t) und den Kompensationsstrom
IK(t) aus Basisschaltungen Tl, T2, wobei zum Abgleich der Frequenz des Synchronbodens
U5 der Emitterwiderstand PS der Stromquelle Tl zur Ladung des Kondensators C einstellbar
ist. Die Einkopplung des zum Eingangs bzw. Nodulationssignal UE(t) proportionalen
Stromes erfolgt über Emitterfolger T4, T5 und Widerstände R4, R5. Zur Ankopplung
an die Emitterfolger T4S T5 sind zwei Potentiometer PH PK vorgesehen, welche zwischen
einer Spannungsquelle mit der Spannung U5 des Synchronbodens des Videosignals und
einer Spannungsquelle mit dem geklemmten Video signal liegen.
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In einer einfach zu modifizierenden Ausführung kann der vorstehend
geschilderte FM-Modulator bzw. dessen Abgleichverfahren bei jeder Schaltungsanordnung
mit gesteuertem Laden und Entladen von Kondensatoren, z.B.
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Multivibratorschaltung, angewandt werden. Die Erzeugung einer symmetrischen
Rechteckschwingung erfolgt entweder mit einem Komparator oder in bekannter Weise
durch die Teilung der Sägezahnfrequenz durch den Faktor 2. In diesem Falle muß der
Modulator auf der doppelten FM-Trägerfrequenz arbeiten.
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