DE1114231B - Generator zur Erzeugung einer Reihe harmonischer Schwingungen einer Grundfrequenz - Google Patents

Description

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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Generator zur Erzeugung einer Reihe von harmonischen Schwingungen einer Grundfrequenz unter Anwendung einer Spule mit einem sättigbaren, ferromagnetischen Kern, die einen Teil eines Parallelkreises bildet, der bei gesättigtem Spulenkern auf die Grundfrequenz abgestimmt und in den Ausgangskreis eines Verstärkers aufgenommen ist, der durch die Grundschwingung gesteuert wird, während der Generator der harmonischen Schwingungen weiter mit einer Reihe auf die Harmonischen der Grundfrequenz abgestimmter Trennfilter versehen ist, die durch die der Spule mit sättigbarem Kern entnommenen Schwingungen gespeist werden.

Für verschiedene Verwendungen, besonders beim Erzeugen einer Trägerwelle für Trägerfrequenz-Fernsprechgeräte werden bei solchen sogenannten Harmonischen-Generatoren zum Erzielen der gewünschten Diskrimination von z. B. 80 db zwischen den durch Frequenzselektion erhaltenen Harmonischen sehr hohe Anforderungen an die Gleichheit der gegenseitigen Form und des gegenseitigen Abstandes der in der Spule mit sättigbarem Kern erzeugten Impulse gestellt, wobei es weiter erforderlich ist, daß der Pegel der verschiedenen Harmonischen unabhängig von der Ordnungszahl praktisch konstant ist. Bei der transistorisierten Ausführungsform solcher Harmonischen-Generatoren treten infolge der Transistoreigenschaften praktische Schwierigkeiten ein.

Die Erfindung bezweckt, einen solchen Generator harmonischer Schwingungen in der Transistorausführungsform zu schaffen, bei dem die erwähnten Anforderungen auf einfache Weise erfüllt werden.

Die Vorrichtung nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der als Transistorverstärker ausgebildete Verstärker in dem Kollektorkreis den Parallelkreis mit der Spule mit dem sättigbaren Kern enthält, die in Reihe mit dem Kreiskondensator geschaltet ist, wobei zwischen der Kollektorelektrode des Transistorverstärkers und dem Parallelkreis eine Diode eingeschaltet ist, deren Stromdurchlaßrichtung in der Kollektorstromrichtung des Transistors geschaltet ist.

Die Erfindung und ihre Vorteile werden nachstehend an Hand der Figuren näher erläutert.

Fig. 1 zeigt einen Harmonischen-Generator nach der Erfindung, der als Trägerfrequenzgenerator für ein Trägerfrequenz-Fernsprechgerät verwendet wird, und

Fig. 2 a bis 2e zeigen einige Zeitdiagramme zur Erörterung des in Fig. 1 veranschaulichten Harmonischen-Generators.

Generator zur Erzeugung einer Reihe

harmonischer Schwingungen

einer Grundfrequenz

Anmelder:

N. V. Philips' Gloeilampenfabrieken,
Eindhoven (Niederlande)

Vertreter: Dipl.-Ing. J. Crasemann, Patentanwalt,
München 5, Erhardtstr. 11

Beanspruchte Priorität:

Niederlande vom 2. Dezember 1959 (Nr. 245 994/®)

Johannes Ensink
und Petrus Gustaaf Franciscus Ploegaert,

Hilversum (Niederlande),
sind als Erfinder genannt worden

Der in Fig. 1 dargestellte Harmonischen-Generator nach der Erfindung ist zum Erzeugen von Kanalträgerfrequenzen in einer Trägerfrequenz-Fernsprechapparatur als Harmonische einer Grundfrequenz eingerichtet, die den Eingangsklemmen 1, 2 des Harmonischen-Generators zugeführt wird. Die Grundfrequenz beträgt z. B. 4 kHz, während die Kanalträgerfrequenzen die Harmonischen der Grundfrequenz 12, 16, 20, 24, 28, 32 kHz in dem Band von 12 bis 32 kHz bilden.

