DE1163922B

DE1163922B - Adjustable transistor amplifier

Info

Publication number: DE1163922B
Application number: DES73734A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Wolfgang Ulmer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1961-04-28
Filing date: 1961-04-28
Publication date: 1964-02-27

Description

Regelbarer Transistorverstärker Die Erfindung bezieht sich auf eine im Verstärkungswert regelbare Transistorverstärkerstufe in einem Verstärker für Hochfrequenzschwingungen, insbesondere in einem Zwischenfrequenzverstärker eines vorzugsweise mit frequenzmodulierten Wellen arbeitenden überlagerungsempfängers.Controllable Transistor Amplifier The invention relates to a The gain adjustable transistor amplifier stage in an amplifier for High frequency oscillations, especially in an intermediate frequency amplifier heterodyne receiver preferably working with frequency-modulated waves.

Die Verstärkungsregelung in Verstärkern, und zwar sowohl mit Röhren als auch Transistoren, geschieht meist durch Änderung der Gitterspannung bzw. des Basisstromes. Hierdurch wird der Arbeitspunkt des Verstärkerelements verändert. Vor allem bei Transistorverstärkern ist hierbei jedoch die Schwierigkeit gegeben, daß sich der Eingangswiderstand und der Ausgangswiderstand des Verstärkers bei der Regelung relativ stark ändern. Damit wird bei derartigen Verstärkern der Frequenzgang der Verstärkung innerhalb des Verstärkungsregelbereiches durch die Regelung geändert. Zur Behebung dieses Nachteils sind verschiedene Lösungen bekannt. Beispielsweise werden besondere Gegenkopplungsschaltungen angewendet, oder es werden besondere, ebenfalls von der Regelspannung abhängige Impedanzen parallel zu den entsprechenden Transistorstrecken geschaltet, die die Änderung des Frequenzganges weitgehend kompensieren. Diese bekannten Lösungen sind indes relativ kompliziert und erfüllen die aus dem Vorstehenden sich ergebenden Forderungen bei tragbarem Aufwand nur unzureichend.The gain control in amplifiers, both with tubes as well as transistors, mostly done by changing the grid voltage or the Base current. This changes the operating point of the amplifier element. Especially with transistor amplifiers, however, there is the difficulty here that the input resistance and the output resistance of the amplifier at the Change regulation relatively strongly. This increases the frequency response of such amplifiers the gain within the gain control range changed by the control. Various solutions are known for overcoming this disadvantage. For example special negative feedback circuits are used, or special, Impedances that are also dependent on the control voltage are parallel to the corresponding ones Switched transistor routes that largely compensate for the change in frequency response. These known solutions are, however, relatively complicated and meet those from the The above resulting demands are insufficient with an acceptable effort.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei der regelbaren Transistorverstärkerstufe der einleitend beschriebenen Art die Schwierigkeiten, die hinsichtlich des Eingangs- und Ausgangswiderstandes durch die Regelung entstehen, in einfacher Weise zu beheben.The invention is based on the object of the controllable transistor amplifier stage of the type described in the introduction, the difficulties that arise with regard to the entrance and output resistance caused by the regulation can be easily remedied.

Diese Aufgabe wird bei einer im Verstärkungswert regelbaren Transistorstufe in einem Verstärker für Hochfrequenzschwingungen, insbesondere in einem Zwischenfrequenzverstärker eines vorzugsweise mit frequenzmodulierten Wellen arbeitenden Überlagerungsempfängers gemäß der Erfindung gelöst durch Verwendung eines Transistors, der für die Betriebsfrequenzen der Verstärkerstufe bereits im Bereich um seine Grenzfrequenz und darüber arbeitet und dessen Kollektorspannung zur Verstärkungsregelung durch eine in üblicher Weise gewonnene Regelspannung geändert wird.This task is performed with a transistor stage whose gain can be regulated in an amplifier for high frequency oscillations, in particular in an intermediate frequency amplifier a heterodyne receiver preferably working with frequency-modulated waves solved according to the invention by using a transistor for the operating frequencies the amplifier stage is already working in the range around its cut-off frequency and above and its collector voltage for gain control by a in the usual way obtained control voltage is changed.

