DE1117663B - Transistor AC amplifier - Google Patents
Transistor AC amplifierInfo
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Description
DEUTSCHESGERMAN
PATENfMfTPATENfMfT
N16352 IXd/21a4 N16352 IXd / 21a 4
ANMELDETAG: 5. MARZ 1959 REGISTRATION DATE: MARCH 5, 1959
BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UNDAUSGABEDER
AUSLEGESCHRIFT: 23. NOVEMBER 1961 NOTIFICATION OF REGISTRATION AND ISSUE OF
EDITORIAL: NOVEMBER 23, 1961
Die Erfindung betrifft einen Transistorwechselstromverstärker, bei dem zwischen den Eingangsklemmen eine bestimmte Impedanz wirksam ist.The invention relates to a transistor AC amplifier in which between the input terminals a certain impedance is effective.
Bei Röhrenverstärkern wird die Kreuzmodulation bekanntlich dadurch verursacht, daß der Anodenstrom der Röhre nicht linear mit der Gitterspannung verläuft. Die folglich im Anodenstrom erzeugten Kreuzmodulationsprodukte hat man unter anderem dadurch zu beseitigen versucht, daß im Kathodenkreis der Röhre ein Niederfrequenzfilter aufgenommen wurde. Die infolge der Kennlinienkrümmung der Röhre über diesem Filter erzeugte Niederfrequenzspannung wurde zur Gegenmodulation ausgenutzt, um die unerwünschte Kreuzmodulation herabzusetzen.In tube amplifiers, the cross modulation is known to be caused by the anode current the tube is not linear with the grid voltage. The cross-modulation products consequently generated in the anode current one has tried to eliminate, among other things, that in the cathode circuit of the tube a Low frequency filter was added. The result of the curvature of the characteristic curve of the tube above it Filter generated low frequency voltage was used for counter modulation to avoid the undesired Reduce cross modulation.
Nach Untersuchungen, die der Erfindung zugrunde liegen, erweist es sich, daß die in einem Transistorwechselstromverstärker erzeugte Kreuzmodulation wesentlich durch den inneren Widerstand der Wechselspannungsquelle — der bei Röhrenverstärkern in dieser Hinsicht keine Rolle spielt — beeinflußt wird.According to investigations on which the invention is based, it turns out that the in a transistor AC amplifier Cross modulation generated mainly by the internal resistance of the AC voltage source - which plays no role in tube amplifiers in this regard - is influenced.
Bei einem Transistorwechselstromverstärker der eingangs erwähnten Art kann somit eine wesentliche Verbesserung erreicht werden, wenn gemäß der Erfindung die Impedanz zur Verminderung der Kreuzmodulation ungefähr die Bedingung erfüllt:In the case of a transistor AC amplifier of the type mentioned at the outset, a substantial improvement can thus be achieved can be achieved if, according to the invention, the impedance to reduce the cross modulation approximately fulfills the condition:
- =3/2 - = 3/2
Z0 +Z 0 +
Zq -\-Zq - \ -
Z0 -f-Z 0 -f-
alal
vorzugsweise ungefähr gleich 1, wobei Z0 die zwischen diesen Eingangsklemmen gemessene Transistorinnenimpedanz, Zp den Impedanzwert der zwischen den Eingangsklemmen geschalteten äußeren Impedanz gemessen für Niederfrequenz, Z0 diesen Wert gemessen bei einer Frequenz gleich dem Unterschied zwischen der Frequenz der Nutzschwingungen und die einer Störschwingung und Z8 diesen Wert gemessen bei der Summe letztgenannter Frequenzen darstellt und at, a2 und a3 die Koeffizienten der Reihepreferably approximately equal to 1, where Z 0 is the internal transistor impedance measured between these input terminals, Zp is the impedance value of the external impedance connected between the input terminals measured for low frequency, Z 0 is this value measured at a frequency equal to the difference between the frequency of the useful oscillations and that of an interfering oscillation and Z 8 represents this value measured at the sum of the latter frequencies and a t , a 2 and a 3 are the coefficients of the series
i =i =
v2 + a3 v3 v 2 + a 3 v 3
der Transistoreingangskennlinie (Transistoreingangsstrom i als Funktion der zwischen seinen Eingangselektroden angelegten Spannung v) darstellen.the transistor input characteristic (transistor input current i as a function of the voltage v applied between its input electrodes).
