DE1288149B

DE1288149B - Breitbandverstaerker

Info

Publication number: DE1288149B
Application number: DEI34182A
Authority: DE
Inventors: Ordower Robert
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1966-07-19
Filing date: 1967-07-18
Publication date: 1969-01-30
Also published as: FR1529037A; US3408586A; DE1288149C2; GB1179437A

Description

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Die Erfindung betrifft einen Breitbandverstärker die Werte der Induktionsspulen entsprechend bemit Gegenkopplung vom Ausgang der letzten Ver- messen.

stärkerstufe zum Eingang der ersten Verstärkerstufe. Zusammenfassend läßt sich sagen, daß sich ein

Breitbandverstärker bekannter Bauart sind in hoher Verstärkungsgewinn bei niedrigen Frequenzen ihrem Aufbau äußerst kompliziert, und außerdem hat 5 erzielen läßt, da die Anzahl der hintereinandersich gezeigt, daß sich nicht gleichzeitig eine hohe geschalteten Verstärkerstufen, ohne daß sich eine Bandbreite und ein hoher Verstärkungsgewinn er- schädliche Phasendrehung ergibt, theoretisch unzielen lassen. Dies gilt insbesondere dann, wenn der begrenzt sein kann. Dadurch, daß sich höhere Frequenz-Verstärker als Gleichstromverstärker ausgebildet ist. anteile um eine entsprechend größere Anzahl von Ver-Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen io stärkerstufen umleiten lassen, kann die obere Grenz-Breitbandverstärker von möglichst einfachem Aufbau frequenz theoretisch ebenfalls den äußerst hohen Wert und mit hohem Gleichstromverstärkungsgewinn be- einnehmen; praktisch ist aber dadurch eine Grenze reitzustellen, indem ein hohes Produkt aus Bandbreite gesetzt, daß die Frequenzwiedergabe des Pufferund Gewinn erzielt wird. Der erfindungsgemäß auf- Verstärkers und der letzten Verstärkerstufe des erfingebaute Breitbandverstärker soll somit in der Lage 15 dungsgemäßen Breitbandverstärkers von Bedeutung sein, auf eingegebene Sprungsignale mit Wiedergabe ist. Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus äußerst steiler Flanken anzusprechen. der nachfolgenden Beschreibung, die an Hand von

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, Ausführungsbeispielen mit Hilfe der nachstehend aufdaß die einzelnen, nicht invertierenden Verstärker- geführten Zeichnungen die Erfindung näher erläutert, stufen jeweils sowohl hohe Eingangsimpedanz als 20 und aus den Patentansprüchen. Es zeigt auch niedrige Ausgangsimpedanz besitzen und daß F i g. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel des Ver-

der Eingang der ersten Verstärkerstufe außerdem mit stärkers gemäß der Erfindung, dem Eingang einer nicht invertierenden Puffer- F i g. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel des Ver-

verstärkerstufe hoher Eingangsimpedanz verbunden stärkers gemäß der Erfindung, ist, deren Ausgang jeweils mit einer eine Kopplungs- 25 Der in F i g. 1 dargestellte erfindungsgemäße Verimpedanz enthaltende Verbindungsleitung zwischen stärker enthält eine Vielzahl von Verstärkerstufen 1-1 dem Ausgang einer Verstärkerstufe und dem Eingang bis 1-n, die jeweils den gleichen Aufbau besitzen, so der unmittelbar folgenden Verstärkerstufe gekoppelt daß im einzelnen nur die Stufe 1-1 in ihren Schaltungsist, indem die Kopplungsmittel, sowohl die zwischen aufbau gebracht zu werden braucht. Der Ausgang den einzelnen Verstärkerstufen als auch die vom Aus- 30 der Endstufe 1-n ist über eine Pufferstufe, bestehend gang der Pufferverstärkerstufe zu den einzelnen Ver- aus einem Transistor in Kollektorschaltung 40, mit bindungsleitungen, so gewählt sind, daß den Ver- einem Verstärker in Emitterschaltung 2 verbunden. Die stärkerstufen die Signale in Form von Frequenz- Kollektorelektrode des Verstärkers 2 ist über einen anteilen zugeführt werden, indem die unterhalb einer Rückkopplungswiderstand 3 mit dem Eingang der für jede Verstärkerstufe besonders festgelegten Fre- 35 ersten Verstärkerstufe 1-1 verbunden, quenz liegenden über die vorhergehende Verstärker- Der Eingang ist weiterhin über einen Serienwider-

