DE931664C

DE931664C - Circuit arrangement for frequency modulation

Info

Publication number: DE931664C
Application number: DES31836A
Authority: DE
Inventors: Joachim Dr-Ing Habil Dosse; Helmut Dipl-Ing Weber
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1953-01-16
Filing date: 1953-01-16
Publication date: 1955-08-16

Description

Schaltungsanordnung zur Frequenzmodulation Transistoren werden in Verstärkeranordnungen in verschiedenen Schaltungsarten verwendet, die sich dadurch voneinander unterscheiden, daß Basis, Emitter oder Kollektor jeweils als gemeinsame Elektrode für einen Ein- und Ausgangskreis benutzt wird. Die drei angeführten Schaltungsarten werden im folgenden kurz als Basis-, Emitter- oder Kollektorschaltung bezeichnet.Circuit arrangement for frequency modulation transistors are shown in Amplifier arrangements used in various types of circuits, which are thereby differ from each other in that base, emitter or collector are each considered to be common Electrode is used for an input and output circuit. The three types of circuit listed are hereinafter referred to as base, emitter or collector circuit for short.

Zur Frequenzmodulation, d. h. zur Veränderung der Frequenz einer Spannung oder eines Stromes im Takte der Frequenz einer Modulationsspannung ist es bekannt, Schaltungsanordnungen zu verwenden, in denen Röhren, Richtleiter oder Transistoren in Basisschaltung die wesentlichen Elemente bilden.For frequency modulation, i. H. to change the frequency of a voltage or a current in the cycle of the frequency of a modulation voltage, it is known Use circuit arrangements in which tubes, directional conductors or transistors form the essential elements in the basic circuit.

Bei der Erfindung übernimmt die Funktion des Modulierens ein Transistor in Kollektorschaltung, wobei dieser nicht einfach an die entsprechende Stelle in den bekannten Schaltungsanordnungen gesetzt ist, was an sich zwar möglich, aber wenig vorteilhaft wäre, sondern es werden vielmehr auf Grund besonderer Eigenschaften, die durch die Herstellung, insbesondere durch die Formierung und die Betriebsweise des Transistors erzielt werden, von den bekannten Schaltungsanordnungen abweichende Anordnungen angegeben, die zu verschiedenen besonderen Vorteilen führen.In the invention, the function of modulating takes over a transistor in collector circuit, whereby this is not simply to the corresponding point in the known circuit arrangements is set, which is possible in itself, but would be of little benefit, but rather, due to special properties, by the production, in particular by the formation and the mode of operation of the transistor can be achieved, deviating from the known circuit arrangements Arrangements indicated that lead to various particular advantages.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die zwischen Kollektor und Emitter angeschaltete Impedanz zwischen Basis und Kollektor mit einem transformierten Wert erscheint, der infolge geeigneter Bemessung, Formierung und Betriebsweise des Transistors, die von der bisher bekannten abweicht, den Arbeitspunkt, d. h. den Emitter-, Basis- und/oder Kollektorstrom im Rhythmus der Modulationsfrequenz steuert. Gemäß der Erfindung wird der Transistor daher in Kollektorschaltung betrieben, wobei die feste Impedanz zwischen Kollektor und Emitter angeschaltet ist. Er weist dabei durch Herstellung, Formierung und Wahl des Arbeitspunktes einen sehr niedrigen dynamischen Emitterwiderstand und/oder einen sehr hohen dynamischen Kollektorwiderstand auf. Als besonderer Vorteil ist der dabei entstehende niedrige Stromverstärkungsfaktor, in Basisschaltung gemessen, anzusehen.The invention is based on the knowledge that between the collector and emitter switched on impedance between base and collector with a transformed Value appears which, as a result of suitable dimensioning, formation and operating mode of the Transistor, which differs from the previously known, the operating point, d. H. the Controls the emitter, base and / or collector current in the rhythm of the modulation frequency. According to the invention, the transistor is therefore operated in a collector circuit, wherein the fixed Impedance between collector and emitter is switched on. He shows you a lot through production, formation and choice of the working point low dynamic emitter resistance and / or a very high dynamic collector resistance on. The resulting low current gain factor is a particular advantage, measured in the basic circuit.

