DE2005888A1 - Elektronisch abstimmbarer HF Empfanger - Google Patents

Description

DIPL-ING. LEO FLEUCHAUS

8 MÜNCHEN 71. 10. Feb. 1970

MelchlontrtS· 42 MeinZekft.n: M79P-J27

Motorola, Inc.

9^01 West Grand Avenue

Franklin Park« Illinois

V.St.A.

Elektronisch abstimmbarer HF-Empfänger

Die Erfindung betrifft einen elektronisch abstiambaren HF-Empfänger mit einem einen Transistor umfassenden Oszillator, dessen Resonanzschwingkreis eine spannungsabhängig veränderliche Kapazität als Abstimmelement besitzt und im Basis-Emitterkreis des Transistors angeordnet ist· ™

Die Verwendung elektronisch abstiambarer HF-Empfänger, insbesondere als Auto-Empfänger, ist besonders attraktiv, da die elektronische Abstimmung die Anordnung der Abstimmeinheit in einer vom HF-Empfänger entfernt gelegenen Position aögliah macht. Soait kann die Abstimmeinheit z.B. in einer Armstütze der Fronttüren bzw. der Rücksitze dts Kraftfahrzeuges oder sonstigen Stellen angeordnet werden, die für die Abstimmung leicht zugänglich sind.

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Bei derartigen elektronisch abstimmbaren HF-Empfängern können jedoch Gleichlaufprobleme bezüglich des Oszillators "beim Abstimmen auftreten, die sich in Form eines Mitzieheffekts auf die Oszillatorfrequenz beim Empfang starker Eingangssignale auswirken. Ferner wurde festgestellt, dass die spannungsabhängig veränderliche Kapazität in Form einer Abstimmdiode im Besonanzschwingkreis des ÜberlagerungsOszillators von der vom Transistor des Oszillators in den Resonanzschwingkreis eingekoppelten Kapazität beeinfluss wird, was sich dahingehend auswirkt, dass der durchstimmbar Bereich des Resonanzschwingkreises verkleinert wird. Die Abstimmdiode kann auch von der Amplitude des vom Transistor des Überlagerungsoszillators gezogenen Stromes beeinfluss werden, wenn dieser gross genug ist, um einen Spannungsabfall an der Abstimmdiode zu erzeugen, der für eine Kapazitätsänderung und damit für eine Verstimmung des Resonanzschwingkreises ausreicht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektronisch abstimmbaren überlagerungsoszillator zu schaffen, bei dem der Resonanzschwingkreis ausreichend isoliert ist, um einen von starken Eingangssignalen ausgelösten Mitzieheffekt zu vermeiden, und bei dem das Einkoppeln der vom Transistor des Überlagerungsossillators her wirkenden Kapazität in den Resonanzschwingkreis auf ein Minimum herabgedrückt wird. Gleichzeitig soll der vom Resonanzschwingkreis gezogene Strom ebenfalls auf ein Minimum begrenzt werden.

Ausgehend, von dem eingangs'erwähnten elektronisch abstimmbaren HF-Empfänger wird diese Aufgabe erfindungsgemäss dadurch gelöst , dass die:Oleichstromvorspannung sum Abstimmen der spannungsabhängig veränderlichen Kapazität von einer Stabilisie- rungssehaltung

geliefert wird, dass im Kollektorkreis des Tran

sistors des Üb»rlagerungsOszillators ein konstanter Lastwiderstand angeordnit isft_t und dass das von^überlagerungsoszillator gelieferte Ausgangssignal von einer Entkopplungs- und Verstärkerschaltung In den O-Kreis des HT-Empfängers eingekoppelt wird.

- 2 - Weitere

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Veitere Merkmale der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Die Erfindung wird besonders vorteilhaft bei einem Überlagerungsoszillator verwirklicht, der einen !Transistor ale aktives Element und einen mit Hilfe einer spannungsabhängig veränderlichen Kapazität abstimmbaren Resonanzschwingkreis umfasst. Der Resonanzschwingkreis ist mit dem Basis-Emltterkreis des Transistors verbunden, während der Kollektor des Transistors über einen konstanten Lastwiderstand an einem Bezugspotential liegt. Das Ausgangssignal des Überlagerungsoszillators wird über eine Entkopplungs- und Verstärkerschaltung zum Mischer des HF-Empfängers übertragen. Die Abstimmung des Resonanz-8chwingkreises erfolgt mit Hilfe einer Gleichetromvorapannung, die von einer Stabfilisierungsschaltung geliefert wird·

Veitere Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungebeispieles in Verbindung mit den Ansprüchen und der aus einer Figur bestehenden Zeichnung hervor.

