DE1194465B

DE1194465B - Schaltung zur Neutralisation eines Verstaerkers mit einem Verstaerkerelement mit drei Elektroden

Info

Publication number: DE1194465B
Application number: DEB64444A
Authority: DE
Inventors: Ben Hapgood Tongue
Original assignee: BLONDER TONGUE ELECT
Current assignee: BLONDER TONGUE ELECT
Priority date: 1960-12-19
Filing date: 1961-10-20
Publication date: 1965-06-10
Also published as: GB926494A; US3156872A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. σ.:

H03f

Deutsche KL: 21 a4-29/05

Nummer: 1194 465

Aktenzeichen: B 64444IX d/21 a4

Anmeldetag: 20. Oktober 1961

Auslegetag: 10. Juni 1965

Die Erfindung betrifft eine Schaltung zur Neutralisation eines Verstärkers mit einem Verstärkerelement mit drei Elektroden, bei der die Eingangsspannung zwischen der Steuerelektrode und dem Verbindungspunkt zweier Brücken-Kondensatoren zugeführt ist, deren Kapazitätsverhältnis dem der inneren Kapazitäten des Verstärkerelements entspricht und die jeweils an eine der beiden übrigen Elektroden geschaltet sind.

Neutralisationsschaltungen der vorerwähnten Art sind bisher nur für Röhrenverstärker bekanntgeworden, bei denen sie sich im allgemeinen auch mit dem erwünschten Erfolg der sogenannten Unilateralisierung, d. h. der weitgehenden Ausschaltung der Rückwärtsverstärkung bzw. der weitgehenden Entkopplung zwischen Ausgang und Eingang in der Rückwärtsrichtung des Verstärkers, bewähren.

Es hat sich gezeigt, daß eine solche Schaltung für eine befriedigende Neutralisation von Transistorverstärkern nicht ausreicht.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Schaltung zur Neutralisation eines Verstärkers der eingangs angegebenen Art dahingehend zu verbessern, daß sie eine befriedigende Neutralisation eines Transistorverstärkers ermöglicht.

Erfindungsgemäß läßt sich die eingangs erwähnte Schaltung dadurch mit einfachen Mitteln den besonderen Eigenarten eines Transistorverstärkers in ausreichendem Umfang anpassen und damii die genannte Aufgabe lösen, daß bei Verwendung eines Transistors in Emitterbasisschaltung als Verstärkerelement zwischen dem Basis- und dem Kollektoranschluß eine Induktivität eingeschaltet ist, deren induktiver Widerstand gleich ist dem kapazitiven Widerstand der Kapazität zwischen dem Basis- und Kollektoranschluß, oder daß zwischen dem Basis- und dem Emitteranschluß ein weiterer Kondensator eingeschaltet ist, dessen Kapazität gleich ist der Kapazität zwischen dem Basis- und dem Kollektoranschluß.

Die Wirksamkeit der erfindungsgemäß ausgebildeten Neutralisationsschaltung für Transistorverstärker läßt sich namentlich für höhere Frequenzen dadurch steigern, daß zwischen dem Verbindungspunkt und dem Emitteranschluß ein so bemessener Widerstand eingeschaltet ist, daß das Produkt aus seinem Widerstandswert und der Kapazität des ihm parallelliegenden Brücken-Kondensators gleich ist dem Produkt der inneren Basis-Emitter-Kapazität und dem inneren Emitter-Basis-Widerstand.

Eine weitere Steigerung der Neutralisationswirkung der erfindungsgemäßen Schaltung läßt sich da-

Schaltung zur Neutralisation eines Verstärkers
mit einem Verstärkerelement mit drei Elektroden

Anmelder:

Blonder-Tongue Electronics, Newark, N. J.

(V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. R. Müller-Börner

und Dipl.-Ing. H.-H. Wey, Patentanwälte,

Berlin 33, Podbielskiallee 68

Als Erfinder benannt:

Ben Hapgood Tongue, West Orange, N. J.

(V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 19. Dezember 1960
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durch erreichen, daß zwischen dem Basis- und dem Emitteranschluß ein so bemessener Widerstand eingeschaltet ist, daß das Produkt aus seinem Widerstandswert und der Kapazität zwischen dem Basis- und dem Emitteranschluß bzw. der Kapazität des weiteren Kondensators gleich ist dem Produkt der inneren Basis-Emitter-Kapazität und dem inneren Emitter-Basis-Widerstand.

Eine zur Neutralisation von Transistor-Gegentaktverstärkern geeignete Ausführungsform der Erfindung ist vorteilhaft in der Weise ausgebildet, daß in den beiden Eingängen der Verstärker die Sekundärwicklungen zweier Übertrager liegen, deren Primärwicklungen entgegengesetzt parallel an die Quelle für die Eingangsspannung angeschaltet sind, und daß der Arbeitswiderstand an die beiden Kollektoranschlüsse angeschaltet ist.

Um besonders die Wirkung der Ausbreitungskapazität zwischen dem Basis- und dem Emitteranschluß zu beseitigen, ist die Schaltung in der Weise ausgebildet, daß die Induktivität derart verstimmt ist, daß das Verhältnis der Kapazität und der sie neutralisierenden Induktivität zur Kapazität zwischen dem Basis- und dem Emitteranschluß im wesentlichen

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dem Verhältnis der inneren Basis-Kollektor-Kapazität zur inneren Basis-Emitter-Kapazität entspricht.

Die Erdung der erfindungsgemäßen Schaltung läßt sich in der Weise durchführen, daß wahlweise ihr erster Eingangsanschluß, daß der Emitter, daß der Kollektor oder daß ihr zweiter Eingangsanschluß geerdet ist.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 ein Schaltschema einer ersten Lösung nach der Erfindung,

F i g. 2 ein Schaltbild einer zweiten Lösung nach der Erfindung,

Fig. 3 ein Schaltbild einer für einen Gegentaktker bekannter Weise erfolgt dies durch Verwendung der Brücken-Kondensatoren C₄ und C₅, die jeweils in Reihe zwischen dem Kollektoranschluß c und dem Emitter-Erdanschluß G liegen. Ihr Verbindungspunkt 9 ist mit einem Anschluß I verbunden, der einen der Anschlüsse des Eingangs des Transistors 1 darstellt. Der andere Eingangsanschluß II ist unmittelbar an den Basisanschluß b angeschlossen. Eine Hochfrequenzquelle S ist nicht zwischen der Basis ίο und dem Emitter, sondern in Reihe zwischen den Anschlüssen I und II angeschlossen. Die innere Impedanz der Quelle ist mit Z_s bezeichnet.

Die Kapazitäten der Brückenkondensatoren C₄ und C₅ sind so gewählt, daß ihr Verhältnis im we-

formen, die verschiedene, im Rahmen der Schaltung nach der Erfindung anwendbare Erdungsmöglichkeiten veranschaulichen.

Fig. 1 zeigt einen Transistorverstärker 1 mit einer Basiselektrode 3, einer Kollektorelektrode 5 und einer Emitterelektrode 7, von denen die letztere an ihrer äußeren Anschlußklemme e, beispielsweise bei G, geerdet sein kann. Im Ausgangskreis des Transistors 1 ist zwischen der äußeren Anschlußklemme c des Kollektors S und dem Anschluß e des Emitters 7 eine beliebige Ausgangslast Z_L angeschlossen. Der tatsächliche Außenpunkt oder physikalische Anschluß, an dem mit der Basis 3 eine physikalische Verbindung hergestellt werden kann, ist durch den Anschluß b dargestellt. Der Anschluß b ist mit dem wirklichen Anschlußpunkt b' an der eigentlichen Basis 3 über den Ausbreitungswiderstand R_bb, verbunden. Zwischen diesem theoretischen Innenpunkt b' oder der eigentlichen Basis und dem Kollektor 5 ist die gestrichelt dargestellte innere Basis-Kollektor-Kapazität C_b, _c vorhanden. Zwischen dem Punkt b' und dem Emitteranschluß e ist außerdem die durch den inneren Basis-Emitter-Widerstand R_b,_e nebengeschlossene innere Kapazität C_b, _e vorhanden.