Unter diesen Bedingungen läßt sich gleichzeitig eine kräftige Durchsteuerung des transformierten Impedanz- oder Reaktanzwertes und eine gute Stabilität der Transistorschaltung erreichen. Ferner tritt als Dämpfungswiderstand nun der Wert des Eingangswiderstandes, bei Leerlauf gemessen, auf der Seite des sonst angeschalteten Impedanz-oder Reaktanzgliedes auf.Under these conditions a powerful control can be achieved at the same time of the transformed impedance or reactance value and good stability of the transistor circuit reach. Furthermore, the damping resistance is now the value of the input resistance, measured at idle, on the side of the otherwise connected impedance or reactance element on.

In den bekannten Modulationsschaltungen, die eineBasisschaltung verwenden,muß derTransistor, um eine merkliche Durchsteuerurig des transformierten Impedanzwertes zu erzielen, in der Nähe eines Arbeitspunktes betrieben werden, wo er instabil wird, also zur Selbsterregung von Schwingungen neigt. In dem Maße aber, wie man den Arbeitspunkt von diesem Punkt der Instabilität entfernt, verringert sich die Steuerfähigkeit des Transistors, wobei gleichzeitig ein wachsender, zusätzlicher Dämpfungswiderstand auftritt, der die Frequenzkurve des zu steuernden Schwingkreises verschlechtert.In the known modulation circuits using a basic circuit, must the transistor to a noticeable flow through of the transformed impedance value be operated in the vicinity of an operating point where it becomes unstable, thus tends to self-excite vibrations. But to the extent that the working point away from this point of instability, controllability diminishes of the transistor, at the same time a growing, additional damping resistance occurs, which worsens the frequency curve of the oscillating circuit to be controlled.

Außerdem ist in den bisher bekannten Schaltungsanordnungen nur die Transformation auf einen positiv bleibenden, um einen Mittelwert schwankenden Reaktanzwert möglich, so daß der Mittelwert in die die Mittelfrequenz bestimmenden Schaltelemente des Schwingkreises einbezogen werden muß, während in der Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung die Impedanz mit solch einem transformierten Wert erscheint, daß diese zwischen positiven und negativen Werten variiert werden kann.In addition, in the previously known circuit arrangements only the Transformation to a reactance value that remains positive and fluctuates around a mean value possible, so that the mean value in the switching elements determining the mean frequency of the resonant circuit must be included, while in the circuit arrangement according to of the invention, the impedance appears with such a transformed value that this can be varied between positive and negative values.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann ferner durch hierfür vorgesehene Schaltmittel das Auftreten einer Spannung der Modulationsfrequenz am Ausgang des Oszillators bis zu einem geforderten Maße verhindert werden. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, daß der Oszillatorkreis so ausgebildet wird, daß er für die Modulationsfrequenz eine hinreichend kleine Impedanz darstellt.In a further embodiment of the invention, this can also be done by provided switching means the occurrence of a voltage of the modulation frequency on Output of the oscillator can be prevented to a required extent. This can can be achieved, for example, by designing the oscillator circuit in such a way that that it represents a sufficiently small impedance for the modulation frequency.

