DE3852725T2 - Temperaturstabilisierter RF-Detektor. - Google Patents

Temperaturstabilisierter RF-Detektor.

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Description

  • Die Erfindung betrifft einen RF- oder HF- (Hochfrequenz-)Detektor und insbesondere einen temperaturstabilisierten HF-Detektor mit einer Diode.
  • Ein HF-Detektor mit einer Einweggleichrichtfunktion einer Diode ist bisher in großem Maße verwendet worden.
  • Wie in dem Diagramm der Spannungs-Strom-Charakteristik in Fig. 1 dargestellt, läßt eine Diode beinahe erst dann einen Strom durch sich fließen, wenn die Durchlaßspannung eine Spannung V&sub1; (z. B. 0,5 V) erreicht. Aus diesem Grund wird bei einem herkömmlichen HF-Detektor eine Vorspannung VB, die nahe an der Spannung V&sub1; liegt, an die Diode angelegt, um die Detektionsempfindlichkeit für ein kleines Signal zu verbessern.
  • Wenn man annimmt, daß eine Detektionsspannung, die durch Gleichrichten eines hochfrequenten Signals mittels der Diode erzeugt wird, durch VDET dargestellt wird und ein Spannungsabfall zwischen den Anschlüssen der Diode aufgrund eines Stroms durch VX dargestellt wird, stellt sich eine Ausgangsspannung VO folgendermaßen dar:
  • VO = VDET + VB - VX (1)
  • Da der Spannungsabfall VX als Funktion des Stromes und der Temperatur gegeben ist, ändert sich die Ausgangsspannung VO auch in Abhängigkeit von der Temperatur, wenn die Vorspannung VB konstant ist. Um diese Änderungen der Ausgangsspannung VO aufgrund der Temperatur zu kompensieren, wird eine weitere Diode mit einer Vorspannungsschaltung, die die Vorspannung VB liefert, verbunden. Es wird Bezug genommen auf US-PS-4 523 155, das am 11. Juni 1985 an Walczak et al. erteilt worden ist. Die HF-Detektorschaltung, die in diesem Patent beschrieben ist, bietet jedoch keine ausreichende Temperaturkompensation, wenn das HF-Eingangssignal klein ist.
  • In der Beschreibung der JP-A-56 019 211, wie in einer Zusammenfassung dargestellt, die in den Patent Abstracts of Japan, Bd. 5070 (E-056), am 12. Mai 1981 veröffentlicht wurde, wird eine Schaltung vorgeschlagen zum Konstanthalten der Verstärkung einer Detektordiode durch Ändern einer Vorspannung, die entsprechend den Temperaturänderungen an die Detektordiode angelegt wird, und zwar unter Verwendung einer in Reihe geschalteten, gleichgepolten Temperaturdetektionsdiode und eines Operationsverstärkers, um einen konstanten Strom durch die Detektordiode sicherzustellen.
  • In der Beschreibung der JP-A-58 099 009, wie in einer Zusammenfassung dargestellt, die in den Patent Abstracts of Japan, Bd. 7200 (E-196), am 3. September 1983 veröffentlicht wurde, wird eine Detektordiodenschaltung vorgeschlagen zum Konstanthalten einer detektierten Ausgangsspannung, bei der ein Operationsverstärker zu einer zweiten Diode parallelgeschaltet ist, um eine Spannung zu erzeugen, die temperaturabhängig ist und die einem konstanten Strom in der zweiten Diode entspricht, wobei die erzeugte Spannung an die Detektordiode angelegt wird, um das Ausgangssignal konstant zu halten.
  • Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen temperaturstabilisierten HF-Detektor mit einer gewünschten Temperaturcharakteristik für ein Kleinsignal bereitzustellen.
  • Die folgende Beschreibung und die folgenden Zeichnungen offenbaren anhand eines Beispiels die Erfindung, die durch die beigefügten Ansprüche gekennzeichnet ist, deren Begriffe den dadurch vermittelten Schutzumfang bestimmen.
  • Es zeigen:
  • Fig. 1 ein Diagramm der Spannungs-Strom-Charakteristik einer Diode; und
  • Fig. 2 ein Schaltbild einer erfindungsgemäßen Ausführungsform.
