DE1462672A1

DE1462672A1 - Diskriminator fuer die Entschluesselung binaerer,frequenzumgetasteter Datensignale

Info

Publication number: DE1462672A1
Application number: DE19661462672
Authority: DE
Inventors: Crouse William George
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1965-04-15
Filing date: 1966-04-14
Publication date: 1968-12-05
Also published as: CH431628A; CH445557A; NL6604814A; DE1274638B; GB1137710A; GB1137709A; DE1462670B2; DE1462672B2; GB1137708A; DE1462671A1; DE1462670A1; GB1137705A; GB1137706A; CH450500A; DE1462671B2; JPS5317841B1; GB1137707A; CH445563A; US3432616A; CH434353A

Description

Diskriminator für die Entschlüsselung binärer, frequenzumgetasteter Datensignale

Die Erfindung betrifft einen Diskriminator für die Entschlüsselung binärer, frequenzumgetasteter Datensignale, der für jede der beiden zu empfangenden Frequenzen einen Resonanzkreis mit je einer nachgeschalteten Zweiweg-Gleichrichterschaltung enthält, die beide mit ihren Ausgängen zur Bildung einer Differenzspannung gegenpolig in Reihe geschaltet sind, wobei diese Differenzspannung einem elektronischen Schalter zugeführt wird.

Bei Übertragung binärer Daten mittels Frequenzumtastung tritt das Problem auf, eine sehr einfache und sichere Diskriminatorschaltung anzugeben, die auf die eine oder die andere der beiden empfangenen Frequenzen anspricht und von diesen Frequenzen abhängige Spannungspegel abgibt. Voraussetzung für eine einwandfreie Funktion des Diskriminators ist ein auf enge Toleranzen begrenztes Eingangssignal. Zu diesem Zweck müssen schwach einfallende Datensignale verstärkt und zu stark einfallende Signale entsprechend begrenzt werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Erfindung ein Diskriminator der oben bezeichneten Art angegeben, der dadurch gekennzeichnet ist, daß die beiden Eingangspole des elektronischen Schalters, dem die gebildete Differenzspannung

Neue

v.4.9.1967J

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11. Juni 1968

zugeführt wird, durch die Basen zweier gleichartiger, mit ihren Basis-Emitter-Spannungsabfällen aufeinander abgestimmter Transistoren gebildet werden.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung besteht darin, daß den beiden Resonanzkreisen des Diskriminators mindestens eine Begrenzerschaltung vorgeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß diese aus einem rückgekoppelten Verstärker besteht und daß die Rückkopplungs schaltung die Reihenschaltung eines Kondensators mit zwei einander parallel geschalteten, entgegengesetzt gepolten Dioden enthält.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Rückkopplungs schaltung anstelle der parallel geschalteten Dioden eine Reihenschaltung zweier entgegengesetzt gepolter Zener-Dioden enthält.

Der erfindungsgemäße Diskriminator spricht auf Trägerwellen der beiden festen Frequenzen an und erzeugt am Ausgang eine Gleichspannung, die dem Pegel des übertragenen Datenbits entspricht. Die dem Eingang des Diskriminators vorgeschaltete erfindungsgemäße Begrenzerschaltung verstärkt Signale mit niedriger Amplitude und begrenzt solche mit sehr großer Amplitude. Wegen des sehr hohen Verstärkungsfaktors in der Begrenzerschaltung und der darin stattfindenden ) Begrenzungswirkung wird nur das stärkste Signal durch die Be grenz er schaltung weitergeleitet. Während des Empfangs von Daten sind die Datensignale fast immer die stärksten vorliegenden Signale, so daß die Datensignale durch die Begrenzerschaltung gelangen und die Störsignale im wesentlichen ausgeschieden werden.

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11. Juni 1968

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung wird im folgenden im Zusammenhang mit einer Sende-Empfangsanordnung (Modem) erläutert, wie sie vorzugsweise bei der Datenübertragung verwendet wird. Ganz speziell behandelt das Ausführungsbeispiel den Fall der Übertragung binärer Daten durch Frequenzumtastung. Die der Erläuterung des gezeigten Ausführungsbeispiels dienenden Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 das Blockschaltbild eines solchen Modems, auf den sich

die Erfindung bezieht,

Fig. 2, 3 und 4 das Schaltbild eines speziellen Ausführungsbeispiels der

erfindungsgemäßen Anordnung,

Fig. 5 das Schaltbild einer Begrenzerstufe gemäß Fig. 2,

Fig. 6 das Kennlinienfeld zur Veranschaulichung der Arbeitsweise

einer Begrenzerstufe gemäß Fig. 5,

OWGINAL INSPECTED 809811/0609

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Pig. 7 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Begrenzers <;uf Q'

gemäß Fig. 5 und. _# . ■ · . ' · ; _:

Fig. β ein zusätzliches Ausfühnngsbeispiel der Begrenzer- .

stufe gemäß Fig. 5.

Die Anordnung gemäß Fig. 1 umfaßt feinen Sender 1 und einen Empfänger 2, - die an eine gemeinsame übertragungsleitung 2 angeschlossen sine. Der Empfänger 2 enthält den erfindunßSßemüuen Diskriminator 22 mit dem · zugehörigen Begrenzer 21. Der Empfänger 2 und der Sender 1 sind normalerweise mit einer Datenverarbeitungsanlage verbunden, die Verrichtungen zum Speichern von Daten, die an Außenstellen übertragen werden · sollen oder von Außenstellen empfangen werden, zusammen mit den nötigen Steuerungen für das Senden und Empfangen der Daten umfaßt. . .

Auf ein« genauere Begghreibung der Anerdnyng gemäß Fig.. 1 soll in . diecem Rahmen verziqhte't werden. Die Erfindung bezieht sich, v/i3 schon gesagt, lediglich auf die Diskrirainatorschaltung 22 und den zug2hörigen Begrenzer 21. .

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Die Rechtecksignale werden mittels eines Kopplungskomlenaatoro einem Emitter-Basis-VerstErker 2Ö0 zugeleitet. Ein Vorspannung.*- widerstand 2Ö2 1st an eine positive Spannungsklemme J8j und an die Basis des Traneistore 38O angeschlossen und liefert so eine Vorspannung, mit der der Transistor auf einer gewünschten Stufe betrieben wird. Die positiven Halbperioden des dem Kondensator 281 zugefUhrten Eingangssignals treiben den Transistor in den Λ Sättigungsbereioh und die negativen Halbperloden machen Ihn nichtleitend.

Der Kollektor des Transistors 280 ist über einen Widerstand an eine positive Spannungsklemme j}84 angeschlossen. Ein Transistor 286 in Emitterfolgeschaltung ist mit seiner Basis und seinem Kollektor an die beiden Enden des Widerstandes 2Ö5 angeschlossen. Eine an die Basis-Emitter-Klemmen des Transistors 286 angeschlossene Diode 287 leitet« während die Basis-Eraitter-Trennsahicht des Transistors $86 in Sperrlohtung vorgespannt ist, und -stellt eiie hohe Impedanz über die Basb-Emitter-Grenzschicht dar« solange ler _%. Transistor $86 leitend 1st. Die Ausgangssignale' des aus den ' Transistoren JQO und 286 bestehenden Verstärkers werden zwei Schwingkreisen 290 und 291 über einen Kopplungskondensator und über isolierende und Q-bestimmende Widerstände 292 und 29^ zugeführt. .

Der erste Schwingkreis 290 besteht aus einem Kondensator 295 uod der Primärwicklung 396 eines Transformators 297* Der Wert der

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Induktiv! tUt dee Trantfbrmator· 597 und dor Wert doe Kondensat ore

595 werden so gewählt, daß in dem bevorzugten AuafUhrungsbeispiel . der Schwingkreis 590 eine Resonanzfrequenz von 1 KHz hat. Vorzugs-' weise wird der Q-Wert der Schaltung für eine gewünschte Bandbreite zur Datenübertragung, z.B. 6θΟ Baud, oder eine Bandbreite von

600 Hz ausgewählt. '

Der Schwingkreis 591 besteht aus einem Kondensator 400 und der Primärwicklung 401 eines Transformators 402. Die Kapazitäts- und. Induktivitätswerte des Kondensators 400 und des Transformators 402 werden so gewähl't, daß in dem bevorzugten «usführungsbeispiel der Schwingkreis 591 eine Resonanzfrequenz von 2200 Hz hat. Der-Q-Wert der Schaltung wird vorzugsweise für eine Bandbreite von 600 Hz ausgewählt * . -

. Die Sekundärwicklung 405 des Transformators 597 ist an einen Zweiwegglelohriohtsf angeaehlossen, de? aus den Dioden 406, ¹IQf_t 408 und 409 besteht. Die Sekundärwicklung 4.10 des Transformators ► 402 ist an einen aus den Dioden 411, 412, 415/414 bestehenden. Zweiweggleichrichter angeschlossen. Jeweils eine Klemme der Zw3i*-' weggleichrichter ist überfeinen Widerstand 4lo an eine positiva Spannungsklemme 415 angeschlossen und die andere Klemme liegt in einer Bezugsspannung, die durch zwei Widerstände 420 und 421 bestimmt wird, welche in Serie zwischen Erde und einer negativen Spannungsklemme 422 angeordnet sind. In .einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung beträgt die Bezugsspannung/

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die durch dl« Widerstände 420 und 4SI und die gpannungoquollc, an dl« öle angeschlossen sind, bestimmt wird, etwa -1 Volt. . ·

Die andere Klemme des unteren Zweiwegglelohrlchters ist an die /"" Basis eines Transistors 425 angeschlossen, dessen Basis über einen'-Vor&pannungswiderstand 427 mit einer negativen Spannungsklerame 426 verbunden ist, dessen Emitter Über einen Widerstand 428 an die Klemme 425.angeschlossen ist und dessen Kollektor über einen _' Widerstand 4^0 mit einer positiven Spannungsklemme 429 verbunden ist.

Die Basis eines Transistors 4j5i ist direkt an den Kollektor des Transistors 425 angeschlossen, und sein Kollektor ist direkt mit dem Emitter des Transistors 425 verbunden. Sein Emitter 1st Über

'1 - ' ■·"■■■

eine Diode 4^2 an die Spannungsklemme 429 angeschlossen. Die Transistoren 425 und 4jjl bilden einen Verstärker mit hohem Ver-• stiirkungsfaktor. · "

■·, Der Verbindungspunkt zwischen den Widerstunden 420 und 421 ist au3serdem an die Basis eines Transistors 4J2 angeschlossen, desaen Emitter mit einem Niederfrequenzfilter verbunden ist, welches aus einer mit dem Widerstand 4jj4 in Serie liegenden Induktivität 432 und einem zwischen dem Verbindungspunkt von Induktivität und Widerstand und Erde angeordneten Kondensator 4^5 besteht. Die Induktivität 4» ist ausserdem an die Emitterelektrode des Transistors 425 und den Kollektor des Transistors 4^1 angeschlossen. Eine Diode 4j6 liegt am Basls-Emltter-Ubergang des Transistors

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und der Kollötet*«**« dee Traneistore tt>a !afc stand 438 an eine positive Spannungsklemme 437 angeschlossen.

Der Kollektor des Transistors 432 ist mit der Basis eines Transiators 440 verbunden, und eine Diode 441 ist an die Basis - Emitterelektroden des Transistors 440 angeschlossen« Der Emitter des Transistors 440 ist geerdet« und sein Kollektor 1st über einen * Widerstand 443 an eine peositive Spannungsklemme 442 angeschlossen."

V/ie man weiter unten noch deutlicher sehen wird« sind die Schaltungskonstanten der Diskriminator- und Detektorschaltung 2?. so gewählt, daß bei Niohtanlegen eines Signals an den Eingangskondensator 38I kein Strom durch die Tiefpassfilterelemente 433 und 444 fließt. Wenn dem Kondensator 38I Datensignale zugeführt v/erden, wird die Trägerfrequenz durch das Niederfrequenzfilter abgeführt, und Daten in digitaler Form erscheinen am Ausgang des; Transistors 440. Dies wird weiter unten noch genauer erläutert. Hier sei nur gesagt, daß die Eingangssignale am Kollektor des Transistors 440 auf Jedes "!"-Eingangssignal hin einen relativ positiven Pegel und auf "0"-Eingangssignale hin Massepotential haben.

Rechtdoksignale aus dem Begrenzer 21 werden dem Transistor 380 über den Kondensator 3Ö1 zugeführt. Die Frequenz ist eine der beiden Trägerfrequenzen, die die "1" bzw. die "0" darstellen.

Wenn das dem Kondensator 38I zugeführte Signal positiv ist, wird

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., der Translator 3βΟ leitend j daher wird die Spannung an dessen _Λ .,,_· Kollektor negativ, die Diode 287 wird in Durchlaßrichtung vorgespannt, so daß der Kondensator 292 seinen negativen Pegel erreicht. Jetzt wird der Translator J86 abgeschaltet.

Wenn das negativ gerichtete Signal dem Kondensator 281 zugeleitet wird, wird der Transistor Jj8O abgeschaltet, und die Spannung a;i ν seinem Kollektor wird positiv. Hierdurch wird die Spannung an der 3asis des Transistors 386 positiv, der Emitter des Transistor^ 2Sö erreicht seinen positiven Spannungspegel, und die Diode 387 wird in Sperrichtung vorgespannt. Auf diese Weise wird das aus dem Begrenzer kommende Rechtecksignal verstärkt und umgekehrtdurch einen aus den Transistoren 280 und 280 bestehenden Verstärker, und dieses Signal wird über den Kopplungskondensator 292 zu den Resonanzschaltungen 290 und 291 gekoppelt.

Die Resonanzschaltung 390 erzeugt eine große Amplitude, wenn sie durch eine «den Wert "l" darstellende Frequenz betrieben wird, und eine niedrigere Amplitude, wenn sie durch andere Frequenzen betriebenwird. Ebenso erzeugt die Resonanzschaltung 291 eine große Amplitude, wenn die empfangene Frequenz die der "0" ist, und eine niedrigere Amplitude, wenn eine andere Frequenz empfangen wird.

Das in der Resonanzschaltung 290 entstehende Signal wird über dan Transformator der GleiohriohterbrUckenschaltung zugeführt. Dies2

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. beatftht ftua don Dioden 4O6, 40?, 408 und 409 und. bewirkt ein© Zweiweggleichrichtung des aus der Resonanzschaltung 290 kommenden Signals, so daß das Signal, das von den Kathoden der Dioden 40? und 409 zu dem Signal an den Anoden der Dioden 4o6 und 4o3 umgeformt wird, eine negativ geriohtete Zweiwegglelchrichtung «iee Signtls aus der Resonanzschaltung 290 ist.

, Ebenso bewirkt die aus den Dioden 411, 412, 413 und 414 bestehende • Zweiwegbrückenschaltung eine Gleichrichtung des Signals in der Resonanzschaltung 291* In diesem Falle ist das Signal an den Kathoden der Dioden 412 und 4l4 in bezug auf die Spannungen an den Anoden der Dioden 411 und 412 ein positiv gerichtetes Zwei/eggleichrichtungssignal.

Da die Kathoden der Dioden 407 und 409 an eine aus Widerstände.! 420 und 421 bestehende Spannungsquelle angeschlossen und die b.»id<3n Gleichrichterschaltungen in Reihe geschaltet sind, kann man seilen/ daß das Signal an den Kathoden der Dioden 412 und 4l4 die Differenz k . der Zweiweggleichrichtungen von Signalen an den Resonanzschaltung^ s 290 und 291 ist.· · _r ·.-·'.

Piir eine eine logische ⁿl" darstellende Empfangs frequenz ist die Amplitude in der Resonanzschaltung 290 größer als die in der Resonanzschaltung 291* so daß das an dem Kathoden der Dioden 412 und 414 liegende resultierende Signal ein negativ gerichtetes

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gleloheeriohfeetee Signal life·

'FUr eine empfangene Frequenz, die eine logische ?o" darstellt, ist ■ die Amplitude dee Signale in der Resonanzschaltung 391 größer als die dee Signale in der Resonanzschaltung 390. Daher ist des resultierende Ausgangselgnal an den Kathoden der Dioden 412 und 4l4 ein poeitlv gleichgerichtetes Voliwellensignal.

Dao ttignal an den Kathoden der Dioden 412 und 414 wird der Basis des Traneistore 425 BugefUhrt. Die Transietoren 425 und 4j>l sind als i Stromverstärker oder Trennverstärker wirksam, um Signale von den Olelohrichtern su dem aus der Induktivität 4jj5 und dem Kondensator 4jJ5 bestehenden Tiefpassfilter zu koppeln. Dieses Tiefpassfilter leitet nur die durchschnittliche aus den Oleichriohtem kommende Spannung welter» so daß die Trägerfrequenz aus dem Aue gangs signal entfernt wird'·

Beim Empfang .der die logieche "1" darstellenden Frequenz wird iac negative gleichgerichtete Signal dem Tiefpassfilter eingegeben, so daß das Ausgangsaignal des Tiefpassfilters seinen negativst, ;n Pegel hat. Bei Empfang der die logieohe ^rt0" darstellenden Preq lei.z liegt am Eingang dee Tiefpassfilters ein positives gleichgerichtetes 6igna.l» und das Auegangeeignal des Filters hat seinen größten /--' positiven Pegel· . . ^v y

Dieser aus dem Tiefpass kommende positive oder negative Signalpegel'

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wird dem Translator 4j52 über· don Widerstand 4J54 sugoloitot. Falls das Ausgangssignal des Tiefpassfilters seinen positiven Pegel net, wird dor Transistor 4jJ2 nichtleitend, und.falls das Ausgangesigi.al des Tiefpassfilters seinen negativen Pegel hat, wird der Transictor 4J2 leitend. Der Transistor 4^2 wird also für ⁿl^w-Signale ein- und für "O"-Signale ausgeschaltet.

Da eion die Ausgangsspannung des Tiefpassfilters langsam von,ne_t'ativen "" zu positive^ Pegeln bewegt, ist es wichtig, daß der Transistor '52

U umschaltet, wenn die Ausgangsspannung des Tiefpassfilters nahe der

./'Mitte zwischen seinen maximalen Ausschlägen' liegt. Sonst würde die~" Umschaltung des Transistors 432 in der V/eise erfolgen, daß die / . Impulsbreite der einen Art von Datenbit vergrößert und gleichzeitig die Impulsbfceite der anderen Art von Datenbits verkleinert würde.

Wenn beispielsweise der Transistor 4J2 bei einem Signalpegel umschaltet, der einen höheren positiven Wert hat als der durchschriitt- · liehe Ausgangs3ignalpegel des Tiefpassfilters, wäre die Folge,· daß beim übergang des empfangenen Signals von "1".auf "0" die

j Ausgangsspar.üung des Tiefpassfilters länger benötigen würde, um die

Schaltwelle zu erreichen, als wenn die Frequenz von "0" auf "1" wechselt. Das Ausgangssignal des Transistors 4j}2 würde infolgedessen dazu neigen, die Breite der binären "1" zu vergrößern und die der logischen "0" zu verringern.

Ebenso würde, falls die Sohaltschwelle des Transistors 4jJ2 negativer

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als der durohoohnlttlloho Auosanßspoßol doo Tiofpoeofiltoro die breite des "l^M-Impulses verringert und die des "O"-Impulse3 vergrößert. Um sicherzustellen, daß dieser Schaltpegel nahe der* * j Mitte zwischen den Auegangsspannungen den Tiefpassfilters lieg«, i sind die Transistoren 425 und 432 so gewühlt, daß ihre Basis-. Emitter-Spannungsabfälle aufeinander abgestimmt sind. Falls die Spannung an der Basis des Transistors 425 gleich der an de:* Basis des Transistors 432 ist, befindet Bich der Transistor 43-sehr nahe an seiner Sohaltschwelle, so daß er nichtleitend winI, wenn die Basis des Transistors 425 wenig stärker positiv wird. Falls die Spannung an der Basis des Transistors 425 nur wenig r.iehr· negativ wird, wird der Transistor 432 eingeschaltet.

Wenn kein Signal in den Resonanzschaltungen 390 und 391 vorliegt, gleicht die Spannung an der Basis des Transistors 425 nahezu derjenigen an der Basis des Transistors 432. Das wird dadurch erreicht, daß die Spannung an der Basis des Transistors 425 sich ergibt aus der Spannung an der Basis des Transistors 432 plus den Spannungsabfällen in der aus den Dioden 4o6, 4Ö7, 4o8 und bestehenden Diodenbrücke minus den Diodenspannungsabfällen in C3r. aus den Dioden 411, 412, 413 und 414 bestehenden Brücke. Die Spannungsabfälle in den Brüokenschaltungen heben einander auf, wodurch die Spannung an den beiden Basen gleich werden. Auf Weise wird versucht, alle Spannungsabfälle innerhalb der bier j kriminatorsohaltung einander aufheben zu lassen, so daß ein möglichst geringer Fehler in der Schaltschwelle des Transistors

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beatehtJ,

Wenn der Transistor 432 leitend ist, ist sein Kollektorstrom auf die Basis dos Transistors 440 geführt, so.daß dieser niohtleitend wird. Wenn der Transistor 432 nicht leitet* wird der Transistor über den Widerstand 4}8 eingeschaltet. Wenn daher die

1" darstellende Frequenzen empfangen werden, ist der Transistor

^-. 440 leitend, und an seinem Kollektor liegt Erdspannung. Bei

Empfang einer "O"-Frequenz ist der Transistor 440 nichtleitend, . und an seinem Kollektor liegt eine positive Spannung.

Der dem Diskriminator vorgeschaltete Begrenzer 21 besteht aus c rel^ Stufen. Jede dor drei Stufen 246, 347 und348 gleicht vorzugsweise einander und bewirkt eine wesentliche Verstärkung von Signalen mit niedrigem Pegel und begrenzt Signale mit hohem Pegel, so da£ e':wa rechteckförmige Ausgangssignale, von etwa derselben Amplitude ai. f r,ingang33ignale hin erzeugt, werden, öeron'AirplitudQ im Ver^uitnio ^Q ; • oder mehr variieren kann.

Die erste Stufe ist ein Parallelrückkopplungsverstärker, der ai s q ^ Transistor 350 besteht, dessen Emitter geerdet und dessen Kollektor über einen Widerstand 352 an eine positive Spannungskienuno yji angeschlossen ist. Signale auf der Eingangsleitung ^45 werden der I asis des Transistors >50 über einen Widerstand 353 zugeführt. Ein Vc r-Spannungswiderstand 354 liegt zwischen Basis und Kollektor dos Transistors 25Ö, damit dieser bei dem gewünschten Arbeitspegel erregt wird. Eine aus einem Kondensator 355 und zwei entgegengesetzt gepolt<n

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BAD OBiGiNAL

Dioden 336 und 557 bestehende Rüokkopplungsschaltung bewirkt eine 'niohtlineare Rückkopplung zu der Verstärkerstufe 346, und zwar ist die Rückkopplung abhängig von den Strom-Spannungs-Kennlinien der ,Dioden. . . .

Die zweite Stufe 5^7 gleicht der Stufe 346 und besteht aus einem Tran-

listor 36O, einer positiven Spannungslclemme. 361, Widerständen *52,.

· ■ ' ■ ■ ■ * ■ . und ^64« einem Kondensator 365, Dioden 366 und 367 und einem Kcadensa tor 368, der den Ausgang der Stufe 346 mit dem Eingang der Stuf3 247 koppelt. .

Die dritte Stufe 348 ßleioht ebenfalls den Stufen ^hS und.347 und beiiteht.aue einem Transistor 370_# einer positiven Spannungsklomrse 371/ len Widerstunden 372, 373» 374« einem Kondensator 375, den Dioden 376 und 377 und einem Kondensator· 378* der den Ausgang äer Stufe 347 mit dem Eingang der Stuf· 348 koppelt.

Falls 2em Widerstand 353 ein positiv gerichtetes Spannungssignal zugeführt wird, fließt ein Eingangestrom duroh den Widerstand zur Basis des TraneIstors 350. Die Stromverstärkung des Transistors 350 iit hoch/ so daß wenn hur ein kleiner Teil des Eingangsstroms in die Basis des Transistors 350 fließt* der Kolloktorstrora zunimmt und die Kollaktorspannung negativ wird· Diese negativ geriohtete Spannung spannt die Diode 357 in Durohlaßriohtunß Vor, so daß Strom durch sio von der Basis zum Kollektor des Transistors 350 fließt. Die Kollel:torsp:innung bewegt sieh in negativer Richtung, bis der Strom durch dia Died:.· 357

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Neue Anmeidungsunterlagenf

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dem Baslcstrom des Transistors 55O gleich dem EinganGsstroi:r über den Widerstand 555 ist. Der Transistor 550 hat eine hohe Stromverstärkung. Daher fließt der größte Teil des den Widerstand 555 durehflic- " i'.enden Eingangstroms durch die Diode 557 und nur ein unbedeutender Teil davon in die Basiselektrode. Der Strom durch die Diode 557 ist also etwa Gleich dem Eingangsstrom durch den Widorstand 355. Ist dies der Fall, erfolgt nur eine geringe Spannungsänderung an der Basis des ^:

_-Transistors¹ 550* so daß die Änderung der Kollektorspannung.etwa gleich der Spannungsänderung über der Diode 557 ist. Da der Strom durch d:Le Diode 557 etwa gleich dem Eingangsstrom ist, wird der Verstärkrangsgrad der Begrenzerstufe durch die Strom-Spannungs-Kurve der Dioöo ^57

! definiert, wenn die Eingangsspannung ansteigt.