Die Erfindung wird an Hand zweier in den Fig. 2 und 3 dargestellter, als Ausführungsbeispiele zu wertender Schaltungsanordnungen noch näher erläutert. Es zeigt Fig. z einen Transistor in Kollektorschaltung mit einer Impedanz am Ausgang, Fig.2 eine Oszillatorschaltung unter Verwendung eines Transistors als Modulationsglied, bei dem die Änderung des Arbeitspunktes durch Veränderung des Emitterstromes erfolgt, Fig.3 eine Oszillatorschaltung unter Verwendung eines Transistors als Modulationsglied, bei dem die Änderung des Arbeitspunktes durch Veränderung des Kollektorstromes erfolgt. In Fig. r ist die Kollektorschaltung des Transistors dargestellt, worin -r den Basis-, z den Emitter-, 3 den Kollektoransehluß des Transistors bedeutet, q. und 5 die Eingangs- und 6 und 7 die Ausgangsklemmen bezeichnen. S ist eine angeschaltete Impedanz, die an den Klemmen q. und 5 gemessen dort mit einem transformierten Wert erscheint.The invention is based on two shown in FIGS. 2 and 3, explained in more detail as exemplary embodiments to be evaluated circuit arrangements. It shows Fig. Z a transistor in a collector circuit with an impedance at the output, 2 shows an oscillator circuit using a transistor as a modulation element, in which the operating point is changed by changing the emitter current, 3 shows an oscillator circuit using a transistor as a modulation element, in which the change in the operating point takes place by changing the collector current. In Fig. R the collector circuit of the transistor is shown, in which -r the base, z denotes the emitter, 3 denotes the collector connection of the transistor, q. and 5 the entrance and 6 and 7 denote the output terminals. S is an on impedance that at the terminals q. and 5 measured there appears with a transformed value.

In der Schaltungsanordnung nach Fig. 2 ist der Basisanschluß des Transistors mit r z, der Emitteranschluß mit 12 und der Kollektoranschluß mit 13 bezeichnet. 1q. stellt die Impedanz dar, für die in diesem Ausführungsbeispiel eine Kapazität gewählt wurde. Sie erscheint durch die Wirkung des Transistors mit dem transformierten Wert parallel zu dem dem Oszillatorkreis zugehörigen Schaltglied 15, das in einfachsten Fällen eine Induktivität oder ein Parallelschwingkreis, aber je nach Zusatzforderungen wie Bandbreite oder Dämpfung außerhalb der Bandbreite auch eine kompliziertere Schaltung sein kann. Das schwingungsfähige Gebilde des Oszillatorkreises, das z. B. eine Röhre oder ein Transistor sein kann, ist mit 16 bezeichnet und nicht näher dargestellt worden.In the circuit arrangement according to FIG. 2, the base terminal of the transistor is with r z, the emitter connection with 12 and the collector connection with 13. 1q. represents the impedance for which, in this exemplary embodiment, a capacitance was chosen. It appears through the action of the transistor with the transformed Value parallel to the switching element 15 belonging to the oscillator circuit, which in the simplest Cases an inductance or a parallel resonant circuit, but depending on additional requirements such as bandwidth or attenuation outside the bandwidth also have a more complicated circuit can be. The vibratory structure of the oscillator circuit that z. B. a tube or a transistor, is denoted by 16 and not shown in detail been.

Die Zuführung des Kollektorgleichstromes für den Transistor erfolgt von einer nicht dargestellten, an der Klemme 25 liegenden Spannungsquelle über den Widerstand 23. Wechselstrommäßig ist der Kollektor 13 über einen Kondensator 24 großer Kapazität an Erde gelegt.The collector direct current for the transistor is supplied from a voltage source, not shown, connected to terminal 25 via the Resistor 23. In terms of alternating current, the collector 13 is via a capacitor 24 large capacity laid on earth.

Die Gleichstromversorgung des Emitters 12 erfolgt durch einen Basiswiderstand 2o mit wechselstrommäßiger Überbrückung durch den Kondensator 21 und über eine frequenzabhängige Impedanz 22, für die in diesem Beispiel eine Induktivität gewählt worden ist, zusammen mit der Sekundärwicklung eines Übertragers 17, an dessen Primärwicklung mit den Anschlußklemmen 18 und r9 die Modulationsspannung angelegt wird.The emitter 12 is supplied with direct current through a base resistor 2o with alternating current bridging through the capacitor 21 and a frequency-dependent one Impedance 22, for which an inductance has been selected in this example, together with the secondary winding of a transformer 17, on its primary winding with the Terminals 18 and r9 the modulation voltage is applied.

