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Aktiver Modulator in Gegentakt- oder Doppelgegentaktschaltung Die
Erfindung betrifft einen aktiven Modulator in Gegentakt-oder Doppelgegentaktschaltung,
bei dem die, insbesondere durch Transistoren gebildeten, aus wenigstens einer Versorgungsspannungsquelle
gespeisten aktiven Elemente im Takt der Frequenz einer, insbesondere sinusförmigen,
Trägerspannung abwechselnd, bei Doppclgegentaktschaltung paarweise abwechselnd,
aus- oder einschaltbar sind,
Es sind bereits aktive Modulatoren
bekannt, deren Prinzip in der Multiplikation cines Signals mit einer Umpolfunktion
oder Schaltfunktion besteht. Derartige aktive Modulatoren enthalten aktive Elemente,
im allgeueinen Transistoren, die im Takt einer Trägerfrequenz aus- und eingeschaltet
werden Um die Umpolfunktion möglichst gut nachzubilden, kann man die aktiven Elementc
durch Rechteckspannungen steuern Um den Aufwand zur Erzeugung von Rechteckträgern
einzusparen, werden die aktiven Elemente von Modulatoren jedoch häufig durch sinusförmige
Spannungen gesteuert. Damit ändert sich der Arbeitspunkt der aktiven Elemente im
Zuge der Umsteuerung kontinuierlich0 Da jedoch die Verstarkungseigenschaften der
aktiven Elemente über weite Bereiche vom Arbeitspunkt nur gering abhängen, ergibt
sich dabei angenähert ein Verhalten wie bei Steuerung durch Rechteckspannung Vezschiedene
unerwünschte Eigenschaften des Modulators treten aber bei Steuerung durch Sinus
spannung zufolge der kontinuierlichen Arboitspunktvorschiebung stärker auf So werden
z.B. die Symmetrieeigenschaften verschlechtert, und die Abhängigkeit der Uinsetzungsdämpfung
von der Amplitude der Trägerspannung wird verstärkt Aufgabe der Erfindung ist es
daher, einen aktiven Modulator zu schaffen, der die genannten Nachteile auch bei
Speisung mit einer sinusförmigen Trägerspannung vermeidet Gemäß der Erfindung wird
der Modulator zur Lösung dieser Aufgabe derart ausgebildet, daß die Quclle(n) durch
eine derart eingefügte und bemessene Gleichstromquelle gebildet ist (sind), daß
ein die Summe der die aktiven Elemente durchfließenden Gleichströine bildender Summenstrom
zumindest annähernd konstant ist und daß der Modulator derart bemessen ist, daß
die Transistoren bei fehlender Trägerspannung leitend sind Dabei ist der Spitzenwert
der Trägerspannung
größer bemessen als zur vollständigen Umsteuerung
des Summenstromes von einen aktiven Element zum anderen er£orderlich ist, wobei
der Summenstrom praktisch konstant ist, unabhängig davon, ob eine Trägerspannung
anliegt oder nicht.
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Durch diese Maßnahmen ergibt sich der Vorteil, daß die Arbeitspunkte
der aktiven Elemente weitgehend unabhängig von der Amplitude der Trägerspannung
sind und der Arbeitspunkt der aktiven Elemente im Takt der Trägerspannung zvjischen
zwei Zuständen wechselt, ähnlich dem Verhalten bei Ansteuerung durch Rechteckträger,
auch dann, wenn die Trägerspannung von der Rechteckform abweicht und z.B. sinusförmig
verläuft.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird der aktive Modulator
derart ausgebildet, daß Mittel zur Erzeugung einer festen oder automatischen Vorspannung
für die Eingangskreise der verstärkenden Elemente vorgesehen sind, die wesentlich
größer als der Spitzenwert der Trägerspannung gewählt ist Es ist ferner zweckmäßig,
den aktiven Modulator derart auszubilden, daß der Spannungsabfall am Innenwiderstand
der Gleichstromquelle wesentlich größer ist als der Betrag der BasisEriitterspannung
der Transistoren, so daß der Innenwiderstand der Gleichstromquelle groß ist gegenüber
dem Eingangswiderstand der, insbesondere durch Transistoren in Basis schaltung gebildeten,
aktiven Elemente im geöffneten Zustand.
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Weiterhin kann man bei einem aktiven Modulator mit Transisteren in
Gegentaktschaltung die Einspeisung des der Vorsorgungsspannungsquelle entnommenen
Stromes über je einen eigenen Widerstand vornehmen und die Verbindungspunkte der
Widerstunde mit den Transistoren über, insbesondere einstellbare, Schaltmittel miteinander
verbinden. Bei einem Modulator in ?)oppelgegentaktschaltung werden zweckmäßigorwoise
die zu ein und demselben Transistorpaar gehörenden Transistoren durch den Träger
jeweils abwechsclnd geöffnet und gesperrt, wobei die Einspeisung des Gleichstromes
paarweise über je einen
eigenen Widerstand erfolgt und die Verbindungspunkte
der Widerstände mit den Transistoren über , insbesondere einstellbare Schaltmittel
miteinander verbunden sind Dabei ergibt sich eine Einstellungsmöglichkeit für die
Seitenband verstärkung.
