DE1156858B - Rueckgekoppelter Hochfrequenzverstaerker fuer Empfaenger fuer hochfrequente elektrische Schwingungen mit Halbleiterelementen, insbesondere Transistoren, mit selbsttaetig geregeltem Rueckkopplungsgrad - Google Patents

Description

• Rückgekoppelter Hochfrequenzverstärker für Empfänger für hochfrequente elektrische Schwingungen mit Halbleiterelementen, insbesondere Transistoren, mit selbsttätig geregeltem Rückkopplungsgrad Hochfrequenzempfänger werden, insbesondere in tragbarer Ausführung, mit Transistoren bestückt, um sie mit möglichst kleinen Abmessungen und geringem Gewicht und Strombedarf herstellen zu können. Dies gilt nicht nur für tragbare Rundfunkempfänger, sondern auch in erhöhtem Maße für tragbare Fernsehempfänger, die einen größeren Aufwand an Schaltungselementen voraussetzen und deshalb üblicherweise ein höheres Gewicht aufweisen.
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine weitere Verringerung der Abmessungen, des Gewichtes und des Strombedarfs von Hochfrequenzempfängern zu erreichen, indem die Leistung der Hochfrequenz- und/oder Zwischenfrequenzverstärkerstufen erhöht und damit die Zahl der benötigten Verstärkerstufen herabgesetzt wird.
• Die Wirkung bekannter Schaltungen zur Erhöhung der Spannungsverstärkung bei Elektronenröhren-oder Transistorverstärkern beruht im allgemeinen auf einer Entdämpfung der Verstärkeranordnung. Bei sehr hohen Frequenzen werden beispielsweise zur Entdämpfung Tunneldioden benutzt, d. h. Dioden, deren Kennlinie innerhalb eines gewissen Bereiches eine fallende Tendenz bzw. einen negativen Widerstand aufweisen. Eine andere einfache Möglichkeit zur Entdämpfung besteht in einer Rückkopplung, bei der in bekannter Weise ein Teil des verstärkten Signals auf den Verstärkereingang zurückgeführt wird.
• So ist es beispielsweise bekannt, bei einer rückgekoppelten Hochfrequenztransistorstufe die Rückkopplung durch Verändern der Kollektorspannung mittels eines Potentiometers verstimmungsfrei einzustellen. Andererseits ist es bekannt, mittels einer Elektronenröhre als negativem Widerstand eine Entdämpfung automatisch durchzuführen.
• Die Erfindung richtet sich nun auf einen rückgekoppelten Hochfrequenzverstärker für Empfänger für hochfrequente elektrische Schwingungen mit Halbleiterelementen, insbesondere Transistoren, bei dem der Rückkopplungsgrad durch einen selbsttätig geregelten Widerstand in Abhängigkeit von der Hochfrequenzamplitude gesteuert ist. Erfindungsgemäß ist hierbei der Widerstand durch einen Transistor in Serien- oder Parallelschaltung zu der oder den rückgekoppelten Verstärkerstufe(n) gebildet, dessen Gleichstromwiderstand durch die gleichgerichtete Hochfrequenzspannung am Demodulator so geregelt ist, daß bei steigender Hochfrequenzspannung der Rückkopplungsgrad verringert wird.
• Damit bei der Rückkopplung die erforderliche Bandbreite nicht unterschritten wird und es auf keinen Fall zum Schwingen einzelner Verstärkerstufen bzw. der gesamten Verstärkeranordnung kommt, welches gewöhnlich durch Erhöhung des Eingangssignals oder der Betriebsspannung hervorgerufen wird, ist die Regelung für den Betriebsgleichstrom so ausgebildet, daß eine Erhöhung des Eingangssignals zwangläufig eine Herabsetzung des Betriebsgleichstromes für die entdämpften Verstärkerstufen zur Folge hat. Mit dieser Regelung werden auch gleichzeitig Änderungen der Betriebsbedingungen durch die Temperaturabhängigkeit der Transistoren und durch Betriebsspannungsschwankungen ausgeglichen. Da bei Hochfrequenzempfängern der Ausgangsstrom einer Demodulatorstufe ein Maß für die Größe des Eingangssignals bzw. des Verstärkungsfaktors der vor dem Demodulator liegenden Verstärkerstufen ist, wird dieser Strom zur Regelung des Betriebsgleichstromes für die zweckmäßigerweise gleichstrommäßig parallel geschalteten Verstärkerstufen verwendet. Als Widerstand zur Regelung dient z. B. die auf die Demodulatorstufe folgende Niederfrequenzverstärkerstufe bzw. bei einem Fernsehempfänger die Videoverstärkerstufe.
• Soll die Regelung des Betriebsgleichstromes für die Verstärkerstufen erst von einem bestimmten Schwellwert an wirksam werden, so findet in bekannter Weise eine vorgespannte Diode Verwendung. In diesem Falle wird die Niederfrequenzamplitude über eine Trennkapazität an die Steuerelektrode des Niederfrequenzverstärkers geführt und die im Detektorkreis entstehende Gleichstromkomponente für die Regelung über eine Verzögerungsdiode geleitet. Die Größe der Sperrspannung bzw. des Schwellwertes für die Verzögerungsdiode wird mit einem Spannungsteiler eingestellt.
• Ein weiteres Erfindungsmerkmal besteht in der Anpassung der einzelnen Verstärkerstufen des mehrstufigen Hochfrequenztransistorverstärkers an die jeweiligen Belastungs- bzw. Dämpfungsverhältnisse durch eine Grobregelung des Betriebsstromes für die Transistoren. Insbesondere muß die letzte Stufe eines mehrstufigen Verstärkers infolge der durch die Spannungsvervielfacherschaltung gegebenen Bedämpfung stärker entdämpft werden als die Vorstufen. Aus diesem Grunde wird der Grad der Entdämpfung in an sich bekannter Weise mittels je eines im Emitterkreis der Hochfrequenztransistoren liegenden Gleichstrom-Grobregelwiderstandes bei Benutzung von in Basisschaltung arbeitenden Transistorstufen eingestellt.
• Weitere Einzelheiten der Erfindung werden an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert: Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild einer Schaltung zur Serienregelung des Betriebsgleichstromes eines Verstärkers, Fig. 2 ein Blockschaltbild, gemäß dem die Regelung des Betriebsgleichstromes durch Parallelbelastung erfolgt, Fig. 3 ein Blockschaltbild für eine gemäß dem Regelungsprinzip in Fig. 1 ausgeführte gleichzeitige Regelung eines HF- und eines ZF-Verstärkers in einem Hochfrequenzempfänger und Fig.4 ein vereinfachtes Schaltbild einer Schaltungsanordnung gemäß dem Blockschaltbild in Fig. 1 für einen Fernsehkanalschalter in Geradeausschaltung für das Fernsehband III.
• Bei dem Prinzip der Serienregelung gemäß Fig. 1 liegt beispielsweise ein HF-Verstärker 1 gleichstrommäßig in Reihe mit einem NF-Verstärker 2. Ein zu verstärkendes HF-Signal liegt an den Eingangsklemmen 3 und 4 des HF-Verstärkers. Das verstärkte Signal wird in einem Demodulator 5 gleichgerichtet und dem NF-Verstärker 2 zugeführt. Da die Amplitude des demodulierten HF-Signals ein Maß für die Höhe des Eingangssignals ist, kann mit der NF-Verstärkung gleichzeitig eine selbsttätige Verstärkungsregelung durch Regelung des Betriebsgleichstromes für den HF-Verstärker erfolgen, wobei der NF-Verstärker als veränderbarer Vorwiderstand wirkt.
• Eine andere Regelungsmöglichkeit ist in Fig.2 dargestellt. Hierbei sind der HF-Verstärker 6 und der NF-Verstärker 7 gleichstrommäßig parallel geschaltet. Das verstärkte und mit dem zwischen den Verstärkern 6 und 7 liegenden Detektor 8 demodulierte HF-Signal wirkt auf den NF-Verstärker 7 ein. Der Verstärker 7 stellt je nach der Amplitude des demodulierten Signals einen mehr oder weniger großen Nebenschlußwiderstand dar, durch den der Gleichstrom für den HF-Verstärker bestimmt wird.
• Bei der Regelschaltung gemäß Fig. 3 ist das in Fig. 1 angedeutete Regelungsprinzip auf ein Hochfrequenz-Empfangsgerät übertragen. Ein HF-Verstärker 9 und ein ZF-Verstärker 10 sind gleichstrommäßig parallel geschaltet und liegen in Reihe mit dem NF-Verstärker 11 an den Klemmen 12 und 13 einer Betriebsgleichstromquelle. Die an den Eingangsklemmen 14 und 15 des HF-Verstärkers 9 liegende Hochfrequenz wird verstärkt und in einer Mischstufe 16 mit einer Oszillatorfrequenz gemischt, so daß sich eine Zwischenfrequenz ergibt. Diese wird in dem ZF-Verstärker 10 verstärkt und mit der Diode 17 demoduliert. Die demodulierte Spannung wirkt auf den NF-Verstärker 11 ein. Die Verstärkungsregelung erfolgt wie bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 durch eine Regelung des Betriebsgleichstromes für den HF- und den ZF-Verstärker, die gegebenenfalls auch mehrstufig ausgeführt sein können. In gleicher Weise kann für die Anordnung in Fig. 3 die Regelung des Betriebsgleichstromes nach Fig. 2 in Parallelbelastung durchgeführt werden.
• Regelwiderstände 18 und 19, die in die Betriebsgleichstromleitungen vor den HF- und ZF-Verstärker eingeschaltet werden, dienen in an sich bekannter Weise für die getrennte Grobeinstellung des Betriebsgleichstromes in diesen Verstärkern.
• In Fig.4 ist als Anwendungsbeispiel ein vereinfachtes Schaltbild eines Hochfrequenz-Geradeausverstärkers, z. B. Geradeaus-Kanalschalters für das Fernsehband III, dem Blockschaltbild der Fig. 1 entsprechend dargestellt. Darin werden die Verstärkerstufen durch Transistoren 20, 21 und 22 gebildet. Gleichstrommäßig liegen die HF-Transistoren 20 und 21 parallel und in der Stromversorgung mit dem NF-(Video) Transistor 22 in Reihe. Der an den Klemmen 23 und 24 eingespeiste Betriebsgleichstrom fließt über einen Vorwiderstand 25, die Kollektor-Emitter-Strecke des im leitenden Zustand befindlichen Transistors 22, die Primärwicklungen von induktiven Kopplungsgliedern 26, 27, die Kollektor-Emitter-Strecken der Transistoren 20 und 21 und Regelwiderstände 28, 29. Für das zu verstärkende Hochfrequenzsignal ergibt sich folgender Stromlauf: Eingangsklemmen 30, 31 des Fernsehkanalschalters, Eingangsübertrager 32, Emitter und Kollektor des in Basisschaltung betriebenen HF-Transistors 20, Primär- und Sekundärwicklung des veränderbaren Kopplungsgliedes 26, Emitter und Kollektor des HF-Transistors 21, Primär- und Sekundärwicklung des Kopplungsgliedes 27, eine aus den Dioden 33, 34 und den Kondensatoren 35 und 36 bestehende Spannungsverdopplerschaltung, die Basiselektrode und den Kollektor des NF- (Video) Transistors 22 und NF-Ausgangsklemmen 37, 38 des Kanalschalters.
• Auf Rückkopplungskondensatoren kann bei dem Kanalschalter gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel verzichtet werden, weil die Kapazität der Emitter-Kollektor-Strecken der HF-Transistoren 20 und 21 bei der vorgesehenen Arbeitsfrequenz von etwa 200 MHz ausreicht. Als HF-Transistortype eignet sich in diesem Fall besonders ein Mesa-Transistor.