Gemäss der Zeichnung werden die von einem HF-Empfinger alt der Antenne 10 empfangenen Eingangssignale in einen Antennen-Resonanzkreis 11 an einem die Impedanz anpassenden Punkt der Primärwicklung 12 eingekoppelt· Der Antennen-Resonanzkreis umfasst ferner einen Trennkondensator 16, sowie eine spannungsabhängig veränderliche Kapazität 14. Die spannungsabhängig veränderliche Kapazität 14 besteht vorzugsweise aus einer Halbleiteranordnung alt einem PH-Übergang, wie sie als Varak-,tor bekannt 1st, deren Kapazität sieh proportional mit «liier angelegten Gleiehstromvorspannung ändert· Mit Hilfe der an den Varaktor angelegten eieichstromvorspannung kann die Antenne 10 Innerhalb eines bestimmten Frequenzbereiches abgestimmt werden.

- 3 - Das

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Das empfangene Signal wird sodann an einen HF-Verstärker 15 angelegt und nach der Verstärkung an einem die Impedanz anpassenden Punkt einer Primärwicklung 19 eines HP-Schwingkreises 18 in diesen eingespeist. Dieser HF-Schwingkreis 18 umfasst ferner einen Trennkondensator 22 sowie eine spannungsabhängig veränderliche Kapazität 20. Die Ausgangssignale vom HF-Verstärker 15 werden ferner dem einen Eingang eines Mischers 33 zugeführt, in welchem sie mit den Signalen eines Überlagerungsoszillators 27 gemischt werden.

Ein am Ausgang des Mischers 33 zur Verfugung stehendes W ZF-Signal wird in einem ZF-Verstärker 35 verstärkt und an schliessend in einem Detektor 37 demoduliert. Das demodulierte und in einem liF-Ver stärker 40 verstärkte Signal wird sodann zur Ansteuerung eines Lautsprechers 42 verwendet.

Der Antennen-Resonanzkreis 11 und der HF-Schwingkreis 18 sind gleichartig ufgebaut und werden auch in der gleichen Weise abgestimmt, indem nämlich die an die Kathode der spannungsabhängig veränderlichen Kapazitäten 14 und 20 angelegte Gleichetromspannung geändert wird. Diese Gleichstromspannung wird über Entkopplungswiderstände 44 und 45 von einer Leitung 47 aus angelegt, die zu dem Ausgang einer Stabilisierungsschaltung 50 verlauft.

Die Stabilieierungsschaltung 50 ist an eine nicht geregelte Spannungsversorgung B+ angeschlossen, so dass die Versorgungsspannung an einem ersten Widerstand 51 und einer Zener-Diode 52 wirksam wird, die mit der einen Seite an Hasse liegt. An dieser Zener-Diode 52 entsteht eine erste stabilisierte Spannung· Diese Spannung wird wiederum über einen zweiten'Widerstand 54 an eine zweite Zener-Diode 55 angelegt, an der sich eine stabilisierte Spannung einstellt, die an einem Spannungsteiler anliegt, der aus den Widerständen 57« 58 und 59 besteht.

- 4 - Der

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Der Widerstand 58 ist als Potentiometer ausgeführt, dessen Abgriff über eine Siliciumdiode 60 mit der Leitung 47 verbunden ist. Die Charakteristik der Siliciumdiode 60 wird derart ausgewählt, dass sie eine Temperaturkompensation für die Dioden bewirkt, die als spannungsabhängig veränderliche Kapazitäten und 20 Verwendung finden, und deren Betriebsverhalten sich in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur ändert. Eine weitere Stabilisierung der am Abgriff des Potentiometers zur Verfügung stehenden Spannung erfolgt mit Hilfe einer FiIterschaltung, die zwischen der Kathode der Siliciumdiode 60 und Masse liegt und aus einer Parallelschaltung eines Kondensators und eines ^ Widerstandes 63 besteht. Diese Filterschaltung dient der Beseitigung einer eventuellen der am Potentiometer abgegriffenen Ausgangsspannung überlagerten Welligkeit.

