DE2124655A1

DE2124655A1 - Schaltungsanordnung zur klirrarmen Regelung der Ausgangsspannung eines Frequenzerzeugers

Info

Publication number: DE2124655A1
Application number: DE19712124655
Authority: DE
Inventors: Erhard Dr.techn. 8000 München. P Steiner
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1971-05-18
Filing date: 1971-05-18
Publication date: 1972-11-30
Also published as: DE2124655B2; SE378721B; DE2124654B2; IT956263B; NL7206336A; NL149344B; CH538785A; DE2124655C3; AU459773B2; DE2124654C3; AU4074372A; JPS5219950B1; DE2124654A1

Description

Schaltungsanordnung zur klirrarmen Regelung der Ausgangsspannung eines Frequenzerzeugers

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur klirrarmen Regelung der Ausgangsspannung eines Frequenzerzeugers, dessen Frequenz durch Mischung in einem Modulator gewonnen ist und der einen gegengekoppelten Endverstärker mit niedrigem Innenwiderstand enthält. Eine derartige Schaltungsanordnung kann insbesondere zur Erzeugung von Träger- oder Pilotfrequenzen dienen.

Bei der Ableitung der in einer Einrichtung zur Trägerversorgung zu erzeugenden Frequenzen mit den Mitteln der Frequenzsynthese wird die gewünschte Träger- oder Pilotfrequenz häufig durch Mischung aus zwei Hilfsfrequenzen gewonnen.'Man kann einen derartigen Frequenzerzeuger insbesondere entsprechend Fig. 1 ausbilden. Bei diesem Frequenzerzeuger erfolgt die Mischung der Hilfsfrequenzen f-. und fp im Modulator 1, dessen Ausgangssignal das gewünschte Mischprodukt f, enthält. Dieses wird mit dem Bandpaß 2 ausgesiebt und steuert den Träger- bzw. Pilotverstärker 3'» der im wesentlichen aus einer Regelstufe 31 und einer Endstufe 33 besteht.

Für die automatische Ersatzschaltung bei eventuellen Ausfällen ist ein Umschaltekontakt 4 vorgesehen, der von einer Pegelüberwachung gesteuert wird und die Verbindung mit der an die Verbraucher führenden Leitung herstellt. Um die Einschwingvorgänge beim Umschalten

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zu dämpfen, ist ein niederohmiger Innenwiderstand des Verstärkers erforderlich. Er wird am "besten durch Gegenkopplung realisiert. Zusätzlich erleichtert die Gegenkopplung das Einhalten der geforderten Klirrdämpfung.

Die Konstanz der Ausgangsspannung U. erzielt man durch Rückwärtsregelung. Sie erfolgt in der Weise, daß durch Gleichrichtung eine der Ausgangsspannung proportionale Gleichspannung TJq gewonnen wird, aus der- man durch Differenzbildung mit einer konstanten Gleichspannung U-vr eine Regelspannung IL. ableitet. Die Regelspannung ™ steuert, z.B. durch Arbeitspunktverschiebung, die Verstärkung der Regelstufe.

Die in der R_egelstufe durch nichtlineare Verzerrungen erzeugten Klirrfrequenzen müssen mit einem Bandpaß 32 unterdrückt werden, da die Regelstufe ja nicht in die klirrdämpfende Gegenkopplung des Verstärkers mit einbezogen werden kann.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Schaltungsanordnung zur klirrarmen Regelung der Ausgangsspannung eines Frequenzerzeugers ^u schaffen, bei der zur Ge-A währleistung eines großen Klirrabstandes ein möglichst geringer Aufwand erforderlich ist.

Gemäß der Erfindung wird die Schaltungsanordnung zur Lösung dieser Aufgabe derart ausgebildet, daß der Modulator durch einen aktiven Modulator mit durch eine Steuerspannung steuerbarer Mischverstärkung gebildet ist, und daß die Steuerspannung durch Vergleich der gleichgerichteten Ausgangs spannung des über ein Filter unmittelbar an den Modulatorausgang angeschlossenen, über alle Stufen gegengekoppelten Endverstärkers mit einer Vergleichsspannung gewonnen ist. Durch

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BAD ORJGINAL

diese Maßnahmen ergi"bt sich der Vorteil, daß die Konstanthaltung des Ausgangspegels in Verbindung mit einem niedrigen Innenwiderstand und zugleich großer Klirrdämpfung auf besonders einfache Weise erzielt wird.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird die Schaltungsanordnung derart ausgebildet, daß der Gegentaktmodulator durch einen Differenzverstärker, der zwei emitterseitig zusammengeführte Transistoren enthält, und eine in der gemeinsamen, an einen Anschluß einer Versorgung sspannungs quelle geführten Emitterzuleitung der Transistoren angeordnete, mit zwei weiteren Transistoren auf- I gebaute Kaskodeschaltung gebildet ist, und daß die Basis eines der beiden im Differenzverstärker enthaltenen Transistoren den Signaleingang, der Basisanschluß des emitterseitig am Anschluß der Versorgungsspannungsquelle liegenden Transistors der Kaskodeschaltung den Trägereingang und der andere Transistor der Kaskodeschaltung den Steuereingang bildet, und daß die Schaltungsanordnung derart bemessen ist, daß der an der Basis mit dem Träger beaufschlagbare Transistor ein durch den Träger in die Sättigung steuerbarer Schalter ist und daß die drei weiteren Transistoren im ungesättigten Bereich arbeiten.

Die Erfindung wird anhand der in den Fig. 2 bis 3 gezeigten Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Es zeigen

Fig. 1, wie eingangs bereits näher erläutert, einen Trägererzeuger mit besonderem Regelverstärker,

Fig. 2 einen Trägererzeuger mit geregeltem Modulator,

Pig. 3 einen Trägererzeuger, bei dem Maßnahmen zur Festlegung des Arbeitspunktes bei fehlender Regelspannung und zur Temperaturkompensation vorgesehen sind.

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Bei dem Frequenzerzeuger nach. Pig. 2 werden wie "bei der Schaltungsanordnung nach Pig. 1 im Modulator 1 die Frequenzen f₁ und f₂ gemischt. An den Modulator 1 schließen sich der Bandpaß 2 und der Verstärker 3 an. Die Ausgangsspannung des Verstärkers 3 wird in der G-leichrichterschaltung 5 gleichgerichtet. Die dabei gewonnene Gleichspannung TJ₀ wird im ■ Vergleicher 6 mit der Vergleichsspannung Ujj verglichen. Die so erzeugte Differenzspannung wird dem Modulator 1 als Regel- "bzw. Steuerspannung U_R zugeführt.

Die Regelung der Verstärkung erfolgt im Modulator. Das zur Nebenwellenunterdrückung.ohnehin vorhandene Modulationsfilter 2 liefert eine sehr klirrarme Steuerspannung und der Trägerverstärker 3 kann über alle Stufen gegengekoppelt werden.

Bei dieser Schaltungsanordnung sind im Verstärker die Regelstufe und ein weiteres Pilter zur Selektion für die Unterdrückung der Klirrfrequenzen, die in der Regelstufe entstehen wurden, eingespart. Der Prequenzerzeuger eignet sich insbesondere zur Erzeugung von Träger- oder Pilotfrequenzen für Trägerfrequenzsysteme.

In Pig. 3 ist ein entsprechend der Schaltung nach. Pig. aufgebauter Frequenzerzeuger gezeigt. Dieser Frequenzerzeuger enthält einen in der Mischverstärkung steuerbaren Modulator 1, mit dessen Hilfe sich der für die Verstärkungsregelung erforderliche Aufwand besonders gering halten läßt.

Der im Frequenzerzeuger enthaltene regelbare Modulator enthält einen Differenzverstärker, bei dem die Kollektoren von zwei Transistoren 71 und 72 an die äußeren Anschlüsse einer symmetrischen Primärwicklung 81 eines

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Ausgangsübertragers 8 geführt sind, deren Mittelanzapfung an Bezugspotential bzw. am Anschluß "+" der Versorgungsspannungsq.uelle +, - liegt. - -

Die Emitterverbindung der "beiden Transistoren 71 und 72 ist an den Kollektor des Transistors 73 angeschlossen, dessen Emitter über den Widerstand 14 mit dem Kollektor des Transistors 74 verbunden ist. Der Emitter des Transistors 74 liegt am Anschluß - der Versorgungsspannungsquelle +, -.

Die Transistoren 73 und 74 bilden eine Kaskodeschaltung. An der Basis des Transistors 73 liegt die Hegelspannung TJ_R. Die einpolig am negativen Pol - der Versorgungsspannungsquelle liegende Trägerspannungsquelle 12 ist über den Widerstand 13 an die Basis des Transistors 14 angeschlossen. Die ebenfalls einpolig am negativen Pol - der VersorgungsSpannungsquelle +, - liegende Signalspannungsquelle 11 liegt über dem Kondensator 30 an der Basis des Transistors 71.

An der Versorgungsspannungsquelle +, - liegt ein aus den Widerständen 15 und 17 bestehender Spannungsteiler, bei dem der Widerstand 17 durch den Kondensator 16 über- ™

brückt ist. Der Spannungsteilerabgriff bzw. der Verbindung spunkt der Widerstände 15 und 17 ist einerseits über den Yfiderstand 18 an die Basis des Transistors 71 und andererseits über den Widerstand 19 an die Basis des Transistors 72 geführt. Auf diese Weise werden gleiche Arbeitspunkte der Transistoren 71 und 72 festgelegt.

Der verstärkende Gegentaktmodulator enthält einen Differenzverstärker mit den Transistoren 71 und 72, dessen Emitterstrom mit einer Kaskode-Stufe, die die Transistoren 73 und 74 enthält, im Takt der.Trägerfrequenz ein- und

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ausgesehaltet wird. Die Einspeisung der Signalspannung Uc₅ erfolgt an der Basis des Transistors 71» d.h.. an einer der "beiden Basiselektroden des Differenzverstärkers. Die Trägerspannung TL, ist über den Längswiderstand 13 an die Basis des Transistors 74 geführt.

Weitgehend unabhängig von der Trägeramplitude wird der Transistor 74 im Takt der Trägerfrequenz abwechselnd gesättigt oder gesperrt. Sperrt der Transistor 74» dann ist der Emitterstrom der Transistoren 71 und 72 gleich Null. Ist der Transistor 74 gesättigt, dann wird über den Kollektor des Transistors 73 ein Emitterstrom eingeprägt, der den Arbeitspunkt des Differenzverstärkers und somit die MischverStärkung bestimmt. Die Verstärkungsregelung erfolgt mit Hilfe der Regelspannung bzw. Steuerspannung U-n an der Basis des Transistors 73» wobei die Regelung durch Verändern des Sättigungsstromes der Schaltstufe erfolgt.

Das Mischprodukt TJ^ wird am Gegentaktübertrager 8 ausgekoppelt. Die Schaltung ist so bemessen, daß die Transistoren 71 und 72 nicht bis in die Sättigung ausgesteuert werden. Dadurch lassen sich Rückwirkungen vom Ausgang auf die Eingänge vermeiden.

Das Klirren des Gegentaktmodulator ist besonders gering, weil öich die geraden Potenzen der Basis-Emitter-Spannung/ Kollektorstrom-Kennlinien bezüglich der Signalspannung Ug kompensieren und die resultierende Kennlinie daher immer in einem Wendepunkt ausgesteuert wird. Die Trägerfrequenz und ihre Harmonischen werden entsprechend der Symmetrie des Differenzverstärkers am Ausgang dea Gegentaktübertrager s 8 unterdrückt.

Bei dem an der Versorgungsspannung liegenden Spannungs-VPA 9/630/0019 b) -T-

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teiler, dessen Abgriff über die Widerstände 18 und 19 an die Basisanscliliisse der im Differenzverstärker enthaltenen Transistoren 71 und 72 geführt ist, ist der gegen Masse liegende Zweig "bzw. Widerstand 24 durch · einen Kondensator 23 überbrückt.

Der an den negativen Pol der Versorgungsspannung geführte Spannungsteilerzweig besteht, ausgehend vom Verbindungspunkt der Widerstände 18 und lg, aus den Widerständen 25 bis 27 und der in Durchlaßrichtung gepolten Diode Die Diode 28 bewirkt eine !Demperaturkompensation für ä

den Transistor 74 derart, daß das insbesondere symmetrische Schaltverhältnis auch bei TemperaturSchwankungen weitgehend erhalten bleibt.

Am Verbindungspunkt der Widerstände 26 und 27 liegt die Sekundärwicklung 122 des Trägerübertragers 120, deren anderes Ende über den Widerstand 41 und den dazu in Serie liegenden Widerstand I3 an die Basis des Transistors 74 geführt ist. Der Verbindungspunkt der Widerstände 41 und 13 ist über die Diode 42 an den Kollektor des Transistors 74 angeschlossen. Die Diode 42 ist so gepolt, daß sie mit entgegengesetzter Polung der Kollektor-Basis-Diode des Transistors 74 vorgeschaltet ist. Mit Hilfe dieser Diode wird erreicht, daß der Transistor 74 durch den Träger nicht zu weit in die Sättigung gesteuert wird. Die Speicherzeit und damit die Schaltzeit lassen sich dadurch sehr klein halten.

Der aus den Widerständen 24 und 25 bestehende Spannungsteilerzweig ist durch die Diode 29 und den dazu in Serie liegenden Widerstand 44 überbrückt, wobei die Diode 29 am Verbindungspunkt der Widerstände 25 und 26 liegt und so gepolt ist, daß sie im nicht geregelten Zustand der Schaltungsanordnung durchlässig ist. Der Verbindungspunkt

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der Diode 29 mit dem Widerstand 44 ist an die Basis des Transistors 73 geführt. Dabei ist der Arbeitspunkt des Transistors 73 im nicht geregelten Zustand der Schaltungsanordnung durch den Spannungsteiler eingestellt.

Der Widerstand 44» der die Regelspannungsquelle belastet, kann dabei' in vorteilhafter Weise "verhältnismäßig groß bemessen werden. Außerdem bewirkt die Diode 29 im nicht geregelten Zustand eine Temperaturkompensation für den Transistor 73.

Der negative Pol der Gleichspannung U= ist über den Widerstand 48 an die Zenerdiode 47 geführt, an deren Kathode die stabilisierte Yersorgungsspannung +, - anliegt. Die dem Modulator zugeführte Regelspannung ist über den Widerstand 45 an den Kondensator 46 gelegt, der mit der Anode der Zenerdiode 47 verbunden ist. Die bei der Regelung bzw. Steuerung wirksame Differenzspannung liegt am Widerstand 44 an, der zwischen dem Kondensator 46 und Masse angeordnet igt.

Der regelbare Modulator läßt sich raumsparend und wirtschaftlich mit einem integrierten Mehi?fachtransistor aufbauen, mit dem man eine gute Symmetrie erzielen kann. Er läßt sich auch als monolithische integrierte Schaltung ausbilden.

Der regelbare Modulator ermöglicht eine klirrarme Regelung der Ausgangsspannung eines Trägerfrequenzerzeugers, wobei di,e Trägerfrequenz durch Mischung in einem Modulator gewonnen ist und der Endverstärker durch Gegenkopplung einen niedrigen Innenwiderstand besitzt.

Die erzeugte Trägerfrequenz f„ wird durch Mischung

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aus den Frequenzen £* und fp gewonnen. Trägerfrequenz für den Modulator 1 ist die Frequenz fp. Sie wird über den Kondensator 30 dem Schalttransistor 72 zugeführt. Die Regelung der Mischverstärkung erfolgt über die
Regelspannung U_R an der Basis des Transistors 73. Man gewinnt sie durch Gleichrichten der Ausgangsspannung in der Gleichrichterschaltung 5 und Differenzbildung mit der an der Zenerdiode 47 liegenden Zenerspannung. Die Gleichrichtung erfolgt mit Hilfe der Diode 51 und des Ladekondensators 52. An den Kondensator. 52 ist über den Widerstand 45 der Kondensator 46 angeschlossen.

Die Diode 29 verhindert, daß der Modulatorstrom im
nicht angesteuerten Zustand übermäßig anwächst.

Zur Aussiebung der erzeugten Trägerfrequenz dient das Filter 2. Der Trägerverstärker 3 enthält die Transistoren 31 bis 33. Die Transistoren 32 und 33 bilden eine Komplementärstufe« Der Trägerverstärker 3 erhält einen dynamisch niedrigen Innenwiderstand durch' Gegenkopplung Über die Widerstände 34 und 35.

3 Patentansprüche
3 Figuren

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Claims

-10-Paten tansprüehe

Schaltungsanordnung zur klirrarmen Regelung der Ausgangsspannung eines Frequenzerseugex's, dessen Frequenz durch Mischung in einem Modulator gewonnen ist und der einen gegengekoppelten Endverstärker mit niedrigem Innenwiderstand enthält, dadurch gekennzeichne t, daß der Modulator durch einen aktiven Modulator (1) mit durch eine Steuerspannung steuerbarer Mischverstärkung gebildet ist, und daß die S teuer spannung (ü-n) durch Vergleich der gleichgerichteten Ausgangsspannung des über ein Filter (2) unmittelbar an den Modulatorausgang angeschlossenen, über alle Stufen gegengekoppelten Endverstärkers (3) mit einer Vergleichsspannung (Ω™) gewonnen ist.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η 9 e i e h η e. t , daß der Gegentaktmodulator (1) durch einen Differenzverstärker!?ι der zwei emitterseitig zusammengeführte Transistoren (71, 72) enthält, und eine in der gemeinsamen» an einen Anschluß (-) einer Vereorgungsspannungs^aelle (+, -) geführten Emitterzuleitung der Transistoren (71, 72) angeordnete, mit swei weiteren Transistoren (73j 74) aufgebaute Kaskodesehaltung gebildet ist, und daß die Basis eines der beiden im Differenzverstärker enthaltenen Transistoren (71, 72) den Signaleingang, der Basisanschluß des emitterseitig am Anschluß (-) der Versorgungsspannungsquelle (+, -) liegenden Transistors (74) der Kaskodesehaltung den Trägereingang und der andere Transistor (73) der Kaskodesehaltung den Steuereingang bildet, und daß die Schaltungsanordnung derart bemessen ist, daß

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der an der Basis mit dem Träger (Ήφ) "beaufschlagbare Transistor (74) eine durch den Träger (Um) in die Sättigung steuerbarer Schalter ist und daß die drei weiteren Transistoren (71 bis 73) im ungesättigten Bereich arbeiten.

Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem zur Arbeitspunkteinstellung der im Differenzverstärker enthaltenen Transistoren (71» 72) vorgesehenen Basisspannungsteiler ein Zweig durch eine derart gepolte Diode (29) und einen dazu in Serie geschalteten Widerstand (44) überbrückt ist, daß der Arbeitspunkt bei fehlender Regelspannung (ü_R) durch den Spannungsteiler und nur im geregelten Zustand durch die Regelspannung bestimmt.ist.

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