DE1038129B

DE1038129B - Transistor stage for high-frequency amplification, especially for intermediate-frequency amplification in overlay receivers

Info

Publication number: DE1038129B
Application number: DET10746A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Phys Waldem Moortgat-Pick
Original assignee: Telefunken AG
Current assignee: Telefunken AG
Priority date: 1955-03-26
Filing date: 1955-03-26
Publication date: 1958-09-04

Description

Transistorstufe zur Hochfrequenzverstärkung, insbesondere zur Zwischenfrequenzverstärkung in Uberlagerungsempfängern Bei Verwendung eines Transistors zur Zwischenfrequenzverstärkung ist der niedrige Innenwiderstand des Transistors störend, weil er den ausgangsseitigen Schwingungskreis bedämpft. Man kann zwar den Kollektor des Transistors an eine Anzapfung dieses Schwingungskreises legen, um die Bandbreite nicht zu groß werden zu lassen, jedoch ist dann zugleich die Verstärkung herabgesetzt. Ferner besteht dann die Schwierigkeit, daß die eingestellte Bandbreite jeweils nur für ein bestimmtes Exemplar des Transistors gilt, weil der Innenwiderstand der Transistoren in der Fabrikation stark streut. Ferner ändert sich der Innenwiderstand bei Verwendung einer selbsttätigen Verstärkungsregelung. Aus diesen Gründen mußte man also die Anzapfung so niedrig legen, daß der bedämpfende Einfluß des Innenwiderstandes auf den Schwingungskreis klein gegen die natürliche Dämpfung des Kreises ist. Dann tritt aber ein beträchtlicher Verlust an Verstärkung auf.Transistor stage for high frequency amplification, in particular for intermediate frequency amplification in heterodyne receivers When using a transistor for intermediate frequency amplification the low internal resistance of the transistor is disturbing because it reduces the output-side Oscillation circuit damped. You can connect the collector of the transistor to a tap place this oscillation circle in order not to let the bandwidth become too large, however, the gain is then reduced at the same time. Then there is the further difficulty that the set bandwidth is only for a specific copy of the transistor is true because the internal resistance of the transistors varies widely during manufacture. Furthermore, the internal resistance changes when an automatic gain control is used. For these reasons one had to put the tap so low that the steaming Influence of the internal resistance on the oscillation circuit is small compared to the natural one Attenuation of the circle is. But then there is a considerable loss of gain on.

Diese Nachteile werden durch die Erfindung vermieden. Erfindungsgemäß enthält die Transistorstufe zur selektiven Hochfrequenzverstärkung zwei Transistoren, von denen der erste Transistor kollektorseitig mit dem Emitter des zweiten Transistors unmittelbar verbunden ist und bei dem der Eingangsschwingungskreis an der Basiselektrode des ersten Transistors und der Ausgangsschwingungskreis am Kollektor des zweiten Transistors liegt und bei dem der Eigitter des ersten Transistors sowie die Basiselektrode des zweiten Transistors wechselstrommäßig an Erde liegen.These disadvantages are avoided by the invention. According to the invention the transistor stage contains two transistors for selective high-frequency amplification, of which the first transistor on the collector side with the emitter of the second transistor is directly connected and in which the input oscillation circuit at the base electrode of the first transistor and the output resonant circuit at the collector of the second The transistor is located and in which the egg lattice of the first transistor and the base electrode of the second transistor are connected to earth in terms of alternating current.

Ferner liegt der Emitter des ersten Transistors gleichstrommäßig über einen zur Stromstabilisierung dienenden Widerstand an Erde, und die beiden Basiselektroden liegen gleichstrommäßig an verschiedenen Punkten eines Ohmschen Spannungsteilers, der so bemessen ist, daß die Betriebsspannungen mit etwa gleichen Beträgen auf die Emitter-Kollektor-Strecken beider Transistoren verteilt sind.Furthermore, the emitter of the first transistor is overlaid in terms of direct current a resistor to earth, which serves to stabilize the current, and the two base electrodes are DC-wise at different points of an ohmic voltage divider, which is dimensioned so that the operating voltages with approximately equal amounts to the Emitter-collector paths of both transistors are distributed.

