Ringmodulator

En ringmodulator , även känd som en ringblandare , produktmodulator eller balansmodulator , är en elektronisk krets som används som en symmetrisk mixer i heterodynmottagare och för amplitudmodulering . Två inkommande växlande spänningar u _x och u _y multipliceras tillsammans och spänningen u _a erhålls vid utgången :

Ringmodulator

${\ displaystyle u _ {\ mathrm {a}} = u _ {\ mathrm {x}} \ cdot u _ {\ mathrm {y}}}$

Fyra halvledar- eller rördioder som är så lika som möjligt är ordnade som en diodkvartett i en ring (se kretsschema). Till skillnad från likriktarens bryggkrets är alla dioder orienterade i samma rotationsriktning.

funktionalitet

Signaler på ringmodulatorn när de styrs med fyrkantvågsspänning

Om en rektangel med stor amplitud jämfört med u _x väljs för signalen u _y är resultatet ett mycket enklare övervägande. Spänningen på u _y avgör vilka dioder som leder. I normal drift gäller följande här . ${\ displaystyle {\ hat {u}} _ {\ mathrm {y}} \ gg {\ hat {u}} _ {\ mathrm {x}}> {\ hat {u}} _ {\ mathrm {a} }}$

För en transformator med mittkran och ett överföringsförhållande på 1: 1 (dvs. L ₁ = L _{2a + 2b} och L ₄ = L _{3a + 3b} ) gäller följande:

skick	Resultat
${\ displaystyle U _ {\ mathrm {y}} \ geq {2 \ cdot U_ {F}}}$	V 1 och V 2 uppförande
${\ displaystyle {-2 \ cdot U _ {\ mathrm {F}}} <U _ {\ mathrm {y}} <{2 \ cdot U _ {\ mathrm {F}}}}$	ingen diod leder
${\ displaystyle U _ {\ mathrm {y}} <{- 2 \ cdot U _ {\ mathrm {F}}}}$	V 3 och V 4 uppförande

Här, U _F , diodernas framspänning ( engelska : framspänning ). Eftersom Schottky-dioder , till skillnad från pn- dioder, har en lägre framspänning används alltid Schottky-dioder. ${\ displaystyle U _ {\ mathrm {F}} \ approx 0 {,} 3 \, {\ rm {V}}}$

Strömmar i ringmodulatorn

Intern struktur för ADE-1-ringmodulator.

Om spänningen u _y och strömmen i _{y har} ett positivt värde, strömmar en ström i lika delar via mittkranen på T _1/2 via lindningarna L _2a och L _2b , så att dioderna V ₁ och V ₂ leder. Strömmen når sedan T _3/4 , där den rinner genom mittkranen till marken. Både T _1/2 såväl som T _3/4 induceras ingen spänning eftersom strömmarna flyter i motsatt riktning och tillhörande magnetfält neutraliseras.

${\ displaystyle i_ {L \ mathrm {3a}} = i_ {L \ mathrm {2a}} = {\ frac {1} {2}} \, i_ {y}}$

${\ displaystyle i_ {L \ mathrm {3b}} = i_ {L \ mathrm {2b}} = - {\ frac {1} {2}} \, i_ {y}}$

${\ displaystyle i_ {L \ mathrm {3a}} = - i_ {L \ mathrm {3b}} \,}$

En ström i _x matas nu in via lindning L ₁ av T _1/2 . Följande gäller:

${\ displaystyle i_ {L \ mathrm {3a}} = i_ {L \ mathrm {2a}} = {\ frac {1} {2}} \, i_ {y} + i _ {\ mathrm {x}}}$

${\ displaystyle i_ {L \ mathrm {3b}} = i_ {L \ mathrm {2b}} = - {\ frac {1} {2}} \, i_ {y} + i _ {\ mathrm {x}} }$

Genom att jämföra strömmarna finns det, förutom push-pull- signalen, också en common-mode-komponent (GL).

${\ displaystyle i_ {L \ mathrm {3GL}} = {\ frac {i_ {L \ mathrm {3a}} + i_ {L \ mathrm {3b}}} {2}} = i _ {\ mathrm {x} }}$

Sedan överlagring av strömmarna i de båda lindningshalvorna T _3/4 resulterar i ett värde som inte är lika med noll, strömmen i _en också flyter på utgångssidan L ₄ , och en spänning induceras.