  • In Fig. 2 bezeichnet das Bezugszeichen 11 einen Stromversorgungsanschluß einer Stromversorgungsspannung VCC; 12 einen HF-Signaleingangsanschluß zum Empfangen eines HF-Signals einer Spannung Vi; und 13 einen Detektionsspannungsausgangsanschluß zum Abgeben eines HF-Detektionssignals einer Detektionsspannung VO.
  • Der Stromversorgungsanschluß 11 ist über eine Reihenschaltung der Widerstände R&sub1; und R&sub2; geerdet. Der Knoten zwischen den Widerständen R&sub1; und R&sub2; ist mit einem nichtinvertierenden Eingangsanschluß eines Operationsverstärkers A&sub1; verbunden. Das heißt, eine Spannung, die am nichtinvertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers A&sub1; auftritt, wird auf V&sub1; (= VCC R&sub2;/(R&sub1; + R&sub2;)) gehalten.
  • Der invertierende Eingangsanschluß des Operationsverstärkers A&sub1; ist direkt mit seinem Ausgangsanschluß verbunden. Da die Ausgangsspannung zum invertierenden Eingangsanschluß zurückgeführt wird, auch wenn sich der Ausgangsstrom ändert, wird die Ausgangsspannung auf einer Spannung V&sub1; gehalten, die in den nichtinvertierenden Eingangsanschluß eingegeben wird. Insbesondere stellen der Operationsverstärker A&sub1; und die Widerstände R&sub1; und R&sub2; eine Konstantspannungsquelle 14 dar zum Abgeben der Spannung V&sub1; bei einer niedrigen Ausgangsimpedanz.
  • Die Kathode einer Diode X&sub1; ist mit dem Ausgangsanschluß des Operationsverstärker A&sub1; verbunden. Die Anode der Diode X&sub1; ist mit dem Stromversorgungsanschluß 11 über einen Widerstand R&sub3; und mit dem nichtinvertierenden Eingangsanschluß eines Operationsverstärkers A&sub2; verbunden.
  • Der invertierende Eingangsanschluß des Operationsverstärkers A&sub2; ist direkt mit seinem Ausgangsanschluß verbunden. Da die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers A&sub2; zu seinem invertierenden Eingangsanschluß zurückgeführt wird, auch wenn sich ein Ausgangsstrom ändert, kann die Ausgangsspannung auf einer Spannung gehalten werden, die in seinen nichtinvertierenden Eingangsanschluß eingegeben wird. Insbesondere stellt der Operationsverstärker A&sub2; eine Pufferschaltung 15 dar zum Abgeben einer Spannung an die Anode der Diode X&sub1; bei einer niedrigen Ausgangsimpedanz.
  • Die Operationsverstärker A&sub1; und A&sub2; haben jeweils Anschlüsse, die mit dem Stromversorgungsanschluß 11 und dem geerdeten Anschluß verbunden sind.
  • Der HF-Eingangsanschluß 12 ist mit einem Anschluß eines Kondensators C&sub2; verbunden. Der andere Anschluß des Kondensators C&sub2; ist über eine Reihenschaltung, die aus einer Induktionsspule L&sub1; und einem Kondensator C&sub1; besteht, geerdet und mit der Anode einer Diode X&sub2; verbunden. Die Reihenschaltung der Induktionsspule L&sub1; und des Kondensators C&sub1; stellt ein Tiefpaßfilter 16 dar zum Verhindern, daß das HF-Signal Vi, das vom Eingangsanschluß 12 eingegeben wird, zum Operationsverstärker A&sub2; gelangt. Der Kondensator C&sub2; ist ein Koppelkondensator zum Weitergeben des HF-Signals V&sub1; an die Diode X&sub2; und zum Trennen der Diode X&sub2; vom Eingangsanschluß 12 in bezug auf Gleichspannungen.
  • Der Knoten zwischen der Induktionsspule L&sub1; und dem Kondensator C&sub1; ist mit dem Ausgangsanschluß des Operationsverstärkers A&sub2; verbunden.