Um einen in seiner Gesamtheit elektronisch abstimmbaren HF-Empfänger zu schaffen, besitzt der Überlagerungsoszillator 27 einen Resonanzschwingkreis 70, in dem ebenfalls eine spannungsabhängig veränderliche Kapazität 71 neben einem Trennkondensator 72 und einer in drei Wicklungsabschnitte unterteilt*. Spule 74 vorgesehen sind· Ferner ist ein weiterer Kondensator 75 zwischen den Verbindungspunkt des Trennkondensators · 72 und das eine Ende der Spule 74 geschaltet, wobei gleichzeitig ein weiterer den Trennkondensator und die spannungsab- f hängig veränderliche Kapazität überbrückender Kondensator 76 nach Hasse liegt. Der Resonanzschwingkreis 70 ist -vonf&en Kondensatoren 75 und 76 abgesehen in gleicher Weise wie der Antennen-Resonanzkreis 11 und der HF-Schwingkreis 18 aufgebaut und wird auch in derselben Weise betrieben, indem nämlich die Gleichstromvorspannung zur Abstimmung des Resonanzschwingkreises 70 vom Abgriff des aus einem Potentiometer bestehenden Widerstandes 58 über die Siliciumdiode 60 und einen Entkopp lungswiderstand 78 aus angelegt wird. Die Kondensatoren 75 und 76 Sind noWendig, um zusätzliche Streukapazitäten vorzusehen, und um den Resonanzschwingkreis 70 in der Weise abstimmen zu

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können, dass die Abstimmung synchron zu der des Antennen-Resonanzkreises 11 und des HP-Schwingkreises 18 erfolgt.

Das aktive Element des Überlagerungsoszillators 27 besteht aus einem PNP-Transistor 80, an dem eine Gleichstrom-Betriebsspannung anliegt, die an der zweiten Zener-Diode 55 abgegriffen und der Basis über einen Widerstand 81 und dem Emitter über einen Widerstand 82 zugeführt wird. Die Basis des Transistors 80 ist ferner über einen Widerstand 83 mit Masse verbunden.

Für den Betrieb eines Resonanzschwingkreises, bei welchem spannungsabhängig veränderliche Kapazitäten, z.B. in der Form von Varaktor-Dioden Verwendung finden, ist es wünschenswert, die WechselStromspannung an der Diode auf eine möglichst kleina Amplitude zu begrenzen, da die Diode bei hohen Wechselstromsignalpegeln dazu neigt, diese Signale gleichzurichten. Dies verursacht eine Änderung der an der Diode in Erscheinung tretenden Vorspannung, welche ihrerseits eine Verstimmung des Resonanzschwingkreises bewirkt. Eine derartige Verstimmung würde eine erhebliche Verschlechterung der Funktionsweise des HF-Empfängers bewirken, da der Resonanzschwingkreis 70 eines derartigen Überlagerungsoszillator im Gleichlauf mit dem Antennen-Resonanzkreis 11 und dem HF-Schwingkreis 18 abgestimmt werden muss.

Wenn sich ein Schwingkreis im Resonanzsustand befindet, stellt dieser bekanntlich einen reinen ohmischen Widerstand dar. Wenn also ein solcher Schwingkreis als Resonansschwingkreis 70 im Kollektorkreis eines Transistors angeordnet ist, bildet sich an diesem auf &rund des durch den Transistor fliessenden Stromes ein erheblicher Spannungsabfall aus, der am Resonanz- Schwingkreis in Erscheinung tritt. Dieser Spannungsabfall wirkt auf die epannnkgfabhängig veränderliche Kapazität 71 und bewirkt, wenn der Spannungsabfall gross genug ist, eine Verstimmung des Resonansschwingkreises.

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Un den über einen Resonanzschwingkreis bei der Resonanz fliessenden Strom so klein wie möglich zu halten, wird die Spule 74 in drei Wicklungsabschnitte unterteilt und »it zwei Abgriffen 88 und 89 versehen. Der eine Abgriff 88 ist über einen Koppelkondensator 85 mit der Basis des Transistors 80 verbunden, während der andere Abgriff 89 über einen Rückkopplungskondensator 87 an den Baitter des Transistors 80 angeschlossen ist. Da der Basisstrom wesentlich niederer ist als der Kpllektorstroa eines Transistors bei einem gegebenen Betriebspegel, ist der vom Transistor gezogene und am Resonanzschwingkreis 70 wirksame Strom wesentlich niederer als bei ^ dem ResonanzSchwingkreis 70, der unmittelbar in dem Kollektor- ' kreis des Transistors 80 angeordnet wäre. Damit kann der Spannungsabfall am Re.. ^nanzschwingkreis 70 wesentlich niederer gehalten werden, als wenn der Reaonanzachwingkreis insgesamt im Kollektorkreis des Transistors angeordnet wäre.