${\ displaystyle i _ {\ mathrm {a}} = i _ {\ mathrm {x}} \,}$

Funktionsdiagram för en ringmodulator med bandpass vid utgången

Nu den fyrkantvåg spänningen u _{y ändrar} sin polaritet ( i _y också), då dioderna V ₃ och V ₄ uppträdande . Efter beräkningsstegen analoga med den tidigare analysen är resultatet:

${\ displaystyle i _ {\ mathrm {a}} = - \, i _ {\ mathrm {x}}}$

Således sker en enkel form av multiplikation med fyrkantvågsspänning:

${\ displaystyle i _ {\ mathrm {a}} = \ operatorname {sgn} {\ left (u _ {\ mathrm {y}} \ right)} \, i _ {\ mathrm {x}}}$

En grundläggande åtskillnad görs mellan upp- och nedblandare för blandare. I fallet med en upp-omvandlare , en IF-signal s _x matas till ingången _och multipliceras med den lokala oscillatorsignalen s _y . I fallet med den nedblandaren , är en RF-signal som matas till ingången och multipliceras med den lokala oscillatorsignalen.

Ringmodulator som en up-mixer

Ringmodulator (utan RLC - bandpass )

Den krets som visas på den högra alstras vid sekundärlindningen hos T _3/4 av så kallade dubbel sidband signalen u _en innehåller, som båda sidbanden hos den modulerade bäraren, men inte dessa själva. Detta tyder på en separerande skarp filter en medelst av producerad SSB- signal.

Ringmodulator som en dunblandare

När nedkonverterare ( engelska : down converter ), ingångssignalen u _x av frekvensen f _x med lokaloscillatorspänningen u _y med frekvensen f _y på spänningen u _a med den så kallade. Mellanfrekvens f _en konverterad . Följande gäller här:

${\ displaystyle f _ {\ mathrm {a}} = \ left | f _ {\ mathrm {x}} -f _ {\ mathrm {y}} \ right |}$

Utsignalen frigörs med hjälp av en RLC - bandpass vid utsignalen från oönskade frekvenskomponenter till följd av omvandlingen.

Applikationer

Under tidigare årtionden användes ibland också ringmodulatorer för att omvandla en likspänning till en växelspänning som är proportionell mot den, vilket bättre kan förstärkas med en exakt definierad faktor eftersom växelströmsförstärkare inte har någon nollpunktsdrift (se hackarförstärkare ). Ett sådant arrangemang användes till exempel för att styra långväga raket V2 .

Ringmodulatorkretsen har länge varit föråldrad för de flesta applikationer, eftersom integrerade kretsar har kunnat producera utmärkta analoga multiplikatorer eller blandare med låg distorsion och bra undertryckning av insignalerna sedan omkring 1960. Även om en diodring och transformatorer inte längre används här, behålls den gamla beteckningen ofta.

Ringmodulatorer är å andra sidan viktiga verktyg inom elektronisk musik . Kvasi-ringmodulatorer används ofta i elektroniska musikinstrument , särskilt i synthesizers . Till skillnad från de andra applikationerna är bäraren och signalen i ett liknande frekvensområde så att negativa frekvenser kan uppstå i det nedre sidobandet . På grund av de icke-harmoniska övertonegenskaperna kan till exempel enkla signaler användas för att skapa klockliknande ljud .

I amatörradio ringar fortfarande modulatorer som så kallad högnivåblandare med idag LO -Pegeln på +7 dBm (1,41 V _ss ) till +23 dBm (8,91 V _ss ) som används i mottagare och sändtagare med stor signalstyrka. Välkända exempel på högnivåblandare är SBL-1 (H), IE-500 eller TUF-1 (H).

Annars används ringmodulatorer sällan i radioteknik och har ersatts av andra kretsar. I synnerhet bör Gilbert-cellen nämnas, som är en mer kostnadseffektiv men ändå högkvalitativ mixer. Den passiva FET-mixern , som uppnår bättre egenskaper, kan förstås som en direkt efterträdare .

webb-länkar

• Datablad SBL-1 (PDF; 280 kB)

Individuella bevis

1. ^ Skript på mixer. (PDF)