• Die Wirkungsweise der Schaltungsanordnung gemäß der Fig.4 besteht darin, daß die Rückkopplungen der Transistorstufen 20 und 21 eine Entdämpfung dieser Stufen bewirken. Der Grad der Entdämpfung wird durch eine Veränderung des Betriebsgleichstromes mit den Grobregelwiderständen 28, 29 fest eingestellt. Steigt nun aus irgendeinem Grunde die Amplitude des HF-Signals an, so würde dies zu einem Schwingungseinsatz der rückgekoppelten Stufen führen. Durch die Polung der Dioden 33 und 34 wird jedoch bei hohem Eingangssignal bzw. hoher Steuerspannung an der Basis des Transistors 22 die Leitfähigkeit der Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors 22 herabgesetzt und damit die Entdämpfung der einzelnen Stufen auf das ursprüngliche Maß zurückgeführt.
• Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung kann auch bei Frequenzen über 300 MHz (UHF) angewendet werden, wenn an Stelle von Transistoren Halbleiterverstärker mit fallender Kennlinie, z. B. Tunneldioden, mit nachfolgender Transformation vorgesehen werden.

Claims (7)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Rückgekoppelter Hochfrequenzverstärker für Empfänger für hochfrequente elektrische Schwingungen mit Halbleiterelementen, insbesondere Transistoren, bei dem der Rückkopplungsgrad durch einen selbsttätig geregelten Widerstand in Abhängigkeit von der Hochfrequenzamphtude gesteuert ist, dadurch gekennzeichnet, da.ß der Widerstand durch einen Transistor in Serien- oder Parallelschaltung zu der oder den rückgekoppelten Verstärkerstufe(n) gebildet ist, dessen Gleichstromwiderstand durch die gleichgerichtete Hochfrequenzspannung am Demodulator so geregelt ist, daß bei steigender Hochfrequenzspannung der Rückkopplungsgrad verringert wird.
2. 2. Hochfrequenzverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Widerstand eine dem Demodulator eines Hochfrequenzempfängers nachgeschaltete Verstärkerstufe, z. B. eine Niederfrequenz- bzw. Videoverstärkerstufe, dient.
3. 3. Hochfrequenzverstärker nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Betriebsstrom der einzelnen Hochfrequenzverstärkerstufen und damit auch der Grad der Entdämpfung den verschiedenen anhängenden Belastungskreisen entsprechend verschieden stark eingestellt ist.
4. 4. Hochfrequenzverstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung des Betriebsgleichstroms erst nach dem Überschreiten eines Schwellwertes einsetzt, der an einer vorgespannten Diode, die zwischen dem Demodulator und dem nachgeschalteten Regelverstärker liegt, abgegriffen wird.
5. 5. Hochfrequenzverstärker nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwellwertdiode durch einen Kondensator überbrückt ist, der so bemessen ist, daß er für die zu verstärkenden Frequenzen einen Nebenschlußweg zur Diode ergibt.
6. 6. Hochfrequenzverstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Grad der Entdämpfung in an sich bekannter Weise mittels je eines im Emitterkreis der Hochfrequenztransistoren liegenden Gleichstrom-Grobregelwiderstandes bei Benutzung von in Basisschaltung arbeitenden Transistorstufen eingestellt ist.
7. 7. Schaltungsanordnung mit einem Hochfrequenzverstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 6, einer anschließenden Misch- und Oszillatorstufe, einem Zwischenfrequenzverstärker und einem Niederfrequenzverstärker, dadurch gekennzeichnet, daß der Niederfrequenzverstärker gleichzeitig den Speisegleichstrom des Hochfrequenzvorverstärkers und des Zwischenfrequenzverstärkers beeinflußt. B. Schaltungsanordnung mit einem Hochfrequenzverstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei höheren Frequenzen über 300 MHz (UHF) an Stelle von Transistoren Halbleiterverstärker mit fallender Kennlinie, z. B. Tunneldioden, mit nachfolgender Transformation benutzt werden. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 691562, 824 530; deutsche Auslegeschrift Nr. 1083 354; britische Patentschriften Nr. 218 336, 444178; französische Patentschriften Nr. 596 418, 761326; »Funkschau«, 1954, Heft 3, S. 50; 1958, Heft 5, S. 172; 1959, Heft 1, S. 5/6; 1959, Heft 12, S. 292; »Funk-Technik«, Nr. 6, 1954, S. 164/165.