  • Die Kathode der Diode X&sub2; ist jeweils mit einem Anschluß eines Kondensators C&sub3; und einer Induktionsspule L&sub2; verbunden. Der andere Anschluß des Kondensators C&sub3; ist geerdet, und der andere Anschluß der Induktionsspule L&sub2; ist mit dem Ausgangsanschluß 13 verbunden.
  • Jeweils ein Anschluß eines Kondensators C&sub4; und eines Widerstands R&sub4; ist mit dem Ausgangsanschluß 13 verbunden. Der andere jeweilige Anschluß des Kondensators C&sub4; und des Widerstands R&sub4; ist geerdet. Die Kondensatoren C&sub3; und C&sub4; und die Induktionsspule L&sub2; stellen ein Tiefpaßfilter 17 dar, das verhindert, daß das hochfrequente Signal Vi zum Ausgangsanschluß 13 gelangt, und das die Diode X&sub2; direkt an den Ausgangsanschluß 13 koppelt. Der Widerstand R&sub4; dient als Lastwiderstand.
  • Nachstehend wird der Betrieb des Detektors gemäß Fig. 2 beschrieben.
  • Eine Differenzspannung zwischen der Stromversorgungsspannung Vcc und der Konstantspannung V&sub1; wird an die Reihenschaltung über die Diode X&sub1; und den Widerstand R&sub3; angelegt. Der Widerstand des Widerstands R&sub3; wird so eingestellt, daß ein kleiner Durchlaßstrom (der später beschrieben wird) durch die Diode X&sub1; fließt. Wenn ein Spannungsabfall der Diode X&sub1; durch VX1 gegeben ist, stellt sich ihre Anodenspannung als V&sub1; + VX1 dar. Diese Anodenspannung wird an den nichtinvertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers A&sub2; angelegt.
  • Die Ausgangsspannung vom Operationsverstärker A&sub2;, also V&sub1; + VX1, wird über die Induktionsspule L&sub1; an die Anode der Diode X&sub2; angelegt.
  • Wenn ein Spannungsabfall über der Diode X&sub2; durch VX2 gegeben ist und die Detektionsspannung, die durch Gleichrichten des HF-Signals Vi mittels der Diode X&sub2; erzeugt wird, durch VDET2 gegeben ist, ergibt sich am Ausgangsanschluß 13 folgende Ausgangsspannung VO:
  • VO = VDET2 + V&sub1; + VX1 - VX2 (2)
  • Das heißt, der Spannungsabfall VX1 über der Diode X&sub1; hat eine entgegengesetzte Polarität zum Spannungsabfall VX2 über der Diode X&sub2;.
  • Wenn das HF-Signal Vi ein Kleinsignal ist, werden die Spannung V&sub1; und der Widerstand des Widerstands R&sub3; so eingestellt, daß ein Strom der Diode X&sub2; gleich dem der Diode X&sub1; wird und die Detektionsempfindlichkeit verbessert wird. Wenn das HF-Signal V&sub1; als Ergebnis dieser Einstellung ein Kleinsignal ist, werden die Spannungsabfälle VX1 und VX2 einander gleich ebenso wie ihre Temperaturcharakteristika, und die Ausgangsspannung VO ergibt sich aus:
  • VO = VDET2 + V&sub1; (3)
  • Dadurch kann eine Änderung der Ausgangsspannung VO aufgrund einer Temperaturänderung vermieden werden.
  • Da die Ausgangsimpedanzen der Operationsverstärker A&sub1; und A&sub2; für die Ausgabe der Spannung V&sub1; bzw. der Spannung (V&sub1; + VX1) klein sind, auch wenn die Ströme der Dioden X&sub1; und X&sub2; sich aufgrund einer Temperaturänderung ändern, ändert sich eine konstante Komponente V&sub1; der Vorspannung (V&sub1; + VX1), die an die Diode X&sub2; angelegt wird, nicht.
