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Transistorsignalverstärker
Die Erfindung betrifft einen Transistorverstärker für elektrische Signalschwingungen, dei dem in den Kollektorkreis des Transistors eine Hilfsschwingungsquelle eingeschaltet ist. In einer älteren Schaltung dieser Art werden die Signalschwingungen mit der Hilfsschwingung gemischt und die erzeugte modulierte Schwingung weiter benutzt. Die Erfindung beabsichtigt einen Verstärker anzugeben, mit dem eine höhere Verstärkung bzw. ein besseres Signal-Rausch-Verhältnis erzielbar ist. Insbesondere werden die im Kollektorkreis erzeugten Schwingungen der Signalfrequenz selber und nicht die in diesem Kreis erzeugten modulierten Schwingungen benutzt.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die an den Kollektor des Transistors gelegte Vorspannung in Verbindung mit der Hilfsschwingungsamplitude derart niedrig gewählt ist, dass die Kollektorinnenkapazität des Transistors starken Schwankungen unterliegt und dass ausser der Hilfsschwingungsquelle und einem Ausgangskreis zur Entnahme der verstärkten Signalschwingungen in den Kollektorkreis eine weitere Impedanz eingeschaltet ist, die bei der Differenz der Signal- und der Hilfsschwingungsfrequenz eine derart grosse Energie absorbiert, dass die Bedingungen der parametrische Verstärkung erfüllt sind.
Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert.
Fig. 1 veranschaulicht ein Schaltbeispiel nach der Erfindung, Fig. 2 Verstärkungscharakteristiken, die an einem Verstärker nach Fig. l gemessen sind, und Fig. 3 einige Abwandlungen der in den Kollektorkreis des Transistors eingeschalteten Impedanz.
Der Verstärker nach Fig. 1 enthält eine Signalschwingungsquelle l, die in den Emitterkreis eines Transistors 2 eingeschaltet ist. Die verstärkten Schwingungen werden über einem, auf diese Schwingungen abgestimmten, im Kollektorkreis des Transistors eingeschalteten Parallelresonanzkreis 3 erzeugt und den Ausgangsklemmen 4 zugeführt.
Zur Erzielung einer höheren Verstärkung bzw. eines höheren Signal-Rausch-Verhältnisses ist nach der Erfindung in denKollektorkreis des Transistors eine Hilfsschwingungsquelle 5 eingeschaltet und enthält dieser : Kollektorkreis weiter eine Impedanz 6, die bei der Differenz der Signal- und der Hilfsschwingungsfrequenz Energie absorbiert. Die-Impedanz 6 kann z. B. als in Reihe im Kollektorkreis des Transistors 2 aufgenommener Parallelresonanzkreis ausgebildet sein, der auf die Differenz der Hilfsschwingungsfrequenz und der Signalfrequenz abgestimmt ist.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass durch diese Schaltungsweise der Kollektorkreis des Transistors als parametrischer Verstärker funktioniert. Zwischen Kollektor und Basis (oder, wenn der Transistor inEmitterschaltung betrieben wird, zwischen Kollektor und Emitter) ist bekanntlich eine vom Momentanwert der Kollektorspannung abhängige Innenkapazität wirksam. Die geschlossene Reihenschaltung dieser spannungsabhängigen Innenkapazität, des Signalschwingungskreises 3, des Oszillators 5 und der weiteren Impedanz 6 bildet somit die Bedingungen fUr parametrische Verstärkung. Der Spitzenspannungswert der Hilfsschwingung liegt vorzugsweise dicht unterhalb der Speisespannung, damit die Konektorinnenkapazität stark variiert wird, aber die Schaltung noch stabil bleibt.
Bekanntlich ist diese parametrische Verstärkung mit verhältnismässig wenig Rauschen verknüpft, so dass ein grösseres Signal-Rausch-Verhältnis erzielbar ist.
Durch günstige Dimensionierung der Impedanz 6 ist überdies die Frequenzcharakteristik der Verstärkung wesentlich beeinflussbar, z. B. ein höheres Produkt der Bandbreite und des Verstärkungsfaktors erzielbar.
Dabei ist auch noch bedeutungsvoll, dass die Steilheit des Transistors durch Rückwirkung vom Kollektor-
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auf den Emitter-Basis-Kreis im Hilfsschwingungsrhythmus variiert wird, was zu stärkeren Modulations- komponenten führt, die unter Umständen zur Erhöhung der parametrische Verstärkung beitragen können.
In Fig. 2 veranschaulicht die Kurve a die an einem praktischen Ausführungsbeispiel dieses Verstärkers gemessene Verstärkung als Funktion der Frequenzausweichung f der Mittelfrequenz der Signalquelle 1. wenn die Hilfsschwingungsquelle 5 ausgeschaltet ist. Durch Einschalten der Hilfsschwingungsquelle 5wird die Verstärkungscharakteristik nach Kurve b in Fig. 2 gemessen.
Die Quelle 1 lieferte dabei ein Signal von 2, 6 MHz, die Hilfschwingungsquelle 5 eine Frequenz von 25 MHz, die Kreise 3 und 6 waren abgestimmt auf Z, 6 MHz bzw. 22,4 MHz und die Kreisgliten dieser Kreise waren je 180, die Widerstände 7, 8 und 9 waren 50 H, 10 kOhm und 75 Ohm, die Kondensatoren 10 - 14 waren 55 pF, 82 pF, 10000 pF, 10000 pF und 0, 1 uF, die Kollektorspeisespannung war-4V, der Emitter-Kollektor-Strom war durch die Emitterspeisequelle auf 1 mA eingestellt. Die über dem Widerstand 7 erzeugte Hilfsschwingung hatte einen Spitzenwert von 3, 7 V. Der Transistor 2 war vom Typ OC 171.
Die Anordnung nach Fig. 1 lässt sich noch auf viele Weisen im Rahmen der Erfindung abwandeln. So kann z. B. die Hilfsschwingungsquelle 5 erspart werden, wenn man den Transistor 2 als selbstschwingende Schaltung für diese Hilfsfrequenz anordnet. Die Leitung 18 wird z. B. zu diesem Zweck unterbrochen und der auf die Hilfsfrequenz abgestimmte Kreis 19 wird nicht mit der Hilfsquelle 5, sondern mit den Klemmen 20 verbunden, so dass eine regenerative Kollektor-Basis-Rückkopplung stattfindet.
Der Transistor 2 kann auch in Emitter- anstatt in Basisschaltung betrieben werden. Durch die Basisschaltung wird bekanntlich ein höherer Frequenzbereich ermöglicht und die Rückwirkung vom Ausgangsauf den Eingangskreis herabgesetzt.
Die Impedanz 6 kann zur Erzielung einer höheren Bandbreite von komplizierter Natur sein. Sie braucht nicht unbedingt bei der Differenz der Hilfsfrequenz und der Signalfrequenz in Resonanz zu geraten, sondern eine wesentliche Fehlabstimmung ist zulässig. Insbesondere ist von Bedeutung, dass die Phasencharakteristik dieser Impedanz, die bei einem üblichen Parallelresonanzkreis bei niedrigeren Frequenzen als der Resonanzfrequenz voreilend und bei höheren Frequenzen nacheilend ist, in der Nähe der fraglichen Differenzfrequenz einen schwachen oder sogar einen entgegengesetzten Verlauf zeigt.
Eine einfache Methode zur Erhaltung dieser Eigenschaften ist in Fig. 3 A veranschaulicht. Parallel zum Parallelresonanzkreis 6, der auf die Differenzfrequenz abgestimmt ist, ist der gedämpfte Reihenresonanzkreis 25, 26, 27, geschaltet, der ebenfalls auf diese Differenzfrequenz abgestimmt wird. Durch richtige Bemessung des Kreises 25, 26, 27, ist der erwünschte Phasengang erzielbar.
Die Signalfrequenz braucht auch nicht immer niedriger als die Hilfsfrequenz zu sein, wie aus Untersuchungen an parametrischen Verstärkern bekannt ist. Der Kreis 6 wird dann wiederum auf die Differenz der Signal- und der Hilfsschwingungsfrequenz abgestimmt und ein weiterer Parallelresonanzkreis 30 (Fig. 3B), der auf die Differenz der Hilfsschwingungsfrequenz und der Resonanzfrequenz des Kreises 6 abgestimmt ist, wird in Reihe mit diesem Kreis 6 im Kollektorkreis des Transistors 2 aufgenommen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Transistorverstärker für elektrische Signalschwingungen, bei dem in den Kollektorkreis des Transistors eine Hilfsschwingungsquelle eingeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die an den Kollektor des Transistors gelegte Vorspannung in Verbindung mit der Hilfsschwingungsamplitude (über das Schaltelement 7) derart niedrig gewählt ist, dass die Kollektorinnenkapazität des Transistors starken Schwankungen unterliegt und dass ausser der Hilfsschwingungsquelle (5) und einem Ausgangskreis. (3) zur Entnahme der verstärkten Signalschwingungen in denKollektorkreis eine weitere Impedanz (6) eingeschaltet ist, die bei der Differenz der Signal- und der Hilfsschwingungsfrequenz eine derart grosse Energie absorbiert,
dass die Bedingungen der parametrische Verstärkung erfüllt sind.