Wenn dem Eingangswiederstand 555 eine negative Spannung zugeführt vird, fließt entsprechend Strom aus der Basis des Transistors 5£0, so daß dieser seinen Kolloktorstrom kloincr werden lUßfc. Daduroh wird tawirKtj

j daß die Spannung am Kollektor des Transistors 550 ansteigt, so daß die Diode 556 in Durchlaßrichtung vorgespannt wird, bis der sie durc'i-

; fllQßende Strom fast gleich dem Strom im Widerstand 555 ist. Die positive Ausgangsspannung am Kollektor des Transistors 550 wird definiert durch den Spannungsabfall über die Diode 556, wenndor Strom durc1 cie Diode gleich dem Singangsstrom im Widerstand 555 ist. In gleiche* Weise wird die negative Ausgangsspannung durch die Diodo 557 bestimmt. Da die Strom-Spannungs-Kurve der Dioden niehtlinear ist, wird de? SpannungGverstärkungafaktor sehr hoch für JSinö'angcsignalc mit niedrigem Pegel und ziemlich niedrig für.hohe Eingangsspannungen. Dies j Vorstärkungskurve 1st in Fig. 6 graphisch dargestellt.

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Neue Anmeiyyngsunteriagen

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PIß. 5 zeigt zwei Bln^anssspannunsen auf der vertikalen Aehno iov Dioucnkannlinien und die ihnen entsprechenden Ausgangs signale. Aus Piii· 6 geht hervor, daß kleine Eingangssignal stark verstärkt werden, während bei großen Signalen die Verstärkung geringer ist, so daß allo Ausgangssignale, mit Ausnahme extrem kleiner Signale, auf nahezu recht;-eckförmige Wellen fast gleicher Amplitude umgeformt werden.

DIo Begrenzerstufe 346 von Fig. 2 ist in Fig. 5 neben der Kurv? von Fig. 6 wiedergegeben, damit die in Fig. β gezeigten Arbeitskennlinien in der Anwendung auf die Begrenzerstufe leichter zu übersehen sind.

Es sei angenommen, daß die Dioden 356 und 357 herkömmliche Siliziumdioden sind. Die Kennlinien dieser Dioden gleichen den durch die Linien 730 und 731 in Fig. 6 dargestellten, und zwar stellt di3 Linie 730 die Stromspannungskurve der Diode 357 dar, und die Linie 731 stellt die Stromcpannunßskurve dor Diode 356 dar.

Wsnn der Eincangsklemme ein Signal 73² mit relativ niedriger Amplitude zugeführt wird* wird eine umgekehrte Ausgangsspannung 733 erzeost., Zur Yeranschaulichung ist angenommen, daß die maximalen positiven uad negativen Pegel des Eingangssignals. 732 etwa 10 mV botragen und je veils einen Maximalstrom von 4mA durch den Eingangswiderstand 353 er.iouTen. Dieser maximale Eingangsstrompegel von 4 mA erscheint auf den Oiodcn-.kurven 730 und 731 bei einer Höhe von etwa 400 mV. Daher wird iac lOsiY-Eingangs signal verstärkt und an:derKollektorausgangskleinme au ς* .etwa 40OmV begrenzt. - ·

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Neue Annieiuuni

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Das Signal 722 ist in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ein Ilausdh* signal. Rauschpegels!griale, deren Amplitude in der Größenordnung der Amplitude für das Signal 722 liegt, werden also an der Ausgang.· kl ammo dor Stufe 2^6 wesentlich verstärkt. Nach weiterer Verstärkung in den ; folgenden Begrenserstufen gleichen ihre Amplitude und Vellenform im wesentlichen denen von Datensignalen mit annehmbaren Signalpageln.

(T'Eine kurze Prüfung der Diodenkurven von Fig. 6 veranschaulicht deutlich die noch höhere Verstärkung bei niedrigeren Eingangceignalpeceln

• als den für das Signal 722 gezeigten. Wenn also die Maximalamp]itudo des Signals 722 auf die Hälfte dor hier dargestellten verringert v;ird, also auf 2mA, findet eine nur sehr geringe Verkleinerung der Auss^jngsamplituda der Wellenform 722 statt.

Die Kurven 720 und 72¹ dienen der VeranochauliQhuns und zeigen nicht .'die Wirkung des Widerstandes 25^ in dem Parallelruckkopplungspiad. Dio- |- scr Widerstand hat jedoch einen sehr hohen Wert und hat, abgcac.ion von sehr niedrigen Signalpegeln, keine Auswirkung auf den allgemeinen

• Wechsclstrombetrieb des Begrenzers.

Ein Eingangssignal 7^» dessen Amplitude im Bereich annehmbarür D&tensignale liegt, erzeugt ein Ausgangssignal 725 rait umgekehrter Polarität, Dieses Ausgangssignai 725 ist nicht wesentlich größer als 'las Signal 722· Nach Verstärkung der Signale 722 und 725 durch die zweite und die dritte Stufe dos dreistufigen Bogr'enzers sind sie etwa jlcich.

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Neue Anmeldungsunterlagen

/•Wolctao. Wirkung Störspannungen während des Auftretens von Datcni/lgnaion haben« wird durch dio Kurven 724 und 725 und besonders" durch die gestrichelten Teile 726 und 727 dargestellt. Die gestrichelten Teile 736 der Kurve 734 veranschaulichten· einen Rauschimpuls, der dem Signal 724 überlagert wird, kurz bovor dieses' seinen höchsten pcrsiti-. ven Pu£cl erreicht. Oa die Pegel des Rauschtcils des Signals Y₁J': bei .. dessen tiefstem und höchstem «rfert beide innerhalb des Teils der Kurve liegen, bei dem die Impedanz niedrig ist, verändert die&os Tausch-

•lgnal die Impedanz der Diode nicht wesentlich und' bewirkt daher keine wesentliche Änderung im Verstärkungsgrad.der Begrenzerstufe. Es wird also ein relativ kleines Rauschsignal/ das durch 727 dargestellt let, dom Ausgangsimpuls 723 überlagert. Dieser Rauschimpuls 727 mit rslctiv niedrigem Pegel wird für alle praktischen Zwecke in der nächstfolgenden Begrenzerstufe 247 nahezu beseitigt und ist vollständig, auscjschaltot, wenn das Signal 725 durch die letzte Begrenzerstufe 243 gelanct.

.Der hüchstc Pegol dee Eingangssignals 724 beträgt etwa BOmV₃₅. DLa "höoheten Signalpegel, die der Eingangsstufq 246 des Begrenzers 21 ' zugeführt werden können, betragen va. 2 Volt . Die Diodcnoigenschaften

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sind derart, daß diese maximalen Signale in der ersten Begrenzer:;viu"c Ausgangssignale erzeugen, die etwa ein und zwei Zehntel Volt,- jo-

tragen. Die drei Begrenzerstufen 3^5, 2^7 ^ind 240 örzeugen einen οΐΛτ huitlichcn Ausgangssignalpegel an der Stufe 2^8. Rauschsigiialc, c'.ie Dtitonsignalen Überlagert sind, werden durch die drei Bccrenserstufen vollständig eliminiert mit der eventuellen Ausnahme, daß ein Rautchimp'uls so groß 1st, daß or den momentanen Wert eines p'hascnvcrsci.obonen

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Datensignalpogels übersteigt, so daß der Eingangssignalpegel zeitig auf etv;a 0 Volt geht; in diesem Falle könnte das Störsigncl vom Begrenzer durchgelassen v/erden. .

Einer der wichtigsten Vorteile dieser Begrenzerschaltung bestcat darin, daß für Signale mit sehr niedrigem Pegel keine Begrenzung bc^ü^lich. der AnfangGverstärkung besteht. Im Gegensatz dazu sind bekannte Degrcnscr des Typs mit abweohselriden Verstarkungs- und Begrenzung*:tufen im allgemeinen auf Verstärkungsfaktoren in der Größenordnu.ig von droi oder vier beschränkt. Die vorliegende Bogrenserschaltung kann dadurch höhere Verstärkungsgrade erreichen, daß sie Transistoren verwendet, die eine höhere Verstärkung haben, oder daß sie einen aus zwei Transistoren bestehenden Verstärker verwendet* dessen Gö-saratvcrstUrkungsgrad wesentlich höher gemacht v/erden kann. Bei einem 'Transistor mit an sich schon höherem Verstärkungsgrad kann dann de::· £ingangswiderstand, wie z.B. der Widerstand 253 der Stufe ^6 kloir.er gemacht werden, um den maximalen Vorstärkungsgrad bei niedrigeren Signalpegeln wesentlich zu erhöhen.

Im folgenden sind zv;ei zusätzliche Schaltbeispiele für den Begrenzer gemäß Fig. 5 dargestellt.

In Fig. '7 wird die Funktion der Dioden yj>6 und 557 von Fig. 13 (Lurch die Basis-Bmittor-S chi ent. zweier Transistoren ?40 und 74Ί ausij-füari.. DiC₁ ar.dc-ren Bauelemente von Fig. 7 tragen die gleichen Bezugs;:: ff jrn v;ie ir. Fig. 5. In dem Ausführungsbeispiel von Fig. 7 sind die J'.ollck-

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toron der Transistoren über Widerstände 744 und 745 an negativ3 und positive Spannungsklemmen 742· und 74^ angeschlossen. Die Widerstände 744 und 745 sind so gewählt, daß sie die Sättigung der Transistoren 741 bzw. 740 bewirken, wenn der Basis-Emitter-Strom· in Durchla3richtun£ einen bestimmten V/ert erreicht. Bei diesem Wert wird der Spannoncsabfall von der Basis zum Emitter auf einem bestimmten Pegel festgehalten.

