imported>Inschenör: Ringmodulator as downmixer.gif war gleich zweimal eingebunden.

2025-11-25T21:34:52Z

Ringmodulator as downmixer.gif war gleich zweimal eingebunden.

Neue Seite

Ein '''Ringmodulator''', auch als '''Ringmischer''', '''Produktmodulator''' oder '''Balance-Modulator''' bekannt, ist eine elektronische Schaltung, die als symmetrischer [[Mischer (Elektronik)|Mischer]] in [[Überlagerungsempfänger]]n und zur [[Amplitudenmodulation]] verwendet wird. Zwei eingehende [[Wechselspannung]]en ''u''x und ''u''y werden miteinander multipliziert, und man erhält am Ausgang die Spannung ''u''a:
[[Datei:Ringmodulator as downmixer.gif|mini|Ringmodulator(ohne Filter)]]

: <math>u_\mathrm {a} = u_\mathrm {x} \cdot u_\mathrm{y}</math>

Vier möglichst ähnliche Halbleiter- oder Röhrendioden sind als [[Diode]]nquartett in einem ''Ring'' angeordnet (siehe Schaltbild). Im Unterschied zur [[Gleichrichterbrückenschaltung]] sind alle Dioden in gleichem Umlaufsinn orientiert.

== Funktionsweise ==

[[Datei:Signale-am-Ringmodulator.svg|mini|Signale am Ringmodulator bei Ansteuerung mit Rechteckspannung]]

Wenn für das Signal ''u''y ein Rechteck mit großer Amplitude gegenüber ''u''x gewählt wird, ergibt sich eine deutlich einfachere Betrachtung.
Die Spannung von ''u''y legt fest, welche Dioden leiten. Hierbei gilt im Normalbetrieb, dass <math>{\hat u}_\mathrm{y} \gg {\hat u}_\mathrm{x} > {\hat u}_\mathrm{a}</math>.

Bei einem [[Übertrager]] mit Mittelanzapfung und einem Übertragungsverhältnis von 1:1 (d. h. ''L''1=''L''2a+2b und ''L''4=''L''3a+3b) gilt hierbei:
{| class="wikitable"
|-
! Bedingung !! Ergebnis
|-
| <math>U_\mathrm {y} \ge {2 \cdot U_F}</math> || ''V''1 und ''V''2 leiten
|-
| <math>{-2 \cdot U_\mathrm{F}} < U_\mathrm{y} < {2 \cdot U_\mathrm{F}}</math> || keine Diode leitet
|---
| <math>U_\mathrm{y} < {-2 \cdot U_\mathrm{F}}</math> || ''V''3 und ''V''4 leiten
|-
|}
Dabei ist ''U''F die Durchlassspannung ([[Englische Sprache|englisch]]: ''forward-voltage'') der Dioden. Da [[Schottky-Diode]]n im Gegensatz zu pn-[[Diode]]n eine mit <math>U_\mathrm{F} \approx 0{,}3 \, {\rm V}</math> geringere Durchlassspannung besitzen, werden immer Schottky-Dioden verwendet.

[[Datei:Ringmischer-positive-LO-Spannung.svg|mini|Ströme im Ringmodulator]]
[[Datei:Frequency mixer Mini Circuits ADE-1 macro.png|mini|Innerer Aufbau des Ringmodulators ADE-1.]]
Weisen die Spannung ''u''y und der [[Elektrischer Strom|Strom]] ''i''y einen positiven Wert auf, fließt über die Mittelanzapfung von ''T''1/2 zu gleichen Teilen ein Strom über die Wicklungen ''L''2a und ''L''2b, so dass die Dioden ''V''1 und ''V''2 leiten. Danach gelangt der Strom zu ''T''3/4, wo er über die Mittelanzapfung gegen Masse abfließt. Sowohl bei ''T''1/2 als auch bei ''T''3/4 wird keine Spannung induziert, da die Ströme in entgegengesetzte Richtung fließen und sich die damit verbundenen [[Magnetismus|Magnetfelder]] neutralisieren.
: <math>i_{L\mathrm{3a}} = i_{L\mathrm{2a}} = \frac{1}{2} \, i_y</math>
: <math>i_{L\mathrm{3b}} = i_{L\mathrm{2b}} = -\frac{1}{2} \, i_y</math>
: <math>i_{L\mathrm{3a}} = - i_{L\mathrm{3b}}\,</math>

Nun wird über die Wicklung ''L''1 von ''T''1/2 ein Strom ''i''x eingespeist. Damit gilt:

: <math>i_{L\mathrm{3a}} = i_{L\mathrm{2a}} = \frac{1}{2} \, i_y + i_\mathrm{x}</math>
: <math>i_{L\mathrm{3b}} = i_{L\mathrm{2b}} = -\frac{1}{2} \, i_y + i_\mathrm{x}</math>

Durch Gegenüberstellung der Ströme ergibt sich neben dem [[Gegentaktsignal]] auch ein [[Gleichtaktsignal|Gleichtaktanteil]] (GL).

: <math>i_{L\mathrm{3GL}} = \frac{i_{L\mathrm{3a}} + i_{L\mathrm{3b}}}{2} = i_\mathrm{x}</math>

Da die Überlagerung der Ströme in den beiden Wicklungshälften von ''T''3/4 einen Wert ungleich null ergibt, fließt auf der Ausgangsseite ''L''4 ebenfalls Strom ''i''a, und eine Spannung wird induziert.

: <math>i_\mathrm{a} = i_\mathrm{x}\,</math>

[[Datei:Ringmixer funktion diagram.gif|mini|Funktionsschaltbild eines Ringmodulators mit [[Bandpass]] am Ausgang]]
Nun wechselt die Rechteckspannung ''u''y ihre Polarität (''i''y ebenfalls), dann leiten die Dioden ''V''3 und ''V''4. Nach den Rechenschritten analog der vorangegangenen Analyse ergibt sich:

: <math>i_\mathrm{a} = - \, i_\mathrm{x}</math>

Somit findet bei Rechteckspannung eine einfache Form der Multiplikation statt:

: <math>i_\mathrm{a} = \sgn {\left(u_\mathrm{y} \right)} \, i_\mathrm{x}</math>

Man unterscheidet bei Mischern grundsätzlich zwischen Aufwärts- und Abwärtsmischern. Beim ''Aufwärtsmischer'' wird am Eingang ein ZF-Signal ''s''x zugeführt und mit dem Lokaloszillatorsignal ''s''y multipliziert. Beim ''Abwärtsmischer'' wird am Eingang ein HF-Signal zugeführt und mit dem Lokaloszillatorsignal multipliziert.

=== Ringmodulator als Aufwärtsmischer ===
Die dargestellte Schaltung erzeugt an der Sekundärwicklung von ''T''3/4 ein sogenanntes [[Amplitudenmodulation mit unterdrücktem Träger|Doppel-Seitenband]]-Signal ''u''a, das beide Seitenbänder des modulierten Trägers enthält, jedoch nicht diesen selbst. Daraus lässt sich mit Hilfe eines trennscharfen Filters ein [[Einseitenbandmodulation|SSB]]-Signal herstellen.

=== Ringmodulator als Abwärtsmischer ===
Beim '''Abwärtsmischer''' ([[Englische Sprache|englisch]]: ''downconverter'') wird das Eingangssignal ''u''x mit der Frequenz fx mit Hilfe der ''Lokaloszillatorspannung'' ''u''y mit der Frequenz ''f''y auf die Spannung ''u''a mit der sog. ''Zwischenfrequenz'' ''f''a gewandelt. Hierbei gilt:

: <math>f_\mathrm{a} = \left| f_\mathrm{x} - f_\mathrm{y} \right|</math>

Das Ausgangssignal wird mit Hilfe eines [[Schwingkreis|RLC]]-[[Bandpass]]es am Ausgang von unerwünschten Frequenzanteilen befreit, die bei der Umwandlung entstehen.

== Anwendungen ==
In früheren Jahrzehnten wurden Ringmodulatoren auch gelegentlich dazu verwendet, um eine [[Gleichspannung]] in eine ihr proportionale Wechselspannung umzuwandeln, die man besser mit exakt definiertem Faktor verstärken kann, weil Wechselstromverstärker keine Nullpunktsdrift haben (siehe [[Chopper-Verstärker]]). Eine solche Anordnung kam zum Beispiel bei der Steuerung der Fernrakete [[A4 (Rakete)|V2]] zum Einsatz.

Für die meisten Anwendungszwecke ist die Ringmodulatorschaltung seit langem obsolet, da man mit integrierten Schaltungen schon seit etwa 1960 hervorragende analoge Multiplizierer oder Mischer mit niedriger Verzerrung und guter Unterdrückung der Eingangssignale herstellen kann. Obwohl hier kein Diodenring und auch keine Transformatoren mehr verwendet werden, wird oft an der alten Bezeichnung festgehalten.

Ringmodulatoren sind hingegen wichtige Werkzeuge in der [[Elektronische Musik|Elektronischen Musik]]. Quasi-Ringmodulatoren werden oft in [[Elektronisches Musikinstrument|elektronischen Musikinstrumenten]], besonders in [[Synthesizer]]n, eingesetzt. Im Gegensatz zu den anderen Anwendungen liegen dabei Träger und Signal in ähnlichem Frequenzbereich, so dass beim unteren [[Seitenband]] [[negative Frequenz]]en auftreten können. Aufgrund der nichtharmonischen [[Oberton]]charakteristik kann man dort aus einfachen Signalen beispielsweise [[Klang (Glocke)|glockenähnliche Klänge]] erzeugen.

Im [[Amateurfunkdienst|Amateurfunk]] werden heute noch Ringmodulatoren als sogenannte High-Level-Mischer mit [[Oszillator|LO]]-Pegeln von +7 dBm (1,41 Vss) bis +23 dBm (8,91 Vss) in großsignalfesten Empfängern und Transceivern eingesetzt. Bekannte Beispiele von High-Level-Mischern sind die Typen SBL-1(H), IE-500 oder TUF-1(H).

Ansonsten finden Ringmodulatoren nur noch selten Einsatz in der Funktechnik und wurden durch andere Schaltungen verdrängt. Insbesondere sei dabei die [[Gilbertzelle]] erwähnt, die einen kostengünstigeren und dennoch hochwertigen Mischer darstellt. Als direkter Nachfolger kann der passive FET-Mischer verstanden werden, der bessere Kenndaten erzielt.<ref>{{Internetquelle |url=http://www.informationsuebertragung.ch/indexMischer.html |titel=Information und Kommunikation |abruf=2023-10-23}}</ref>

== Weblinks ==
{{Commonscat|Ring modulation}}
{{Commonscat|Ring modulator (effect unit)}}
* [http://www.minicircuits.com/pdfs/SBL-1+.pdf ''Datenblatt SBL-1''] (PDF; 224 kB)

== Einzelnachweise ==
<references />

[[Kategorie:Modulation (Technik)]]
[[Kategorie:Klangsynthese]]
[[Kategorie:Elektronische Schaltung]]

Ringmodulator - Versionsgeschichte

imported>Inschenör: Ringmodulator as downmixer.gif war gleich zweimal eingebunden.