DE1298153B - - Google Patents

Description

geeignete Halbleiterbauelemente im allgemeinen nur io von Element zu Element verschieden sind und die geringe Leistungen abzugeben vermögen. Hoch- Verlustleistung des einzelnen Elements eine Funktion frequenztransistoren sind beispielsweise wegen ihrer des dem Element zugeführten Stroms ist. Halbleitergewöhnlich kleinen Abmessungen in ihrer Leistungs- bauelemente haben im Gegensatz zu Vakuumröhren fähigkeit beschränkt. Bei Schaltungsanordnungen, in diese Eigenschaften, und das erwähnte Problem ist denen mit Halbleiterbauelementen hohe Leistungen 15 daher vor allem bei aktiven Halbleiterbauelementen bei hohen Frequenzen erzeugt werden sollen, z. B. von großer Bedeutung.

bei Transistorverstärkern, hat man daher häufig Es ist auch bereits bekannt, den Basiselektroden

mehrere aktive Halbleiterbauelemente so zusammen- von parallel arbeitenden Transistoren eines Leistungsgeschaltet, daß jedes einen Teil der Gesamtleistung Verstärkers das Eingangssignal über getrennte Indukliefert. Bei Transistorverstärkern ist es beispielsweise 20 tivitäten zuzuführen (»Electronics«, 1. Juni 1964, bekannt, mehrere Transistoren parallel zu schalten, Seite 78). Die den Basiselektroden abgewandten d. h. gleichartige Klemmen der einzelnen Transisto- Enden der Induktivitäten sind jeweils über die ren miteinander zu verbinden und die Parallelschal- Parallelschaltung einer Hochfrequenzdrossel und tung wie ein einziges Bauelement hoher Leistung zu eines Abstimmkondensators, der zur Symmetrierung betreiben. Ähnliche Lösungen sind auch bei Vakuum- 25 dient, mit Masse verbunden.

röhrenschaltungen bekannt. Im Gegensatz zu Va- Nachteilig an dieser bekannten Schaltungsanord-

kuumröhren haben Transistoren jedoch relativ niedrige und stark streuende Eingangsimpedanzen. Bei einer Parallelschaltung von Transistoren ergeben sich daher Schwierigkeiten wegen der unterschiedlichen 30 Hochfrequenzeigenschaften der einzelnen Transistoren, insbesondere wegen der schwankenden Eingangsimpedanzen.

Die obenerwähnte bekannte Parallelschaltung hat

zwei Hauptnachteile: 1. ungleichmäßige Leistungs- 35 ten Art dadurch gelöst, daß mit den an die aktiven Verteilung auf die verschiedenen Halbleiterbau- Halbleiterbauelemente angeschlossenen Blindwiderelemente wegen der unterschiedlichen Hochfrequenz- ständen, deren Wert groß bezüglich der Eingangseigenschaften der verschiedenen Halbleiterbau- impedanz der Halbleiterbauelemente ist, ein gemeinelemente und 2. die Gefahr, daß in einem oder in samer Blindwiderstand verbunden ist, der das entmehreren Bauelementen Schwingungen auftreten, die 40 gegengesetzte Vorzeichen und bei der Eingangssignalzu einer Zerstörung der betreffenden Bauelemente frequenz den gleichen Betrag der Reaktanz wie die führen. an die Halbleiterbauelemente angeschlossenen Blind-

Der erstgenannte Nachteil hat seine Ursache darin, widerstände hat und mit diesen einen auf die Fredaß die Verlustleistung von Halbleiterbauelementen, quenz des Eingangssignals abgestimmten Schwingwie Transistoren, dem vom Bauelement aufgenom- 45 kreis bildet, und daß das Eingangssignal dem gemeinmenen Eingangsstrom direkt proportional ist. Bei samen Blindwiderstand zugeführt ist. einem Transistorverstärker ist beispielsweise die Lei- Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfin-

stung direkt proportional zum Basisstrom. Wenn dung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet, zwischen Basis und Emitter einer Anzahl von Tran- Im folgenden wird die Erfindung am Beispiel von

sistoren die gleiche Spannung angelegt wird, wie es 50 Transistorverstärkern mit parallel arbeitenden Tranbei den üblichen Parallelschaltungen der Fall ist, sistoren in Verbindung mit der Zeichnung näher hängt die Verteilung des Stroms auf die verschiedenen
Transistoren von den jeweiligen Basis-Emitter-Impedanzen ab. Ein Transistor mit einer niedrigen Basis-Emitter-Impedanz neigt daher dazu, mehr Strom auf- 55
zunehmen als ein Transistor mit einer hohen Basis-Emitter-Impedanz. Die sich hierdurch ergebende
ungleiche Stromverteilung hat eine entsprechend ungleiche Leistungsverteilung zur Folge, die in sehr ungünstigen Fällen zu einer Zerstörung der entspre- 60 ist in F i g. 1 dargestellt. Die Kollektorelektroden 65, chenden Transistoren führen kann. 69 zweier Transistoren 67, 71 sind miteinander ver-

Der zweite Nachteil, der oben erwähnt wurde, bunden und über einen abgestimmten Ausgangskreis beruht auf der Schwingungsfähigkeit von aktiven 72 mit einer Verstärkerausgangsklemme 73 gekop-Halbleiterbauelementen, wie Transistoren, die als pelt. Die beiden Emitterelektroden 66, 70 liegen an Verstärker arbeiten. Bei Hochfrequenztransistoren ist 65 Masse. Der Eingangskreis des Verstärkers umfaßt dieses Problem von erheblicher Bedeutung, da so- eine Verstärkereingangsklemme 60, zwei Blindwiderwohl im Transistor selbst als auch in der äußeren stände 61, 62, die jeweils zwischen eine Basiselek-Schaltung Rückkopplungswege für hohe Frequenzen trode 64 bzw. 68 eines der beiden Transistoren und

nung ist, daß die in die Basiszuleitung zugeschaltete Induktivität zu einer Verringerung des Eingangsstroms der Transistoren führt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die obenerwähnten Nachteile der bekannten Hochfrequenzverstärker zu beheben.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung bei einem Hochfrequenzverstärker der eingangs genannerläutert, es zeigt

F i g. 1 ein Schaltbild eines abgestimmten Verstärkers gemäß der Erfindung,

Fig. 2 ein Schaltbild eines breitbandigen VHF-Verstärkers gemäß der Erfindung und

Fig. 3 ein Schaltbild eines UHF-Verstärkers gemäß der Erfindung.

Ein gemäß der Erfindung aufgebauter Verstärker

3 4

einen nach Masse führenden gemeinsamen dritten die zwischen die Basiselektroden 64, 68 der beiden

Blindwiderstand 63 geschaltet sind. Die Vorspan- Transistoren 67, 71 geschaltet sind, eine Isolation der

nungskreise sind auch hier der Übersichtlichkeit Transistoren bewirken.

halber weggelassen. Die dargestellte Schaltung ent- Fig. 2 zeigt als weiteres Ausführungsbeispiel der

hält nur zwei Stufen in Emitterschaltung, man kann 5 Erfindung ein Schaltbild eines VHF-Leistungsver-

jedoch entsprechend dem Leistungsbedarf eine be- stärkers. Die Eingangsklemme 60 ist mit Basiselek-

liebige Anzahl von parallel arbeitenden Transistoren troden 64, 68 der beiden Transistoren 67 bzw. 71

