DE882103C - Frequenzwandler, in welchem modulierte Traegerschwingungen mit oertlich erzeugten Schwingungen von anderer Frequenz zur Bildung von Zwischen-frequenzschwingungen gemischt werden - Google Patents

Description

Frequenzwandler sind an sich bekannt und werden beispielsweise in Überlagerungsempfängern dazu benutzt, die Schwingungen eimer empfangenen .modulierten. Trägerwelle in entsprechende ,Zwischenfrequenzschwingungem umzusetzen. Ein Frequenzwandler dieser Art enthält einen Oszillator und eine Mischstufe, wobei in letzterer die örtlich erzeugten Oszillatorschwingungen mit denen der empfangenen Trägerwelle gemischt werden. Ein gewöhnlicher Frequenzwandler kann eine Elektronenröhre als örtlichen Oszillator und eine weitere Elektronenröhre zur Mischung enthalten, kann aber auch aus einer einzigen Elektronenröhre bestehen, beispielsweise aus einer Fünfgitterröhre, deren Oszillatorteil elektronisch mit dem Mischteil der Röhre gekoppelt ist.

Die Erfindung hat den Zweck, einen verbesserten und vereinfachten Frequenzwandler zur Erzeugung der Oszillatorschwingungen und zur Mischung dieser mit den empfangenen modulierten Trägerschwingungen zu schaffen, der es gestattet, mit einer einzigen Dreielektrodenhalbleitervorrichtung verstärkte Zwischenfrequenzschwingungen zu erzeugen.

Ein Frequenzwandler gemäß der Erfindung besteht aus einem Halbleiter nach! Art eines Transistors mit einer Basiselektrode, einer Sendeelektrode und einer Kollektorelektrode. Diese drei Ausdrücke für die Elektroden sind den amerikanischen Fachausdrücken base electrode, emitter electrode und collector electrode nachgebildet. Die empfangene modulierte Trägerwelle wird der Sendeelektrode

zugeführt. Ein Resonanzkreis zur Bildung der Oszillator schwingungen ist .an die Sendeelektrode und ian die Kollektorelektrode ,angekoppelt. Ein ■weiterer auf .die gewünschte Zwischenfrequenz abgestimmfcer Resonanzkreis ist an die Kollektorelektrode angekoppelt, so daß die verstärkten Zwischenfrequenzsichwingungen von ihm abgegriffen werden köniiieln.

Der Resonanzkreis, in welchem die Oszillatorschwingungen gebildet werden, kann beispielsweise zwischen die Basiselektrode und Erde eingeschaltet werden. In₁ diesem Fall ist der Resonanzkreis natürlich sowohl mit der Sendelektrode wie mit der Kollektorelektxode gekoppelt. Man kann auch eine Rückliopplungsieituiig zwischen einem Anzapfpunkt dieses Parallelresonanzkreises und der S.endeelektrode anbringen.

Wahlweise kann auch der Resonanzkreis zur Bildung der Oszillatorschwingungen zwischen, die Kollektorelektrode und Erde .eingeschaltet werden und ein Anzapfpunkt desselben mit der Sendeelektrode zur Herstellung der benötigten Rückkopplung verbunden werden.

Fig. ι ist das Schaltbild eines Frequenzwandlers gemäß der Erfindung mit .einem Parallelresonanzkreis. zwischen der Basiselektrode und Erde;

Fig. 2 ist das Schaltbild einer gegenüber Fig. 1 geänderten' Ausführungsform·;

Fig. 3 ist das Schaltbild .einer anderen Ausführungsform mit .einer äußeren Rückkopplunigsleitung für die Oszüiatorspannung;

Fig. 4 ist das Schaltbild einer Signalumwandlungs- und Mischeinrichtung mit .einer Hochfrequenzverstärkerstufe, einer Frequenzwandlerstufe und einer Zwischenfreqiienzverstärkerstuf.e, welche sämtlich nach¹ Art 'eines Transistors ausgeführt sind.