In der Schaltungsanordnung nach Fig. 3 erfolgt die Zuführung der Modulationsspannung über den Kollektorkreis. Zu diesem Zweck befindet sich dort die Sekundärwicklung eines Übertragers 27, der im Bedarfsfall, um einen möglichst niedrigen Widerstand für die Hochfrequenz darzustellen, mit einem Kondensator 30 überbrückt sein kann. Die Modulationsfrequenz wird an die Primärwicklung dieses Übertragers mit den Anschlußklemmen 28 und 29 gelegt. Im Emitterkreis befindet sich ein mit 31 bezeichnetes Schaltelement, das zur Zuführung des Emittergleichstromes und gleichzeitig zu der erforderlichen wechselstrommäßigen Trennung von Basis und Emitter dient und für das z. B. eine Drossel oder ein genügend hoher ohmscher Widerstand Verwendung finden kann. Die Bezeichnungs- und Wirkungsweise der übrigen in der Schaltungsanordnung nach Fig.3 enthaltenen Schaltelemente stimmt mit denjenigen nach Fig. 2 überein.In the circuit arrangement according to FIG. 3, the modulation voltage is supplied via the collector circuit. For this purpose there is the secondary winding of a transformer 27 which, if necessary, can be bridged with a capacitor 30 in order to provide the lowest possible resistance for the high frequency. The modulation frequency is applied to the primary winding of this transformer with terminals 28 and 29. In the emitter circuit there is a switching element designated 31 , which serves to supply the emitter direct current and at the same time to the required alternating current separation of the base and emitter and for the z. B. a choke or a sufficiently high ohmic resistance can be used. The designation and mode of operation of the other switching elements contained in the circuit arrangement according to FIG. 3 correspond to those according to FIG.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die Modulationsspannung, analog zur Schaltungsanordnung nach Fig.2, wobei die Modulationsspannung in die Emitterzuleitung eingefügt ist, oder zur Schaltungsanordnung nach Fig.3, wobei die Modulationsspannung in die Kollektorzuleitung eingefügt ist, nun in die Basiszuleitung eingespeist und somit der Basisstrom im Rhythmus der Modulationsfrequenz beeinflußt wird.Another embodiment of the invention is that the modulation voltage, analogous to the circuit arrangement according to FIG Modulation voltage is inserted into the emitter lead, or to the circuit arrangement according to Figure 3, where the modulation voltage is inserted in the collector lead, now in the Base feed fed in and thus the base current in the rhythm of the modulation frequency being affected.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Circuit arrangement for frequency modulation means a transistor arrangement, which has a fixed impedance in a rhythm one fed to her Modulation frequency changeable impedance transformed, characterized in that that the transistor operated in collector circuit and the fixed impedance between The collector and emitter are switched on and that the transistor is thereby Formation and choice of the operating point a very low dynamic emitter resistance and / or has a very high dynamic collector resistance.

2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the transformed value of the impedance is influenced by of the operating point of the transistor arrangement changed in the rhythm of the modulation frequency will.

3. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the transformed Value of the impedance by influencing the emitter current of the transistor arrangement is changed to the rhythm of the modulation frequency. q ..

Circuit arrangement according to Claim 3, characterized in that the modulation voltage between the emitter and base is supplied in such a way that the power required for the modulation remains as low as possible.

5. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that that the transformed value of the impedance by influencing the collector current is changed to the rhythm of the modulation frequency.

6. Circuit arrangement according to Claim 1, characterized in that the transformed value of the impedance by Influencing the base current of the semiconductor arrangement in the rhythm of the modulation frequency will be changed.

7. Circuit arrangement according to one of claims 1 to 6, characterized in that the switching element belonging to the oscillator circuit which, together with the impedance transformed by the transistor, determines the oscillator frequency, has a frequency response such that it has a sufficiently small impedance for the modulation frequency represents. Energized publications: USA. Patent Nos 2,486,776, 2,570,938, 2,570,939;. "The electron in science and technology", 1950, pp.356, 365 and 366; "Rad, iotechnik", 1950, p. 473 and q.7,.; "Electronics", July 1951, pp. 130 to 132 and 13-1.