Diese Erscheinung des Spannungsabfalls über die Basis-Emittcr-achicht eines gesättigten Transistors, wodurch .eine konstante Kaltecpaimung erreicht wird, die einen schärferen Knick in der Kennlinie auf-/eist als in herkömmlichen Dioden, ist bereits vorgeschlagen.

Die genaue Spannung, bei der die Basis-Emitter-Festlcgun^ wirk »an: wird, kann dadurch gewählt werden, daß der Kol'lektorwiderstand einen Wort erhält, a<?r dje Sättigung bei äcr ausGewHhUcii Bas in-Em.lt·. i;er-Haltespannung bewirkt. Boim Eintreten der Sättigung verändert :-.ic-i a die Easis-Emitter-Spannung nicht bei Auftreten höherer Einsang^:spannungen. Diese konstante Basis-Emitter-Spannung bewirkt eine ve^bcoserW 3ögren2ungswirkung.

Pig. S zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel des Begrenzera, bi i den .die Dioden durch zwei Zehner-Dioden 750 und 75T ersetzt cincl, . el \ho zv;ischen dem Kondensator 555 und dem Eingangsv/iderstand -y\i^ in Reihe geschaltet sind. Dieses Ausführungsbeispiel ist dann vorteilhaft, v;enr. viesentlich höhere Ausgangsspannungsänderungen gewünscht werden.

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Durch Eingangssignale der.einen Polarität wird eine der beiden Zener-» Dioden 7pO oder 75"J erst dann in'ihren Bereich niedrigerer Impedanz gebracht, wenn ihre Durchbruchsspannung in Sperrichtung überschritten 'wird. Inzwischen wird die andere Zeher-Diode in Durchlaßrichtung vorgespannt in ihren'Bereich niedriger. Impedanz, und zwar bei einem niedrigeren Spannungspcgel. Dies hat aber nur einen geringen Einfluß auf den Verstärkungsfaktor, da die andere, in Reihe geschaltete Diode noch ihre hohe Impedanz hat.- .

Wenn dann das Eingangssignal die andere Polarität hat, befindet· sich die vorher in Durchlaßrichtung vorgespannte Zener-Diode im Bereich hoher Impedanz, bis ihre Durchbruchspannung in Sperrichtung überschritten wird. " "

Die Zener-Dioden 750 und 751 begrenzen also dia .Äusgangsamplitv.deii am Kollektor des Transistors 250 bei den positiven und negativen Spannungspegeln, bei denen der Durchbruch in Sperrichtung auftritt, und stellen eine hohe Verstärkung zwischen diesen V/erten sicher. Diese Spannungsausschläge an dem Kollektor des Transistors 550 werden·bestimmt durch den niederohmigen Spannungsabfall der in Durchlaßrichtung vorgespannten Zener-Diode sowie den Spannungsabfall beim Eurchbruch der in Sperrichtung vorgespannton Zener-Diode. .

Falls nicht symmetrische Ausgangssignale tragbar sind, braucht r.ur ■eine Zener-Diode verwendet zu werden. In diesem Falle liegt der Bereich mit hoher Verstärkung zwischen den niederohmigen Bereichen der Vorspannung in Durchlaßrichtung und₍.in Sperrichtung der Diode.

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H62672

Ee ist angenommen wordon, daß bezüglich aller

formcn der maximale Verstärkungsfaktor des Verstärkers sehr hoch ist

und daß der Basisstrom I^ (Fiß· 5) nur ein sehr geringer Teil des

χ und der Rückkopplunßsstroma I^ 1st. in · · χ

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Claims

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U62672

- 24 - Docket 6638 WC

P 14 62 672.3 11. Juni 1968

PATENTANSPRÜCHE

Γΐ.λ Diskriminator für die Entschlüsselung binärer, frequenzumgetasteter

Datensignale, der für jede der beiden zu empfangenden Frequenzen einen Resonanzkreis mit je einer nachgeschalteten Zweiweg-Gleichrichterschaltung enthält, die beide mit ihren Ausgängen zur Bildung einer Differenzfc spannung gegenpolig in Reihe geschaltet sind, wobei diese Differenzspannung einem elektronischen Schalter zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß dessen beide Eingangspole durch die Basen zweier gleichartiger, mit ihren Basis-Emitter-Spannungsabfällen aufeinander abgestimmter Transistoren (425, 432) gebildet werden.
2. Diskriminator nach Anspruch 1 mit mindestens einer, den beiden Resonanzkreisen vorgeschalteten Be grenz er schaltung, dadurch gekennzeichnet, daß diese Begrenzerschaltung(en) (346, 347, 348) aus einem rückgekoppelten Verstärker besteht/bestehen und daß die Rückkppplungsschaltung die Reihenschaltung eines Kondensators (355, 365, 375) mit zwei einander parallel geschalteten, entgegengesetzt gepolten Dioden (356 und 357, 366 und 367, 376 und 377) enthält.
3. Diskriminator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückkopplungsschaltung anstelle der parallel geschalteten Dioden (356 und 357, 366 und 367, 376 und 377) eine Reihenschaltung zweier entgegengesetzt gepolter Zener-Dioden (750 und 751) enthält.

Neue Unterlagen .!Art. 7 £ Ι μι.:, ζ ti- . -. ,u j <>s Anderungsges. ν. 4, 9.1QG7,

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