stufe bzw. vorhergehenden Verstärkerstufen und die stand 5 mit der Eingangsklemme 4 verbunden und oberhalb dieser Frequenz liegenden Frequenzanteile andererseits über einen Serienwiderstand 42 mit dem über die Pufferverstärkerstufe geleitet werden, wobei Steuereingang der ersten Verstärkerstufe 1-1 verdiese Frequenzen so festgelegt sind, daß sie fort- 40 bunden sowie über einen Parallelkondensator 6 geschreitend vom Eingang des Breitbandverstärkers in erdet. Schließlich liegt der Verbindungspunkt des Richtung auf seinen Ausgang zu ansteigen. Rückkopplungswiderstandes 3 mit dem Serienwider-

Hiermit läßt sich erreichen, daß sich die Schleifen- stand 42 an der Basis eines Transistors 10 in Kollektorverstärkung des Verstärkers auf einen konstanten, vor- schaltung, dessen Kollektorelektrode an eine Klemme gegebenen Abfall einstellt. So hat sich bei einem Aus- 45 11 zum Anlegen des Betriebspotentials angeschlossen führungsbeispiel 20 db/Dekade ergeben. Gegenüber ist und dessen Emitterelektrode über einen Emitter-Breitbandverstärkern bekannter Bauart mit sehr widerstand 13 mit der Klemme 12 zur Zuführung des hoher Grenzfrequenz, bei der die Schleifenverstärkung anderen Betriebspotentials verbunden ist. Der Aus-0 db beträgt, hat sich eine um ein Vielfaches ver- gang am Emitterwiderstand 13 ist jeweils über einen besserte Wiedergabe der Flankensteilheit ergeben. 50 Kondensator 15-1, 15-2 und 15-n an die Eingangs-Weiterhin sind hiermit Frequenzbereiche bedingter klemmen 16-1,16-2 und 16-« der Verstärkerstufen 1-2, Stabilität, d. h. Phasenverschiebungen größer als 90°, 1-n und 40, 2 angeschlossen.

bei niedrigen Frequenzanteilen ausgeschaltet. Die Verstärkerstufen 1-1, 1-2, 1-n enthalten jeweils

Sind die Koppelmittel zwischen den einzelnen Ver- einen ersten Transistor 20 und einen hiervon gesteustärkerstufen erfindungsgemäß aus Widerständen ge- 55 erten zweiten Transistor 21 in Kollektorschaltung, bildet und die Koppelmittel in den Zuführungs- wobei die Basiselektrode des Transistors 20 über den leitungen vom Pufferverstärker erfindungsgemäß durch Serienwiderstand 42 das Eingangssignal erhält. Die Kondensatoren dargestellt, dann sind die Werte der Emitterelektrode des Transistors 20 liegt über einen Kondensatoren entsprechend den oben gezeigten Emitterwiderstand 22 an Erde, wohin gegen die Maßnahmen so gewählt, daß zunehmend zum Aus- 60 Kollektorelektrode dieses Transistors über den Kolgang des Breitbandverstärkers hin die Verstärkerstufe lektorwiderstand 25 und den Siebwiderstand 24 an bzw. die Verstärkerstufen mit höherer Frequenz über- die Betriebspotentialklemme 23 angeschlossen ist. brückt werden. Die gleiche Wirkung läßt sich erzielen, Die Emitterelektrode des Transistors 21 liegt direkt

wenn als Kopplungsmittel in den Verbindungsleirun- an Erde, während ihre Kollektorelektrode über den gen zwischen den einzelnen Verstärkerstufen Induk- 65 zugeordneten Kollektorwiderstand 26 ebenfalls mit tionsspulen eingeschaltet werden und dann in den dem Siebwiderstand 24 verbunden ist. Der Sieb-Zuführungsleitungen vom Pufferverstärker Wider- kondensator 28 überbrückt den Verbindungspunkt stände eingeschaltet sind. In diesem Falle sind dann des Siebwiderstandes 24 mit den Kollektorwider-