Als vorteilhaft hat sich erwiesen, wenn der Transistor ein Drifttransistor ist. Unter einem Drifttransistor wird ein Transistor verstanden, bei dem in der Basis ein inneres elektrisches Feld wirksam ist. Dieses innere elektrische Feld kann z. B. durch eine entsprechend unterschiedliche Dotierung des Basismaterials auf der Strecke zwischen dem Emitter und dem Kollektor erzwungen sein.It has proven to be advantageous if the transistor is a drift transistor is. A drift transistor is understood to mean a transistor in which An internal electric field is effective. This internal electric field can e.g. B. by a correspondingly different doping of the base material be forced on the route between the emitter and the collector.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn der Transistor im Verstärker in Emitterschaltung vorgesehen ist, in welchem Fall unter der Grenzfrequenz die ß-Grenzfrequenz verstanden wird.It is also advantageous if the transistor in the amplifier in Emitter circuit is provided, in which case the ß-cutoff frequency is below the cutoff frequency is understood.

Nachstehend wird an Hand eines Ausführungsbeispiels die Erfindung näher erläutert.The invention is described below on the basis of an exemplary embodiment explained in more detail.

Die F i g. 1 zeigt das Schemabild eines Transistorverstärkers in Emitterschaltung. Dem Transistor T wird über die Basis das zu verstärkende Signal U1 zugeführt. Der Emitter ist über einen überbrückungskondensator Cl hochfrequenzmäßig auf Massepotential gelegt. Das für den Betrieb erforderliche Potential U, wird dem Emitter über den Widerstand R zugeführt. Als Arbeitswiderstand ist im Kollektorkreis des Transistors T eine impedanz R" von z. B. 60 Q vorgesehen, über die zugleich die Kollektorspannung U, dem Transistor zugeführt wird. Die an der Ausgangsimpedanz R" - die über die überbrückungskapazität C2 für die Signalspannung einseitig auf Masse liegt - auftretende Spannung U2 ist die Ausgangsspannung. Der Transistor wird so betrieben, daß über den Widerstand R ein konstanter Emitterstrom von z. B. 3 mA fließt.The F i g. 1 shows the schematic diagram of a transistor amplifier in a common emitter circuit. The signal U1 to be amplified is fed to the transistor T via the base. Of the The emitter is at ground potential in terms of high frequency via a bypass capacitor C1 placed. The potential U required for operation is transmitted to the emitter via the Resistance R supplied. The working resistance is in the collector circuit of the transistor T an impedance R ″ of, for example, 60 Q is provided, over which at the same time the collector voltage U, is fed to the transistor. The one at the output impedance R "- the one across the Bridging capacitance C2 for the signal voltage is grounded on one side - occurring Voltage U2 is the output voltage. The transistor is operated so that over the resistor R is a constant emitter current of z. B. 3 mA flows.

In der F i g. 2 ist in einem Schaubild die relative Verstärkung dieser Verstärkerstufe im Bereich der Grenzfrequenz gezeigt, und zwar für mehrere Werte der Kollektorspannung. Auf der Ordinate ist dabei die relative Leistungsverstärkung in db angegeben, während auf der Abszisse die Frequenzwerte logarithmisch aufgetragen sind. Wie aus diesem Schaubild ersichtlich, ändert sich die Verstärkung innerhalb des Bereiches der Grenzfrequenz durch Änderung der Kollektorspannung U, relativ stark. Wird beispielsweise für den Verstärker ein Betriebsbereich gewählt, für den er bei einer Kollektorspannung von -10 Volt eine Verstärkung von etwa 20 db hat, so läßt sich durch Herabregeln der Kollektorspannung auf -2,5 Volt eine Verstärkungsminderung um fast 9 db erreichen. Diese Art der Verstärkungsregelung ist bei dem Schemabild der F i g.1 dadurch angedeutet, daß die Kollektorspannung über einen Regelverstärker R V zugeführt wird, der beispielsweise von einer in der gesamten Verstärkereinrichtung weiter hinten liegenden Verstärkerstufe seine Regelspannung UK erhält. Die zugehörigen Betriebsspannungsquellen dieses Regelverstärkers sind aus Gründen der Übersichtlichkeit fortgelassen.In FIG. 2 is a graph showing the relative gain of these Amplifier stage shown in the range of the cutoff frequency, for several values the collector voltage. The relative power gain is on the ordinate given in db, while the frequency values are plotted logarithmically on the abscissa are. As can be seen from this graph, the gain changes within of the range of the cutoff frequency by changing the collector voltage U, relative strong. For example, if an operating range is selected for the amplifier for which he with a collector voltage of -10 volts a gain of about 20 db Has, a gain reduction can be achieved by reducing the collector voltage to -2.5 volts by almost 9 db. This type of gain control is in the schematic the F i g.1 indicated that the collector voltage via a control amplifier R V is supplied, for example by one in the entire amplifier device The amplifier stage further back receives its control voltage UK. The associated Operating voltage sources for this control amplifier are for reasons of clarity omitted.

Vorteilhaft ist es, in einem Bereich des Diagramms zu arbeiten, in dem die einzelnen Verstärkungskennlinien wenigstens nahezu parallel verlaufen. Bei dem Diagramm der F i g. 2 gilt dies für den Bereich ab etwa 30 MHz, wo für die Kollektorspannungswerte etwa parallele Geraden gegeben sind.It is advantageous to work in an area of the diagram in which the individual gain characteristics run at least almost parallel. at the diagram of FIG. 2 this applies to the range from about 30 MHz, where for the collector voltage values approximately parallel straight lines are given.

Als besonders zweckmäßig hat es sich weiterhin erwiesen, wenn die Kollektorspannung in einem Bereich geändert wird, in dem die I,-U,-Kennlinien angenähert parallel verlaufen, d. h. in einem Bereich, bei dem bei Niederfrequenz keine Verstärkungsänderung auftritt. 1, ist hierbei der Kollektorstrom, und U, ist die zugehörige Kollektorspannung.It has also proven to be particularly useful if the Collector voltage is changed in a range in which the I, -U, -characteristics approximated run parallel, d. H. in a range in which no gain change at low frequency occurs. 1, is the collector current, and U, is the associated collector voltage.

Der physikalische Grund für die beim Erfindungsgegenstand wesentlich in Erscheinung tretende Eigenschaft konstanten Eingangs- und Ausgangswiderstandes im Regelbereich kann in der Laufzeit und der Dispersion der Ladungsträger in der Basisschicht des Transistors gesehen werden. Die Laufzeit ist eine Funktion der Kollektorspannung und liegt wegen der besonderen Wahl hinsichtlich der Betriebsfrequenz in der gleichen Größenordnung wie die Periodendauer der zu verstärkenden Schwingung.The physical reason for which the subject matter of the invention is essential Appeared property of constant input and output resistance in the control range, the transit time and the dispersion of the charge carriers in the Base layer of the transistor can be seen. The running time is a function of the Collector voltage and lies because of the special choice in terms of operating frequency in the same order of magnitude as the period of the oscillation to be amplified.

Bei Schmalbandverstärkung ist in der Regel der frequenzmäßige Verstärkungsabfall im Durchlaßbereich vernachlässigbar. Vor allem bei größeren Bandbreiten empfiehlt es sich, dem Verstärker ein Netzwerk zuzuordnen, das den frequenzmäßigen Verstärkungsabfall durch Schwächung der niedrigen Frequenzen bzw. Bevorzugung der höheren Frequenzen ausgleicht.In the case of narrowband amplification, there is usually the decrease in frequency in the amplification negligible in the pass band. Especially recommended for larger bandwidths it is a matter of assigning a network to the amplifier, which determines the frequency-wise gain drop by weakening the lower frequencies or preferring the higher frequencies compensates.

Claims

Claims: 1. The gain adjustable transistor stage in an amplifier for high frequency oscillations, in particular in an intermediate frequency amplifier a heterodyne receiver preferably working with frequency-modulated waves, characterized by a transistor responsible for the operating frequencies of the amplifier stage is already working in the range around its cut-off frequency and above and its collector voltage changed for gain control by a control voltage obtained in the usual way will.

2. Transistor amplifier according to claim 1, characterized in that the transistor is a drift transistor.

3. Transistor amplifier according to claim 1 or 2, characterized characterized in that the transistor in the amplifier is provided in a common emitter circuit is.