In der veranschaulichten Ausfuhrungsform wird die Schwingung der Grundfrequenz den Eingangsklemmen 1, 2 über einen Transformator 3 und nach Energieverstärkung in einem Transistor-Gegentaktverstärker 4, 5 einer in den Kollektorkreisen der Transistoren 4, 5 liegenden Spule 6 mit sättigbarem, ferromagnetischem Kern, ζ. Β. aus Ferrit, zugeführt, die zur Hochtransformierung des sie durchfließenden Stroms in einen den Kondensator 8 und die Spule 7 enthaltenden Parallelkreis eingefügt ist, der bei gesättigtem Kern der Spule 6 auf die Grundfrequenz abgestimmt ist. Dabei ist die Spule 6 mit sättigbarem Kern in Reihe mit dem Kreiskondensator 8 geschaltet, während der Transistor-Gegentaktverstärker 4, 5

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in Klasse AB geschaltet ist, wobei die Emitterelektroden über einen gemeinsamen Emitterwiderstand 9 mit Erde verbunden sind und die Vorspannung der Basiselektroden einem zwischen der Minusklemme 10 der Speisespannungsquelle und Erde eingeschalteten Spannungsteiler 11 entnommen wird. Wenn die in Fig. 2 a veranschaulichte Grundfrequenz den Eingangsklemmen 1, 2 des Harmonischen-Generators zugeführt wird, sind während der aufeinanderfolgenden Halbperioden die Transistoren 4, 5 abwechselnd wirksam, und der abgestimmte Kreis 6, 7 8 wird von einem Kreisstrom durchflossen, dessen Größe mit einem durch den Gütefaktor Q des Schwingungskreises 6,7, 8 bedingten Wert gegenüber dem Kollektorstrom der Transistoren 4, 5 hochtransformiert ist. Fig. 2 b zeigt den die Spule 6 mit sättigbarem Kern durchfließenden Kreisstrom, der, da die Spule 6 in den kapazitiven Zweig des Schwingungskreises 6, 7, 8 eingefügt ist, gegenüber der Kreisspannung um 90° voreilt.

Bei jedem Nulldurchgang des die Spule 6 mit sättigbarem Kern durchfließenden Stroms geht der Kern der Spule 6 von dem gesättigten in den ungesättigten Zustand über, und infolge der Induktionsänderung der Spule 6 entsteht ein kräftiger, scharfer Spannungsimpuls, dessen Polarität durch die Richtung des Kreisstromes durch die sättigbare Spule 6 bedingt wird. In aufeinanderfolgenden Halbperioden des Kreisstromes entstehen auf diese Weise an der sättigbaren Spule 6 Impulse entgegengesetzter Polaritat (vgl. Fig. 2 c), die durch eine mit der Spule 6 gekoppelte Spule 12 und nach getrennter Verstärkung im Gegentaktverstärker 13, 14, der im C-Betrieb arbeitet, einer Reihe auf die Kanalfrequenzen abgestimmter Selektionsfilter 15,16,17 und 18 zugeführt werden. Von dem in der Klasse C geschalteten Transistor-Gegentaktverstärker 13, 14 sind die Emitterelektroden über die Reihenschaltung eines Widerstands 19 und eines durch einen Glättungskondensator 20 überbrückten Widerstands 21 mit Erde verbunden und in den Kollektorkreis jedes der Transistoren 13, 14 ist die Reihenschaltung der Spulen 22, 23, 24, 25 bzw. 26, 27, 28, 29 eingefügt, wobei jeweils eine dem Transistor 13 zugehörige Spule sowie eine dem Transistor 14 zugehörige Spule mit einer Kreisspule der Selektionsfilter 15, 16, 17, 18 derart gekoppelt ist, daß die an die Kreisspulen der Selektionsfilter 15 bzw. 16 angeschlossenen Spulen 22 bzw. 26, 23 bzw. 27, den gleichen Wickelsinn und die an die Kreisspule der Selektionsfilter 17, 18 angeschlossenen Spulen 24, 28 bzw. 25, 29 entgegengesetzten Wickelsinn aufweisen. Die Ausbildung der Selektionsfilter 15, 16, 17 und 18 wird somit einfach, da den Selektionsfiltern 15, 16 das Impulsmuster 30 zugeführt wird, das lediglich die geradzahligen Harmonischen der Grundfrequenz enthält, und den Selektionsfiltern 17,18 das Impulsmuster 31 zugeführt wird, das lediglich die ungeradzahligen Harmonischen enthält. Auf diese Weise werden die Kanalträgerfrequenzen im Frequenzband von 12 bis 32 kHz den Ausgangsklemmen der Selektionsfilter 15, 16, 17 und 18 entnommen, von denen in der Figur deutlichkeitshalber nur vier veranschaulicht sind.

Eine für den veranschaulichten, transistorisierten Harmonischen-Generator wichtige Eigenschaft besteht darin, daß die von der sättigbaren Spule erzeugten Impulse, die an den Zeitpunkten auftreten, an denen die Kreisspannung der Grundfrequenz einen äußersten Wert hat, eine Richtung aufweisen, die der Richtung der dann auftretenden äußersten Werte der Kreisspannung der Grundfrequenz entgegengesetzt ist; die Fig. 2d und 2e zeigen beispielsweise die Spannungen an den mit der Kollektorelektrode des Transistors 4 bzw. 5 verbundenen Kreisenden. Infolgedessen können die Transistoren 4, 5 durch die Grundschwingung optimal ausgesteuert werden, was bei den niedrigen Speisespannungen der Transistoren 4, 5 besonders vorteilhaft ist, während es bei dieser Ausführungsform des Harmonischen - Generators außerdem möglich ist, den Einfluß der Eigenschaften der Transistoren 4, 5 auf die erzeugten Trägerfrequenzen auf ein Mindestmaß herabzusetzen, indem zwischen die Kollektorelektroden der Transistoren 4,5 und den Parallelkreis 6, 7, 8 eine Diode 32 bzw. 33 geschaltet wird, deren Stromdurchlaßrichtung der Kollektorstromrichtung der Transistoren 4, 5 entspricht.

Wenn z. B. die Schwingung der Grundfrequenz in dem Augenblick T = O der Basis des Transistors 4 zugeführt wird (vgl. Fig. 2 a), ist der Transistor 4 wirksam, und über die Diode 32 liefert er unbehindert einen Kollektorstrom an den Schwingungskreis 6, 7, 8 wodurch die Kreisspannung in positivem Sinne zunimmt (vgl. Fig. 2d). Die Kollektorspannung des Transistors 4, die durch die Summe der negativen Speisespannung und der positiven Kreisspannung bedingt wird, wird dementsprechend zunehmen und in der Nähe der maximalen Kreisspannung wird sie nahezu gleich der Emitterspannung, wodurch die Kollektor-Emitterimpedanz auf einen sehr niedrigen Wert herabsinkt (festlaufen oder »bottomed« Zustand des Transistors 4), wodurch der Schwingungskreis 6, 7, 8 in diesem Falle über die besonders niedrige Kollektor-Emitter-Impedanz und den gemeinsamen Emitterwiderstand 9 Strom nach Erde liefern könnte. Diese Umkehrung des Kollektorstroms, die einen Einfluß auf die Form und auf den Augenblick des Auftretens des in der sättigbaren Spule 6 erzeugten Impulses ausüben könnte, wird durch die Diode 32 verhütet, da diese in jenem Falle gesperrt ist und für diesen umgekehrten Kollektorstrom praktisch eine Unterbrechung bildet. Der Impuls kann dann über der sättigbaren Spule 6 ohne Beeinflussung seitens des Transistors 4 gebildet werden, es zeigt sich außerdem, daß diese Bildung des Impulses weitgehend unabhängig von einer Änderung der Transistoreigenschaften, z. B. infolge Temperaturschwankungen, ist.

Während der Periode, in der der Transistor 4 wirksam ist, ist der Transistors gesperrt, und die Kollektorelektrode des Transistors 5 folgt der Spannung des mit dem Kollektor verbundenen Kreisendes, welche Spannung in negativem Sinne zunimmt (vgl. Fig. 2e), während die Spannung über der Diode 32 dabei praktisch gleich Null ist. Tritt bei einem Minimalwert der Kreisspannung ein scharfer Impuls im positiven Sinne auf, so kann die Kollektorspannung infolge der verhältnismäßig hohen Kollektor-Basis- und Kollektor-Emitter-Kapazitäten dieser plötzlichen Spannungsänderung nicht folgen, und die Diode 33 wird dabei gesperrt, wodurch dieser scharfe Impuls den Transistor 5 nicht erreichen kann, der sonst über die hohen Kollektorkapazitäten eine Schwächung der höheren Frequenzkomponenten des Impulsspektrums herbeiführen würde.

In der nächstfolgenden Halbperiode der Grundschwingung ist der Transistor 5 wirksam und der

Claims (1)

1. 5 6

   Transistor 4 gesperrt, wobei der geschilderte Zyklus Es sei noch bemerkt, daß die Verstärker 4, 5 und

   sich wiederholt. 13,14 beide gegebenenfalls in Klasse B geschaltet

   Auf diese Weise wird der Einfluß der Eigenschaften werden können,
   der Transistoren 4, 5 auf die den Ausgangsklemmen

   der Selektionsfilter entnommenen Kanalträgerwellen 5 PATENTANSPRÜCHE:
   weitgehend unterdrückt und insbesondere ergibt es 1. Generator zur Erzeugung einer Reihe harsich, daß Form und gegenseitiger Abstand der er- monischer Schwingungen einer Grundfrequenz zeugten Impulse unabhängig von den angewandten unter Anwendung einer Spule mit sättigbarem, Transistoren 4, 5 genau gleich sind, wodurch uner- ferromagnetischem Kern, die einen Teil eines Parwünschte, ungeradzahlige Harmonische in dem Im- io allelkreises bildet, der bei gesättigtem Spulenkern pulsspektrum des Impulsmusters 30 bzw. uner- auf die Grundfrequenz abgestimmt ist und in den wünschte geradzahlige Harmonische in dem Impuls- Ausgangskreis des Verstärkers eingefügt ist, der spektrum des Impulsmusters 31 wesentlich geschwächt durch die Grundschwingung gesteuert wird, wosind, z. B. um 40 db, so daß ein gewünschter Neben- bei der Harmonischen-Generator weiter mit einer wellenabstand von 80 db der verschiedenen Harmo- 15 Reihe auf die Harmonischen der Grundschwinnischen durch einfache Selektionsfilter 15,16,17,18 gung abgestimmter Selektionsfilter versehen ist, erzielt werden kann. Es hat sich dabei z. B. ergeben, die mit den der Spule mit sättigbarem Kern entdaß sogar bei Umwechslung der Transistoren 4, 5 nommenen Schwingungen gespeist wird, dadurch die Discrimination der erzeugten Trägerwellen inner- gekennzeichnet, daß der als Transistorverstärker halb 3 db konstant bleibt, während die Amplitude der 20 ausgebildete Verstärker in dem Kollektorkreis den höchsten Kanalträgerwellenfrequenz nur um 0,1 db Parallelkreis mit der Spule mit sättigbarem Kern herabsinkt. Die erzielte Verbesserung des darge- enthält, die in Reihe mit dem Kreiskondensator stellten Harmonischen-Generators ist erheblich, da geschaltet ist, wobei zwischen der Kollektorelekbei Entfernung der Dioden 32 und 33 sogar Ab- trode des Transistorverstärkers und dem Parallelnahmen der Diskrimination der erzeugten Träger- 25 kreis eine Diode eingeschaltet ist, deren Stromwellen von 20 db und ein Abfall von 1,5 db nach den durchlaßrichtung der Kollektorstromrichtung des höheren Trägerfrequenzen hin festgestellt werden. Transistors entspricht.

   Der Harmonischen-Generator wurde gleichfalls 2. Generator nach Anspruch 1, dadurch ge-

   zum Erzeugen von Gruppenträgerwellen in dem Band kennzeichnet, daß der Transistorverstärker ein in

   von 420 bis 612 kHz mit einer Grundfrequenz von 30 Klasse B oder in Klasse AB geschalteter Gegen-

   12 kHz verwendet. Bei gleichbleibender Diskrimina- taktverstärker ist.

   tion der erzeugten Trägerwellen innerhalb 3 db zeigt 3. Generator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch es sich, daß der Abfall der Amplitude der höchsten gekennzeichnet, daß die der Spule mit gesättigtem Gruppenträgerwellenfrequenz 0,1 db bei Umwechs- Kern entnommenen Schwingungen einem in lung der Transistoren 4, 5 beträgt, während ohne die 35 Klasse B oder C geschalteten transistorisierten Maßnahmen nach der Erfindung diese Zahlen 20 bzw. Gegentaktverstärker zugeführt werden, wobei in 6 db sind. den Ausgangskreis jedes dieser Transistorver-Für einen in der Praxis ausführlich nachgeprüften stärker die Reihenschaltung einer der Anzahl von Harmonischen-Generator des beschriebenen Typs Selektionsfiltern entsprechenden Anzahl von Spuwerden nachstehend die Daten erwähnt: 40 len eingefügt ist, wobei jeweils eine einem Tran-Transistoren 4 5 OC 80 sistor zugehörige Spule und eine dem anderen

   Dioden 32 33^? O A 73 Transistor zugehörige Spule induktiv an ein Selek-

   Soule7 ' nc tr tionsfilter angeschlossen ist, während die beiden

   _" . ' ^m an ein Selektionsfilter angeschlossenen Spulen für

   bpeisespannung 15 V _{45 eine Anzalll von} Selektionsfiltern den gleichen

   Kondensator 8 71,5 μμΡ Wickelsinn und für die andere Anzahl von Selek-

   Spule 6 (ungesättigt) 0,25 mH tionsfiltern den entgegengesetzten Wickelsinn auf-

   Widerstand 9 500 Ohm weisen.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   © 109 690/215 9.61