In Fig. ι ist ein Frequenzwandler mit .einem Halbleiter ι o, dargestellt. Dieser enthält einen halbleitenden Körpern, der beispielsweise aus Silicium¹, vorzugsweise aber aus Germanium besteheni kann. Der Halbleiter 11 kann ein P-Halbleiter sein, soll jedoch vorzugsweise als ein N-Halbleiter ausgeführt werden. Die Basiselektrode 12 besitzt einen geringen Übergangswiderstand gegenüber dem¹ Halbleiterkörper 11 und kann beispielsweise aus .einer Metalls cheibe bestehen, die an dem Körper 11 angelötet oider angeschweißt ist. Die Senideelektroda 13 und die Kollektorelektrode 14 zeigen an der Kontaktstelle mit dem Körper 11 eine Gleichrkhterwirkung und können- als Punktkontakte oder als Linienkontakte ausgeführt werden.

Wie. üblich, wird zwischen die Sendeelektrode 13 und die Basiselektrode 12 eine in der Vorwärtsrichtung wirksame Spannung eingeschaltet und eine in der umgekehrten Richtung wirksame Spannung zwischen die Kollektorelektrode 14 und die Basiselektrode 12. Der Körper 11 ist dann, vom N-Typus, bei welchem die Sendeelektrode 13 positiv und. die Kollektorelektrode 14 negativ gegenüber der Basiselektrode 12 sein muß. Wenn für den. Körper 11 ein P-Typus-Halbleiter verwendet wird, müssen diese Spannungen umgekehrt werdeni. Als in der Vorwärtsrichtung wirksame Spannung ist in Fig. 1 eine Batterie 1S mit geerdetem negativem Pol und mit einem über einen Widerstand 16 an die Siendeelektrode 13 angeschlossenen positiven Pol dargestellt. Die Basiselektrode 12 ist über den Parallelresotnanzkneis 17 'mit der Spule 18 und dem Kondensator 20 geerdet. Der Kondensator 20 kann zur Verstellung der Resonanzfrequenz des Kreises 17 veränderlich gemacht werden.

In der Zuleitung zur Kollektarelektrode ist eine Batterie 21 mit geerdetem positivem Pol und einem an die Kollektorelektrode 14 über einen Parallelresonanzkreis 22 mit der Spule 23 und dem Kondensator 24 angeschlossenen negativen. Pol eingezeichnet. Diese Batterie ist für Wechselströme durch¹ einen Pärallelkondensator 25 überbrückt.

Den Eingangsklemmen 26 kann eine modulierte Trägerwelle zugeführt werden. Wenn der esrfindungsgemäße Frequenzwandler also in einem Überlagerungsempfänger verwendet werden soll, wird die obere Eingangsklemme 26 also an die Antenne oder an eine Hochfrequenzverstärkerstufe angeschlössen. Zwischen die Eingaingsklemmen 26 ist ein Parallelresonanzkreis 27, bestehend aus der Spule 28 und einem verstellbaren Kondensator 30, angeschlossen. Dieser Parallelresonanzkreis kann somit auf die Frequenz der zu empfangenden Trägerwelle abgestimmt werden. Er wird ferner an die Sendeelektrode 13 angeschlossen, beispielsweise durch Verbindung .eines Anzapfpunktes 31 der Spule 28 über einen Kopplungskondenisator 32 mit der Sendeelektrode. Auf diese Weise kann der verhältnismäßig geringe Eingangs wider stand der Sendeelektrode 13 dem hohen Widerstand des Parallelresonanzkreises angepaßt werden.

Der Resonanzkreis 17 ist auf eine von der Frequenz des Eingangskreises 27 abweichende Frequenz abgestimmt, und mit seiner Hilfe werden die Oszillatorschwingungen erzeugt, welche mit den empfangenen Trägerfrequenzschwingungen zur Überlagerung gebrächt werden sollen. Dementsprechend soll der Kreis 17 verstellbar sein, um die Zwischenfrequenz unabhängig von der Frequenz des empfangenen Trägers stets auf denselben Wert einstellen zu können.

Der Kreis 22 wird auf die gewünschte Zwischenfrequenz abgestimmt, welche entweder die Summe ader die Differenz der Frequenz des empfangenen Trägers und des örtlichen Oszillators sein kann,. Die verstärkte Zwischenfrequenz kann am Kreis 22 an den Ausgangsklemmen 33 abgenommen werden, wobei die eine dieser Ausgangsklemmen geerdet und die andere über .einen Koppluinigskondensator mit der Kollektorelektrode 14 verbunden ist.

Der Frequenzwandler nach Fig. 1 arbeitet in folgender Weise: Die Schwingbedinguag ist erfüllt, wenn der äußere Widerstand zwischen der Basiselektrode 12 und Erde hoch ist und der äußere Widerstand zwischen der Sendeelektrode 13 und Erde sowie der Kollektorelektrode 14 und Erde bei der Schwingfrequenz klein ist. Unter diesen Bedingungen ist der Eingangswiderstand der Basis- elektrode 12 gegenüber Erde negativ und wird

durch die am Parallelresonanzkreis 17 auftretende Spannung gesteuert. Der Kreis 17 selbst besitzt bei der Schwingfrequenz einen hohen Widerstand. Bezüglich der Größe der anderen Widerstände sei gesagt, daß der Stromzweig von der Sendeelektroide 13 über den Kopplungskondensator 32, die Klemme 31 und den unteren Teil der Spule 38 einen niedrigen Widerstand haben muß. Dementsprechend muß der Widerstand des Kondensators 32 bei der Schwingfrequenz klein sein. Vorzugsweise soll der Widerstand des Kondensators 32 auch für die empfangene Trägerwellenfrequenz klein sein. Aus demselben Grunde muß auch der unterhalb des Anzapfpunktes 31 gelegene Teil der Spule 28 für die Oszillatorfrequenz einen geringen Widerstand besitzen. Diese Bedingungen sind natürlich stets erfüllt, da die Frequenz, auf welche der Kreis 27 abgestimmt ist, eine andere ist als die Oszillatorfrequenz. Der Widerstand 16 ist vorzugsweise groß gegenüber dem Widerstand der Signalquelle 27, so daß die empfangene Trägerwelle nicht über den Wilderstand 16 und die Batterie 15 kurzgeschlossen wird.

Der Widerstand des Parallelresonanzkreises 22, der auf die Zwischenfrequenz abgestimmt wird, wird ebenfalls gering für die Oszillatorfrequenz. Der Kondensator 25 stellt für die Oszillatorfrequenz einen Kurzschluß dar. Man sieht somit, daß die für den Einsatz von Schwingungen bestehenden Bedingungen erfüllt werden. Die Oszillatorspannung, die am Parallelresonanzkreis 17 entsteht, tritt auch an der Kollektorelektrode 14 auf.

Die empfangene modulierte Trägerwelle und die zurückgekoppelte Oszillatorspannung liegen beide an der Sendeelektrode 13 und werden dort gemischt. Dies ist darauf zurückzuführen, daß die Beziehung zwischen der Sendeelektrodenspannung und dem Kollektorelektrodenstrom im Halbleiter 10 nicht linear ist. Dieser nicht lineare Zusammenhang ist wegen der verhältnismäßig großen Oszillatorspannung besonders stark ausgeprägt.

Dementsprechend werden Spannungen von der Summe und der Differenz der Trägerfrequenz und der Oszillatorfrequenz verstärkt an der Kollektorelektrode 14 auftreten, und zwar mit einer Amplitude, welche praktisch proportional der Amplitude des empfangenen Trägers ist. Der Kreis 22 wird entweder auf die Summe oder auf die Differenz, d. h. auf die gewünschte Zwischenfrequenz abgestimmt. Die so erzeugte Zwisehenfrequenzspannung ist von verhältnismäßig großer Amplitude. Mit der Schaltung nach Fig. 1 wurde eine Spanniungsverstärkung von etwa 10 'erhalten. Man sieht natürlich, daß die Zwischenfrequenz, auf die der Kreis 22 abgestimmt wird, außerhalb des Bereichs liegen muß, auf welchen der Oszillatorkreis 17 abgestimmt wird, so daß der Widerstand des Kreises 22 für die Oszillatorfrequenz immer klein bleibt.

In Fig. 2 ist eine gegenüber Fig. 1 geänderte Ausführungsform veranschaulicht. Der Eingangskreis für die modulierte Trägerwelle ist nämlich geringfügig abgewandelt. Die Trägerwelle wird wieder den Eingangsklemmen 26 zugeführt und tritt im Eingangskreis 27 auf. Der Kreis 36 ist ein Parallelresonanzkreis mit einer Spule 37 und einem Kondensator 38, wobei die Spule 37 mit der Spule 28 induktiv gekoppelt ist. Vorzugsweise ist der Widerstand des Kreises 36 demjenigen der Sendeelektrode 13 angepaßt. Es wird also mit anderen Worten der Widerstand des Kreises 27 durch den Kreis 36 herabtransformiert. Die modulierte Trägerwelle wird wieder über den Kopplungskondensatar 32 der Sendeelektrode 13 zugeführt.

Das Ausgangssignal kann von der Ausgangsspule 40, die induktiv mit dem Kreis 22 gekoppelt ist, abgenommen werden. Die Ausgangsklemmen 33 liegen also an der Spule 40.

Der Oszillatorkreis des Frequenzwandlers nach Fi|g. 2 besitzt eine Verbindungsleitung, die von dem Mittelpunkt der Kondensatoren 43, 44 zur Sendeelektrode 13 verläuft. Man kann natürlich auch einen Anzapfpunkt auf der Spule 18 über einen Blockkondensator mit der Elektrode 13 verbinden und dadurch 'einen Kurzschluß der Batterie 15 verhindern. Der Parallelresonanzkreis 17 wird Vorzugsweise mittels eines verstellbaren Eisenkerns 45 abgestimmt.

Der Frequenzwandler nach Fig. 2 arbeitet praktisch in derselben Weise wie der nach Fig. 1. Die Kondensatoren 43 und 44 arbeiten als Spannungsteiler, so daß nur ein Teil der am Resonanzkreis 17 entstehenden Spannung über die Leitung 42 auf die Sendeelektrode 13 zurückgekoppelt wird und daher der Widerstand des Resonanzkreises 17 demjenigen der Sendeelektrode 13 angepaßt wird.

Der Widerstand des Eingangskreises 36 muß für die Oszillatorfrequenz wieder gering sein, so daß also der Widerstand zwischen der Sendeelektrode 13 und Erde klein sein muß.

Bei einer weiteren in Fig. 3 dargestellten Ausfuhrungsform ist der abgestimmte Oszillatorkreis 17 zwischen die Kollektorelektrode 14 und Erde eingeschaltet und ein Anzapfpunkt desselben über die Rückkopplungslei'tung 42 mit der Seindeelektrode 13 verbunden. Der Zwischenfrequenziausgangskreis 22 und der Oszillatorkreis 17 liegen daher in Reihe zueinander zwischen der Kollektorelektrode 14 und der Batterie 21 oder Erde. Die Signalquelle 26, d. h. leine Quelle für modulierte Trägerwellensignale, kann zwischen den Oszillatorkreis 17 und die Batterie 21 eingeschaltet werden, während die Basiselektrode 12 geerdet ist.

Der Oszillatorkreis 17 enthält wieder zwei Kondensatoren 43 und 44, deren Verbindungspunkt an die Sendeelektrode 13 angeschlossen ist. Dieser Kreis schwingt daher vermöge der Rückkopplung zwischen der Sendeelektrode 13 und der Kollektorelektrode 14. Die Kondensatoren 43 und 44 stellen wieder einen Spannungsteiler dar, über welchen ein Teil der Oszillatorenergie auf die Sendeelektrode 13 zurückgekoppelt wird. Der Zwischenfrequenzkreis 22 an der Kollektorelektrode bietet für die Oszillatorfrequenz einen [geringen Widerstand.

Die Größe des Widerstandes 16 ist wieder hoch im Vergleich zum Widerstand der Signalquelle 26 zu wählen. Außerdem muß der Widerstand des

Kondensators 44für die modulferteTrägerfreqüenzimd für diie Öszillatorfrequenz klein gegenüber dem Eingangswiderstand der Sendeelektrode 13 gegenüber Erde seiin. Der Widerstand der Signalquelle 26 muß; für die Oszillatorfrequenz gering sein. Der Kreis 17 liqgt für die Oszillator spannung zwischen der Koliektorelektrode 14 und Erde.

Die von. der Signalquelle 26 gelieferte modulierte Trägerwelle wird über den Kondensator 44 und die Rüdikopplungsleitung 42 der Sendeelektrode 13 zugeführt, wobei der Kondensator 44 als Kopplumgskondensator dient. Die Kapazität dieses Kondensators muß daher groß gegenüber derjenigen des Kondensators 43 sein, so daß der Kondensator 44 einen geringen Widerstand für die modulierte Trägerfrequenz darstellt. Natürlich wird auch ein kleiner Teil der modulierten Trägerfrequenz unmittelbar der Kollektorelektrode 14 zugeführt. Die modulierte Trägerwelle und 'die örtlich erzeugte Oszillatorspannung wer dan an der Sendeelektrode 13 gemischt, und die verstärkte Zwischenfrequenz wird vom Kollektorelektrodenkreis 22 abgenommen. Der Oszillatorkreis 17 bietet einen geringen Widerstand für die Zwischenfrequenzspanjniung, so daß der Koll'efctorelektrodenkreis 22 über den Kreis 17 und die Signalquelle 26 als geerdet angesehen werden kann.

Die Schaltung nach Fig. 3 hat sich bestens bewahrt und besaß 'akue beträchtliche . Leistungsverstärkung bei einer Belastung auf der Ausgangsseite von ungefähr 300 Oh!m an dem Ausgangsklemmen 33. ..■'.-.

Die Fig. 4 zeig!: einen Hochfrequenzverstärker, einen. Frequenzwamidler und einen Zwisdhenfrequenzverstärker in Kaskadenschaltung. Der Hochfrequenzverstärker enthält einen Halbleiter 50, bestellend aus dem Halbleiterkörper 51, der Basiselektrode 52, der Sendeelektrode 53 und der Kollektorelektrode 54. Die Basiselektrode 52 ist geerdet. Eine Hochfrequenztragerwelle kann- beispielsweise von 'einer Antenne abgenommen und den Eingangsklemmen 26 zugeführt werden. Die eine 'dieser Klemmen ist über einen Kopplungskondensator 5 5 mit der Sendeelektroäe 53 verbunden. Die Batterie 56 wird mit ihrem positiven Pol über einen Widerstand 57 an die Sendeclektrode angeschlossen, während der negative Pol der Batterie 56 geerdet wird. Die Batterie 21 ist über einen auf 'die Hochfrequenz abgestimmten Kreis 27 ,an die Kollektorelektrode 54 angeschlossen. Die Spule 28 kann durch¹ einen. Eisenkern 58. abgestimmt werden.

Die Ho'dhfrequenzverstärkerstufe mit dem Halbleiter 50 arbeitet in üblicher Weise. Der modulierte Träger wird der Sendeelektrode 53 zugeführt und eine verstärkte Trägerspannung vom Kreis 27 abgenommen. Diese verstärkte Trägerspann'umg wird . der Frequenzwandlerstufe mit dem Halbleiterkörper 10 zugeführt. Zu diesem Zweck ist ein Anzapfpunkt 31 der Spule 28 über eine Leitung 60 mit dem auf 'die QsziUatorf.requenz abgestimmten Parallelresonanzkreis 17 verbunden. Gleichzeitig wird die Kollektorelektrodenspannung der Kollektorelektrode 14 zugeführt, und zwar seitens der Batterie 21 über den unteren Teil der Spule 28, den Anzapfpunkt 31, die Leitung 60 und die Spulen 18 und 23. Im übrigem ist dieFrequenzwandlerstufeebelnso^geschialtet wie in Fig. 3 und arbeitet auch in gleicher Weise. Die verstärkte Zwischenfrequenzspannung wird von der Ausgangsspule 40, die induktiv mit der Spule 23 gekoppelt ist, abgenommen. Sie wird sodann 'einem Zwischenfrequenizverstärker zugeführt, der den Halbleiterverstärker 61 enthält und im einzelnen aus dem Halbleiterkörper 62, der Basiselektrode 63, der Sendeelektrode 64 und der Kollektorelektrode 65 besteht. Die Batterie 66 ist über die Spule 40 zwischen Erde und die Sendeelektrode 64 geschaltet. Der Batterie 66 ist zum Kurzschluß von Wechselströmen noch ein Kondensator 67 parallel gelegt. Der Resonanzkreiß 68 liegt zwischen der Kollektorelektrode 65 und der negativen Klemme der Batterie 21 über die Leitung 69. Die Spule 70 iist 'mit der Spule 71 des Resonanzkreises 68 induktiv gekoppelt und dient zum Abgriff der verstärkten Zwischenfrequenz am den Klemmen 33. Diie Wirkungsweise dieses Verstärkers ist die übliehe. '

