DE4018616C2 - Schaltungsanordnung zur Frequenzverdopplung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Frequenzverdopplung.

So ist aus der DE 21 33 806 A1 eine aus zwei Differenzverstärkern aufgebaute Frequenzverdopplerschaltung bekannt. An die Eingänge des ersten Diffe­ renzverstärkers wird ein 19 kHz-Pilotsignal zugeführt, das durch die Sätti­ gungscharakteristik dieses Verstärkers konstant gehalten wird. Dieses Signal wird dem zweiten Differenzverstärker zugeführt, der eine Vollwellen-Gleich­ richterschaltung bildet. Als Last dieser beiden Differenzverstärker ist ein auf das 19 kHz-Signal abgestimmter Abstimmkreis vorgesehen. Am Ausgang der Vollwellen-Gleichrichterschaltung kann ein Schaltsignal von 38 kHz abgegrif­ fen werden.

Des weiteren ist aus der DE 27 13 953 A1 ein Frequenzverdreifacher bekannt, der einen mit einer Quelle eines Eingangswechselsignals gekoppelten Signal­ multiplizierer enthält. Dieser Signalmultiplizierer erzeugt ein der dritten Potenz des Eingangssignals proportionales erstes Ausgangssignal, das eine dem Eingangssignal proportionale erste harmonische Komponente und eine dem Eingangssignal proportionale dritte harmonische Komponente enthält. Ein ebenfalls auf das Eingangssignal ansprechender zweiter Signalmul­ tiplizierer liefert ein zweites Ausgangssignal, dessen Betrag und Polarität in einer vorbestimmten Relation zur ersten harmonischen Komponente ste­ hen. Eine Vereinigungsschaltung kombiniert das erste und das zweite Ausgangssignal derart miteinander, daß die erste harmonische Komponente ausgelöscht wird und dadurch ein drittes Ausgangssignal entsteht, das pro­ portional der dritten harmonischen Komponente und im wesentlichen frei von ersten harmonischen Komponenten ist. Die genannten Signalmultipli­ zierer sowie die Vereinigungsschaltung sind jeweils mit Differenzverstärkern aufgebaut.

Diese bekannten Anordnungen zeigen aber insbesondere bei sehr hohen Frequenzen keine befriedigenden dynamischen Eigenschaften.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine vorteilhafte Schaltungsanordnung zur Frequenzverdopplung anzugeben, die insbeson­ dere auch für sehr hohe Frequenzen geeignet ist.

Die Erfindung ist im Patentanspruch 1 beschrieben. Die Unteransprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung.

Besondere Vorzüge der erfindungsgemäßen Frequenzverdopp­ lerschaltung sind

• - gutes dynamisches Verhalten
• - symmetrischer Ausgang
• - hoher Amplitudenumsetzungsfaktor k=A_2f/A_f bei relativ geringem Stromverbrauch
• - Ansteuerung mit symmetrischem oder unsymmetrischem Ein­ gangssignal möglich
• - monolithisch integrierbar.

Die Erfindung ist nachfolgend an zwei Ausführungsbeispie­ len unter Bezugnahme auf die Abbildungen noch eingehend veranschaulicht.

Bei der Ausführung nach Fig. 1 verteilen sich bei balan­ cierten Eingängen E, , d. h. E und auf gleichem Gleich­ spannungspotential, die von den Stromquellen IQ1 und IQ2 festgelegten Ströme J1 bzw. J2 gemäß den unterschiedlich bemessenen Emitterflächen der Transistoren T2 und T4 bei Quelle IQ1 bzw. der Transistoren T6 und T3 bei Quelle IQ2. Die Emitterflächen sind so bemessen, daß durch Transistor T2 ein deutlich höherer Strom fließt als durch Transistor T4 bzw. durch Transistor T6 ein deutlich höherer Strom als durch Transistor T3. Die ungleiche Stromaufteilung kann anstelle unterschiedlich bemessener Emitterflächen auch durch unterschiedliche Gegenkopplung der Transistoren T2 und T4 bzw. T3 und T6 bei gleich großen Emitterflächen er­ folgen. In der Abbildung ist dies angedeutet durch die mit unterbrochenen Linien eingetragenen Gegenkopplungswider­ stände R1, R2. Die Transistoren T2 und T4 und die Transi­ storen T6 und T3 bilden jeweils einen Differenzverstärker mit ungleicher Ruhestromaufteilung.

Bei Wechselspannungsansteuerung der Eingänge E, wird die Stromaufteilung im Takt des Wechselsignals verändert. We­ gen der im Ruhestand eingestellten deutlichen Ungleichheit der Ruhestromaufteilung ist bei der Wechselspannungsan­ steuerung aber nur die Stromaufteilung von den Transisto­ ren mit größerer Emitterfläche (oder geringerer Gegenkopp­ lung) T2 bzw. T6 auf die Transistoren mit kleinerer Emit­ terfläche (oder stärkerer Gegenkopplung R1, R2) T3 bzw. T4 quantitativ von Bedeutung. Jede Halbwelle des Eingangssi­ gnals an E, bewirkt eine Stromumverteilung von einem der anfänglich mehr Strom führenden Pfade (T2, T6) auf einen der anfänglich weniger Strom führenden Pfade (T3, T4), so daß in den Ausgangssummenströmen isI = iI + iI′ und isII = iII + iII′ ein komplementärer Anstieg und Abfall mit ge­ genüber dem Eingangssignal doppelter Frequenz erfolgt. Über den Spannungsabfall an den Lastwiderständen R3 und R4 ergibt sich daraus an den Ausgangsanschlußpunkten A1, A2 ein Wechselsignal mit gegenüber dem Eingangssignal verdop­ pelter Frequenz.

Die in Fig. 2 skizzierte bevorzugte Ausführung der Fre­ quenzverdopplerschaltung unterscheidet sich von der vor­ stehend beschriebenen im wesentlichen durch die zusätzli­ chen Transistoren T1, T5, T7 und T8. Die Transistoren T1 und T5 bewirken eine Erhöhung der Eingangsimpedanz. Durch die in die Ausgangssummenstrompfade eingeführten Transi­ storen T7, T8 in Kollektorbasisschaltung können mittels eines Stellsignals PR die Gleichspannungspegel an A1 und A2 eingestellt werden. Die Transistoren T7, T8 bilden so­ mit eine vorteilhafte Möglichkeit, um beispielsweise das Tastverhältnis im frequenzverdoppelten Ausgangssignal auf einen gewünschten Wert einzustellen.

Für die beschriebenen Frequenzverdopplerschaltungen sind Ansteuersignale E, mit geringer Flankensteilheit wie nicht begrenzte oder nur schwach begrenzte Signale von Vorteil. Für den Fall, daß das Eingangssignal auch be­ grenzt sein kann, zeigt daher der Eingang der Frequenzver­ dopplerschaltung vorzugsweise Tiefpaßcharakter. Für hohe Frequenzen wird ein solches Tiefpaßverhalten häufig be­ reits durch die dynamischen Eigenschaften der verwendeten Bauelemente selbst in ausreichendem Umfang erzielt. Für tiefere Frequenzen ist vorteilhafterweise an den Eingängen der Frequenzverdopplerschaltung ein Tiefpaßfilter vorgese­ hen, das für besonders breite Betriebsfrequenzbereiche auch einstellbar ist, z. B. mittels spannungsgesteuerter Kapazitätsdioden. An den Ausgängen A1, A2 der Frequenzver­ dopplerschaltung bilden die Lastwiderstände R3, R4 mit den Kollektor-Kapazitäten der Transistoren gleichfalls Tief­ pässe, die Signalanteile bei höheren Frequenzen stärker dämpfen als das Ausgangsnutzsignal.

Claims (4)

1. Schaltungsanordnung zur Frequenzverdopplung, dadurch gekennzeichnet

• - daß zwei Differenzverstärker mit jeweils einem ersten (T2 bzw. T6) und einem zweiten (T3 bzw. T4) Transistor vorgesehen sind,
• - daß innerhalb jedes Differenzverstärkers die Ruhe­ stromaufteilung auf den ersten und den zweiten Transistor ungleich ist
• - daß die Kollektoren der ersten Transistoren in einem er­ sten Ausgangsanschluß (A1), die Kollektoren der zweiten Transistoren in einem zweiten Ausgangsanschluß (A2) zusam­ mengefaßt sind und
• - daß die Basisanschlüsse der ersten und zweiten Transi­ storen der beiden Differenzverstärker über kreuz verbunden (T2 mit T3; T6 mit T4) sind und die Eingänge (E, E) der Schaltungsanordnung bilden.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß für die ungleiche Ruhestromaufteilung unter­ schiedliche Flächendimensionierungen der ersten und zweiten Transistoren vorgesehen sind.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß für die ungleiche Ruhestromaufteilung unter­ schiedliche Gegenkopplungen der ersten und zweiten Transi­ storen vorgesehen sind.

4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (T7, T8) zur Verschie­ bung der Gleichspannungspegel an den Ausgangsanschlüssen (A1, A2) vorgesehen sind.