Es ist weiter eine Kapazität C_bc vorhanden, die die Kapazität zwischen der Transistorbasis und dem Transistorkollektor oder genauer die Kapazität der heraustretenden Leitungen zwischen dem physikalischen Basisanschluß b und dem Kollektoranschluß c darstellt. Bei sehr hohen Frequenzen kann diese Kapazität C_bc zwei Kapazitäten enthalten, von denen eine die Basisanschlußkapazität und die andere die Kollektoranschlußkapazität an der Stelle darstellt, an der die Leitungen aus dem Transistor heraustreten. Sie sind untereinander durch eine die Selbstinduktion dieser Leitungen darstellende Induktivität verbunden. Für den vorliegenden Zweck wird jedoch vereinfachend nur die Kapazität C_bc betrachtet.

Erfindungsgemäß wird diese Basis-Kollektor-Anschluß-Kapazität in an sich bekannter Weise mit Hilfe der Induktivität L₁ ausgeglichen, die der Kapazität C_bc parallel geschaltet ist und einen Resonanzkreis darstellt.

Selbst wenn für das Vorhandensein der Basis-und Kollektoranschlußkapazitäten ein Ausgleich erzielt wird, verhindert dies jedoch nicht die Rückkopplung von dem Ausgang auf den Eingang des Transistor-Verstärkers 1. Tatsächlich muß die Zwischenelektrodenkapazität C₆, _c neutralisiert oder kompensiert werden, wenn es auch physikalisch unmöglich ist, mit dem tatsächlichen Basispunkt b' des Transistors 1 eine Verbindung herzustellen. In für Röhrenverstärman annimmt, daß der Wert des Widerstandes R_b, _e im Vergleich zu der kapazitiven Reaktanz von C_b,_e für die betreffenden Frequenzen hoch ist, würde beim Anlegen eines Signals zwischen den Ausgangsanschlüssen c und e als Folge seiner Zufuhr zwischen den Eingangsanschlüssen I und II im wesentlichen keine Spannung entstehen. Die Vorrichtung ist also neutralisiert.

Um die Zeichnung nicht übermäßig mit für die Erfindung unwichtigen Merkmalen zu komplizieren, werden bei dem hier erläuterten Ausführungsbeispiel der Schaltung nach der Erfindung die Gleichstrom-Vorspannungsbedingungen übergangen. Somit liegt bei der Darstellung in der Zeichnung die Hauptspeisespannungsquelle im Lastkreis. In der Praxis würde zwischen dem linken Anschluß der neutralisierenden Induktivität L₁ nach F i g. 1 und beispielsweise dem Punkt b bekanntlich ein nicht dargestellter Gleichspannungs-Sperrkondensator liegen und, wie ebenfalls bekannt, würde in gleicher Weise an dem Eingangsanschluß II des Eingangskreises auch ein Sperrkondensator angeschlossen sein. Zum Zwecke der Vereinfachung ist auch keine übliche Vorspannungsquelle dargestellt.

In der Praxis gelangt man mit der vorstehend beschriebenen Technik für die höheren Frequenzen zu befriedigenden Ergebnissen. Andererseits hat bei niedrigeren Frequenzen der Widerstand R_b,_e nicht unbedingt einen außer Acht zu lassenden, hohen Wert. Dann ist es zum Erzielen der gewünschten Neutralisierungswirkung erforderlich, den Widerstand R₁ dem Brückenkondensator C₅ derart nebenzuschließen, daß das Produkt R₁ · C₅ im wesentlichen gleich dem Produkt R_b, _c ■ C₆, _e ist. Auch kann in praktisch ausgeführten Schaltungen etwas bei C₅ gestrichelt dargestellte Ausbreitungskapazität vorhanden sein. Zum Beseitigen dieser Wirkung wird die neutralisierende Induktivität L₁ etwas verstimmt, so daß die effektive Kapazität des Neutralisierungskreise L₁-Cf,,. gegenüber C₅ ein Verhältnis hat, das im wesentlichen das gleiche wie das vorstehend erörterte Verhältnis von C₄ : C₅ und C_b,_c : C_b,_e ist. Zusätzlich kann zur Berücksichtigung der möglichen Wirkung des Widerstandes R_b,_e der Ausbreitungskapazität C₅ ein weiterer Widerstand R₂ nebengeschlossen werden, damit das Produkt C₃R₂ im wesentlichen gleich dem Produkt C₅A₁ ist.