Venn der Basis-Öiitterkreis eines Transistors parallel zum Resonanzschwingkreis 70 liegt, wird die verhältnlemäesig hohe Kapazität der Basisschaltung is* wesentlichen parallel zum Abstimmkondensator, d.h. der spa^r, aage abhängig veränderlichen Kapazität 71 des ReaonanzecnwiB^ki-ä.leee geschaltet* Daraus ergibt sich, dass man eine umso gröeeere Begrenzung des für eine gegebene spannungsabhängig veränderliche Kapazität 71 ä möglichen Abstimmbereichee erhält, je grosser die Kapazität der Trans is torschaltung ist. ^e besteht somit sin Interesse, die vom Transistor 80 in den Hesonansssohwinäkreis 7C eingekuppelte Kapazität so «reit wie möglich zu verringern. Dies wird durch di· Verwendung der beiden Abgriffe 88 und 89 erzielt, mit welchen der Xcppelkondeneator '5 an die Basis und der Rückkopplungskondensator 37 an &jn Biiitar des Traneietors 80 angeschlossen werden. Da £>& Anagangeßigaai dee Reeonmnz-SQhwingkreises 70 somit nur toü ei&etö i*il der Spule 74 erhalten wird, wird auch die reflektierte Kapazität des Transistors 80 nur an eiaam kleinen Abschnitt der Spule 74 wirksam,

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so dass auch die auf die Bpannungsabhängig veränderliche Kapazität eingekoppelte Parallelkapazität entsprechend verringert wird. Die Abgriffe 88 und 89 sind so weit voneinander entfernt, dass ein gerade ausreichendes Signal vom Resonanzschwingkreis 70 zur Steuerung des Transistors 80 abgeleitet werden kann. Damit ist es möglich, die Schaltung im schwingenden Zustand zu halten, während ein grösstmöglicher Frequenzbereich für die Abstimmung bei einer gegebenen spannungsabhängig veränderlichen Kapazität 71 zur Verfügung steht.

Um zu verhindern, dass eine veränderliche Belastung ebenfalls eine entsprechende Änderung der vom Transistor 80 auf die spannungsabhängig veränderliche Kapazität 71 einwirkenden Gleichstromsignale bewirkt, ist der Kollektor des Transistors 80 über einen Widerstand 90 mit Masse verbunden. Damit wird eine konstante Gleichstrombelastung für den Transistor 80 verursacht, so dass Laständerungen, wie sie bei einer Ubertragerkopplung auftreten würden,keine Verschlechterung der Abstimmung des Resonanzschwingkreises 70 verursachen können.

Die vom Emitter des Transistors 80 erhaltenen Signale mit niederem Signalpegel werden über einen Koppelkondensator 92 an die Basis eines als Verstärker geschalteten Transistors 93 angelegt. Der Emitter und die Basis dieses Transistors werden mit den nötigen Gleichstrom-Betriebsspannungen von einem Spannungsteiler aus versorgt, der aus zwei Widerständen 94 und 95 besteht und parallel zur Zener-Diode 52 liegt. Das an den Emitter des Transistors 93 über einen Koppelwiderstand 96 angelegte Potential wird vom Verbindungspunkt der Zener-Diode 52 mit dem Widerstand 94 abgegriffen, wogegen der Kollektor des Transistors 93 über einen Widerstand 98 an Massepotential liegt.

Die vom Kollektor des Transistors 93 abgegriffenen verstärkten Ausgangssignale werden über einen Koppelkondensator 100 an die Basis eines als Emitterfolger geschalteten NPN-Transistors 101

- 8 - übertragen

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übertragen. Die Betriebsspannungen für die Basis und den Kollektor des Transistors 101 werden ebenfalls von einem Spannungsteiler abgegriffen, der aus drei Widerständen 102, 103 und besteht, die parallel zur Zener-Diode 52 nach Masse geschaltet sind. Der Emitter des Transistors 101 liegt über einen Emitterwiderstand 105 an Masse und über einen Koppelkondensator 107 am zweiten Eingang des Mischers 33·