  • Wenn die HF-Signalspannung Vi erhöht wird und die Dioden X&sub1; und X&sub2; verschiedene Stromwerte haben, sind die Änderungskomponenten der Spannungsabfälle VX1 und VX2 nicht immer einander gleich, und die Temperaturcharakteristik der Glieder VX1 und VX2 der Ausgangsspannung VO, die durch die Gleichung (2) gegeben sind, heben sich nicht immer einander auf. In diesem Fall wird die Detektionsspannung VDET 2 ausreichend groß, und eine Änderung der Ausgangsspannung VO infolge einer Temperaturänderung aufgrund einer Änderung von (VX1 - VX2) infolge einer Temperaturänderung kann ignoriert werden.
  • Wie oben beschrieben, kann ein HF-Detektor mit einer gewünschten temperaturstabilisierten Charakteristik bereitgestellt werden, auch wenn die Eingangssignalspannung Vi klein ist.
  • Die erfindungsgemäße Ausführungsform ist mit Bezug auf einen Fall beschrieben worden, bei dem die Stromversorgungsspannung VCC positiv ist. Wenn dagegen die Stromversorgungsspannung negativ ist, können die Anschlußpolaritäten der Diode X&sub1; und X&sub2; vertauscht werden, so daß sie denen entgegengesetzt sind, die in Fig. 2 dargestellt sind.

Claims (3)

1. Temperaturstabilisierter HF-Detektor zum Detektieren eines HF-Signals, das an einen HF-Eingangsanschluß (12) angelegt wird, und zum Erzielen einer detektierten Spannung von einem Ausgangsanschluß (13), mit einer Wellenformdetektordiode (X2) mit einer Elektrode, die mit dem Eingangsanschluß (12) verbunden ist, und einer weiteren Elektrode, die mit dem Ausgangsanschluß (13) verbunden ist, einer Temperaturdetektionsdiode (X1), einem Stromversorgungsanschluß (11) und einem Operationsverstärker (A2), der zwischen eine Elektrode der Diode (X1) und eine Elektrode der Wellenformdetektordiode (X2) geschaltet ist, wobei der Stromversorgungsanschluß (11) mit einer Elektrode der Temperaturdetektionsdiode (X1) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromversorgungsanschluß (11) mit der einen Elektrode der Temperaturdetektionsdiode (X1) über einen Widerstand (R3) verbunden ist und daß die andere Elektrode der Temperaturdetektionsdiode (X1) mit einer Konstantspanungsquelle (14) verbunden ist, die vom Stromversorgungsanschluß (11) versorgt wird, wobei die Quelle (14) eine vorbestimmte Spannung mit einer niedrigen Ausgangsimpedanz liefert, der Operationsverstärker (A2) einen Teil einer Pufferschaltung (15) bildet, die eine Ausgangsspannung liefert, die im wesentlichen den gleichen Wert hat wie die Spannung an der einen Elektrode der Temperaturdetektionsdiode (X1), die Ausgangsspannung der Pufferschaltung (15) mit einer niedrigen Ausgangsimpedanz geliefert wird und die eine Elektrode der Wellenformdetektordiode (X2), die mit dem Ausgang der Pufferschaltung (15) verbunden ist, die gleiche Polarität hat wie die eine Elektrode der Temperaturdetektionsdiode (X1), die mit dem Eingang der Pufferschaltung (15) verbunden ist.
2. Temperaturstabilisierter HF-Detektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Tiefpaßfilter vorhanden ist, zwischen dem Eingangsanschluß (12) und der Pufferschaltung (15), zum Verhindern, daß das HF-Signal vom Eingangsanschluß (12) zur Pufferschaltung (15) gelangt.
3. Temperaturstabilisierter HF-Detektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand des Widerstands (R3) so bemessen ist, daß, wenn eine HF-Signal-Spannung, die vom Eingangsanschluß (12) eingegeben wird, klein ist, die Werte des Stroms, der durch den Wellenformdetektor- und die Temperaturdetektionsdioden (X2, X1) fließt, einander gleich sind, und daß, wenn die Werte des Stroms, der durch den Wellenformdetektor und durch die Temperaturdetektionsdioden fließt, einander gleich sind, die Temperaturcharakteristik der Spannungsabfälle über den Dioden (X2, X1) einander gleich sind.
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