Man sieht, daß die Klemme 31 an der Spule 28 zur Anpassung des Ausgangswiderstaindes des Halbleiter Verstärkers 50, der hoch ist, .an den Eingangswiderstand des Frequenzwandlers dient, der nur etwa 300 Ohm beträgt. In derselben Weise wird durch die Spule 40 der Eingangswiderstand der Sendeelektrode 64 an den Eingangswiderstand der mit dem Resonanzkreis verbundenen Kollektorelektrode 14 langepaßt.

Die Erfindung· besteht somit aus einem Frequenzwandler unter Benutzung von, Halbleitern. Er besitzt 'eine erhebliche Leistungsverstärkung, ist von einfachem Aufbau 'und erfordert einen einzigen Halbleiter mit drei Elektroden.

Claims (5)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   ι. Frequenzwandler, in welchem modulierte Trägerschwingungen mit örtlich erzeugten Schwingungen vom anderer Frequenz zur BiI-dung von Zwisch'enfrequenzschkvingungen gemischt werden, insbesondere für Überlagerungslempianger, gekennzeichnet durch einen einzigen Halbleiter 'mit Basis-, Sende- und Kollektorelektrode auf dem Halbleiterkörper, durch Zuführung der modulierten Trägerschwingungen zwischen der Sende- und der Basiselektrode zur Bewerkstelligung des Mischvorgangs, durch einen ersten Parallelresoniainzkreis zur Bildung der örtlich erzeugten Schwingungen in Zusamm'enwirkung mit dem Halbleiter und durch 'einen zweiten Parallelresoinanzkreis, der zwischen der Kollektorelektrode und der Basiselektrode liegt und an dem die Zwischenfrequenzschwinguingen abgegriffen werden können.
2. 2. Frequenzwandler nach Anspruch¹1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste abgestimmte Kreis zwischen die Basiselektrode und einen Punkt festen Potentials eingeschaltet ist, daß der zweite abgestimmte Kreis einseitig mit der Kollektorelektrode und mit seiner anderen Klemme über

   die Kollektorelektrodenspannuingsquelle ebenfalls an den Punkt festen Potentials angeschlossen ist und daß die Sendeelektrode über einen Widerstand und eine Vorspann'ungsquelle an dem erwähnten Punkt festen Potentials liegt, wobei der Widerstand und die Vorspannungsquelle für die Frequenz der örtlich erzeugten Oszillatorschwingungen kurzgeschlossen sind.
3. 3. Frequenzwandler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste abgestimmte Kreis zwei in Reihe geschaltete Kondensatoren parallel zu einer Spule enthält und der Verbindungspunkt beider Kondensatoren, unmittelbar, an der Sendeelektrode liegt.
4. 4. Frequenzwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Basiselektrode ah einen Punkt festen Potentials angeschlossen ist und daß der erste und zweite abgestimmte Kreis, ein Kreis zur Zuführung der modulierten Trägerschwingungen sowie eine Spannungsquelle für die Kollektorelektrode in Reihe zueinander zwischen der Kollektor elektrode und dem P unkt festen Potentials liegen, daß der erste abgestimmte Kreis zwei in Reihe zueinander und parallel zu einer Spule liegende Kondensatoren enthält, wobei der Verbindungspunkt dieser Kondensatoren unmittelbar an die Sendeelektrode angeschlossen ist, welche ihrerseits über einen Widerstand und eine Vorspainniungsquelle an dem Punkt festen Potentials liegt.
5. 5. Frequenzwandler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Zuführung der modulierten Trägerschwingungen einen Teil der Induktivität enthält, welche zu dem abgestimmten Ausgangskreis des Trägersignalverstärkers gehört.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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