Der als Verstärker geschaltete Transistor 93 ist notwendig, um den niederen Ausgangspegel des Oszillators vom Transistor 80 auf den erforderlichen Pegel anzuheben. Überdies wird der als Emitterfolger geschaltete Transistor 101 dazu benutzt, um den Mischer 33 von dem Überlagerungsoszillator zu entkoppeln. Dies ist deshalb vorgesehen, um einen Mitzieheffekt für das Oszillatorsignal zu verhindern, indem nämlich auf Grund eines starken Eingangssignals an der Antenne 10 durch das Zurückkoppeln der Gleichstromsignale vom Mischer 33 zum Besonanzschwingkreis 70 diese Signale am anderen Eingang des Mischers 33 auftreten. Wenn diese Isolierung durch de» Transistor 93 und den Emittafolgertransistor 101 mit den entsprechenden Koppelschaltungen nicht verwendet würde, könnte eine Verstimmung des Resonanzschwingkreises 70 auf Grund von Änderungen in dem reflektierten Gleichstromspannungspegel auftreten, der vom Mischer 33 aus auf den Transistor 80 einwirkt·

Die Vorteile eines elektronisch abgestimmten Oszillators gemäss der Erfindung bestehen in einer erheblichen Verringerung von Gleichlaufproblemen, welche bei der Verwendung derartiger abgestimmter Schwingkreise in Verbindung mit anderen elektronisch abgestimmten Kreisen in einem HP-Empfänger auftreten. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die erfindungsgemässe Schaltung sowohl temperatur- als auch spannungsstabilisiert ist und eine gute Frequenzstabilisierung besitzt. Ferner werden Mitzieheffekte auf Grund starker Eingangssignale für den Oszillator beseitigt. Daneben ist nach wie vor der mit einer lernab-

- 9 - Stimmung

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stiaaung verbundene Vorteil neben der Verringerung des Platzbedarfe durch die Beseitigung von mechanischen Abstimmelementen vorhanden.

- IO - Patentansprüche

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Claims (1)

1. DIPL-ING. LEO FLEUCHAUS

   • MÖNCHEN 71, 10· Wh* I97O

   Μ·ΙοΜοτΜτ·β« 42

   Patentansprüche

   Elektronisch abstiaabarer HF-Eapftnger alt elnea Mischer und einem einen Transistor umfassenden Oberlagerungaossillator, dessen Besonanischvingkreis eine apannungsabhlngig reränderliche Kapazität als Abstimmelement beaitst und la Basis-Kaltterkrela des Transistors angeordnet ist, dadurch gekenn«eichnet, dass die αϊeichatromvorspannung iua Abstimmen der spannungaabhängig ▼eränderllohen Kapasität (71) von einer Stabiliaierungaachaltung ($0) geliefert wird, da·· la Kollektorkrel· de· Transistors (80) de· überlegerungaoaiillator* (27) ain konstanter Testwiderstand (90) angeordnet let, und da·· das voa OberlagerungaosBillator gelieferte Auagangssignal ▼on einer Entkopplung·- und Yeratärkeraohaltung (92, 951 101, 107) in den Hf-Krei· des ET-Xapflngers eingekoppelt wird.

   2. HP-Empfänger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der konstante Lastwiderstand la KoIlaktorkreis des Transistors (80) des Überlagerungaossillators aus einem bestimmten ohmisohen Widerstand besteht, der swisohen dea Kollektor des Transistors und einem Besugspotentlal liegt.

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   U0988A/1391 BADORIQ)NAL

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   3· HF-Empfänger nach Anspruch I₁ dadurch g e k β η η - . zeichnet, dass die spannungsabhängig veränderliche Kapazität (71) aus einer in Sperrichtung betriebenen Diode besteht, deren Kapazität in Abhängigkeit von einer Gleichstromvorspannung veränderbar ist.

   4. HF-Empfänger nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, dass die Entkopplungs- und Verstärkerschaltung einen mit dem Transistor (80) des Uberlagerungs-

   ' Oszillators wechselstromgekoppelten Transietorverstärker (93) umfasst, dessen Ausgangssignal über einen wechselstromgekoppelten, als Emitterschalter betriebenen Transistor (101) an den Mischer (33) anlegbar ist.

   5. HF-Empfänger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Resonanzschwingkreis des Überlagerungsoszillators (27) eine zwei Abgriffe (88, 89) umfassende Spule (7*0 aufweist, dass die Basis des Transietors (80) des Überlagerungsoszillators mit dem einen Abgriff (88) und der Emitter des Transistors mit dem anderen Abgriff (89) verbunden let, und dass die beiden Abgriffe (88, 89) weit genug voneinander entfernt sind, um die für die Ansteuerung des Transistors erforderliche Energie zu liefern, wobei jedoch gleichzeitig die Abgriffe derart angeordnet sind, dass die in den Resonanzschwingkreis eingekoppelte Kapazität der Transietorschaltung auf ein Minimum reduziert ist.