Es ist zwar an sich bekannt, einen zusätzlichen Widerstand im Transistoreingang anzuordnen oder die Steuerung von einer einen beträchtlichen Innenwiderstand aufweisenden Spannungsquelle durchzuführen. Durch die spezielle Bemessung der Widerstände im Eingangskreis kann jedoch nach der Erfindung eine TransistorwechselstromverstärkerIt is known per se to arrange an additional resistor in the transistor input or the To carry out control of a voltage source exhibiting a considerable internal resistance. Due to the special dimensioning of the resistors in the input circuit, however, according to the invention, a Transistor AC amplifier
Anmelder:Applicant:
N. V. Philips' Gloeilampenfabrieken, Eindhoven (Niederlande)N. V. Philips' Gloeilampenfabrieken, Eindhoven (Netherlands)
Vertreter: Dipl.-Ing. E. E. Walther, Patentanwalt, Hamburg 1, Mönckebergstr. 7Representative: Dipl.-Ing. E. E. Walther, patent attorney, Hamburg 1, Mönckebergstr. 7th
Raphael Isidoor Gabriel BosselaersRaphael Isidoor Gabriel Bosselaers
und Gerardus Rosier, Hilversum (Niederlande), sind als Erfinder genannt wordenand Gerardus Rosier, Hilversum (Netherlands), have been named as inventors
wesentliche Verbesserung hinsichtlich des Auftretens von Kreuzmodulation erzielt werden.substantial improvement in terms of the occurrence of cross-modulation can be achieved.
Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert.The invention is explained in more detail with reference to the drawing.
Fig. 1 veranschaulicht einen Verstärker nach der Erfindung, z. B. einen HF- bzw. ZF-Verstärker in einem Empfänger für amplitudenmodulierte Schwingungen; Fig. 1 illustrates an amplifier according to the invention, e.g. B. an RF or IF amplifier in a receiver for amplitude-modulated oscillations;
Fig. 2 veranschaulicht den mit diesem Verstärker erhaltenen Kreuzmodulationsfaktor .Oür verschiedene Werte der zwischen den Eingangsklemmen des Transistors eingeschalteten Impedanzen.Fig. 2 illustrates the cross modulation factor obtained with this amplifier .Oür different Values of the impedances connected between the input terminals of the transistor.
In der Verstärkerschaltung nach Fig. 1 werden amplitudenmodulierteNutzschwingungeneinerQuelleß! mit Innenwiderstand 1 einem auf diese Schwingungen abgestimmten Resonanzkreis 3 und nachfolgend, gegebenenfalls nach Herabtransformierung, den Eingangsklemmen eines Transistors 4 zugeführt und verstärkt. Die verstärkten Schwingungen werden dem auf die Nutzfrequenz abgestimmten Ausgangskreis 10 entnommen. Unerwünschte (Stör-) Schwingungen, die z. B. von einem benachbarten Sender herrühren, gelangen ebenfalls an den Eingangskreis und sind in Fig. 1 als eine zweite Quelle e2 dargestellt worden. Es zeigt sich, daß der vom Transistor 4 gelieferte Ausgangsstrom nicht nur diesen beiden Schwingungen proportional ist, sondern daß auch eine durch Kreuzmodulation dieser beiden Schwingungen verursachte, im Nutzfrequenzband liegende Komponente in diesem Strom enthalten ist.In the amplifier circuit according to Fig. 1, amplitude-modulated useful oscillations of a source ß! with internal resistance 1 to a resonant circuit 3 matched to these oscillations and subsequently, optionally after stepping down, fed to the input terminals of a transistor 4 and amplified. The amplified vibrations are taken from the output circuit 10, which is matched to the useful frequency. Unwanted (interfering) vibrations, e.g. B. originate from a neighboring transmitter, also reach the input circuit and are shown in FIG. 1 as a second source e 2 . It can be seen that the output current supplied by transistor 4 is not only proportional to these two oscillations, but that this current also contains a component which is caused by cross-modulation of these two oscillations and is in the useful frequency band.
Falls man annimmt, daß der Transistoreingangsstrom praktisch exponentiell mit der an den Eingangsklemmen wirksamen Spannung ansteigt, findet man If one assumes that the transistor input current increases practically exponentially with the voltage effective at the input terminals, one finds
109 740/37D109 740 / 37D
für den Kreuzmodulationsfaktor K einen Ausdruck, der ungefähr unabhängig von der Amplitude der Nutzschwingung, ungefähr proportional zum. Quadrat der Störschwingungsamplitude und weiter proportional zu einem Faktorfor the cross modulation factor K an expression that is approximately independent of the amplitude of the useful oscillation, approximately proportional to. Square of the parasitic oscillation amplitude and further proportional to a factor
1 —1 -
■+■■ + ■
Z0 -j- Z 0 -j-
Z0 -\-Z 0 - \ -
(1)(1)
ist, in dem Z0 die zwischen diesen Eingangsklemmen gemessene innere Transistorimpedanz, Zv den Impedanzwert der zwischen den Eingangsklemmen geschalteten äußeren Impedanz gemessen für Niederfrequenz (die höchste Modulationsfrequenz der Nutzschwingungen), Zv diesen Wert gemessen bei einer Frequenz gleich dem Unterschied zwischen der Frequenz der Nutz- und der Störschwingungen und Z8 diesen Wert gemessen bei der Summe letztgenannter Frequenzen darstellt.where Z 0 is the internal transistor impedance measured between these input terminals, Z v is the impedance value of the external impedance connected between the input terminals, measured for low frequency (the highest modulation frequency of the useful oscillations), Z v this value measured at a frequency equal to the difference between the frequency the useful and interfering vibrations and Z 8 represents this value measured at the sum of the latter frequencies.
Der Kreuzmodulationsfaktor K kann somit durch geeignete Bemessung der zwischen den Eingangsklemmen des Transistors geschalteten Impedanz praktisch Null gemacht werden. Eine einfache Methode besteht darin, daß der Resonanzkreis 3 über einen Widerstand 5 mit den Eingangsklemmen des Transistors 4 verbunden ist. Die zur Vorspannungserzeugung verwendeten Schaltelemente 7, 8 und 9 werden so bemessen, daß sie außer Betracht bleiben können. Die Impedanz des Kreises 3 ist für die drei in Frage kommenden Frequenzen nahezu vernachlässigbar. Wenn auch der Trennkondensator 6 eine vernachlässigbare Impedanz für diese Frequenzen aufweist, sind die Impedanzen Zp, Z8, Z8 je durch den Wert des Widerstandes 5 gegeben. Die angestrebte Bedingung ist dann somit erfüllt, falls der Widerstand 5 die Hälfte des Eingangswiderstandes R0 des Transistors 4 beträgt.The cross modulation factor K can thus be made practically zero by suitable dimensioning of the impedance connected between the input terminals of the transistor. A simple method consists in that the resonance circuit 3 is connected to the input terminals of the transistor 4 via a resistor 5. The switching elements 7, 8 and 9 used to generate the bias voltage are dimensioned so that they can be disregarded. The impedance of circuit 3 is almost negligible for the three frequencies in question. Even if the isolating capacitor 6 has a negligible impedance for these frequencies, the impedances Zp, Z 8 , Z 8 are each given by the value of the resistor 5. The desired condition is thus fulfilled if the resistor 5 is half of the input resistance R 0 of the transistor 4.
In Fig. 2 zeigt die Kurve α den Kreuzmodulationsfaktor K als Funktion des Wertes des Widerstandes 5, wenn ein Kondensator 6 von 250 ^F angewendet wird. Mit einem Kondensator 6 von 25 μΤ? wird die Kurve b miteinemvielwenigerausgeprägfenMinimumgefunden. Mit einem Kondensator 6 von 0,5 \xB ist kaum noch ein Minimum in der K-Kxave wahrnehmbar. Durch Einschaltung einer Selbstinduktion in Reihe mit dem Kondensator 6 wird die Kurve c erhalten. Zwar könnten die Schaltelemente 6 und 7 weggelassen werden, aber weil die Einstellung auf den Minimumwert des Faktors K ziemlich kritisch ist, ist eine ausreichende Arbeitspunktstabilisierung z. B. durch einen genügend großen Wert des Widerstandes 7 und/oder durch geeignete Temperaturabhängigkeit des Widerstandes 8 empfehlenswert. Auch kann der Widerstand 5 selber eine dem temperaturabhängigen Eingangswiderstand des Transistors entsprechende Temperaturabhängigkeit aufweisen.In Fig. 2, the curve α shows the cross modulation factor K as a function of the value of the resistor 5 when a capacitor 6 of 250 ^ F is used. With a capacitor 6 of 25 μΤ? the curve b is found with a much less pronounced minimum. With a capacitor 6 of 0.5 \ xB , a minimum is hardly perceptible in the K-Kxave. By connecting a self-induction in series with the capacitor 6, the curve c is obtained. Although the switching elements 6 and 7 could be omitted, but because the setting to the minimum value of the factor K is quite critical, a sufficient operating point stabilization z. B. by a sufficiently large value of the resistor 7 and / or by suitable temperature dependence of the resistor 8 is recommended. The resistor 5 itself can also have a temperature dependency corresponding to the temperature-dependent input resistance of the transistor.
Selbstverständlich können durch andersartige Bemessung und Ausführung des zwischen den Eingangsklemmen des Transistors 4 geschalteten Netzwerkes ähnliche Effekte erreicht werden. So kann z. B. der Widerstand 5 von einem kleinen Kondensator_iiberbrückt werden, der nur für die, Summenfrequenz der Nutz- und Störschwingungen durchlässig ist (die Differenz der Nutz- und Störfrequenz ist im allgemeinen verhältnismäßig klein). In diesem FaEe ist Zs = 0 und soll der Wert des Widerstandes 5 gerade gleich groß wie der Eingangswiderstand R0 des Transistors 4 sein. Im ersten Fall (ohne den Überbrückungskondensator) ist der innere Widerstand 1 der Quelle 1 auf 3/2 R0 anzupassen und wird somit infolge des Widerstandes 5 ein Verstärkungsverlust von etwa 3,5 db verursacht, im zweiten Fall ist der Widerstand 5 auf R0 anzupassen und beträgt der Verstärkungsverlust ungefähr 6 db.Of course, similar effects can be achieved by differently dimensioning and designing the network connected between the input terminals of the transistor 4. So z. For example, the resistor 5 can be bridged by a small capacitor which is only permeable to the sum frequency of the useful and interfering oscillations (the difference between the useful and interfering frequencies is generally relatively small). In this case, Z s = 0 and the value of the resistor 5 should be exactly the same as the input resistance R 0 of the transistor 4. In the first case (without the bypass capacitor) the internal resistance 1 of the source 1 has to be adjusted to 3/2 R 0 and a gain loss of about 3.5 db is caused as a result of the resistance 5, in the second case the resistance 5 is set to R 0 adjust and the gain loss is about 6 db.
Der Transistor kann gegebenenfalls auch in Emitterschaltung betrieben werden. Ganz allgemein kann der Eingangsstrom 1 des Transistors als Funktion der zwischen seinen Eingangselektroden angelegten Spannung durch die ReiheThe transistor can optionally also be emitter operate. In general, the input current 1 of the transistor as a function of the between voltage applied to its input electrodes through the series
i = ax ν + a2 v2 + as v3 ... i = a x ν + a 2 v 2 + a s v 3 ...
dargestellt werden.
Falls das Exponentialverhältnisbeing represented.
If the exponential ratio
gilt (wobei J0, q, Je und T Konstanten darstellen), findet man fürholds (where J 0 , q, Je and T represent constants), one finds for
- Ai - _L und für aiUs - 2/3- Ai - _L and for aiUs - 2/3
«1 =«1 =
kTkT
Die Zahl 1 in der Formel 1 muß im allgemeinen Fall dementsprechend durch 3/2-^^- ersetzt werden.In general, the number 1 in formula 1 must be replaced by 3/2 - ^^ -.
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