DE940174C - Frequenzdemodulator - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zum Demodulieren unerwünschte Amplitudenmodulation aufweisender, frequenzmodulierter Eingangsschwingungen, welche Schaltang einen Amplitudenbegrenzer und danach einen GegentaJct-Frequenzdemodulator mit zwei Resonanzkreisen, zwei Gleichrichtern, denen diesen Kreisen entnommene Spannungen gleichphasig und im Gegentakt zugeführt werden, und ein für diese

ίο Gleichrichter gemeinsames Ausgangsfilter enthält, an dem das demodulierte Signal erzeugt wird. Man erhält eine Schaltungsanordnung, bei der das erzeugte, demodulierte Signal in hohem Maße unempfindlich gegen die unerwünschte Amplitudenmodulation der Eingangsschwingungen ist, wenn gemäß der Erfindung durch einen Begrenzer eine solche Verzerrung der den Gleichrichtern gleichphasig zugeführten Spannung herbeigeführt wird — wobei die den Gleichrichtern im Gegentakt zugeführten Spannungen nahezu unverzerrt bleiben —, daß die entsprechende, unerwünschte Amplitudenmodulation der jedem dieser Gleichrichter zugeführten, resultierenden Spannungen wenigstens innerhalb des Wirkungsbereichs des Demodulators praktisch' unabhängig von der Frequenz der Eing.angssehwingungen ist.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert, in der

Fig. ι eine praktische Aueführungsform, die
Fig. 2 und 5 Vektordiagramme, die Fig. 3 uind 6 Spannungs-Frequenzdiagramme und Fig. 4 ein Spannungs-Zeitdiagramm zur Er-

läuterung der Schaltungsanordnung nach Fig. r zeigen. '

In Fig. ι werden die in dem Ausgangskreis eines Zwischenfrequenzverstärikers ι erzeugten, frequenzmodulierten .Eingangsscfawingungeni über einen Begrenzer 2 einem Gegentakt-Frequenzdemodulator 3 zugeführt, der einen' Primärresonanzkreis 4, einen Sefcundärresonanzkreis 5, zwei Gleichrichter 6 und 7 und ein Ausgangsfilter 8 enthält, über dem auf bekannte Weise das demodulierfe Signal erzeugt wird, indem die Spannung über dem Primärkreis 4 über eine mit diesem fest gekoppelte Tertiärwicklung 9 gleichphasig und die Spannung über dem Sekundärkreis 5 in Gegentakt den Gleichrichtern 6 bzw. 7 zugeführt werden.

Für die zentrale Frequenz /₀ der Eingangssohwingungen, bei der die erwähnten gleichphasigen und Gegentaktspannungen einen Phiäsenunterschied von 90 ° untereinander aufweisen, ist das demodulierte Signal Null, also unempfindlich gegen die unerwünschte Amplitudenmodulation der Eingangsschwingungen; bei einer Frequenzabweichung der Eingangsschwingungen· ändert sich jedoch das erzeugte, demodulierte Signal bei üblichen Schaltungen proportional mit der Amplitudenmodulation der Eingangsschwingungen,' weshalb bisher diese Amplitudenmodulation vorher mittels des Begrenzers möglichst unterdrückt wurde.

Fig. 2 zeigt das zugehörige Vektordiagramm, wobei P die Spannung über der Tertiärwickking 9 und S₁ bzw. S₂ die Spannungen über der einen bzw. der anderen Hälfte des Sekundärkreises 5 bezeichnen. Wenn infolge Amplitudenmodulation der Eingangsschwingungen die Spannung P um einen Wert p zunimmt, wodurch auch die Spannungen^ .S₁ bzw. S₂ um proportionale Werte S₁ bzw. S₂ zunehmen, so werden die Spannungen A bzw. B, die den Gleichrichtern 6 bzw. 7 zugeführt werden, auch um proportionale Werte α bzw. b bis zu den Werten A' bzw. B' zunehmen.

Fig. 3 zeigt die Längen der Vektoren A bzw. B und A' bzw. B' in vergrößertem Maßstab als Funktion der Eingangsfrequenz /. Die. Amplitudenmodulation der Spannungen ^i bzw. B kann also durch die betreffenden 'schraffierten Gebiete wiedergegeben werden. Über dem Ausgangsfilter 8 wird dann eine demodulierte Spannung gleich dem Unterschied A-B bzw. A'-B' dieser Spannungen erzeugt, so daß diese demodulierte Spannung die in Fig. 3 durch Schraffierung angegebene Empfindlichkeit gegen die unerwünschte . Amplitudenmodulation beibehält.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß bei geänderter Bemessung der Schaltelemente mittels der in Fig. 1 dargestellten Schaltungsanordnung z. B. ein 60- bis 70f.adh.er Unterdrückungsfaktor für die unerwünschte Aniplitudenmodulation erzielt werden kann, d. h. ein Fattor, der wesentlich höher ist als-, der Unterdorückurigsfaktor von z. B. 5 bis 10, den der Begrenzer 2 an sich herbeifütirt. Dabei wird z. B, ein an sich bekannter Typ eines Begrenzers 2 verwendet,, der aus einem Gleichrichter 10 in Reihe mit. einemii?C-Filter 11 mit einer Zeitkonstante größer als die Periodendauer der niedrigsten Modul>ationsfrec[tteiiz; und nötigenfalls in Reihe mit einem Widerstand 12 besteht. Ein solcher Begrenzer veranlaßt eine von der Amplitudenmodulation der Eingangs- ys schwingungen abhängige Verzerrung der Spannung; am Kreis 4 bzw. der Spannung über der Wicklung 9.

