DE10307316B3 - Verstärkerschaltung mit aktiver Gain-Step-Schaltung - Google Patents

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Abstract

Eine Verstärkerschaltung umfasst einen zwischen einen HF-Eingang (HFin) und einen HF-Ausgang (HFout) geschalteten Hauptstufenverstärker (10) und mindestens einen Nebenstufenverstärker (30), der parallel zu dem Hauptstufenverstärker (10) zwischen den HF-Eingang und den HF-Ausgang geschaltet ist. Der Nebenstufenverstärker umfasst einen Einkoppelbipolartransistor (ET), dessen Kollektoranschluss oder Emitteranschluss mit dem HF-Eingang hochfrequenzmäßig gekoppelt ist. Der Nebenstufenverstärker (30) umfasst ferner einen Auskoppelbipolartransistor (AT), dessen Basisanschluss mit dem Basisanschluss des Einkoppelbipoartransistors (ET) hochfrequenzmäßig gekoppelt ist und dessen Kollektoranschluss oder Emitteranschluss mit dem HF-Ausgang hochfrequenzmäßig gekoppelt ist. Der Auskoppelbipolartransistor ist ferner mit einem Versorgungsspannungsanschluss gekoppelt.

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Verstärkerschaltung und insbesondere eine Verstärkerschaltung, die einen Hauptstufenverstärker und mindestens einen Nebenstufenverstärker aufweist, so dass die Verstärkerschaltung ermöglicht, eingangssignalabhängig zwischen dem Hauptstufenverstärker und dem Nebenstufenverstärker umzuschalten.
  • Bei rauscharmen Hochfrequenzverstärkern mit hoher Verstärkung, die als LNA (LNA = Low Noise Amplifier) bezeichnet werden, ist es sehr wichtig, den Hochfrequenzeingang möglichst wenig zu belasten. Sind nun jedoch mehrere Verstärkungsstufen gefordert, zwischen denen umgeschaltet werden kann, wie es insbesondere im Bereich der mobilen Telekommunikation und dort insbesondere bei Mobiltelefonen der Fall sein kann, so müssen diese auch am HF-Eingang angekoppelt werden. Durch diese Nebenstufen wird eine zur Hauptstufe parallele Kapazität erzeugt und somit die Performance der Hauptstufe reduziert. Die gleiche Problematik gilt in leicht abgeschwächter Form auch für die Ausgangsseite der Verstärkeranordnung, da die Nebenstufe oder mehrere Nebenstufen parallel zwischen den HF-Eingang und den HF-Ausgang geschaltet sind.
  • Bei einem solchen mehrstufigen HF-Verstärker, bei dem mehrere Verstärkerstufen mit unterschiedlicher Verstärkung parallel geschaltet sind, ist es möglich, abhängig vom Eingangssignalpegel zwischen den unterschiedlichen Verstärkungsstufen umzuschalten, um somit ein Übersteuern der einzelnen Stufen zu vermeiden. Bei solchen LNAs mit mehreren parallel geschalteten Verstärkungsstufen ist es erforderlich, dass, unabhängig davon, welche Verstärkungsstufe zwischen den HF-Eingang und den HF-Ausgang geschaltet ist, eine Eingangsanpassung bzw. Ausgangsanpassung gewährleistet wird, im Regelfall auf 50 Ohm.
  • Ein Beispiel einer Hauptstufe eines HF-Verstärkers 10 gemäß dem Stand der Technik ist in 1 gezeigt. Der Hauptstufenverstärker umfasst einen Bipolartransistor VT1, dessen Basisanschluss mit einem HF-Eingang HFin verbunden ist. Der Emitteranschluss des Transistors VT1 ist mit Masse verbunden. Der Kollektoranschluss des Transistors VT1 ist über einen Entkoppelkondensator VC1 mit einem HF-Ausgang HFout verbunden. Ferner ist der Kollektor des Transistors VT1 über einen Widerstand VR1 und eine Induktivität VL1 mit einem Versorgungsspannungspotential Vcc verbunden. Zwischen den Kollektoranschluss und den Basisanschluss des Hauptstufentransistors VT1 ist ein weiterer Widerstand VR2 geschaltet. Der Widerstand VR2 dient zur Arbeitspunkteinstellung des Hauptstufentransistors VT1, während der Kondensator VC1 zur Gleichsignalentkopplung und die Induktivität VL1 als HF-Drossel dient. Der Widerstand VR1 und die Induktivität VL1 sind ferner als Last für den Bipolartransistor VT1 wirksam. Am HF-Eingang des Hauptstufenverstärkers 10 ist vorzugsweise ein sogenannter LC-Sumpf, der eine externe Induktivität Lext und eine externe Kapazität Cext aufweist, vorgesehen. Dieser LC-Sumpf dient dazu, Verzerrungen aufgrund des IIP3 (IIP3 = Input intercept point 3) zu reduzieren.
  • Um bei hohem Eingangssignalpegel eine Übersteuerung eines solchen Hauptstufenverstärkers, dessen Elemente dimensioniert sind, um eine hohe Verstärkung eines Eingangssignals vom HF-Eingang zum HF-Ausgang zu liefern, zu vermeiden, ist es bekannt, sogenannte Gain-Step-Schaltungen einzusetzen. Diese können passiv oder aktiv sein. Passive Gain-Step-Schaltungen sind solche, die keine Verstärkung zwischen dem HF-Eingang und dem HF-Ausgang liefern, wenn sie eingeschaltet sind. Bei derartigen passiven Realisierungen muss man jedoch damit leben, dass eine Rückwärtsisolation identisch mit der Vorwärtsdämpfung ist.
  • Dennoch wurden in der Vergangenheit aktive Gain-Step-Schaltungen möglichst vermieden, wobei, falls dennoch aktive Gain-Step-Stufen realisiert wurden, diese zumeist ähnlich der in 2 gezeigten Ausführung implementiert wurden.
  • Die in 2 gezeigte Gain-Step-Schaltung 20, die als Nebenstufenverstärker bezeichnet werden kann, umfasst einen Transistor T1, dessen Kollektoranschluss an einem Schaltungsknoten 22 (siehe auch 1) mit dem Hauptstufenverstärker verbunden ist, d. h. mit dem HF-Ausgang HFout hochfrequenzmäßig gekoppelt ist. Der Emitteranschluss des Transistors T1 ist über einen Widerstand R1 mit einem Bezugspotential, in der Regel Masse, verbunden. Der Basisanschluss des Transistors T1 ist über einen Vorspannungswiderstand VR1 mit einem Vorspannungsanschluss 26 verbunden und über eine Kapazität 24, die das getrennte DC-Biasing des Basisanschlusses des Transistors T1 ermöglicht, mit dem HF-Eingang HFin verbunden. Somit ist die in 2 gezeigte Gain-Step-Schaltung 20 parallel zu dem in 1 gezeigten Hauptstufenverstärker 10 zwischen den HF-Eingang HFin und den HF-Ausgang HFout geschaltet. Da der Kollektoranschluss des Transistors T1 am Schaltungsknoten 22, d. h. vor dem Entkoppelkondensator VC1 mit dem HF-Ausgang gekoppelt ist, wird über den Widerstand VR1 und die Induktivität VL1 eine geeignete Versorgungsspannung an den Transistor T1 angelegt. Der in 2 gezeigte Nebenstufenverstärker ist dabei ausgelegt, um eine kleinere Verstärkung wie der Hauptstufenverstärker zu liefern, so dass bei einem Eingangssignal mit starkem Pegel auf den Nebenstufenverstärker umgeschaltet werden kann, um ein Übersteuern des Hauptstufenverstärkers zu vermeiden.
  • Nachteilig an der oben beschriebenen Lösung ist jedoch, dass die Hauptstufe mit den Kapazitäten des Transistors T1 in einer Größenordnung von 200 bis 400 fF am HF-Eingang doch beträchtlich belastet wird. Dies führt zu einer entscheidenden Verschlechterung der Performance des Hauptstufenverstärkers in bezug auf Verstärkung und Rauschverhalten.
  • Aus der DE 10084663 T1 ist ein Verstärker mit geschaltetem Gewinn bekannt, bei dem in einem Zustand mit hohem Gewinn ein erster Transistor in Emitterschaltung zwischen einem HF-Eingang und einem HF-Ausgang aktiv ist, während in einem Zustand eines geringen Gewinns ein zweiter Transistor in Basisschaltung eine schwache Verstärkung liefert.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Verstärkerschaltung mit einem Hauptstufenverstärker und einem Nebenstufenverstärker zu schaffen, bei der eine Belastung des HF-Eingangs reduziert ist.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Verstärkerschaltung gemäß Anspruch 1 gelöst.
  • Die vorliegende Erfindung schafft eine Verstärkerschaltung mit folgenden Merkmalen:
    einem zwischen einen HF-Eingang und einen HF-Ausgang geschalteten Hauptstufenverstärker;
    einem Nebenstufenverstärker, der parallel zu dem Hauptstufenverstärker zwischen den HF-Eingang und den HF-Ausgang geschaltet ist, wobei der Nebenstufenverstärker folgende Merkmale aufweist:
    einen Einkoppelbipolartransistor, dessen Kollektoranschluss oder Emitteranschluss mit dem HF-Eingang frequenzmäßig gekoppelt ist, und dessen Kollektoranschluß oder Emitteranschluß, der nicht mit dem HF-Eingang gekoppelt ist, mit einem Bezugspotential verbunden ist; und
    einen Auskoppelbipolartransistor, dessen Basisanschluss mit dem Basisanschluss des Einkoppelbipolartransistors hochfrequenzmäßig gekoppelt ist, dessen Kollektoranschluss oder Emitteranschluss mit dem HF-Ausgang hochfrequenzmäßig gekoppelt ist und dessen Kollektoranschluß oder Emitteranschluß, der nicht mit dem HF-Ausgang gekoppelt ist, mit einem Bezugspotential verbunden ist, wobei der Auskoppelbipolartransistor ferner mit einem Versorgungsspannungsanschluss gekoppelt ist,
    wobei in einem ersten Betriebsmodus der Hauptstufenverstärker eingeschaltet ist und der Nebenstufenverstärker ausgeschaltet ist und in einem zweiten Betriebsmodus der Hauptstufenverstärker ausgeschaltet ist und der Nebenstufenverstärker eingeschaltet ist.
  • Bei der erfindungsgemäßen Verstärkerschaltung ist in einem High-Gain-Modus der Hauptstufenverstärker eingeschaltet, während der Nebenstufenverstärker ausgeschaltet ist. Somit ist der Hauptstufenverstärker wirksam, um ein Eingangssignal vom HF-Eingang zum HF-Ausgang zu koppeln, während der Nebenstufenverstärker nicht wirksam ist, um ein Eingangssignal vom HF-Eingang zum HF-Ausgang zu koppeln. In einem Gain-Step-Modus ist der Hauptstufenverstärker ausgeschaltet und der Nebenstufenverstärker eingeschaltet, so dass in diesem Fall der Nebenstufenverstärker wirksam ist, um ein Eingangssignal vom HF-Eingang zum HF-Ausgang zu koppeln.
  • Im ausgeschalteten Zustand des Nebenstufenverstärkers sind die in den HF-Weg geschalteten Diodenstrukturen des Einkoppelbipolartransistors und des Auskoppelbipolartransistors in Sperrrichtung gepolt. Im eingeschalteten Zustand des Nebenstufenverstärkers werden geeignete Vorspannungen an den Einkoppelbipolartransistor und den Auskoppelbipolartransistor angelegt, um die in den HF-Weg geschaltete Diodenstruktur des Einkoppelbipolartransistors in Sättigung in Flussrichtung zu betreiben und den Basisanschluss des Auskoppelbipolartransistors mit einem Arbeitspunktpotential zu beaufschlagen, so dass der Auskoppelbipolartransistor eine gewünschte Vorwärtsübertragung, d. h. Verstärkung, liefert.
  • Da die Kapazität der Basis-Kollektor-Diode eines Bipolartransistors im Regelfall kleiner ist als die Kapazität der Basis-Emitter-Diode desselben, ist bei bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung der Kollektoranschluss des Einkoppelbipolartransistors mit dem HF-Eingang hochfrequenzmäßig gekoppelt, während der Kollektoranschluss des Auskoppelbipolartransistors mit dem HF-Ausgang hochfrequenzmäßig gekoppelt ist.
  • Die Vorspannungen des Einkoppelbipolartransistors und des Auskoppelbipolartransistors im eingeschalteten Zustand des Nebenstufenverstärkers können durch eine gemeinsame Bias-Versorgung oder durch getrennte Bias-Versorgungen für den Einkoppelbipolartransistor und den Auskoppelbipolartransistor, was eine höhere Flexibilität ermöglicht, geliefert werden.
  • Der Anschluss des Einkoppelbipolartransistors und des Auskoppelbipolartransistors, der nicht mit dem HF-Eingang bzw. dem HF-Ausgang gekoppelt ist, d. h. in der Regel der Emitteranschluss derselben, ist über einen jeweiligen Widerstand mit einem Bezugspotential, in der Regel Masse, verbunden. Somit können die Eingangsimpedanz und die Ausgangsimpedanz der Gain-Step-Schaltung leicht durch Modifizierung der Transistorgröße und der genannten Widerstände eingestellt werden, damit diese Impedanzen gleiche oder ähnliche Werte wie die der Hauptstufe aufweisen. Diese Eigenschaft ermöglicht eine gute Anpassung am Ein-/Ausgang in der Nebenstufe. Zusätzlich wird dabei die Anpassung der Hauptstufe nur unwesentlich verändert.
  • Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung verbraucht die Gain-Step-Schaltung, d. h. der Nebenstufenverstärker, einen niedrigeren Betriebsstrom als der Hauptstufenverstärker. Darüber hinaus ist der Vorwärtsübertragungsfaktor in der Nebenstufe leicht durch Widerstände und den Steuerstrom, der durch die Versorgungsspannung geliefert wird, einzustellen und leicht in einem größeren Bereich gegenüber passiven Gain-Step-Schaltungen für verschiedene Anforderungen zu variieren. In der Nebenstufe können somit höhere IP3-Werte (IP3 = third order intercept point) mit weniger Sromverbrauch erzielt werden.
  • Ist die Nebenstufe ausgeschaltet, sind die Kollektor-Basis-Diode des Einkoppelbipolartransistors und die Kollektor-Basis-Diode des Auskoppelbipolartransistors in Sperrrichtung vorgespannt. Somit wird durch die geringe Sperrschichtkapazität dieser Dioden in der Gain-Step-Schaltung eine gute Isolation der Gain-Step-Schaltung zum Hauptstufenverstärker ermöglicht. Dies erklärt die schon erwähnte Trennung des Entwurfs der Schaltung für die Hauptstufe und für die Nebenstufe möglich, was verkürzte Entwicklungszeiten zur Folge hat.
  • Das der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Prinzip besteht in der Kombination der Einkopplung über den Einkoppelbipolartransistor und der Auskopplung über den Auskoppelbipolartransistor, wobei jeweils (bei bevorzugten Ausführungsbeispielen) Kollektor-Basis-Diodenstrecken oder (bei weniger bevorzugten Ausführungsbeispielen) Emitter-Basis-Diodenstrecken des Einkoppelbipolartransistors und des Auskoppelbipolartransistors in den HF-Pfad geschaltet sind. Dadurch wird eine Hauptstufe in einer Common-Emitter-Schaltung nur minimal belastet und die Eingangsanpassung und Ausgangsanpassung für alle Stufen wird stark erleichtert.
  • Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher läutert. Es zeigen:
  • 1 ein Beispiel eines bekannten Hauptstufenverstärkers;
  • 2 ein Beispiel eines bekannten Nebenstufenverstärkers;
  • 3 ein Beispiel eines Nebenstufenverstärkers für ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Verstärkerschaltung;
  • 4 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Verstärkerschaltung; und
  • 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Nebenstufenverstärkers für eine erfindungsgemäße Verstärkerschaltung.
  • Bezug nehmend auf die 3 und 4 wird nachfolgend ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Verstärkerschaltung näher erläutert, wobei zunächst Bezug nehmend auf 3 auf einen in derselben verwendeten Nebenstufenver stärker 30 eingegangen wird. Der Nebenstufenverstärker 30 umfasst einen Einkoppelbipolartransistor ET und einen Auskoppelbipolartransistor AT. Der Eingangsanschluss des Einkoppelbipolartransistors ET ist mit dem HF-Eingang HFin verbunden. Der Emitteranschluss des Einkoppelbipolartransistors ET ist über einen Widerstand Re1 mit einem Bezugspotential, bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel Masse, verbunden. Der Kollektoranschluss des Auskoppelbipolartransistors AT ist mit dem HF-Ausgang HFout hochfrequenzmäßig gekoppelt, bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel über eine Diode D1 und einen Entkopplungskondensator C1. Ferner ist der Kollektoranschluss des Auskoppelbipolartransistors AT über die Diode D1 mit einem Versorgungsspannungsanschluss 32 verbunden, über den eine Versorgungsspannung angelegt wird, die die Diode D1 in Flussrichtung betreibt und den Arbeitsstrom für den Auskoppelbipolartransistor AT liefert. Die Diode ist nicht zwingend erforderlich, ist jedoch vorteilhaft, dahingehend, dass sie in der Regel der Hauptstufe eine geringere Kapzität bietet als der Transistor AT.
  • Der Emitteranschluss des Auskoppelbipolartransistors AT ist über einen Widerstand Re2 mit einem Bezugspotential, bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel Masse, verbunden. Die Basisanschlüsse der Transistoren ET und AT sind über einen Vorspannungswiderstand Rb1 mit einem Vorspannungsanschluss Bias1 verbunden. Durch geeignete Wahl der Größe von Rb1 kann ferner verhindert werden, dass HF-Anteile zur Spannungsquelle verschwinden. Ferner ist bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ein weiterer Vorspannungswiderstand Rb2, der jedoch optional ist, zwischen den Basisanschluss des Einkoppelbipolartransistors und den Vorspannungswiderstand Rb1 geschaltet. Der Vorspannungswiderstand Rb2 ermöglicht das Einstellen unterschiedlicher Basisspannungen am Einkoppelbipolartransistor ET und Auskoppelbipolartransistor AT. Zusätzlich dämpft der Widerstand Rb2 das zu übertragende Signal, so dass durch geeignete Wahl desselben die Dämpfung eingestellt werden kann. Die Vorspannungswiderstände Rb1 und Rb2 sind lediglich beispielhaft für beliebige Widerstandsanordnungen, die vorgesehen sein können, um das Anlegen einer geeigneten Vorspannung an den Basisanschlüssen der Transistoren ET und AT zu ermöglichen.
  • Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Verstärkerschaltung, die den in 3 gezeigten Nebenstufenverstärker sowie einen Hauptstufenverstärker, wie er in 1 gezeigt ist, aufweist, ist in 4 gezeigt. Dabei sind der Hauptstufenverstärker 10 und der Nebenstufenverstärker 30 parallel zwischen den HF-Eingang HFin und den HF-Ausgang HFout geschaltet. Wie ferner in 4 zu sehen ist, kann der in 3 gezeigte Entkoppelkondensator C1 durch den in 1 gezeigten Entkoppelkondensator VC1 gebildet sein, d. h. Hauptstufe und Nebenstufe besitzen einen gemeinsamen Entkoppelkondensator. Ferner ist 4 zu entnehmen, dass der in 3 gezeigte Versorgungsspannungsanschluss 32 bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel mit dem Kollektoranschluss des Hauptstufentransistors VT1 verbunden ist bzw. demselben entspricht, so dass die Versorgungsspannung für den Auskoppeltransistor AT der Versorgungsspannung des Hauptstufentransistors VT1 entspricht und durch das Versorgungsspannungspotential Vcc, die Induktivität VL1 und den Widerstand VR1 geliefert wird.
  • Zunächst sei angenommen, dass die Hauptstufe aktiv ist und die Nebenstufe inaktiv ist. In diesem Fall liegt bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel an dem Vorspannungsanschluss Bias1 ein Potential von 0 Volt an. Am Basisanschluss des Hauptstufentransistors VT1 liegt das Arbeitspunktpotential desselben, das beispielsweise 0,8 Volt beträgt. Somit beträgt die Kollektor-Basis-Spannung des Einkoppeltransistors ET 0,8 Volt, so dass die Basis-Kollektor-Diode des Einkoppelbipolartransistors ET in Rückwärtsrichtung vorgespannt ist. Somit zeigt diese Basis-Kollektor-Diode die kleinstmögliche Kapazität. Die Basis-Kollektor-Diode des Auskoppelbipolartransistors AT ist ebenfalls in Sperrrichtung gepolt, nachdem über Vcc an einem Schaltungsknoten 34 ein vorbestimmtes positives Potential von beispielsweise etwa 2,7 Volt vorliegt, während der Basisanschluss des Auskoppeltransistors AT auf 0 Volt ist.
  • Die Diode D1 ist vorgesehen, um zu erreichen, dass die Hauptstufe auch am Ausgang nur eine kleine Kapazität, in Serie zur Basis-Kollektor-Kapazität des Auskoppelbipolartransistors AT sieht. Die Diode D1 wird durch das Potential am Schaltungsknoten 34 in Flussrichtung vorgespannt. Das Vorsehen der Diode ist optional, um das Verhalten am Ausgang zu verbessern, da der Auskoppelbipolartransistor, um eine vorbestimmt Verstärkung zu erreichen bzw. damit eine gewünschte Ausgangsanpassung erreicht werden kann, hinsichtlich seiner Größe derart ausgebildet sein kann, dass durch die Kollektor-Basis-Kapazität desselben in Sperrrichtung keine gewünschte Entkopplung am Ausgang erreicht werden kann. In einem solchen Fall kann das Verhalten durch das Vorsehen der Diode D1 verbessert werden. Parallel zu der Diode kann ein hochohmiger Widerstand geschaltet sein, um beim Umschalten einen DC-Pfad zu schaffen.
  • Wie oben beschrieben wurde, ist somit im High-Gain-Modus die Hauptstufe aktiv, um ein Eingangssignal vom HF-Eingang zum HF-Ausgang zu verstärken, während die Nebenstufe 30 inaktiv ist und durch die beschriebenen kleinen Kapazitäten von der Hauptstufe entkoppelt ist.
  • Die Nebenstufe wird aktiviert bzw. eingeschaltet, indem eine Vorspannung an den Vorspannungsanschluss Bias1 angelegt wird. Diese Vorspannung muss ausreichend sein, um die Kollektor-Basis-Diode des Einkoppelbipolartransistors ET in Vorwärtsrichtung vorzuspannen, um dadurch ein gedämpftes Einkoppeln der HF-Leistung in den Nebenstufenverstärker zu ermöglichen. Die am Vorspannungsanschluss Bias1 anliegende Vorspannung schaltet ferner den Auskoppeltransistor AT, an dem über den Schaltungsknoten 34 eine Versorgungsspannung anliegt, in den gewünschten Arbeitspunkt, so dass dieser eine Verstärkung des über den Einkoppeltransistor ET eingekoppelten HF-Signals liefert, wobei das HF-Signal über die Diode D1 und den Entkoppelkondensator VC1 zu dem HF-Ausgang HFout gekoppelt wird.
  • Bei dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel wirkt der Einkoppeltransistor ET ferner als Schalter, um den Hauptstufenverstärker auszuschalten. Genauer gesagt wird durch das Zuschalten der Vorspannung am Vorspannungsanschluss Bias1 sowohl die Kollektor-Basis-Diode als auch die Basis-Emitter-Diode des Einkoppelbipolartransistors ET in Flussrichtung gepolt, so dass über den Transistor ET und den Widerstand Re1 das Potential am Basisanschluss des Hauptstufentransistors VT1 derart heruntergezogen wird, dass der Hauptstufenverstärker ausgeschaltet wird. Alternativ könnte ein separater Schalter zum Abschalten des Hauptstufenverstärkers, wenn der Nebenstufenverstärker eingeschaltet wird, vorgesehen sein.
  • Der erfindungsgemäße Aufbau des Nebenstufenverstärkers ermöglicht neben einer sehr geringen Belastung des HF-Eingangs und des HF-Ausgangs, die durch die schaltbaren Kapazitäten der Basis-Kollektor-Diode von Bipolartransistoren erreicht wird, ferner eine gute Impedanzanpassung am Eingang und am Ausgang. Genauer gesagt kann eine gewünschte Eingangsanpassung durch Variieren der Transistorgröße des Einkoppeltransistors ET sowie durch Variieren des Emitterwiderstands Re1 erreicht werden. Eine Ausgangsanpassung kann auf vergleichbare Weise durch Verändern der Transistorgröße des Auskoppeltransistors AT sowie durch Variieren des Emitterwiderstands Reg erreicht werden.
  • Eine alternative Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Nebenstufenverstärkers ist in 5 gezeigt, in der Elemente, die denen von 3 entsprechen können, mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind.
  • Gemäß 5 ist statt einer gemeinsamen Vorspannungseinrichtung für den Einkoppelbipolartransistor und den Auskoppelbipolartransistor jeweils eine getrennte Vorspannungseinrichtung vorgesehen. Dabei ist die Basis des Einkoppelbipolartransistors ET über einen Vorspannungswiderstand Rb3 mit einem ersten Vorspannungsanschluss Bias2 verbunden, während der Basisanschluss des Auskoppelbipolartransistors AT über einen Vorspannungswiderstand Rb4 mit einem zweiten Vorspannungsanschluss Bias3 verbunden ist. Um eine Entkopplung der über die jeweiligen Vorspannungsanschlüsse Bias2 bzw. Bias3 gelieferten Vorspannungen zu erreichen, sind die Basisanschlüsse des Einkoppelbipolartransistors ET und des Auskoppelbipolartransistors AT über eine Koppelkapazität 36 gleichsignalmäßig getrennt und hochfrequenzmäßig gekoppelt. Somit ist es gemäß dem in 5 gezeigten Ausführungsbeispiel möglich, die Basispotentiale des Einkoppelbipolartransistors ET und des Auskoppelbipolartransistors AT separat voneinander einzustellen.
  • Die Vorspannung an den Vorspannungsanschlüssen Bias1, Bias2 und Bias3 zum Zuschalten bzw. Abschalten von Haupt- und Neben-Stufen wird abhängig vom Pegel eines am HF-Eingang anliegenden Eingangssignals angelegt. Zur Steuerung des Anlegens der Vorspannung dient üblicherweise ein externes Steuersignal, das in Abhängigkeit vom Abtasten eines Pegels dieses Eingangssignals erzeugt wird.
  • Obwohl oben Ausführungsbeispiele beschrieben wurden, bei denen lediglich eine Nebenstufe parallel zu einer Hauptstufe geschaltet ist, kann eine erfindungsgemäße Verstärkerschaltung eine Mehrzahl von Nebenstufen, die parallel zu einer Hauptstufe geschaltet sind, aufweisen, wobei die jeweiligen Nebenstufen jeweils im inaktiven Zustand durch die beschriebenen geringen Kapazitäten von den anderen Stufen entkoppelt sind. Die vorliegende Erfindung ermöglicht somit die Realisierung von Verstärkerschaltungen mit drei oder mehr verschiedenen Gain-Stufen mit sehr großer Linearität. Zudem liefern die erfindungsgemäßen aktiven Nebenstufen eine hohe Rückwärtsdämpfung, die bei vielen Anwendungen von HF-Verstärkern gefordert werden, wobei eine solche Rückwärtsdämpfung durch passive Stufen, bei denen die Vorwärtsdämpfung und Rückwärtsdämpfung gleich groß ist, nicht zu erreichen ist.
  • 10
    Hauptstufenverstärker
    VT1
    Hauptstufentransistor
    HFin
    HF-Eingang
    HFout
    HF-Ausgang
    VC1
    Entkoppelkondensator
    VR1, VR2
    Widerstände
    VL1
    Induktivität
    Vcc
    Versorgungsspannungspotential
    Lext
    externe Induktivität
    Cext
    externe Kapazität
    20
    Gain-Step-Schaltung
    22
    Schaltungsknoten
    T1
    Transistor
    R1
    Widerstand
    24
    Kapazität
    VR1
    Vorspannungswiderstand
    26
    Vorspannungsanschluß
    30
    Nebenstufenverstärker
    ET
    Einkoppelbipolartransistor
    AT
    Auskoppelbipolartransistor
    Re1, Re2
    Emitterwiderstände
    D1
    Diode
    C1
    Entkoppelkondensator
    32
    Versorgungsspannungsanschluß
    Rb1, Rb2
    Vorspannungswiderstände
    Bias1
    Vorspannungsanschluß
    Bias2
    Vorspannungsanschluß
    Bias3
    Vorspannungsanschluß
    34
    Schaltungsknoten
    Rb3, Rb4
    Vorspannungswiderstände
    36
    Koppelkondensator
    Rp
    Parallelwiderstand

Claims (11)

  1. Verstärkerschaltung mit folgenden Merkmalen: einem zwischen einen HF-Eingang (HFin) und einen HF-Ausgang (HFout) geschalteten Hauptstufenverstärker (10); zumindest einem Nebenstufenverstärker (30), der parallel zu dem Hauptstufenverstärker (10) zwischen den HF-Eingang und den HF-Ausgang geschaltet ist, wobei der Nebenstufenverstärker (30) folgende Merkmale aufweist: einen Einkoppelbipolartransistor (ET), dessen Kollektoranschluss oder Emitteranschluss mit dem HF-Eingang hochfrequenzmäßig gekoppelt ist, und dessen Kollektoranschluss oder Emitteranschluss, der nicht mit dem HF-Eingang (HFin) gekoppelt ist, mit einem Bezugspotential verbunden ist; und einen Auskoppelbipolartransistor (AT), dessen Basisanschluss mit dem Basisanschluss des Einkoppelbipolartransistors hochfrequenzmäßig gekoppelt ist, dessen Kollektoranschluss oder Emitteranschluss mit dem HF-Ausgang hochfrequenzmäßig gekoppelt ist, und dessen Kollektoranschluss oder Emitteranschluss, der nicht mit dem HF-Ausgang (HFout) gekoppelt ist, mit einem Bezugspotential verbunden ist, wobei der Auskoppelbipolartransistor ferner mit einem Versorgungsspannungsanschluss gekoppelt ist, wobei in einem ersten Betriebsmodus der Hauptstufenverstärker (10) eingeschaltet ist und der Nebenstufenverstärker (30) ausgeschaltet ist und in einem zweiten Betriebsmodus der Hauptstufenverstärker (10) ausgeschaltet ist und der Nebenstufenverstärker (30) eingeschaltet ist.
  2. Verstärkerschaltung gemäß Anspruch 1, bei der der Nebenstufenverstärker (30) ferner Mittel zum Anlegen einer Vorspannung an den Basisanschluss des Einkoppelbipolartransistors (ET) und zum Anlegen einer Vorspannung an den Basisanschluss des Auskoppelbipolartransistors (AT) aufweist, um dadurch den Nebenstufenverstärker (30) zu aktivieren.
  3. Verstärkerschaltung gemäß Anspruch 2, bei der der Kollektor des Einkoppelbipolartransistors (ET) mit dem HF-Eingang (HFin) hochfrequenzmäßig gekoppelt ist und bei der der Kollektor des Auskoppelbipolartransistors (AT) mit dem HF-Ausgang (HFout) hochfrequenzmäßig gekoppelt ist, wobei die Mittel zum Anlegen einer Vorspannung ausgelegt sind, um die Kollektor-Basis-Diode des Einkoppelbipolartransistors (ET) in Sättigung in Flussrichtung zu betreiben und den Basisanschluss des Auskoppelbipolartransistors (AT) mit einem Arbeitspunktpotential zu beaufschlagen, wenn der Nebenstufenverstärker (30) eingeschaltet ist.
  4. Verstärkerschaltung gemäß Anspruch 3, bei der die Mittel zum Anlegen einer Vorspannung derart ausgelegt sind, dass, wenn der Nebenstufenverstärker (30) ausgeschaltet ist, die Kollektor-Basis-Diode des Einkoppelbipolartransistors (ET) und die Kollektor-Basis-Diode des Auskoppelbipolartransistors (AT) in Sperrrichtung gepolt sind.
  5. Verstärkerschaltung gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, bei der die Mittel zum Anlegen einer Vorspannung den Nebenstufenverstärker (30) abhängig von einem Pegel eines HF-Eingangssignals einschalten und ausschalten.
  6. Verstärkerschaltung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der der Hauptstufenverstärker (10) einen Verstärkerbipolartransistor (VT1) aufweist, dessen Basisanschluss mit dem HF-Eingang verbunden ist, wobei der Einkoppelbipolartransistor (ET) des Nebenstufenverstärkers (30) verschaltet ist, um, wenn der Nebenstufenverstärker (30) eingeschaltet wird, das Basispotential des Verstärkerbipolartransistors (VT1) auf ein solches Potential zu ziehen, dass der Hauptstufenverstärker (10) ausgeschaltet wird.
  7. Verstärkerschaltung gemäß einem der Ansprüche 2 bis 6, bei der die Mittel zum Anlegen einer Vorspannung einen Vorspannungsanschluss (Bias1) und einen zwischen den Vorspannungsanschluss (Bias1) und die Basisanschlüsse des Einkoppelbipolartransistors (ET) und des Auskoppelbipolartransistors (AT) geschalteten Widerstand (Rb1) aufweisen.
  8. Verstärkerschaltung gemäß Anspruch 7, bei der zwischen den Basisanschluss des Einkoppelbipolartransistors (ET) und/oder des Auskoppelbipolartransistors (AT) und den Widerstand (Rb1) ein weiterer Widerstand (Rb2) geschaltet ist.
  9. Verstärkerschaltung gemäß einem der Ansprüche 2 bis 6, bei der die Mittel zum Anlegen einer Vorspannung einen ersten Vorspannungsanschluss (Bias2) und einen zweiten Vorspannungsanschluss (Bias3), einen zwischen den ersten Vorspannungsanschluss (Bias2) und den Basisanschluss des Einkoppelbipolartransistors (ET) geschalteten Widerstand (Rb3) und einen zwischen den zweiten Vorspannungsanschluss (Bias3) und den Basisanschluss des Auskoppelbipolartransistors (AT) geschalteten Widerstand (Rb4) aufweisen, und bei der die Basisanschlüsse des Einkoppelbipolartransistors (ET) und des Auskoppelbipolartransistors (AT) über eine Kapazität gekoppelt sind.
  10. Verstärkerschaltung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, bei der zwischen den Anschluss des Auskoppelbipolartransistors (AT), der mit dem HF-Ausgang hochfrequenzmäßig gekoppelt ist, und den HF-Ausgang eine Diode (D1) geschaltet ist, die in Flussrichtung betrieben wird, wenn der Nebenstufenverstärker eingeschaltet ist.
  11. Verstärkerschaltung gemäß Anspruch 10, bei der parallel zu der Diode (D1) ein hochohmiger Widerstand (Rp) geschaltet ist.
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