Claims

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ständen 25 und 26 nach Erde. Weiterhin ist ein Gegen- In der Schaltungsanordnung nach F i g. 2 ist ein kopplungspfad von der Kollektorelektrode des Tran- abgewandeltes Ausführungsbeispiel für eine Versistors 21 über den Gegenkopplungswiderstand 27 zur stärker stufe 1-1, 1-2 oder 1-n dargestellt. In dieser Emitterelektrode des Transistors 20 vorgesehen. Die Schaltungsanordnung wird der Koppelwiderstand 30 Kollektorelektrode des Transistors 21 ist weiterhin 5 durch eine Induktionsspule 50 und der Kondensator über einen Widerstand 30 mit der Eingangsklemme 15-1 durch einen Widerstand 51 ersetzt. Die Impedanz 16-1 der nächsten Verstärkerstufe verbunden. dieser Induktionsspule steigt mit wachsender Fre-Die äquivalente Impedanz, die am Kondensator quenz des Eingangssignals an, bis sie schließlich bei 15-1 in Hinsicht auf den Eingang 16-1 liegt, muß wohl einer vorgegebenen Frequenz wesentlich größer als definiert sein. Dies ist erfindungsgemäß dadurch ge- ίο der Wert des Widerstandes 51 ist, so daß die hochwährleistet, daß die Verstärkerstufen so ausgelegt sind, frequente Komponente eines als Sprungvorgang andaß eine hohe Eingangsimpedanz und eine niedrige liegenden Eingangssignals nicht mehr über die Ver-Ausgangsimpedanz bereitgestellt werden. Der Wider- stärkerstufe 1-1 gelangen kann, sondern vielmehr mit stand 30 definiert nun diese äquivalente Impedanz am Hilfe des Transistors 10 über den Widerstand 51 auf Eingang 16-1, da er in Serie mit der relativ niedrigen 15 die nächste Verstärkerstufe übertragen wird.
Ausgangsimpedanz der Verstärkerstufe 1-1 und par- In den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen allel zur relativ hohen Eingangsimpedanz der Ver- sind die Verstärkerstufen 1-1 bis 1-n sowie die Pufferstärkerstufe 1-2 liegt. verstärkerstufe 10 als nicht umkehrender Verstärker Wie bereits gesagt, sind alle Verstärkerstufen l-l, dargestellt; es sei aber ausdrücklich betont, daß 1-2, 1-n schaltungsmäßig in gleicher Weise aufgebaut, 20 ebensogut auch umkehrende Verstärker Verwendung so daß sich eine Erläuterung der Schaltung der übrigen finden können, wenn nur die entsprechenden Phasen-Verstärkerstufen erübrigt. bedingungen an den Eingängen 16-1 bis 16-« ein-

Die Emitterelektrode des Transistors 40 liegt über gehalten werden.

einen Emitterwiderstand 41 an der Betriebspotential- Als Transistor für den Pufferverstärker 10 läßt sich

klemme 43, während die Kollektorelektrode direkt mit 25 außerdem ein Feldeffekttransistor verwenden. Die

der anderen Betriebspotentialklemme 44 verbunden ist. einzelnen Verstärkerstufen können auch als Diffe-

Der Emitter des Transistors 2, dessen Basis am rentialverstärker ausgebildet sein.
Emitterwiderstand 43 liegt, ist über einen Emitterwiderstand 31 geerdet, wohingegen seine Kollektor- Patentansprüche:
elektrode über einen Kollektorwiderstand 34 und 30