Fig. 4 zeigt als Funktion der Zeit f diese verzerrte Spannung P bzw. P' über der Wicklung-9 für verschiedene Werte der Eingangsamplitude gegenüber der Phase der praktisch unverzerrten Spannungen S₁ und ^₂ bzw. S₁ und S₂ über dem Kreis 5. Bei einer verhältnismäßig kleinen Eingangsamplitude ist die Spannung P nahezu sinus- δσ förmig (volle Linie). In dem Maße wie die Eingangsamplitude zunimmt, wird die Spitze, bei der der Gleichrichter 10 leitend wird (im dargestellten. Fall die positive Spitze) immer mehr abgeflacht: (Strichpunktlinie P)'. Da jedoch die Oberfläche oberhalb und unterhalb der Zeitachse für eine reine Wechselspannung stets konstant ist, weist die Kurve P' die Gestalt eines abgeflachten Sinus auf, der gegenüber der Zeitacbse dermaßen heraufgesdhoben ist, daß die infolge der Abflachung ver- 9® lorene Oberfläche (schraffiert angegeben) ausgeglichen wird. Es ist dann ersichtlich, daß die Vorderflanke der abgeflachten Sinuskurve P' gegenüber der Phase der Spannung S₁ bzw. JT₂' eher,, die Rückflanke hingegen später auftritt als die der ursprünglichen, nicht abgeflachten· Sinuskurve gegenüber der Phase der Spannung S₁ bzw. S₂.

Im Vektordiagramm nach Fig. 2, d.as in Fig. 5 wieder dargestellt ist, geht dies darauf hinaus, daß'

—*>- * _^_

im Moment, in dem die Spannung A' = P' + S₁' den Maximalwert passiert und der als Spitzendemodulator geschaltete Gleichrichter 6 mit entsprechender Durchlaßrichtung kurzzeitig leitend wird, der Vektor P' anscheinend etwas voreilt %a$ (P₁) gegenüber dem Vektor P, während im Mo-

->- ->-" -*~ ment, in dem die Spannung B' = P' -r S₂ den Maximalwert passiert und der als Spitzendemodulator geschaltete Gleichrichter 7 leitend wird, der Vektor P' etwas nacheilt (P₂') gegenüber dem Vektor P. Infolge dieser Wirkung wird somit die Amplitudenmodulation A'-A bzw. B'-B der Vektoren A und B noch vergrößert, und zwar, wie aus Fig. S ersichtlich ist, ist die Amplitudenmodulation A'-A des kleineren Vektors A möhr vergrößert als die (B'-B) des größerea Vektors B. Fig. 6. zeigt wieder, wie Fig. 3, die Länge der Vektoren^ und B bzw. A' und B' als Funktion der Frequenz /, wobei wieder 'die schraffierten· Ge- iao biete den Amplitudenmodulationen der betreffenden Vektoren entsprechen. Es hat sich nun wenigstens innerhalb des Wirkungsbereiches des Frequenzmodulators als möglich erwiesen, die infolge der Verzerrung der Spannung- P' der Fig. 4 'zusätzlich herbeigeführte Amplitudenmodulation a'

bzw. V, die praktisch nur von dieser Verzerrung, d. ¹Ii. von dem Unterdrückungsfaktor des Begrenzers 2 und andererseits von dem Winkel zwischen den Vektoren^ bzw. B und dem Vektor P, d. h. von dem Verhältnis S/P abhängt, derart einzustellen, daß die Gesamtamplitudenmodulation Ä-A bzw. B'-B der Vektoren A bzw. B praktisch unabhängig von der Frequenz f wird. Ist dabei Ä-A = B'-B, so wird das demodulierte

ίο Signal A-B = A'-B' unabhängig von der unerwünschten Amplitudenmodulation.

Es ist dabei wichtig, die Kondensatoren des Filters 8 klein zu wählen, da sonst Phasenverschiebung für die !höchsten Modulationsfrequenzen zwischen den Modulationen Ä-A und B'-B entsteht, wodurch unvollständiger Ausgleich eintritt.

In der Praxis ergibt es sich, daß die Einstellung, bei der A'-A und B'-B unabhängig von der Frequenz / ,sind, erhalten wird, wenn der Unterdrückungsfaktor κ des Begrenzers 2 annähernd der Formel a = 6 P/S entspricht, wobei P wieder die Spannung über der Wicklung 9 oder im allgemeinen die gleichphasig den Gleichrichtern 6 und 7 zugeführte Spannung und 5" den mittleren Wert der über jeder der Hälften des Kreises 5 erzeugten Spannungen ^₁ bzw. S₂ oder im allgemeinen die in Gegentakt diesen Gleichrichtern 6 und 7 zugeführten Spannungen bezeichnen. Bei einem gegebenen Verhältnis P/S kann dann α entsprechend dieser Praxisformel, z. B. durch Regelung des Widerstandes des Filters 11 bzw. des Widerstandes 12 bzw. der Dämpfung des Kreises 4, eingestellt werden. Diese Regelung ist gar nicht kritisch, so daß noch wesentliche Abweichungen von der vorerwähnten Formel zulässig sind, bevor wieder eine unzulässige große Empfindlichkeit des demodulierten Signals gegen die unerwünschte Amplitudendemodulation gefunden wird.

Da die Vorderflanke der Spannung P' in Fig. 4 im allgemeinen gegenüber der Spannung P mehr voreilt als ihre Rückflanke gegenüber P nacheilt, wird auch die dieser Vorderflanke entsprechende Spannung A eine höhere Amplitudenmodulationstiefe Ä-AIA erhalten als die der Rückflanke von P' entsprechende Spannung B. Wird also derart eingestellt, daß die Amplitudenmodulationen Ä-A und B'-B unabhängig von der Frequenz f sind, so muß die Spannung^ etwas, z. B. 20%, kleiner gewählt werden als die Spannung B, damit Ä-A = B'-B sei. In der Praxis kann man dies dadurch erzielen, daß der Anzapfungspunkt 18 des Kreises 5 entsprechend asymmetrisch angebracht wird oder daß die beiden Hälften der Induktivität des Kreises S mittels eines verschiebbaren ferromagnetischen Kerns (nicht dargestellt) ungleich gemacht werden oder daß die Ausgangsklemme 20 an eine Anzapfung 21 des Ausgangsfilters 8 angeschlossen wird, oder daß vorerwähnte Maßnahmen derart kombiniert werden, daß der der Vorderflanke entsprechende Gleichrichter 6 um einen kleineren Teil zu dem demodulderten Signal beiträgt als der andere Gleichrichter 7.

Bei einer praktischen Ausführungsform hatten die Schaltungselemente nachi Fig. 1 folgende Werte: 6, 7 und 10 = Kristallgleichrichter (Durchlaßwiderstand etwa roo Ohm), 11 = 33 kOhm, 5 /^F, = kurzgeschlossen, wobei α = 6; P/S = 1; = 2 X 68 kOhm und 2 X 56 pF; Anzapfung 21 auf 18 kOhm von oben her. Erzielter Unterdrückungsfaktor mehr als 50 und sehr wenig von den normalen Änderungen des Durchlaßwiderstandes der Gkichrich'ter abhängig.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zum Demodulieren unerwünschte Amplitudenmodulationen aufweisender, frequenzmodulierter Eingangsschwingungen mit einem Amplitudenbegrenzer, auf den ein Gegentakt-Frequenzdemodulator mit zwei Resonanzkreisen, zwei Gleichrichtern, denen von diesen Kreisen abgeleitete Spannungen gleichphasig und im Gegentakt zugeführt werden, und ein diesen Gleichrichtern gemeinsames Ausgangsfilter folgt, über dem das demodulierte Signal erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Begrenzer (2) eine derartige Verzerrung der erwähnten gleichphasig den Gleichrichtern (6, 7) zugeführten Spannung (P) herbeiführt — wobei die den Gleichrichtern· (6, 7) im Gegentakt zugeführten Spannungen (S₁, S^) nahezu unverzerrt bleiben —, daß die entsprechenden, unerwünschten Amplitudenmodulationen der jedem dieser Gleichrichter (6, 7) zugeführten, resultierenden Spannungen wenigstens innerhalb des Wirkungsbereiches des Demodulators praktisch anabhängig von der Frequenz der Eingangsschwingungen sind,

2. Schaltung nach Anspruch 1, bei der der Begrenzer eine Abflachung der sinusförmigen Eingangsschwingung 'herbeiführt, wobei die erwähnten, als Spitzendemodulatoren geschalteten Gleichrichter während der Phase, in der die Abflachung erfolgt, leitend werden, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Unterdrückungsfaktor (α) des Begrenzers, der no erwähnten gleichphasigen Spannung (P) und der erwähnten Gegentaktspannung (S) etwa

die Beziehung a = 6 P/S vorliegt.

3. Schaltung naöh Anspruch 2, gekennzeichnet durch ein geringes Maß von Unsymmetrie des erwähnten Frequenzdemodulators, wobei der eine (6) der erwähnten Gleichrichter, der in einem Zeitpunkt gerade vor dem Anfang der vom Begrenzer herbeigeführten Abflachung leitend wird, um einen kleineren Teil zu dem demodulierten Signal beiträgt als der andere (7) der erwähnten Gleichrichter.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 509 670 2.56