F i g. 2 zeigt ein weiteres Beispiel von im Zusammenhang mit der Basis-Kollektor-Anschluß-Kapazität C₆,. verwendbaren anderen Schaltungsarten. Von dem Punkt b nach dem Erdanschluß G ist ein weiterer Kondensator C₁ geschaltet. Das Verhältnis

C_bc : C₁ ist so gewählt, daß es dem Verhältnis C₄ : C₅ entspricht, das, wie vorstehend erörtert, so gewählt ist, daß es dem Verhältnis C₆, _c: C₆, _e entspricht. Wiederum kann dort, wo der Widerstand R_b,_e von Bedeutung ist, ein Widerstand R₁ verwendet werden, wobei das Produkt C₁^₂ im wesentlichen gleich dem Produkt C₅A₁ gemacht ist. Die Schaltung hat eine Ausgangsimpedanz mit verhältnismäßig niedrigem ß-Wert und ist auf Einrichtungen beschränkt, die eine solche Art von Ausgangsimpedanz verwenden können.

Typische Schaltungswerte für ein beispielsweise mit einem 2N-502-Transistor im Frequenzbereich von 50 bis 200 MHz betriebenes Gerät würden für C₆, _e zu einem Wert in der Größenordnung von 80 μΡ, für C₀, _c von 0,2 bis 0,3 μμΡ, C_6c von 0,6 μΡ, für R_b, _e von 1,5 kQ und für R_bb von 75 Ω führen. Das Verhältnis C₄: C₅ hat einen Wert von etwa 0,003 bis 0,004.

Die Erfindung ist auch auf in Fig. 3 veranschaulichte Gegentaktkreise anwendbar. In der Darstellung ist die Eingangssignalquelle S an einen Gegentakttransformator angeschlossen, und es sind zwei gleiche, der Verstärkerstufe nach Fig. 1 entsprechende Verstärkerstufen vorgesehen, wobei zum Definieren der den Teilen der Schaltung nach F i g. 1 entsprechenden Teile die obere Stufe den Index 1 und die untere Stufe den Index 2 trägt.

Statt der Verwendung der Induktivität L₁ zum Neutralisieren von C_6c, wie in Fig. 1, und statt der Verwendung des Kondensators C₁, um in Verbindung mit den abgeänderten Brückenkondensatoren C₄ und C₅ zur Schaffung einer brückenschaltungsartigen Neutralisierung, wie in Fig. 2, zu arbeiten, verwendet die Schaltung nach F i g. 3 das Paar abgeglichener, überkreuz angeschlossener Kondensatoren C₁ _N und C₂ # zur brückenschaltungsartigen Neutralisierung der Kapazitäten C_16c und C_{2 6c}.

Wenn, wie in F i g. 4 gezeigt, die Erdung sich statt bei G an dem Verbindungspunkt 9 befindet, liegt die Ausgangslast Z_L über Erde, und es ist dann der Eingangsanschluß I geerdet, wobei die Energiequellen einfachheitshalber weggelassen sind. Jedoch werden die durch die Erfindung erstrebten Ergebnisse bei den vorstehend in Zusammenhang mit der Ausführungsform nach Fig. 2 erläuterten Anordnungen und Verhältnissen auch erzielt, wobei allerdings der Brückenkondensator C₅ die zusätzliche Aufgabe eines Nebenschlußkondensators hat, der normalerweise an einem dem Emitter e Gleichstrom zuführenden Vorspannungswiderstand erforderlich wäre.

Außerdem stellt C₄' in F i g. 4 die Kollektor-Erde-Ausbreitungskapazität dar und beseitigt die Notwendigkeit, einen Kondensator C₄ wie in F i g. 2 vorzusehen.

Bei im übrigen wie vorstehend erläutert gearteten Verhältnissen kann erfindungsgemäß auch ein Betrieb mit bei G' geerdetem Kollektor erzielt werden (F i g. 5), wobei der Transistor 1 so geschaltet wird, daß der Kollektor über einen Widerstand mit niedrigem Temperaturkoeffizienten an die Transistorbasis angeschlossen ist, um die Basis zum Zwecke der Wärmeabfuhr an Masse anzuschließen.