Die bei der Erfindung verwendete Schaltung der Transistoren ist ohne Schwingungskreise bereits in der Endstufe von Niederfrequenzverstärkern bekannt. Dort hat der erste der beiden Transistoren den Zweck, den Kollektorstrom des zweiten Transistors trotz dessen Erwärmung durch die große zugeführte Gleichstromleistung konstant zu halten. Diese Aufgabe liegt bei Hochfrequenzverstärkern nicht vor, weil diese vor der Endstufe liegen und deshalb keine große Leistung zu verarbeiten brauchen. Es bestand deshalb bisher kein Anlaß, diese bekannte Schaltung bei Hochfrequenzverstärkern anzuwenden. Die Erfindung zeigt jedoch, daß es trotzdem aus anderen Griinden (höhereVerstärkung bei geringerer Bedämpfung des eingangs- und ausgangsseitigen Schwingungskreises, Fortfall der Neutralisation, größere zulässige Toleranz des zweiten Transistors) vorteilhaft ist, die erwähnte bekannte Schaltung auf Hochfrequenzverstärker mit Schwingungskreisen anzuwenden.The circuit of the transistors used in the invention is without Oscillation circuits are already known in the output stage of low-frequency amplifiers. There the first of the two transistors has the purpose of collecting the collector current of the second Transistor despite its heating by the large direct current power supplied keep constant. This task does not exist with high-frequency amplifiers because these are before the output stage and therefore do not need to process a large amount of power. There was therefore no reason to use this known circuit in high-frequency amplifiers apply. The invention shows, however, that it is still for other reasons (higher gain with less damping of the input and output-side oscillation circuit, Elimination of neutralization, greater permissible tolerance of the second transistor) it is advantageous to use the aforementioned known circuit on high-frequency amplifier To apply oscillation circles.

Es ist ein Video-Verstärker zur breitbandigen Verstärkung in Fernsehempfängern bekannt, bei dem wie bei der erfindungsgemäßen Schaltung der erste Transistor kollektorseitig mit dem Emitter des -zweiten Transistors unmittelbar und emitterseitig über einen zur Stromstabilisierung dienenden Widerstand mit dem einen Pol der Betriebsspannungsquelle verbunden ist. Zweck dieser Schaltung ist, wegen des unbekannten Widerstandes der speisenden Wechselstromquelle einen hohen Eingangswiderstand zu erzielen, was bei der erfindungsgemäßen Schaltung ebenfalls ausgenutzt wird, allerdings zu einem anderen Zweck (geringe Bedämpfung des Eingangsschwingungskreises). Um aber mit dem Video-Verstärker in einem breiten Frequenzband eine gleichmäßige Verstärkung zu erzielen, wird für tiefe Frequenzen eine Gegenkopplung mittels eines nicht kapazitiv überbrückten Widerstandes in der Emitterzuleitung des ersten Transistors angewendet. Zur Anhebung der Verstärkung der hohen Frequenzen wird in die Basiszuleitung des zweiten Transistors eine durch einen parallel geschalteten U'iderstand gedämpfte Spule geschaltet, die eine positive Rückkopplung verursacht. Es war nicht naheliegend, die bekannte Schaltung ohne diese Schaltelemente zur Lösung der andersartigen Aufgabe heranzuziehen, in einem selektiven Ilochfrequenzverstärker einen hohen Innenwiderstand am Ausgang der Stufe, eine geringe Rückwirkung des Ausgangs auf den Eingang und eine hohe Verstärkung zu erzielen. Abgesehen hiervon hat die bekannte Schaltung den -Nachteil, daß jeder der beiden Transistoren eine eigene Betriebsspannungsquelle benötigt, weil die Basiselektrode des zweiten Transistors gleichstrommäßig geerdet ist.It is a video amplifier for broadband amplification in television receivers known, in which, as in the circuit according to the invention, the first transistor on the collector side with the emitter of the second transistor directly and on the emitter side via a for current stabilization serving resistor with one pole of the operating voltage source connected is. The purpose of this circuit is, because of the unknown resistance of the feeding AC source to achieve a high input resistance, which is the case the circuit according to the invention is also used, but to a different one Purpose (low damping of the input oscillation circuit). But around with the video amplifier Achieving a uniform gain over a wide frequency band is essential for low frequencies a negative feedback by means of a non-capacitively bridged resistor applied in the emitter lead of the first transistor. To increase the gain of the high frequencies is in the base lead of the second transistor one through a parallel-connected U'iderstand damped coil connected, which has a positive Causes feedback. It wasn't obvious to use the familiar circuit without it Use switching elements to solve the different task, in a selective way Pitch frequency amplifier has a high internal resistance at the output of the stage, a low one The effect of the output on the input and a high gain can be achieved. Apart from this, the known circuit has the disadvantage that each of the both Transistors need their own operating voltage source because the base electrode of the second transistor is grounded in terms of direct current.

Die erfindungsgemäße Schaltung wirkt wie die von Röhrenschaltungen her bekannte Cascode-Schaltung, hei der die erste Röhre in Kathoden-Basis-Schaltung und die zweite Röhre in Gitter-Basis-Schaltung geschaltet ist und beide Röhren von demselben Anodengleichstrom durchflossen werden. Würde man dagegen bei der Cascode-Schaltung die Röhren durch je einen Transistor ersetzen, bei dem der Emitter dem Gitter entsprechen würde, so wären der Eingangswiderstand des ersten Transistors und der Innenwiderstand der Stufe. vom Ausgang gesehen, zu niedrig.The circuit according to the invention acts like that of tube circuits known cascode circuit, called the first tube in cathode-base circuit and the second tube is connected in grid-base connection and both tubes of the same anode direct current are flowed through. If you would, however, with the cascode circuit replace the tubes with a transistor each with the emitter corresponding to the grid would be the input resistance of the first transistor and the internal resistance the stage. seen from the exit, too low.

Die Schaltung und die Wirkungsweise der Erfindung werden nachstehend an Hand der Abbildung näher erklärt. Die beiden Transistoren T1 und TZ sind in der oben angegebenen Weise gleichstrommäßig in Reihe geschaltet. An der Basiselektrode B1 liegt wechsehtrommäßig das eingangsseitige Zwischenfrequenzbandfilter Zi, während der Emitter Ei wechselstrommäßig über den Kondensator Cl an Erde liegt. Diese Schaltung entspricht bezüglich der erwähnten Widerstände der Kathoden-Basis-Schaltung einer Röhre und nicht etwa der Gitter-Basis-Schaltung, wie man zunächst annehmen sollte. Die Basiselektrode BZ des Transistors T2 liegt über den Kondensator C2 wechselstrommäßig an Erde. Diese Schaltung entspricht in ihrer Wirkung der Gitter-Basis-Schaltung einer Röhre und nicht etwa der Kathoden-Basis-Schaltung. Im gemeinsamen Kollektorkreis der beidenTransistorenliegt das ausgangsseitige Zwischenfrequenzbandfilter Z2.The circuit and the mode of operation of the invention are explained in more detail below with reference to the figure. The two transistors T1 and TZ are connected in series with direct current in the manner indicated above. The intermediate frequency band filter Zi on the input side is connected to the base electrode B1 in alternating currents, while the emitter Ei is connected to earth in alternating currents via the capacitor Cl. With regard to the resistances mentioned, this circuit corresponds to the cathode-base circuit of a tube and not, for example, to the grid-base circuit, as one should initially assume. The base electrode BZ of the transistor T2 is connected to earth via the capacitor C2 in terms of alternating current. This circuit corresponds in its effect to the grid-base circuit of a tube and not, for example, to the cathode-base circuit. The intermediate frequency band filter Z2 on the output side is located in the common collector circuit of the two transistors.

Zur Stromstabilisierung dient in bekannter Weise der Widerstand Ri von z. B. 1 k52. Der Ohmsche Spannungsteiler R2, R3, R,4 (z. B. 5 k52, 50 k52, 50 ko) gibt den Basiselektroden B1 und B2 die erforderlichen Vorspannungen.The resistor Ri is used in a known manner to stabilize the current from Z. B. 1 k52. The ohmic voltage divider R2, R3, R, 4 (e.g. 5 k52, 50 k52, 50 ko) gives the base electrodes B1 and B2 the required bias voltages.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Schaltung ist folgende. Der zweite Transistor T, arbeitet eingangsseitig praktisch im Leerlauf, weil der Innenwiderstand des ersten Transistors T, groß ist gegen den Eingangswiderstand des zweiten Transistors (10 bis 50 1,9. gegen 50 his 150 52 bei Frequenzen von etwa 200 bis 500 kHz). Deshalb hat der Innenwiderstand des zweiten Transistors (kollektorseitig) seinen größtmöglichen Wert (durch Stromgegenkopplung wie bei der Gitter-Basis-Schaltung einer Röhre). Der erste Transistor arbeitet ausgangsseitig praktisch im Kurzschluß, weil der Eingangswiderstand des zweiten Transistors, wie erwähnt, sehr niedrig ist. Dies hat zur Folge. daß der Eingangswiderstand des ersten Transistors, der in Emitterschaltung arbeitet, ebenfalls seinen praktisch größtmöglichen Wert annimmt, weil die Rückwirkung wegen des erwähnten Arbeitens im Kurzschluß fortfällt. Dies ist ebenfalls erwünscht. Die erfindungsgemäße Schaltung hat ferner den Vorteil gegenüber der Verwendung eines einzelnen Tr:insistors, daß eine Neutralisation nicht erforderlich ist. weil der erste Transistor kaum verstärkt und dic Kollektorhasiskapazität des zweiten Transistors elurch die wechselstrommäßige Erdung der BasiselC:trode dieses Transistors keine Rückkopplung verursacht. Der Innenwiderstand der Transistoranordnung ist, vom ausgangsseitigen Zwischenfrequenzbandfilter Z, aus gesehen, sehr hoch, nämlich z. B. 500 k62, aber auch der Eingangswiderstand hat, wie gesagt, einen relativ hohen Wert. Er liegt im Bereich zwischen 300 52 und 3 k52.The operation of the circuit according to the invention is as follows. Of the second transistor T, works on the input side practically in idle mode, because of the internal resistance of the first transistor T, is large compared to the input resistance of the second transistor (10 to 50 1.9. Against 50 to 150 52 at frequencies of about 200 to 500 kHz). That's why the internal resistance of the second transistor (collector side) has its greatest possible Value (through current negative feedback as in the grid-base circuit of a tube). The output side of the first transistor works practically in a short circuit because of the input resistance of the second transistor, as mentioned, is very low. As a consequence. that the input resistance of the first transistor, which works in the common emitter circuit, also assumes its practically greatest possible value, because the retroactive effect because of the mentioned working in the short circuit is omitted. This is also desirable. the The circuit according to the invention also has the advantage over the use of a individual Tr: insistors that neutralization is not necessary. because the first transistor hardly amplified and the collector phase capacitance of the second transistor elDue to the AC grounding of the base elC: trode of this transistor Causes feedback. The internal resistance of the transistor arrangement is from the output side Intermediate frequency band filter Z, seen from, very high, namely z. B. 500 k62, but As I said, the input resistance also has a relatively high value. He is lying in the range between 300 52 and 3 k52.

An die Toleranzen der Kennwerte des zweiten Transistors werden weit kleinere Ansprüche gestellt als für den ersten Transistor oder für einen einzelnen Transistor, weil der Unterschied des Innenwiderstandes des ersten Transistors gegenüber dem Eingangswiderstand des zweiten Transistors immer so groß ist, daß Streuungen des letzteren Widerstandes praktisch keinen Einfluß auf den Eingangs- und Ausgangswiderstand der ganzen Schaltung ausüben. Ferner sind Streuungen von geringem Einfluß auf die Verstärkung, weil z. B. eine Verringerung der Steilheit des zweiten Transistors eine Erhöhung des Eingangswiderstandes des zweiten Transistors zur Folge hat, so daß der erste Transistor entsprechend mehr verstärkt und dadurch die geringere Verstärkung des zweiten Transistors ausgleicht. DerVorteil des größeren Toleranzbereiches für den zweiten Transistor ist besonders erwünscht, weil bei der Fabrikation immer Transistoren vorkommen, deren Kennwerte außerhalb der normalen Toleranzgrenzen liegen. Solche Transistoren können bei der erfindungsgemäßen Schaltung nutzbringend verwertet werden.The tolerances of the characteristic values of the second transistor are wide made smaller demands than for the first transistor or for a single one Transistor because of the difference in internal resistance compared to the first transistor the input resistance of the second transistor is always so great that scatter the latter resistance has practically no effect on the input and output resistance exercise the whole circuit. Furthermore, scatter has little influence on the Reinforcement, because z. B. a reduction in the steepness of the second transistor an increase in the input resistance of the second transistor has the consequence, so that the first transistor amplifies correspondingly more and thus the lower amplification of the second transistor balances. The advantage of the larger tolerance range for the second transistor is particularly desirable because there are always transistors in fabrication occur whose characteristic values are outside the normal tolerance limits. Such Transistors can be used usefully in the circuit according to the invention.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Transistor stage for high-frequency amplification, which contains two transistors, of which the first transistor, controlled at the base electrode, is directly connected to the one-emitter of the second transistor on the collector side and directly on the emitter side to one pole of the operating voltage source via a resistor serving to stabilize the current, characterized in that for selective high-frequency amplification, in particular for intermediate-frequency amplification in superimposition receivers, the input resonant circuit is connected to the base electrode of the first transistor (T,) and the output resonant circuit is connected to the collector of the second transistor (TZ) and that the emitter (Ei) of the first transistor is connected to earth is short-circuited in terms of alternating current and that the base electrode (B.,) of the second transistor is only connected to earth in terms of alternating current and that the two base electrodes (B1, Bz) are direct current at different points of an ohmic voltage divider (R2, R3, R4) lie, which is dimensioned so that the operating voltage is divided with approximately equal amounts on the emitter-collector paths of both transistors.

2. Transistor stage according to Claim 1, characterized in that the second transistor (T2) one is used whose characteristic values are outside of those used during manufacture tolerance limits to be observed. Documents considered: Proc. Inst. Rad. Eng., 1953. pp. 708 to 710; Book: Shea, Principles of Transistor Circuils, 1953, p. 120.