DE924328C - Modulatorschaltung mit Transistor - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung zum gegenseitigen Modulieren der von zwei Quellen erzeugten elektrischen Signale mittels eines Transistors. Es ist bekannt, zu diesem Zweck die beiden Signale gemeinsam in den Kreis zwischen der Emissions- und der Basiselektrode des Transistors einzuführen. Dies hat den Nachteil, daß immer eine gegenseitige Rückwirkung der einen Signalquelle auf die andere besteht.

Bei einer Modulatorschaltung nach der Erfindung wird wenigstens die Rückwirkung einer der beiden Signalschwingungen auf die andere vermieden. Die Erfindung ist gekennzeichnet durch einen Transistor mit mindestens drei Eingangsund einer Ausgangselektrode, wobei die eine Signalquelle in den Kreis von wenigstens einer der Eingangselektroden geschaltet ist und das Signal der anderen Quelle an zwei Eingangselektroden gegenphasig mit einem solchen Amplitudenverhältnis angelegt wird, daß wenigstens der von der letztgenannten Signaliquelle stammende, die erstgenannte Signalquelle durchfließende Strom praktisch gleich Null ist.

Die Erfindung wird an Hand einiger in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Fig. ι zeigt eine Transistorgegentaktmodulatorschal tung nach der Erfindung;

Fig. 2 zeigt Kennlinien zur Erläuterung der Wirkungsweise der Schaltung nach Fig. 1;

Fig. 3 zeigt eine Mischmodulationsschaltung nach der Erfindung zum Demodulieren eines frequenzmodulierten Signals; in den

Fig. 4 und 5 sind Strom-Zeit-Diagramme dargestellt zur Erläuterung der Wirkungsweise der Schaltung nach Fig. 3;

Fig. 6 zeigt eine verbesserte Schaltung nach

Fig. 7 zeigt eine Abwandlung des Transistormodulators nach Fig. ι;

Fig. 8 zeigt eine Abwandlung eines Transistorelements zur Verwendung in der Schaltung nach Fig. ι oder 3.

In Fig. ι ist ein Grenzschichtentransistor mit Zonen η und p von entgegengesetztem Leitf ähigkeitstyp dargestellt, der mit einer Emissionselektrode e, zwei Basiselektroden b_x und b₂, mit denen ein Potentialgradient parallel zum n-^-Grenzübergang erzeugt werden kann, und einer Kollektorelektrode c versehen ist. Die Basiselektroden b₁ und b₂ sind mit ein und derselben ^-Schicht verbunden, deren Dicke kleiner als die charakteristische Diffusionsschicht der in dieser Schicht in der Minderzahl vorhandenen Ladungsträger ist, und die Emissionselektrode e und die Kollektorelektrode c sind mit zwei verschiedenen, an die genannte ^-Schicht anschließenden w-Schichten verbunden. Dabei entsteht eine Transistor wirkung, sowohl zwischen den Elektroden e, b_v c als auch zwischen den Elektroden e, b₂, c. Die Elektroden e, b_t und b₂

wirken somit als Eingangselektroden und die Elektrode c als Ausgangselektrode.

Der Kreis der Emissionselektrode e enthält eine Signalquelle V₁, und das Signal einer Quelle V₂ wird über einen Gegentakttransformator 5 den beiden Basiselektroden b₁ bzw. b₂ gegenphasig zugeführt.

In dieser Weise wird an der in den Kollektorkreis aufgenommenen, für ein Mischprodukt selektiven Ausgangs impedanz 6 eine Mischschwingung der Eingangssignale V₁ und V₂ erzeugt. Bei richtigem Abgleich des Transformators 5 fließt aber kein von der Signalquelle V₂ stammender Strom durch den Kreis, in dem die Signalquelle V₁ liegt, und auch umgekehrt fließt kein Strom von der Signalquelle V₁ durch die Signalquelle V₂. Hier ist lediglich an die Grundfrequenz der betreffenden Signalquelle gedacht, da selbstverständlich die Modulationsprodukte beide Quellen durchfließen.

Fig. 2 zeigt Kennlinien für diejenigen Werte der Spannungen V₁ und V₂, bei denen ein konstanter Emissionsstrom i_e zur Emissionselektrode e fließt. Da die zu den Basiselektroden b₁ bzw. b₂ fließenden Ströme nur einen Bruchteil des Emissionsstroms i_e betragen, gelten die gleichen Kennlinien im wesentliehen auch für die Spannungen V₁ und V₂, bei denen ein konstanter Kollektorstrom i_c durch die Kollektorelektrode c fließt.

