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Durchstimmbare, breitbandige, neutralisierte Transistor-Verstärkerstufe für sehr hohe Frequenzen
Die Erfindung befasst sich mit einer durchstimmbaren Verstärkerstufe inTopfkreistechnik. Sie besitzt als aktives Element einen. Transistor und ist für sehr hohe Frequenzen bestimmt.
Es sind bereits Transistorschaltungen bekanntgeworden, bei welchen man (allerdings bei entsprechend niedrigen Frequenzen) den schädlichen Rückwirkungsleitwert des Transistors neutralisiert hat. Eine solche Neutralisationsschaltung besitzt einen Serienkreis, bestehend aus einer Kapazität und einer Induktivität, welcher über eine Übersetzung parallel zum Rückwirkungsleitwert des Transistors liegt und. vom Ausgangskreis mit einer gegenphasigen Spannung gespeist wird, um eine gewünschte Neutralisation zuerreichen.
Geht man zu entsprechend hohen Frequenzen über, wie das beispielsweise bei Vorstufen im UHF-Gebiet der Fall ist, so wird gefordert, dass diese Schaltungen ausser den erforderlichen Verstärkungswerten zusätzlich kleine Rauschzahlen besitzen. Ausserdem wird bei solchen Verstärkerstufen verlangt, dass eine grosseEntkopplung zwischen Eingangs-und Ausgangskreis derSchaltung vorhanden ist. Dies war bisher nur mit ganz speziellen Rohrentypen, nichtreziproken rarametris-che"Verstärkern und nichtreziproken Tunneldiodenschaltungen möglich. Die mit Transistoren aufgebauten bekannten Schaltungen für diesen Frequenzbereich sind sehr schmalbandig und iufolgedessen für einedurcl tlinrnbare reitbandige Anordnung ungeeignet.
Die Ursache dafür, dass diese Transistorverstärker nur als schmalbandige Anordnungen arbeiten
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freie Neutralisation über ein sehr grosses Frequenzband möglich ist.
Ziel der Erfindung ist es deshalb, eine Schaltung aufzuzeigen, bei welcher diese Neutralisation mit relativ einfachen Mitteln möglich wird in einem sehr hohen Frequenzgebiet, beispielsweise von 300 bis 800 MHz, wobei der Verstärker über diesen Bereich kontinuierlich durchstimmbar ist.
Wird ein Transistor in dem oben erwähnten Frequenzbereich verwendet, so besitzt er im allgemeinen einen Rückwirkungsleitwert. Wenn man diesen Leitwert im Ersatzschaltbild darstellt, so besteht er z. B. aus einem Realteil G und einem Imaginärteil, der aus der Serienschaltung einer Induktivität L und einer Kapazität C gebildet wird. Dieser Rückwirkungsleitwert möge zwischen Kollektor- und Basisanschluss wirksam sein. In einer Formel ausgedrückt besitzt dieser Rückwirkungsleitwert folgende Grösse :
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wobei j die imaginäre Einheit bedeutet und mit w die Kreisfrequenz bezeichnet ist.
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1 des Rückwirkungsleitwertes.soll.
Ausgehend von einer durchstimmbaren Verstärkerstufe für sehr hohe Frequenzen in Topfkreistechnik mit einem Transistor als aktives Element, bei welcher zur Neutralisation des Rückwirkungslei'wertes dieses
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dass diese Induktivität gleichzeitig zur Auskopplung der gegenphasigen Spannung so ausgebildet ist, dass ein Teil der Induktivität als Koppelschleife in den als Ausgangskreis dienenden Topfkreis hineinragt. Die Grösse der Koppelschleife ist dabei klein bezüglich der kürzesten Wellenlänge des Durchstimmbereiches. Ausserdem ist die erwähnte Koppelschleife in der Nähe des Strommaximums des Topfkreises angeordnet, wobei die mit der Schleife ausgekoppelte Spannung gegenphasig zur Spannung des Topfkreises, bezogen auf den Topfkreisaussenleiter, ist.
Im folgenden soll der Erfindungsgedanke an Hand eines Ausführungsbeispieles erläutert werden.
Bei dem in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiel wird für den Transistor Tr ein AusgangskreL verwendet, welcher ohne Verwendung eines zusätzlichen Verkürzungskondensators als X/4-Topfkreis ausgebildet und durch die Kapazität 3 abstimmbar ist. Dieser Topfkreis Tk ist hiebei als koaxialer Topfkreis dargestellt, der einen Innenleiter I und einen Aussenleiter A besitzt. In derSclialtung wird der Transistor Tr in Emitterschaltung betrieben. Der zu neutralisierende Rückwirkungsleitwert-Y, welcher zwischen der Basis-und Kollektorelektrode liegt, wurde der Übersichtlichkeit halber nicht in die Figur eingezeichnet.
Der Emitter E des Transistors liegt bei dem Ausführungsbeispiel über die Kapazität 1 hoch frequenzmässig auf dem Potential des Topfkreisaussenleiters. Die Zuführung der Signalspannung UE an die Basis B des Transistors erfolgt über eine weitere Kapazität 2, welche für die Eigenfrequenz näherungsweise einen Kurzschluss bildet und gleichzeitig die Basis gleichstrommässig vom Signaleingang trennt. Die verstärkte Signalspannung UA wird über eine im Strommaximum des Topfkreises angeordnete Koppelschleife 4 aus dem Ausgangskreis ausgekoppelt. Der Kollektor C des Transistors ist im Punkt 10 galvanisch an den Innenleiter I des Topfkreises angekoppelt. Die Zuführung der zum Betrieb des Transistors benötigten Gleich-
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bei wird die Gleichspannung über eine Durchführungskapazität 7 diesem Widerstand zugeführt.
Die Zuführung der Emitterspannung FE erfolgt ebenfalls über eine Durchführungskapazität 8 ; der Topfkreis liegt gleichspannungsmässig auf dem Potential-U ( ; und damit auf Kollektorpotential. In die Emitterzuführung
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zur Stabilisierung des Arbeitspunktes dient.
Das Neutralisationsnetzwerk besteht aus der KapazitätCN und der Induktivität IN. Bei der erfindungs-
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AnordnungStelle 11 mit dem Topfkreisaussenleiter verbunden. Der in den Topfkreis hineinragende Teil LNK der Induktivität ist dabei als Koppelschleife ausgebildet, deren Grösse-klein gegenüber der kürzesten Wellen- länge des Durchstimmbereiches gewählt ist. Damit die Neutralisation über den ganzen Durchstimmbereich wirksam ist, wird der Teil der Koppelschleife LNK in der Nähe des Strommaximums des Topfkreises angebracht. Bei einem \/4-Kreis bleibt diesesStrommaximum im ganzenFrequenzbereich praktisch konstant.
Um die mit der Koppelschleife ausgekoppelte Spannung gegenphasig zu der Spannung zu machen, welche an dem Rückwirkungsleitwert anliegt, ist die mechanische Anordnung der Koppelschleife so gewählt, dass das nicht mit dem Aussenleiter verbundene Ende näher am Strommaximum liegt als das im Punkt 11 mit dem Aussenleiter verbundene Ende.
Mit einer gemäss der Figur aufgebauten Verstärkerstufe konnte ein Durchstimmbereich von 300 bis 800 MHz erreicht werden. Dabei war die Leistungsverstärkung (VL) bei einer Signalfrequenz von 300 lmf : lz zirka 50 und bei einer Signalfrequenz von 800 MHz etwa 18.
Die erfindungsgemässe Neutralisationsschaltung ist in gleicher Weise auch für Transistorverstärker verwendbar, die in Basisschaltung betrieben werden.
Eine gemäss der Erfindung aufgebaute Schaltung ist insbesondere für rauscharme nichtreziproke Ein-
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gangss : : ufen geeignet, welche bei sehr hohen Frequenzen betrieben werden, beispielsweise für Vorstufen von UHF-Tunern, von Fernsehempfängern.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Durchstimmbare breitbandige Verstärkerstufe für sehr hohe Frequenzen in Topfkreistechnik mit einem Transistor als aktives Element, bei welcher zur Neutralisation des Rückwirkungsleitwertes des Transistors eine Neutralisationsschaltung vorhanden ist, die aus der Serienschaltung einer Kapazität und einer Induktivität besteht und parallel zum Rückwirkungsleitwert des Transistors geschaltet ist, und die vom Ausgangskreis mit einer gegenphasigen Spannung gespeist wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Induk-
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ser Induktivität als Koppelschleife (lez in den als Ausgankreis dienenden Topfkreis (Tk) hineinragt, und dass die Grösse der genannten Koppelschleife klein gegenüber der kürzesten Wellenlänge des Durchstimmbereiches gewählt ist,
und dass diese Koppelschleife in der Nähe aes Strommaximums des Topfkreises angeordnet ist, wobei die mit der Koppelschleife ausgekoppelte Spannung gegenphasig zur Spannung des Topfkreises, bezogen auf den Topfkreisaussenleiter, ist.