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In Weiterbildung der Erfindung wird der verstärkende Modulator derart
ausgebildet daß jeder der beiden Anschlüsse des Signal eingangs jeweils unter Zwischenschaltung
eines ohmschen Widerstandes mit den Basisanschlüssen verschiedenen Transistorpaaren
angehörender und mit den Kollektoren an verschicdenen Anschlüssen des Ausgangsübertragers
liegender Transistoren verbunden ist und daß die Zuführung der Trägerspannung von
den äußeren Anschlässen eines Trägerübertragers aus jeweils über einen weiteren
ohmschen Widerstand zu den Basisanschlüssen erfolgt 7 und daß die Vorspallnung der
Eingangssignalspannung oder der Trägersparnrnng überlagert ist Bei einer derartigen
Ausführung des Doppelgegentaktmodulators ist am Signaleingang kein Übertrager erforderlich
Die Vorspallllung kann dabei insbesondere in einen Symetriepunkt der Trägerquelle
oder Signalquelle eingespeist werden Die Erfindung wird anhand der in den Figuren
dargestellten nusfüllrungsbeispicle näher erläutert Es zeigen Fig. 1 ein Prinzipschaltbild
eines Gegentaktmodulatois mit zwei Transistoren, Fig. 2 einen Stromlauf eines Gegentaktmodulators
mit zwei Transistoren und Fig;. 3 einen Stromlauf eines Doppelgegentaktmodulators
mit vier Transistoren Bei dem in Fig 1 gezeigten Gegentaktmodulator sind die Emitter
der Transistoren 1 und 2 miteinander verbunden
Zwischen den Basisanschlüssen
der Transistoren 1 und 2 liegt einerseits die Trägerspannungsquelle Ur und andererseits
der aus den Widerständen 10 und 11 gebildete Spanungstoiler, dessen Symmetriepunkt
mit den Emittern der Transistoren 1 und 2 verbunden ist. Die Kollektoren der Transistoren
1 und 2 sind ebenfalls miteinander verbunden und über die Gleichspannungsquelle
und die dazu in Serie liegende Quelle 12 1(onstanten Gleichstromes an die Emitter
der Transistoren 1 und 2 geführt Die Trägerspannung UTr ist eine sinusförmige Spannung.
Im Augenblick des Nulldurchganges der Sinusspannung werden beide Transistoren etwa
vom gleichen Strom J durchflossen. 2 Während des folgenden Anstiegs der Trägerspannung
wird in einem der beiden Transistoren der Strom zunehmen und im selben Grad im anderen
Transistor abnehmen solange9 bis der eine TRansistor vom gesamten Strom Jgl durchflossen
wird während der andere stromlos ist. Ein weiteres Ansteigen der Trägerspannung
ändert an den Stromverhältnissen nichts, der Arbeitspunkt bleibt außer einer geringen
Änderung der Kollektor-Basisspannung konstant Bei genügend großer Amplitude der
Trägerspannung erfolgt somit eine Arbeitspunktverschiebung nur im Verlauf der Soannungs-Nulldurchgänge,
der Glcichstrom wechselt dabei von einem Transistor zum anderen (Die Zustände offen
und gesperrt werden vertauscht.) Im wesentlichen nirrimt also der Arbeitspunkt nur
zwei Zustände an Bei dein in Pig. 2 gezeigten Doppelgegentaktniodulator sind die
Basisanschlüsse der Transistoren 1 und 2 über die Sokundärwic]lung 52 des Trägerübertragers
5 miteinander verbunden Die Kollektoren der Transistoren 1 und 2 sind über die Primärwicklung
71 des Ausgangsübertragers 7 zusammengeführt Die Mittclanzapfung der Primärwicklung
71 ist über die
Versorgungsspannungsquelle 9 und den dazu in Serie
liegenden Widerstand 8 an die Emitter der Transistoren 1 und 2 geführt Die Mittelanzapfung
der Sekundärwicklung 52 des Eingangsübertragers 5 ist über die Sekundäniicklung
62 des Eingangsübertragers 6 für die Signalspannung U5 an den Abgriff des aus den
Widerständen 13 und 14 bestehenden, an Versorgungsspannung UV liegenden Spannungsteilers
geführt Der Eingangskreis der Transistoren 1 und 2 schließt sich über den Widerstand
13 des an Versorgungsspannung liegenden Spannungsteilers für die Vorspannung UV
und den am negativen Pol der Versorgungsspannungsquelle 9 dalilit verbuildenen Widerstand
8. Dabei wird als Gleichspannung im Ein gangskreis der Transistoren die Differenz
aus dem gleichspannungsabfall am Widerstand 8 und der am Widerstand 13 anliegenden
Vorspannung UV wirksam.