Bei Änderung der Spannung V₁ mit der Frequenz Z₁ und der Spannung V₂ mit der Frequenz /₂ enthalten die Emissions- und die Kollektorströme ein Modulationsprodukt mit der Frequenz f₁ ± 2 f₂, der die Sekundärwicklung, des Transformators 5 durchfließende Strom dagegen ein Modulationsprodukt von der Frequenz J₁ ± f₂. Wird z. B. das Signal V₁ über selektive Mittel der Empfangsantenne eines Rundfunkempfängers entnommen, während das Signal V₂ von einer örtlichen Schwingungsquelle geliefert wird, so kann in der geschilderten Weise an der Ausgangsimpedanz 6 eine Mischschwingung f₁ — 2f₂ ohne unerwünschte Rückstrahlung der örtlichen Schwingung auf die Antenne erhalten werden.

Fig. 3 zeigt eine Abwandlung der Schaltung nach Fig. ι zur Frequenzdemodulation eines elektrischen Signals. Dieses Signal wird einem auf seine Mittenfrequenz abgestimmten Kreis 8 zugeführt, der fest mit einer Induktanz 9 und etwa kritisch mit einem gleichen Kreis 10 gekoppelt ist. Die Spannung an der Induktanz 9 wirkt jetzt als das> Signal V₁, die Spannung an dem Kreis 10 als das Signal V₂ in Fig. i. Die erstgenannte Spannung wird wieder der Emissionselektrode e, die letztgenannte Spannung gegenphasig den beiden Basiselektroden b_x bzw. b₂ zugeführt. Durch Intermodulation dieser beiden Signale entsteht zwischen den beiden Basiselektroden b₁ und b₂ ein Spannungsunterschied, der dem Frequenzhub des Signals am Kreis 8 annähernd proportional ist, und dieser Spannungsunterschied wird über ein Zwischenfrequenzsiebglied den Ausgangselektroden 12 zugeführt.

Um den Einfluß einer etwaigen Amplitudenmodulation des Signals am Kreis 8 auf die Ausgangsschwingung an den Klemmen 12 zu unterdrücken, ist in den die Induktanz 9 mit der Emissionselektrode e verbindenden Kreis eine Impedanz 13 aufgenommen, der für die zu unterdrückenden Amplitudenmodulationsfrequenzen eine verhältnismäßig hohe, für die Signalfrequenzen verhältnismäßig niedrige Impedanz besitzt.

Die Wirkungsweise dieser Schaltung wird an Hand der Fig. 4 und 5 erläutert. Für die Mittenfrequenz des Signals am Kreis 8 sind die Spannungsabfälle an der Impedanz 9 und am Kreis 10 um 90⁰ in der Phase verschoben. Die Ströme i_e, i_bl und i_b2 verlaufen dann als Funktion der Zeiti so, wie in Fig. 4 in verschiedenen Maßstäben durch die betreffenden Kurven dargestellt, so daß die Gleichstromkomponente des Stroms ^₁-Jo₂, der

₁₂

von der einen Basiselektrode b_x zur anderen Basiselektrode b₂ fließt, gleich Null ist. Ist der Phasenunterschied zwischen den Signalen an der Induktanz 9 und am Kreis 10 kleiner als 90⁰, so ändert sich das Strombild entsprechend Fig. 5, wobei der Strom4i~i&2 eine positive Gleichstromkomponente enthält, die einer positiven Spannung an den Klemmen 12 entspricht. Dementsprechend wird bei einem Phasenunterschied größer als 90⁰ zwischen den erwähnten Signalen eine entsprechende negative Spannung an den Klemmen 12 erzeugt. Diese Spannung ist also ein Maß für deji Phasenwinkel zwischen den erwähnten Signalen und demnach für den Frequenzhub des Eingangssignals am, Kreis 8.

Andererseits ist die Gleichstromkomponente des Stroms i_e ein Maß für die Signalamplitude am Kreis 8, wonach durch Stabilisierung dieses Stroms mittels des Filters 13 die Ausgangsspannung an den Klemmen 12 im wesentlichen unabhängig von Änderungen dieser Signalamplitude wird.

Falls aber eine Rückwirkung der an der Induktanz 9 bzw. am Kreis 10 stehenden Signalschwingungen aufeinander vorliegen würde, so würde man

eine asymmetrische DemodulationskennMnie und infolgedessen eine unerwünschte Verzerrung erhalten. Diese Rückwirkung sei deshalb zu vermeiden, und dies ist dadurch erzielt, daß einerseits die Stromkomponente von der Frequenz des Signals am Kreis io im Kreis der Induktanz 9 unter Entfall dieser Induktanz 9 gleich Null ist und daß andererseits die Stromkomponente von der Frequenz des Signals an der Induktanz 9 im Kreis des Resonanzkreises 10 unter Entfall dieses Kreises 10 gleich Null ist.

