Modulator / Demodulator Klasse A

Kniff: Eine Diode mit RC-Glied dahinter bildet den Mittelwert der Spitzen — sie folgt der Hüllkurve. Der Kondensator hinter der Diode muss so bemessen sein, dass er die ZF glättet, der NF aber noch folgt. Das Glied aus Widerstand und Elektrolytkondensator rechts siebt den Gleichspannungsanteil aus, wie man ihn zur Regelung braucht.

Warum die anderen nicht stimmen:

• FM-Demodulator. – Eine Diode reagiert auf die Amplitude, nicht auf die Frequenz. Zur FM-Demodulation braucht es zwei gegeneinander arbeitende Dioden mit phasendrehendem Kreis oder einen verstimmten Kreis — beides ist nicht gezeichnet.
• SSB-Modulator. – Ein Modulator braucht zwei Eingänge (Träger und NF) und liefert HF. Hier gehen ZF hinein und NF heraus — die Richtung ist die des Demodulators.
• Produktdetektor zur Demodulation von SSB Signalen. – Ein Produktdetektor braucht die Zuführung eines Hilfsträgers (BFO), der mit dem Signal multipliziert wird. Ein solcher Anschluss fehlt; es gibt nur den einen ZF-Eingang.

Richtig ist D:

Kniff: X liegt zwischen Diode und Koppelkondensator — also nach dem Gleichrichten und nach dem Glätten, aber vor dem Abtrennen des Gleichanteils. Daraus folgt alles Übrige. Weil die Diode gleichgerichtet hat, liegt das Signal vollständig auf einer Seite der Nulllinie; weil der Kondensator die Spannung zwischen den ZF-Spitzen hält und der Widerstand sie langsam entlädt, folgt die Kurve der Hüllkurve und behält nur eine kleine sägezahnförmige Restwelligkeit im ZF-Rhythmus. Richtig ist deshalb der Verlauf oberhalb der Nulllinie, der die Hüllkurve mit Restwelligkeit zeigt. Der Verlauf aus getrennten, bis auf Null zurückfallenden Zacken wäre das Bild ohne den Ladekondensator — die Speicherwirkung wird dabei vergessen. Das unveränderte, um Null symmetrische ZF-Signal liegt eine Stufe vorher, nämlich am Sekundärkreis vor der Diode. Die glatte Sinuskurve um Null ist eine Stufe später zu messen, nämlich hinter dem Koppelkondensator an der Niederfrequenzklemme: dort ist der Gleichanteil weg und die Restwelligkeit ausgesiebt.

Kniff: Die Diode mit ihrem Widerstand und dem kleinen Kondensator ist ein Hüllkurvendetektor. An seinem Ausgang liegt beides übereinander: der Gleichanteil, der mit der Empfangsstärke wächst, und darauf die Niederfrequenz. Der Weg nach oben mit dem Koppelkondensator lässt nur die Niederfrequenz durch. Der Weg nach X hat es umgekehrt: Serienwiderstand und großer Elko bilden einen Tiefpass mit langer Zeitkonstante, der die Niederfrequenz wegglättet und nur den langsamen Mittelwert stehen lässt. Genau den braucht die Regelung.

Warum die anderen nicht stimmen:

• der Ausgang für das Oszillatorsignal. – In der Zeichnung gibt es keinen Oszillator — nur Bandfilter, Diode und Siebglieder. Ein Oszillatorsignal könnte hier gar nicht entstehen.
• der Ausgang für das ZF-Signal. – Die ZF liegt links am Eingang. Hinter der Diode wird sie vom kleinen Kondensator kurzgeschlossen, und der Elko an X schließt sie erst recht kurz.
• der Ausgang für das NF-Signal. – Die NF wird an der Klemme oben rechts über den Koppelkondensator abgenommen. Der Tiefpass vor X bügelt sie gerade weg; an X steht eine fast reine Gleichspannung.

Ausführlicher Rechen- bzw. Lösungsweg im Lehrgang des DARC: 50ohm.de/AD503

Kniff: Die Beschriftung am gestrichelten Rahmen ist die ganze Aufgabe: der Schwingkreis ist absichtlich verstimmt, die ZF liegt also auf der Flanke seiner Resonanzkurve. Dort wird aus einer Frequenzänderung eine Amplitudenänderung — und die nimmt die Diode mit dem nachfolgenden RC-Glied ab wie bei AM. Ohne die Verstimmung wäre derselbe Kreis nur ein Bandfilter.

Warum die anderen nicht stimmen:

• Diodendetektor zur Demodulation von SSB-Signalen. – Diode mit Kondensator und Widerstand sind tatsächlich ein Hüllkurvendetektor, aber SSB lässt sich damit nicht demodulieren — ohne Träger ergibt die Hüllkurve nur Gemurmel. Und der verstimmte Kreis davor wäre für einen reinen Diodendetektor überflüssig.
• Produktdetektor zur Demodulation von SSB-Signalen. – Ein Produktdetektor ist ein Mischer und braucht einen zweiten Eingang für den wiedereingesetzten Träger (BFO). In der Zeichnung gibt es nur einen Eingang, links die ZF.
• Produktdetektor zur Demodulation von FM-Signalen. – Auch hier fehlt der zweite Eingang des Mischers. Außerdem gewinnt ein Produktdetektor keine Frequenzmodulation zurück; er verschiebt nur die Frequenzlage.

Kniff: Entscheidend ist, wo A abgegriffen wird: an der Steuerspannung des VCO. Der Regelkreis zieht den VCO auf die Frequenz des Eingangssignals; schwankt diese im Takt der Modulation, muss die Steuerspannung dieser Schwankung folgen. Damit steht am Abgriff genau der Frequenzhub als Spannung — die demodulierte Niederfrequenz.

Warum die anderen nicht stimmen:

• AM-Modulator. – Ein Modulator hätte zwei Eingänge, einen für den Träger und einen für die Modulation. Hier gibt es nur einen Eingang E und einen Ausgang A, und der Δφ-Kasten vergleicht Phasen, statt zu multiplizieren.
• PLL-Abwärtsmischer. – Zum Mischen bräuchte es einen Mischer, dem das Eingangssignal und die VCO-Frequenz zugeführt werden und der die Differenzfrequenz abgibt. Das Eingangssignal läuft hier nur in den Phasenvergleicher, und A hängt an der Steuerspannung — dort liegt keine Zwischenfrequenz, sondern eine langsam veränderliche Gleichspannung.
• SSB-Demodulator mit PLL-gesteuertem BFO. – Dafür müsste die PLL einen Hilfsträger erzeugen und ein zweiter Baustein, ein Produktdetektor, daraus mit dem Eingangssignal die Niederfrequenz gewinnen. Dieser zweite Baustein fehlt, und der Ausgang liegt nicht am VCO, sondern an seiner Steuerspannung.

Kniff: Zwei Eingänge und ein Ausgang: das Signal wird nicht gleichgerichtet, sondern mit dem Hilfsträger multipliziert. Aus der Multiplikation zweier Frequenzen entsteht die Differenz — bei SSB genau die NF. Die vier Dioden im Ring sorgen dafür, dass beide Eingangsfrequenzen selbst am Ausgang nicht erscheinen (doppelt symmetrisch).

Warum die anderen nicht stimmen:

• Diskriminator zur Demodulation von FM-Signalen. – Ein Diskriminator wertet Frequenzabweichungen aus und braucht einen phasendrehenden Kreis mit zwei gegensinnig gepolten Dioden. Hier laufen die vier Dioden gleichsinnig im Ring, und es gibt einen zweiten Eingang für den Hilfsträger.
• Hüllkurvendemodulator zur Demodulation von AM-Signalen. – Dafür genügt eine Diode mit RC-Glied, und das Signal muss einen Träger mitbringen. Hier sind es vier Dioden, und der Träger wird von außen über die BFO-Klemme zugeführt.
• Flankendemodulator zur Demodulation von FM-Signalen. – Ein Flankendemodulator nutzt einen absichtlich verstimmten Kreis, der Frequenzänderungen in Amplitudenänderungen umsetzt, dahinter eine Diode. Hier sind beide Kreise auf ihre Frequenz abgestimmt, und ein Ring aus vier Dioden ist kein Gleichrichter für eine Hüllkurve.

Kniff: Zwei Spannungen an einem Punkt zu addieren ergibt noch keine Modulation — dafür braucht es ein nichtlineares Bauteil, und das ist hier die Diode. An ihrer gekrümmten Kennlinie entstehen Mischprodukte, also Träger plus und minus 1 kHz. Der Schwingkreis ist auf die Trägerfrequenz 3,7 MHz abgestimmt und lässt den Träger mit seinen beiden Seitenbändern stehen, während er die 1 kHz und die Oberwellen kurzschließt. Übrig bleibt ein Träger, dessen Amplitude im Takt der 1 kHz schwankt.

Warum die anderen nicht stimmen:

• FM-Modulator. – Für Frequenzmodulation müsste die NF einen Oszillator verstimmen, etwa über eine Kapazitätsdiode im Schwingkreis. Hier wird der Träger fertig eingespeist; die Diode kann nur seine Amplitude beeinflussen, nicht seine Frequenz.
• LSB-Modulator. – Einseitenband verlangt, dass Träger und das andere Seitenband unterdrückt werden — dazu braucht es einen Ringmodulator oder eine Gegentaktstufe und ein steilflankiges Filter. Der Schwingkreis ist hier auf den Träger selbst abgestimmt und lässt ihn samt beiden Seitenbändern durch.
• USB-Modulator. – Gleicher Punkt wie beim unteren Seitenband: nichts in der Zeichnung unterdrückt Träger oder ein Seitenband. Ein einzelner Schwingkreis auf 3,7 MHz kann Seitenbänder, die nur 1 kHz daneben liegen, gar nicht trennen.

Ausführlicher Rechen- bzw. Lösungsweg im Lehrgang des DARC: 50ohm.de/AD507

Kniff: Entscheidend ist, wo die Niederfrequenz angreift. Sie lädt über den Reihenwiderstand die Kapazitätsdiode um, und diese Diode liegt über den Koppelkondensator parallel zum frequenzbestimmenden Schwingkreis des Oszillators. Andere Kapazität heißt andere Resonanzfrequenz: die Trägerfrequenz wird im Takt der NF verzogen. Die Amplitude der Schwingung bleibt dabei unberührt.

Warum die anderen nicht stimmen:

• AM-Signalen. – Für AM müsste die NF die Amplitude verändern, also etwa auf die Betriebsspannung oder den Arbeitspunkt einer Verstärkerstufe wirken. Hier wirkt sie auf eine Kapazität im Schwingkreis, und die bestimmt die Frequenz.
• AM-Signalen mit unterdrücktem Träger. – Ein trägerunterdrückter AM-Modulator braucht einen symmetrischen (Ring-)Modulator, in dem sich der Träger herausbalanciert. Hier schwingt ein einziger Transistor dauernd durch und liefert genau diesen Träger.
• phasenmodulierten Signalen. – Bei Phasenmodulation läuft der Oszillator auf fester Frequenz und die NF greift erst dahinter an einem Phasenglied an. Hier sitzt die Diode im Schwingkreis des Oszillators selbst, also ändert sich unmittelbar die Frequenz.

Ausführlicher Rechen- bzw. Lösungsweg im Lehrgang des DARC: 50ohm.de/AD508

Kniff: Das ist alles Niederfrequenz, noch vor dem Oszillator. Bei FM hängt der Frequenzhub allein an der Amplitude der Niederfrequenz. Also begrenzen die beiden gegensinnigen Dioden durch Abschneiden der Spitzen den Hub, und der Schleifer des Potentiometers stellt ihn ein. Das Filter mit 3 kHz räumt danach die Oberwellen weg, die das Abschneiden erzeugt hat.

Warum die anderen nicht stimmen:

• Die Erzeugung von Phasenmodulation – Modulation entsteht erst im Oszillator, der hier gar nicht gezeichnet ist — das Bild endet mit „zum Oszillator". Die Schaltung bereitet nur das Niederfrequenzsignal vor; kein Bauteil darin dreht eine Phase.
• Die Erzeugung von Amplitudenmodulation – Zum Erzeugen von AM müsste die Niederfrequenz die Amplitude eines Trägers steuern. Ein Träger kommt in der Schaltung nicht vor; die Dioden verändern die Amplitude der Niederfrequenz selbst, und zwar begrenzend.
• Die HF-Pegelbegrenzung und HF-Pegeleinstellung bei FM-Funkgeräten – Begrenzt und eingestellt wird hier, aber nicht auf der HF-Seite: der Verstärker ist auf 0,3–3,4 kHz Sprachbandbreite ausgelegt und das Filter auf 3 kHz. Das sind Niederfrequenzen. Eine HF-Pegeleinstellung würde hinter dem Oszillator stehen.

Ausführlicher Rechen- bzw. Lösungsweg im Lehrgang des DARC: 50ohm.de/AD509

Ein Balancemischer ist so aufgebaut, dass sich der Träger in der Symmetrie aufhebt. Übrig bleiben nur Summe und Differenz der beiden Eingangsfrequenzen — die zwei Seitenbänder.

Kniff: Das Ergebnis heißt DSB, Doppelseitenband mit unterdrücktem Träger. Zu SSB wird es erst, wenn danach ein Filter eines der beiden Seitenbänder wegnimmt.

Warum die anderen nicht stimmen:

• Der verringerte Träger und ein Seitenband – Das wäre ein schlecht abgeglichener Mischer mit nachgeschaltetem Filter. Bei symmetrischer Einstellung ist der Träger weg, und beide Seitenbänder sind da.
• Viele Mischprodukte – Mischprodukte höherer Ordnung entstehen bei Übersteuerung. Im Sollbetrieb bleibt es bei Summe und Differenz.
• Der vollständige Träger – Genau den unterdrückt der Balancemischer. Das ist sein einziger Zweck.