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Es Kann z.B. der Widerstand 8 etwa 10 k #, die Vorspannung Hierdurch
er V und die effektive Trägerspannung 1 V beträgen Hierdurch ergibt sich eine besonders
unkritische Einstellung der Vorspannung und eine Anstiegszeit des ren bekannten
bei latorschaltunge wie sie in vergleichbaren bekainten Modulatorschaltungen nur
mit erheblich größeren erzielt gen Spannungen oder mit rechteckförmigem Träger erzielt
werden können.
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Bei dem in Fig. 3 gezeigten Doppelgegentaktmodulator wird das Eingangssignal
US dem Eingangsübertrager 5 zugeführt, der die syvt,metrischen Sekundärwicklungen
52 und 53 chlüsse Die Sekundärwicklung 52 liegt zwischen den Basisanschlüss der
Transistoren 1 und 2, Die Sekundärwicklung 53 stellt eine Verbindung zwischen den
asisanschlüssen der Transistoren 3 und 4 her.
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Bei der symmetrischen Sekundärwicklung 61 des Trägerübertragers 6
sind die, äußeren Anseblüsse an die Mittelanzapfungen der Sekundärwicklungen 52
und 53 des Eingangsübertragers 5 und die Mittelanzapfung an den Abgriff des aus
den Widerständen 13 und 14 stehenden, an Versorgungsspannung UV liegenden Spannungsteilers
geführt. Die Einitter der Transistoren 1 bis 4 sind miteinander verbunden und über
den Widerstand 8 und die dazu iri Serie liegende Versorgungsspannungsquelle 9 an
den Abgriff der symmetrischen Primärwicklung 71 des Ausgangsübertragers 7 geführt.
Die Kollektoren der Transistoren 1 und 3 sind miteinander verbunden und über die
Primärwicklung 71 des Ausgangsübertragers 7 an die miteinander verbundenen Kollektoren
der Transistoren 2 und 4 geführt Der Ausgangsübertrager 7 gibt die Ausgangaspannung
UM ab.
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Bei dem Doppelgegentaktmodulator werden abwechsclnd die Transistoren
1 und 2 einerseits und die Transistoren 3 und 4 andererseits vom Träger durchgesteuert.
Der zur Stromcinprägung vorgesehene fiderstand 8 ist als Emitterwiderstand allen
Transistoren 1 bis 4 gemeinsam. Es kann jedoch andererseits je Transistorpaar ein
eigener Eniitterwiderstand vorgesehen werden. Schaltet man jeweils in die Emitterzuleitung
zweier, vom Träger abwechselnd durchgesteuerter Transistoren einen gemeinsamen Emitterwiderstand,
so daß die Transistoren 1 und 3 einerseits und die Transistoren 2 und 4 andererseits
einen gemeinsamen Emitterwiderstand besitzen, so kann die Seitenbanddämpfung mit
Hilfe eines zwischen die Emitterverbindungen geschalteten veränderbaren Widerstandes
eingestellt werden.
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In den gezeigten Ausführungsbeispielen wird die Vorspannung UV aus
der Versorgungsspannung mit Hilfe eines Spannungsteilers gewonnen. Sie kann jedoch
auch, insbesondere bei Modulatoren mit Feldeffekttransistoren, automatisch erzeugt
werden.
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Bei den Modulatoren nach Fig. 2 oder 3 wird die Stromeinpragung gut
angenähert, wenn die am Widerstand 13 liegende Spannung viel größer als die Trägerspannung
ist. Bei AnvJendung der erfindungsgemäßen Maßnahmen bleibt, wie die folgende Abschätzung
zeigt, der Arbeitspunkt der Transistoren be reits oberhalb kleiner Momentanwerts
der Trägerspannung praktisch konstant.
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Unter der Annahme, daß die Eingangskennlinie durch eine Exponentialfunktion
dargestellt werden kann, ist der Zusammenhang zwischen Emitterstrom JE und Emitter-Basis-Spannung
UEB etwa Je
wobei UTr die Trägerspannung9 J0 den Emmitterreststrom (10 nA bei Si-Transistoren),
UT die Temperaturspannung (ca. 26 mV) und Ugl die Gleichspannung bedeutet.
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In der gegebenen Schaltung setzt sich UEB aus zwei Anteilen zusammen,
einer festen Spannung Ugl (dic von Jgl abhängt) und der Trägerspannung.
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Es gilt UEB1 = Ugl + 1/2 UTr für Transistor T1 und UEB2 = Ugl 1 1/2
UTr für Transistor T2.
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Daraus folgt
für Transistor T1
für Transistor T20 Unter der Voraussetzung + JE2 = Jg1 = const., die bei dem erfindungsgemäßen
Modulator erfüllt ist, ergibt sich
und
Damit eingibt sich
Daraus läßt sich abschätzen, daß sich der Arbeitspunkt praktisch nicht ändert, wenn
der Augenblickswert der Trägerspannung UTr größer 100 mV ist.
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@ Patentanspruche 3 figuren