Fig. 6 zeigt eine Abwandlung der Schaltung nach Fig. 3, bei der der Transistor außer der Emissionselektrode e und den beiden Basiselektroden b_t und b₂ noch zwei mit gesonderten /»-Zonen verbundene Kollektorelektroden C₁ und C₂ besitzt, so daß nach der Zwischenfrequenzaussiebung der Schwingung an diesen Kollektorelektroden eine verstärkte demodulierte Schwingung an den Ausgangsklemmen 12 erzeugt wird. ■

Fig. 7 zeigt eine andere Modulationsschaltung, bei der das Transistorelement eine Masse p des einen Leitfähigkeitstyps besitzt, die von zwei dünnen Schichten η von entgegengesetztem Leitfähigkeitstyp unterbrochen ist, wobei die Dicke der Schichten η wiederum kleiner ist als die charakteristische Diffusionslänge der in diesen w-Schichten in der Minderzahl vorhandenen Ladungsträger. Das eine Signal V₁, z. B. ein Signal von einer Empfangsantenne, wird der mit einer der /»-Zonen des Transistors verbundenen Emissionselektrode e zugeführt, während das andere Signal V₂, z. B. eine örtlich erzeugte Schwingung, dieser Emissionselektrode e bzw. der mit der zweiten ra-Zone verbundenen Basiselektrode b₂ in Gegenphase zugeführt wird, und zwar mit einer derart verschiedenen Amplitude, daß der Kreis der Quelle V₁ nicht von einem von der Signalquelle V₂ stammenden. Strom durchflossen wird und eine Rückwirkung der Quelle V₂ auf die Quelle V₁ entfällt. An einer in den Kollektorkreis aufgenommenen selektiven Ausgangsimpedanz 16 entsteht dann z. B. eine Schwingung der Differenzfrequenz der Signale V₁ und V₂.
Statt der dargestellten Schichtentransistoren können in ähnlicher Weise mit mehreren Basiselektroden versehene Spitzenkontakttransistoren benutzt werden. Fig. 8 ist eine Draufsicht eines solchen Transistors. Die beiden Enden des Transistorkristalls sind mit den beiden Basiselektro- den b_x und b₂ verbunden, und auf dem Kristall sind im erforderlichen geringen, gegenseitigen Abstand eine Emissions- und eine Kollektorelektrode e bzw. c angeordnet, vorzugsweise derart, daß die Verbindungslinie der Kontaktpunkte dieser Elektroden e und c etwa senkrecht zur Richtung der elektrischen Feldstärke F steht, die bei einem Spannungunterschied zwischen den Elektroden b₁ und b₂ in der Nähe der Elektroden e und c erzeugt wird. Ein solches Transistorelement kann in den Schaltungen nach den Fig. 1 oder 3 zur Verwendung kommen, wobei die vorgenannte Anordnung eine symmetrische Steuerung erleichtert.

Claims (6)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Schaltung zum gegenseitigen Modulieren der von zwei Quellen erzeugten elektrischen Signale unter Zuhilfenahme eines Transistors, gekennzeichnet durch einen Transistor mit wenigstens drei Eingangs- und einer Ausgangselektrode, wobei die eine Signalquelle in den Kreis von wenigstens einer der Eingangselektroden geschaltet ist und das Signal der anderen Quelle an zwei Eingangselektroden gegenphasig und mit einem solchen Amplitudenverhältnis angelegt wird, daß wenigstens der von der letztgenannten Signalquelle stammende, die erstgenannte Signalquelle durchfließende Strom praktisch gleich Null ist.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Emissionselektrode das eine Signal und zwei symmetrisch ausgebildeten, mit einer gleichen Zone verbundenen Basiselektroden des Transistors das andere Signal in Gegentakt zugeführt wird (Fig. 1).

3. Schaltung nach Anspruch 2 zur Frequenzdemodulation eines elektrischen Signals, dadurch gekennzeichnet, daß die Signale der beiden Quellen untereinander einen sich mit der Frequenz des zu demodulierenden Signals ändernden Phasenunterschied aufweisen, so daß der Spannungunterschied zwischen den beiden genannten Basiselektroden ein Maß für diese Frequenz bildet (Fig. 3).

4. Schaltung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch ein Transistorelement mit zwei getrennten Kollektorelektroden, zwischen denen eine der Frequenz des in der Frequenz zu demodulierenden Signals entsprechende Spannung erzeugt wird (Fig. 6).

5. Schaltung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Transistor mit mehreren Zonen von wechselweise entgegengesetztem Leitfähigkeitstyp, bei der die eine Signalquelle zwischen die Emissionselektrode und eine mit einer ersten Zone verbundene Basiselektrode geschaltet ist und das zweite Signal in Gegenphase und mit verschiedener Amplitude der Emissionselektrode und einer mit einer zweiten Zone verbundenen Basiselektrode zugeführt wird (Fig. 7).

6. Transistorelement für eine Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen Spitzenkontakttransistor mit zwei Basiselektroden, einer Emissions- und einer Kollektorelektrode, wobei die Verbindungslinie der Kontaktpunkte der beiden letztgenannten Elektroden etwa senkrecht zur Richtung der elektrischen Feldstärke steht, die bei einem Spannungsunterschied zwischen den beiden Basiselektroden in der Nähe der Emissionsund der Kollektorelektrode erzeugt wird. iao

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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