In gleicher Weise kann eine Schaltung mit geerdeter Basis gemäß F i g. 6 verwendet werden, bei der der Anschluß II bei G" geerdet ist.

Bei jeder der Ausführungsformen nach Fig. 4, 5 und 6 kann außerdem, wie bei der Ausführungsform nach F i g. 1, eine induktive Neutralisierung für C_6c erzielt und auch der Gegentaktbetrieb nach F i g. 3 verwendet werden.

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltung zur Neutralisation eines Verstärkers mit einem Verstärkerelement mit drei Elektroden, bei der die Eingangsspannung zwischen der Steuerelektrode und dem Verbindungspunkt zweier Brückenkondensatoren zugeführt ist, deren Kapazitätsverhältnis dem der inneren Kapazitäten des Verstärkerelements entspricht und die jeweils an eine der beiden übrigen Elektroden geschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines Transistors (1) in Emitterbasisschaltung als Verstärkerelement zwischen dem Basis- und dem Kollektoranschluß eine Induktivität (L₁) eingeschaltet ist, deren induktiver Widerstand gleich ist dem kapazitiven Widerstand der Kapazität (C₆,.) zwischen dem Basis- und Kollektoranschluß.

2. Schaltung zur Neutralisation eines Verstärkers mit einem Verstärkerelement mit drei Elektroden, bei der die Eingangsspannung zwischen der Steuerelektrode und dem Verbindungspunkt zweier Brückenkondensatoren zugeführt ist, deren Kapazitätsverhältnissse dem der inneren Kapazitäten des Verstärkerelements entspricht und die jeweils an eine der beiden übrigen Elektroden geschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines Transistors (1) in Emitterbasisschaltung als Verstärkerelement zwischen dem Basis- und dem Emitteranschluß ein weiterer Kondensator (C₁) eingeschaltet ist, dessen Kapazität gleich ist der Kapazität (C_6c) zwischen dem Basis- und dem Kollektoranschluß.

3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Verbindungspunkt (9) und dem Emitteranschluß (e) ein so bemessener Widerstand (R₁) eingeschaltet ist, daß das Produkt aus seinem Widerstandswert und der Kapazität des ihm parallelliegenden Brückenkondensators (C₅) gleich ist dem Produkt der inneren Basis-Emitter-Kapazität (C₆, _e) und dem inneren Emitter-Basis-Widerstand (R_b, _e).

4. Schaltung nach Anspruchs, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Basis- und dem Emitteranschluß (b und e) ein so bemessener Widerstand (R₂) eingeschaltet ist, daß das Produkt aus seinem Widerstandswert und der Kapazität (Cs) zwischen dem Basis- und dem Emitteranschluß bzw. der Kapazität des weiteren Kondensators (C₁) gleich ist dem Produkt der inneren Basis-Emitter-Kapazität (C₆, _e) und dem inneren Emitter-Basis-Widerstand (R_b, _e).

5. Schaltung nach Anspruch 2 für Gegentaktbetrieb, dadurch gekennzeichnet, daß in den beiden Eingängen der Verstärker (I₁, H₁ und I₂, H₂) die Sekundärwicklungen zweier Übertrager liegen, deren Primärwicklungen entgegengesetzt parallel an die Quelle für die Eingangsspanung (S) angeschaltet sind und daß der Arbeitswiderstand (Z₁) an die beiden Kollektoranschlüsse angeschaltet ist.

6. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktivität (L₁) derart

verstimmt ist, daß das Verhältnis der Kapazität (C_bc) und der sie neutralisierenden Induktivität (L₁) zur Kapazität (C₃) zwischen dem Basis- (b) und dem Emitteranschluß (<?) im wesentlichen dem Verhältnis der inneren Basis-Kollektor-Kapazität (C₆, _c) zur inneren Basis-Emitter-Kapazität (C₀, _e) entspricht.

7. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ihr erster Eingangsanschluß (I) geerdet ist.

8. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Emitter (7) geerdet ist.

9. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollektor (5) geerdet ist.

10. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ihr zweiter Eingangsanschluß (II) geerdet ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 970 659.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen