DE2813382C2 - Umpolmodulator - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Umpolmodulator unter Verwendung von vier Transistoren, von denen jeweils zwei zu einem gemeinsamen Paar gehörende Transistoren mit ihren Emittern und jeweils zwei zu unterschiedlichen Paaren gehörende Transistoren einerseits mit ihren Basen und andererseits mit ihren Kollektoren über Kreuz verbunden sind, bei dem ferner in die gemeinsame Emitterzuleitung des ersten Transistorpaares ein Strom J1 und in die gemeinsame Emitterzuleitung des zweiten Transistorpaares ein ebensogroßer Strom /2 eingeprägt ist und bei dem die Trägerfrequenz an die Basen aller vier Transistoren jeweils paarweise im Gegentakt zugeführt ist.

Ein derartiger Umpolmodulator ist aus der DE-AS 64 156 bekannt.

Ein Kanalumsetzer für Trägerfrequenzsysteme nach dem Vormodulationsprinzip enthält vier Modulatoren. Diese vier Modulatoren könnten zusammen mit dem Kanalverstärker bei dem erreichten Stand der Halbleitertechnologie auf eine gemeinsame integrierte Schaltung untergebracht werden, Schaltungen von Umpolmodulatoren — diese werden überwiegend in TF-Umsetzern eingesetzt — sind in größerer Zahl bekannt, auch in integrierter Technik. Bei Benutzung dieser Schaltungen erhält man aber eine integrierte Schaltung mit sehr vielen Anschlössen. Außerdem bestehen Ober die unvermeidlichen Kapazitäten zwischen den Anschlüssen (Pins) der integrierten Schaltung

unzulässig hohe elektrische Verkopplungen zwischen den einzelnen Modulatoren.

Aus der bereits genannten DE-AS 23 64 156, aus den »Valvo-Berichten«, Band XIX, Heft 3, 1975, Seiten 107 und 108 sowie aus »Philips technische Rundschau«, 32,

ίο Nr. 1, Seiten8 und 9 sind Stromspiegel-Schaltungen bekannt, die aber nicht unmittelbar Bestandteil eines Modulators sind. Deren wesentliche Funktion besteht darin, einen Strom zu erzeugen, der in einem festen Verhältnis zu einem vorgegebenen Referenzstrom eines anderen Stromkreises steht

Aus der DE-AS 23 26 621 und den »Technischen Informationen für die Industrie-Valvo«, 1974, Nr. 740 325, Seiten 2 und 3 ist es schließlich bekannt, daß in Modulatoren zwei Transistorpaare auf nur zwei

Arbeitswiderstände geschaltet sind.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen integrierbaren Umpolmodulator mit minimal möglichen AuOenanschlüssen zu schaffen, der zum Einsatz in Trägerfrequenzsystemen geeignet ist

Zur Lösung dieser Aufgabe wird der Umpolmodulator gemäß der Erfindung derart ausgebildet, daß ein Stromspiegel vorgesehen ist, dessen Stromanschluß mit dem einen Kollektoranschluß und dessen Steuereingang mit dem anderen Kollektoranschluß verbunden ist, daß ein Eingangssignalstrom in eine der beiden gemeinsamen Emitterzuleitungen bei den verbundenen Emittern aus einer am anderen Ende nur wechselstrommäßig an Masse liegenden Stromquelle eingespeist ist und daß ein Ausgangssignal zwischen dem Stromanschluß des

Stromspiegels und Masse abnehmbar ist

Durch diese Maßnahmen erhält man einen integrierbaren Umpolmodulator mit nur einer Ausgangsklemme und mit sehr niederohmigem Eingang, so daß ein in den Modulator eingespeister, von der vorhergehenden Quelle aus eingeprägter Strom am Eingang nur eine kleine Spannung erzeugt Der Strosc wird im Modulator periodisch im Takt der steuernden Trägerfrequenz umgepolt und in dieser Form dem Modulatorausgang als eingeprägter Strom (hoher Innenwiderstand) zuge führt Speist der eingeprägte Modulatorausgangsstrom eine niederohmige Last, dann bleibt die Spannung am Modulatorausgang ebenfalls klein; die Koppelkapazitäten zwischen den Ausgangsanschlüssen sind dann nahezu unwirksam. Als Stromspiegel kann dabei eine aus zwei Transistcren bestehende Schaltung verwendet werden, wobei die Basis des einen Transistors mit seinem Kollektor und der Basis des anderen Transistors und die Emitter beider Transistoren miteinander verbunden sind.

Hierbei handelt es sich um eine äußerst einfache Stromspiegelschaltung.

Die Eingangsgleichströme lassen sich in bekannter Weise über Strombänke, wie sie in der integrierten Schaltungstechnik verwendet werden, erzeugen.

ω Bei dem erfindungsgemäßen Umpolmodulator übernimmt der Stromspiegel zwei Funktionen; einmal die übliche Gleichstromzuführung und zum anderen bei jeder zweiten Trägerhalbwelle eine Spiegelung des Wechselstromes. Der Stromspiegel ist also in das Wechselspiel während Phase und Gegenphase einbezogen.

Anhand des Ausführungsbeispiels nach der Figur wird die Erfindung näher erläutert.

Der ümpolmodulator besteht aus vier Transistoren Trl bis 7>4, wobei jeweils zwei Transistoren mit ihren Emittern verbunden sind und so ein Transistorpaar bilden. Die beiden Transistorpaare sind mit den Basen zweier zu unterschiedlichen Transistorpaaren gehörenden Transistoren miteinander gekoppelt. Die Trägerspannung Um wird jeweils am Verbindungspunkt der beiden Basen und an den beiden nicht miteinander verbundenen Basen der Transistoren der beiden Transistorpaare -^geführt Gleichzeitig werdea zwei ι ο gleichgroße Gleichströme JX, /2 in die beiden Emitterzuleitungen eingespeist und an einer der beiden Emitterzuleitungen wird außerdem das Eingangssignal Je eingespeist

eingespeist

Der Wert der eingeprägten Gleichströme J1 und /2 soll möglichst gleich sein. Die Ströme /1 und /2 können über sogenannte »Strombänke« erzeugt werden, wie in der integrierten Schaltungstechnik üblich. Die Polantät der Trägerspannung, einer periodischen, in vielen Anwendungsfällen sinusförmigen Spannung, bestimmt, ob die Ströme Jl und /2 entweder über die Transistoren Tr 1 und Tr 4 oder Tr 2 und Tr?* fließen. Der Zustand wechselt, entsprechend der Periodizität der Trägerspannung, periodisch. Die Kollektoren der Transistoren TrI bis Tr 4 sind über Kreuz an einen Stromspiegel geschalteL Der Stromspiegel ist eine stromgesteuerte Stromquelle. Ein über den als Diode geschalteten Transistor Tr 6 fließender Strom erzwingt im Transistor TrS einen proportionalen Strom. Der im jo Modulator nach der Erfindung benutzte Stromspiegel hat eine Stromverstärkung gleich eins. Die Ströme durch die Transistoren Tr6 und TrS sind gleich groß. Der hier dargestellte Stromspiegel ist eine sehr einfache Ausführungsform. Für die Erfindung ist jedoch die Anwendung jedes Stromspiegels, unabhängig von der schaltungstechnischen Realisierung, möglich. Im Zustand 1, Transistoren TrX und Tr 4 leitend, fließt der Strom /2 über den Transistor TrA in den Steuereingang 5 des Stromspiegels. Die gesteuerte Quelle prägt einen gleich großen Strom in die Kollektorzuleitung A des Transistors TrS ein. In dieselbe Leitung wird der Strom J\ über Transistoren TrI eingeprägt Sind JX und /2 gleich groß, die Stromverstärkungen der Transistoren TrX und TrA gleich und der Stromspiegel ideal, dann bleibt der Ausgang A stromlos, da der vom Transistor TrS eingeprägte Strom über den Kollektor des Transistors TrI abfließt Durch geringfügige Abweichung von den obenstehenden, idealisierenden Annahmen wird ein kleiner Stromanteil über die Ausgangsklemroe A abfließen. Im Zustand 2 — Transistoren Tr 2 und TrZ leitend — fließen die Ströme JX und JI in Richtung Stromspiegel über Kreuz. Obenstehende Beschreibung gilt analog mit /1 und /2 vertauscht Die durch UnvoUkommenheit der Schaltung über den Ausgang A fließenden Gleichströme werden im allgemeinen im Zustand 1 und Zustand 2 verschieden sein.

Da die beiden Zustände im Rhythmus der Trägerspannung wechseln, wird der entstehende Ausgangsstrom im Trägerrhythmus schwanken. Am Modulatorausgang A liegt eine TrägerrestspannuTig an, die jedoch sehr klein ist, da die obenstehenden idealisierenden Annahmen, insbesondere in einer integrierten Schaltung, weitgehend erreichbar sind.

Wird in den Eingang fein SignalstroTi /reingespeist, dann wird er während des Zustandes 1 über den Transistor Tr i als eingeprägter Strom zum Ausgang A geführt und fließt über den außenliegenden Lastwiderstand Rl- Der Kollektor des Transistors Tr 5 kann diesen Strom nicht übernehmen, da der Stromspiegel im Zustand 1 ausschließlich von /2 gesteuert wird.

Im Zustand 2 wird der Eingangs-Signalstrom Je über den Transistoren Tr2 in den Steuereingang S des Stromspiegels geführt Der Mechanismus des Stromspiegels erzwingt einen gleich großen Signalstrom in den Kollektor des Transistors Tr5 hinein. Dieser Strom fließt über den Lastwiderstand Rl in die Ausgangsklemme A hinein. Der Kollektor des Transistors Tr 3 kann diesen Strom nicht übernehmen, da über den Transistor Tr3 ausschließlich der Strom /2 fließt

Je nach Polantät der Trägerspannung fließt somit der Signalstrom aus der Ausgangsklemme A heraus oder in die Ausgangsklemrne A hinein.

Ein in der Eingangsklemme E eingespeister Signalstroir Je fließt am Modulator-Ausgang A mit gleicher Stärke, jedoch im Takt der Trägerspannung periodisch umgepolt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Umpc'-nodulator unter Verwendung von vier Transistoren (Tr 1 — TrA), von denen jeweils zwei zu einem gemeinsamen Paar gehörende Transistoren (Tr 1, 7>2; Tr 3, TrA) mit ihren Emittern und jeweils zwei zu unterschiedlichen Paaren gehörende Transistoren einerseits mit ihren Basen (Tr 1, Tr4; Tr 2, Tr3) und andererseits mit ihren Kollektoren (Tr 1, 7r3; TrI, TrA) über Kreuz verbunden sind, bei dem ferner in die gemeinsame Emitterzuleitung des ersten Transistorpaares (TrA, TrT) ein Strom (JA) und in die gemeinsame Emitterzuleitung des zweiten Transistorpaares (Tr3, TrA) ein ebensogroßer Strom (72) eingeprägt ist und bei dem die Trägerfrequenz an die Basen aller vier Transistoren (Tr 1 — Tr A) jeweils paarweise im Gegentakt zugeführt ist, dadurch gekennzeichnet,

daß ein Stromspiegel (TrS, 7>6) vorgesehen ist, dessen Stromanschluß (A mit dem einen Kollektoranschluß und dessen Steuereingang (S) mit dem anderen £dlektoranschluß verbunden ist, daß ein Eingangssignalstrom (Je) in eine der beiden gemeinsamen Emitterzuleitungen bei den verbundenen Emittern aus einer am anderen Ende nur wechselstrommäßig an Masse liegenden Stromquelle eingespeist ist und daß ein Ausgangssignal zwischen dem StromanschlußYAj des Stromspiegels (Tr5, TrS) und Masse abnehmbar ist

2. Umpolmodulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromspiegel aus zwei Transistoren (Tr5, Tr 6) besteht, von denen die Basis des einen Transistors (TrS) mit seinem Kollektor und mit der Basis des anderer Transistors (TrS) und die Emitter beider Transistoren miteinander verbunden sind.

3. Umpolmodulator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangsgleichströme über Strombänke gewonnen sind.