einen Siebwiderstand 33 an die Betriebspotential- 1. Breitbandverstärker mit Gegenkopplung vom klemme 32 angeschlossen ist. Ein Siebkondensator 35 Ausgang der letzten Verstärkerstufe zum Eingang überbrückt den Verbindungspunkt zwischen dem der ersten Verstärkerstuf e, d ad ur ch geke nn-Kollektorwiderstand34 und dem Siebwiderstand33 zeichnet, daß die einzelnen nicht invernach Erde. 35 tierenden Verstärkerstufen (1-1 bis 1-n) jeweils Um in vorteilhafter Weise eine vorgegebene kon- sowohl hohe Eingangsimpedanz als auch niedrige stante Abfallrate der Schleifenverstärkung unter Ge- Ausgangsimpedanz besitzen und daß der Eingang währleistung der erforderlichen Stabilität des erfin- der ersten Verstärkerstufe (1-1) außerdem mit dem dungsgemäßen Verstärkers und unter Verwendung Eingang einer nicht invertierenden Pufferverstärkereines Minimums an erforderlichen Bauelementen zu 40 stufe (10 bis 13) hoher Eingangsimpedanz vererhalten, haben sich nachstehend aufgeführte Werte bunden ist, deren Ausgang jeweils mit einer eine für die verwendeten Bauelemente als zweckmäßig Kopplungsimpedanz (30 oder 50) enthaltende Vererwiesen: bindungsleitung zwischen dem Ausgang einer VerWiderstände Werte stärkerstufe (z. B. 1-1) und dem Eingang der un-

45 mittelbar folgenden Verstärkerstufe (z. B. 1-2) ge-

^rJ"¹¹ koppelt ist, indem die Kopplungsmittel, sowohl

%}) nm _die (3Q _{oder 50}) _zwi_schen den einzelnen Ver-

J³ ¹²¹Z ~ J^m stärkerstufen (1-1 bis 1-n) als auch die (15-1 bis

Γ? · · · ?t -j™ 15-n) vom Ausgang der Pufferverstärkerstufe (10

ZZ' ³ , rr zr^m 50 bis 13) zu den einzelnen Verbindungsleitungen, so

Zt-zi °™ ^^m gewählt sind, daß in den Verstärkerstufen (1-1 bis

;"' ^3Ü 7 J?YY "i™ 1-n) die Signale in Form von Frequenzanteilen

¹P ^Ύ ⁰XT "ί™ zugeführt werden, indem die unterhalb einer für

fj |~ SrP¹¹ jede Verstärkerstufe besonders festgelegten Fre-

³⁴ ~J?r r**|^m 55 quenz liegenden über die vorhergehende Ver-

⁴* j rrj: r?^m stärkerstufe bzw. vorhergehenden Verstärkerstufen

⁴² ^τ ^ÜUUOnm und die oberhalb dieser Frequenz liegenden Fre-

Kondensatoren Werte quenzanteile über die Pufferverstärkerstufe (10 bis

β g5 ρ 13) geleitet werden, wobei diese Frequenzen so

jg'j 0 37 U.F ^6o festgelegt sind, daß sie fortschreitend vom Eingang

jg_2 00091 U.F ^^es Breitbandverstärkers in Richtung auf seinen

15-n '.".'". '. 224pF Ausgang ansteigen.

2g 35 0 1 aF 2· Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, da-

' ' durch gekennzeichnet, daß eine Verstärkerstufe

Die Schleifenverstärkung des erfindungsgemäßen 65 zwei Transistoren (20, 21) enthält, die in Emitter-Verstärkers hat etwa 640 000 betragen, während die schaltung betrieben werden, indem der erste Tran-Grenzfrequenz (bei einer Schleifenverstärkung von sistor (20) den zweiten (21) steuert, der mit Aus-0 db) bei etwa 20 MHz gelegen hat. nähme der letzten Verstärkerstufe (40,2) seiner-

seits über eine Gegenkopplungsleitung mit dem ersten Transistor (20) gekoppelt ist.

3. Schaltungsanordnung mindestens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pufferverstärkerstufe (10 bis 13) einen in Kollektorschaltung betriebenen Transistor (10) enthält.

4. Schaltungsanordnung mindestens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplungsmittel zwischen den einzelnen Verstärkerstufen (1-1 bis 1-m) aus Widerständen (30) bestehen, während die Kopplungsmittel in den Zuführungsleitungen vom Pufferverstärker (10 bis 13) durch Kondensatoren (15-1 bis 15-«) dargestellt werden. 5. Schaltungsanordnung mindestens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplungsmittel zwischen den einzelnen Verstärkerstufen (1-1 bis 1-n) aus Induktionsspulen (50) bestehen, während die Kopplungsmittel in den Zuführungsleitungen vom Pufferverstärker (10 bis 13) durch Widerstände (51) dargestellt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen