DE1213492B

DE1213492B - Frequency converter or amplitude modulator using two push-pull transistors

Info

Publication number: DE1213492B
Application number: DEW32160A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Guenther Hoffmann
Original assignee: GOLTERMANN
Current assignee: GOLTERMANN
Priority date: 1962-04-28
Filing date: 1962-04-28
Publication date: 1966-03-31

Description

Frequerzumsetzer bzw. Amplitudenmodulator unter Verwendung zweier im Gegentakt arbeitender Transistoren Die Erfindung betrifft einen klirr- und rauscharmen Frequenzumsetzer mit frequenzunabhängiger Mischsteilheit.Frequency converter or amplitude modulator using two transistors operating in push-pull mode. The invention relates to a transistor with low distortion and low noise Frequency converter with frequency-independent mixing slope.

Ein idealer Modulator bzw. Frequenzumsetzer soll die Signalspannung im Rhythmus der Trägerspannung zerhacken oder umpolen. Dabei soll er in beiden Schaltphasen eingangs- und ausgangsseitig linear sein.The signal voltage should be an ideal modulator or frequency converter chop or reverse polarity in the rhythm of the carrier voltage. It should be in both switching phases be linear on the input and output side.

Übliche Diodenmodulatoren werden meist als Gegentakt- oder Doppelgegentakt-(Ring-)modulatoren ausgeführt und kommen dann dem idealen Modulator nahe. - Der wesentliche Nachteil derartiger Schaltungen besteht darin, daß zwischen deren Eingang und Ausgang eine Dämpfung vorhanden ist, während in der Regel eine Verstärkung erwünscht ist. Außerdem ist eine Rückwirkung zwischen Ausgangskreis und Eingangskreis vorhanden. Nachteilig ist auch, daß wenigstens zwei Gegentaktübertrager erforderlich sind.Conventional diode modulators are mostly used as push-pull or double push-pull (ring) modulators and then come close to the ideal modulator. - The main disadvantage such circuits is that between their input and output a Attenuation is present, while amplification is usually desired. aside from that there is a reaction between the output circuit and the input circuit. Disadvantageous is also that at least two push-pull transformers are required.

Die bekannten Röhren- oder Transistoreintaktmodulatoren haben die Nachteile einer beschränkten Linearität und daß keine Trägerunterdrückung vorhanden ist.The known tube or transistor single-ended modulators have the Disadvantages of limited linearity and that there is no carrier suppression is.

Die weiterhin bekannten Röhren- oder Transistorgegentaktmodulatoren (F i g. 1), die mit einer sinusförmigen Spannung angesteuert werden, sind mit dem Nachteil behaftet, daß der Spitzenstrom der Mischtransistoren von der Trägerspannungsamplitude abhängig ist, weshalb Mischsteilheit, Symmetrie, Linearität und Rauschen trägerspannungsabhängig sind. Eine derartige Schaltung besitzt in ihren Extremlagen, nämlich bei gesperrten und bei vollleitenden Transistoren, im letzten Fall infolge der dort wirksamen Emittergegenkopplung, eine hohe Linearität. Im Übergangsgebiet zwischen diesen beiden Extremlagen ist die Linearität jedoch schlechter. Wählt man dabei die Amplitude der (sinusförmigen) Trägerspannung relativ groß, so ergibt sich zwar eine bessere Linearität, aber ab gewissen Werten ein größeres Rauschen.The well-known tube or transistor push-pull modulators (Fig. 1), which are driven with a sinusoidal voltage, are with the The disadvantage is that the peak current of the mixer transistors depends on the carrier voltage amplitude is dependent, which is why the mixing slope, symmetry, linearity and noise are dependent on the carrier voltage are. Such a circuit has in its extreme positions, namely when blocked and in the case of fully conducting transistors, in the latter case due to the emitter negative feedback that is effective there, high linearity. In the transition area between these two extreme positions is however, the linearity is worse. If you choose the amplitude of the (sinusoidal) Carrier voltage is relatively large, this results in better linearity, but from certain values have a higher level of noise.

Es sind auch Gegentaktmodulatoren bekannt, bei denen ein rechteckförmiger Träger verwendet wird. Diese Modulatoren vermeiden zwar wesentliche Nachteile der mit einer sinusförmigen Trägerspannung gesteuerten Anordnungen, da hierbei das übergangsgebiet zwischen leitenden und gesperrtem Transistoren unter Beibehaltung der in den Extrernlagen vorhandenen hohes. Linearität schnell durchfahren wird, sie sind aber durch die Anwendung einer üblichen Trägerspeisung noch mit Nachteilen behaftet und deshalb nicht für alle Zwecke brauchbar. Die Erfindung betrifft einen von einem rechteckförmigen Träger gesteuerten Frequenzumsetzer bzw. Amplitudenmodulator unter Verwendung zweier im Gegentakt arbeitender Transistoren, deren Basisanschlüsse mit dem Signaleingangskreis, deren Kollektoranschlüsse mit dem Signalausgangskreis und deren Emitter direkt oder gegebenenfalls über je einen Gegenkopplungswiderstand miteinander verbunden sind, und die Nachteile der bekannten Schaltungen werden dadurch vermieden, daß dem Verbindungspunkt der beiden Emitier der Transistoren oder der Gegenkopplungswiderstände über eine an sich bekannte, mit zwei emittergekoppelten Transistoren aufgebaute Begrenzerschaltung ein rechteckförmiger Trägerstrom hochohmig und galvanisch zugeführt wird, wobei in der Verbindungsleitung zwischen dem Kollektor des Ausgangstransistors der Begrenzerschaltung und dem Verbindungspunkt keine frequenzabhängigen Schaltelemente vorhanden sind.There are also push-pull modulators known in which a rectangular Carrier is used. These modulators avoid major disadvantages of the with a sinusoidal carrier voltage controlled arrangements, as this is the transition area between conducting and blocked transistors while maintaining the in the extreme locations existing high. Linearity is passed through quickly, but they are due to the Use of a conventional carrier feed still has disadvantages and therefore not usable for all purposes. The invention relates to one of a rectangular shape Carrier-controlled frequency converter or amplitude modulator using two push-pull transistors whose base connections are connected to the signal input circuit, their collector connections to the signal output circuit and their emitter directly or are connected to each other via a negative feedback resistor, if applicable, and the disadvantages of the known circuits are avoided in that the connection point of the two emitters of the transistors or the negative feedback resistors via one known limiter circuit constructed with two emitter-coupled transistors a rectangular carrier current is supplied with high resistance and galvanically, wherein in the connection line between the collector of the output transistor of the limiter circuit and there are no frequency-dependent switching elements at the connection point.

In F i g. 2 ist eine Anordnung nach der Erfindung dargestellt. Das umzusetzende Signal gelangt über einen Eingangsübertrager 0, an die Basisanschlüsse der Transistoren Ti und T.,. Die Kollektoranschlüsse dieser Transistoren sind mit einem Ausgangsübertrager Ü, verbunden. Die Emitter von T, und T" können entweder direkt oder (wie in F i g. 2 gezeichnet) über je einen Gegenkop plungswiderstand R1 und R., miteinander verbunden ,-erden. Mit dem Verbindungspunkt c der Widerstände I21 und R= ist direkt, ohne Zwischenschalten von (frequenzabhängigen) Schaltelementen des h.e'.lektor des Ausgangstransistors I',1 der an sich bel_annten emittergekoppelten Begrenzerschaltung verbunden. Die sinusförmige Trägerspannung wird an die Klemmen a und b gelegt. Diese Schaltungsanordnung unterscheidet sich von der (in F i g. 1 dargestellten) bekannten dadurch, daß die Transistoren T1 und T2 mit einer rechteckförmigen Trägerspannung gesteuert werden und- diese Spannung von einer aus den Transistoren T3 ud@4 bestehenden Begrenzerschaltung geliefert wird, wobei der Kollektor des Ausgangstransistors T4 direkt mit dem Verbindungspunkt der Gegenkopplungswiderstände R1 und R2 verbunden ist.In Fig. 2 shows an arrangement according to the invention. The signal to be converted reaches the base connections of the transistors Ti and T. , Via an input transformer 0. The collector connections of these transistors are connected to an output transformer Ü. The emitters of T 1 and T ″ can either be connected to one another directly or (as shown in FIG. 2) via a negative coupling resistor R1 and R. The sinusoidal carrier voltage is applied to terminals a and b. This circuit arrangement differs from that (in F i g. 1) known in that the transistors T1 and T2 are controlled with a square-wave carrier voltage and this voltage is supplied by a limiter circuit consisting of the transistors T3 and @ 4, the collector of the output transistor T4 being connected directly to the junction of the Negative feedback resistors R1 and R2 is connected.

Durch die Verwendung einer rechteckförmigen Trägerspannung wird erreicht, daß das Übergangsgebiet zwischen leitenden und gesperrten Transistoren (T1, T2) unter Beibehaltung der in den Extremlagen vorhandenen hohen Linearität schnell durchfahren wird.The use of a square-wave carrier voltage ensures that the transition area between conductive and blocked transistors (T1, T2) is passed through quickly while maintaining the high linearity present in the extreme positions.

Dadurch, daß die Verbindungsleitung zwischen dem Kollektor des Ausgangstransistors T4 der Begrenzerschaltung und dem Verbindungspunkt c keinerlei Schaltelemente enthält und somit sehr kapazitätsarm ausgeführt werden kann, ist der beschriebene Frequenzumsetzer bis zu sehr hohen Frequenzen geeignet.In that the connection line between the collector of the output transistor T4 of the limiter circuit and the connection point c does not contain any switching elements and thus can be designed with very little capacitance, is the frequency converter described suitable up to very high frequencies.

Bei der bekannten Schaltung nach F i g. 1 werden zur Einkopplung der Trägerspannung zusätzliche Bauelemente, meistens Übertrager verwendet, die dabei auftretenden Streukapazitäten oder -induktivitäten schränken die Anwendung einer rechteckförmigen Trägerspannung stark ein oder schließen sie aus. Auch sind bei den bekannten Schaltungen zusätzliche Maßnahmen erforderlich, um den mittleren Strom durch die Mischtransistoren T1, T., zu stabilisieren, weshalb die Anordnung nach der Erfindung gegenüber den bekannten Schaltungen nicht nur Vorteile in der elektrischen Funktion ergibt, sondern auch mit einem Minimum an Bauelementen auskommt.In the known circuit according to FIG. 1 are used to couple the Carrier voltage additional components, mostly transformers used in the process Occurring stray capacitances or inductances limit the application of a rectangular carrier voltage strongly or exclude it. Also are at the known circuits require additional measures to keep the average current by the mixer transistors T1, T., to stabilize, which is why the arrangement according to the invention over the known circuits not only has advantages in the electrical Function results, but also gets by with a minimum of components.

Die erfindungsgemäße Schaltung bietet nicht nur den Vorteil einer hohen Linearität, sondern die hochohmige emitterseitige Trägerstromspeisung hat ferner zur Folge, daß eine basisseitige Gleichtaktspeisung des Mischers wirkungslos ist, da hierbei weder eine Rückwirkung auf den Trägerstrom (hoher Kollektorinnenwiderstand von T4) noch eine Beeinflussung der Stromverteilung auf beide Mischtransistoren, noch eine Wirkung auf den Ausgangskreis (hohe Kollektorinnenwiderstände von T1, 72) auftreten kann. Das Signal kann deshalb auch unsymmetrisch zugeführt werden (F i g. 3), da die unsymmetrische Speisung als Überlagerung der bisherigen Gegentaktspeisung mit einer zusätzlichen, aber unwirksamen Gleichtaktspeisung aufgefaßt werden kann. Damit ist die Schaltung besonders für sehr breitbandige Eingangssignale geeignet, für die ein Übertrager nur schwer herzustellen wäre.The circuit according to the invention not only offers the advantage of high linearity, but the high-resistance emitter-side carrier current feed also has the consequence that a base-side common-mode feed of the mixer is ineffective, since this neither affects the carrier current (high internal collector resistance of T4) nor influences the current distribution on both mixer transistors, an effect on the output circuit (high internal collector resistances of T1, 7 2 ) can occur. The signal can therefore also be fed in asymmetrically (FIG. 3), since the asymmetrical feed can be viewed as a superposition of the previous push-pull feed with an additional but ineffective common-mode feed. This makes the circuit particularly suitable for very broadband input signals for which a transformer would be difficult to manufacture.

Für Fälle, in denen keine besondere Trägerspannungsquelle vorhanden ist, kann nach einer Ausgestaltung der Erfindung die emittergekoppelte Begrenzerschaltung zu einer Oszillatorschaltung ergänzt werden, dergestalt, daß der Transistor T3 gleichzeitig in einer frei schwingenden Oszillatorschaltung betrieben wird. Diese Möglichkeit ist in F i g. 2 gestrichelt angedeutet. Bei dem Frequenzumsetzer nach der Erfindung ist ein sehr schneller Übergang vom gesperrten in den leitenden Zustand der Mischtransistoren möglich, während der umgekehrte Übergang (vom leitenden in den gesperrten Zustand) etwas mehr Zeit erfordert, weil die in den Mischtransistoren vorhandenen Ladungsträger nur über den Kollektorkreis abgeführt werden können. Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung (F i g. 4) kann der Sperrvorgang dadurch beschleunigt werden, daß dem Trägerstrom ein im Vergleich zu diesem umgekehrter Gleichstrom überlagert wird. Dieses wird durch das Einschalten eines Widerstandes R., erreicht. Durch diese Maßnahme geht der Sperrvorgang wesentlich schneller vonstatten, als dies bei der vorher geschilderten Anordnung der Fall ist. Dabei kann allerdings in der Sperrphase ein Emitterbasissperrstrom auftreten und auf den Eingangskreis zurückwirken. Dieser Sperrstrom kann durch Einschalten einer Diode D zwischen den Verbindungspunkt c und Masse unterdrückt werden.For cases in which there is no special source of carrier voltage is, according to one embodiment of the invention, the emitter-coupled limiter circuit be added to an oscillator circuit, such that the transistor T3 simultaneously is operated in a freely oscillating oscillator circuit. This possibility is in Fig. 2 indicated by dashed lines. In the frequency converter according to the invention is a very fast transition from the blocked to the conductive state of the mixer transistors possible during the reverse transition (from the conductive to the blocked state) requires a little more time because of the charge carriers present in the mixer transistors can only be discharged via the collector circuit. According to another embodiment the invention (F i g. 4), the locking process can be accelerated that a direct current, which is the opposite of this, is superimposed on the carrier current. This is achieved by switching on a resistor R. By this measure the locking process takes place much faster than with the previously described one Arrangement is the case. In this case, however, an emitter-base reverse current can occur in the blocking phase occur and have an effect on the input circuit. This reverse current can be switched on a diode D between the connection point c and ground can be suppressed.

Claims

Claims: 1. Controlled by a rectangular carrier Frequency converter or amplitude modulator using two push-pull working Transistors, their base connections with the signal input circuit, their collector connections with the signal output circuit and its emitter directly or possibly via each a negative feedback resistor are connected to one another, characterized in that that the connection point (e) of the two emitters of the transistors (T1, T.,) or the negative feedback resistors (R1, R.) via a known per se, with two emitter-coupled Transistors (T3, T4) built-up limiter circuit a rectangular carrier current is supplied with high resistance and galvanically, with in the connecting line between the collector of the output transistor (T4) of the limiter circuit and the connection point (e) there are no frequency-dependent switching elements.

2. Frequency converter according to claim 1, characterized in that the input signal of the mixer circuit is fed asymmetrically, so only to the base of a transistor (T1) the signal voltage arrives, while the base of the other transistor (T2) is connected to ground.

3. Frequency converter according to claim 1, characterized in that a transistor (T3) of the limiter circuit is operated simultaneously in a freely oscillating oscillator circuit.

4. Frequency converter according to claim 1, characterized in that between the connection point (c) and the operating voltage source has a resistor (R3) and between this connection point (c) and ground a diode (D) is connected. Considered publications: U.S. Patent Nos. 2,832,051, 3,027,522.