verwenden. über zwei gleiche Induktivitäten 61 bzw. 62 verbun-

Die beiden Blindwiderstände 61,62 sind so ge- den. Die beiden Induktivitäten 61, 62 bilden mit wählt, daß sie mit dem dritten Blindwiderstand 63 io einem Parallelkondensator 63, der zwischen die Eineinen Resonanzkreis bilden, der die gewünschte gangsklemme 60 und Masse geschaltet ist, einen ReBandbreite und Mittelfrequenz aufweist. Die beiden sonanzkreis. Zwischen die Eingangsklemme 60 und Blindwiderstände 61, 62 können beispielsweise aus Masse ist außerdem noch eine Hochfrequenzdrossel zwei Spulen gleicher Induktivität bestehen, und der 79 geschaltet. Die Emitter 66, 70 der Transistoren 67 dritte Blindwiderstand 63 kann ein Kondensator sein. 15 bzw. 71 sind über Vorspannungswiderstände 88 bzw. Die beiden Blindwiderstände 61, 62 sollen im Ver- 94, die durch Kondensatoren 89 bzw. 95 überbrückt gleich zu den Eingangsimpedanzen der Transistoren sind, mit Masse verbunden. Die Kollektorelektroden 67, 71 bei der Betriebsfrequenz relativ groß sein, da- 65, 69 sind miteinander verbunden und über eine Inmit die Verteilung des Stroms auf die beiden Tran- duktivität 102 an einen positiven Pol 104 einer Besistoren 67, 71 praktisch unabhängig von den Ein- 20 triebsspannungsquelle B + angeschlossen. Zwischen gangsimpedanzen der Transistoren ist. Die beiden die Klemme 104 und Masse ist ein Filterkondensator Blindwiderstände 61, 62 sollen den gleichen Wert 103 geschaltet. Das Ausgangssignal des Verstärkers haben, damit die den beiden Transistoren 67, 71 zu- wird von den miteinander verbundenen Kollektorgeführten Ströme im wesentlichen gleich sind. Die elektroden über einen abgestimmten Kreis 72 abgebeiden gleichen Blindwiderstände 61,62 sind vor- 25 nommen, der zwei Induktivitäten 96,98 und zwei zugsweise Induktivitäten, da zwei gleiche Induktivi- Kapazitäten 97, 99 enthalten kann und mit der Austäten leichter herzustellen sind als zwei gleiche gangsklemme 73 verbunden ist.
Kapazitäten. Es hat sich außerdem ergeben, daß die Der Kondensator 63 bildet mit den beiden Spulen Stabilität des Kreises bei Verwendung von Induk- 61, 62 einen Schwingkreis. Die Resonanzfrequenz tivitäten etwas größer ist. 30 dieses Schwingkreises wird also durch die Kapazität

Die Aufteilung des Eingangsstroms auf die beiden des Kondensators 81 und die resultierende Indukti-Transistoren 67,71 ist in erster Linie durch die vität der beiden parallelliegenden Spulen 61, 62 Werte der beiden Blindwiderstände 61, 62 bestimmt, bestimmt. Bei der Betriebsfrequenz ist die Reaktanz die bei der Betriebsfrequenz groß im Vergleich zu der Spule 61 groß im Vergleich zum Eingangswiderden Eingangswiderständen der beiden Transistoren 35 stand des Transistors 67, dasselbe gilt für die Spule sind. Etwaige Abweichungen oder Schwankungen der 62 und den Transistor 71. Etwaige Abweichungen Eingangswiderstände der Transistoren 67, 71 haben oder Schwankungen der Eingangswiderstände der daher einen nur sehr kleinen Einfluß auf den Ein- beiden Transistoren haben daher praktisch keinen gangsstrom der Transistoren 67, 71. Die Verlust- Einfluß auf die Stromverteilung zwischen den beiden leistung im ersten Transistor 67 ist daher auch prak- 40 Transistoren. Die Verlustleistung der beiden Trantisch gleich der Verlustleistung im zweiten Transistor sistoren ist daher auch praktisch unabhängig vom 71, auch wenn die Eingangswiderstände schwanken. zugehörigen Eingangswiderstand.

Wenn der Verstärker eine noch höhere Gesamt- Wenn einer der beiden Transistoren 67, 71 schwin-

leistung abgeben soll, kann noch ein dritter Tran- gen sollte, wird der andere Transistor, der gegebenen-

sistor zugeschaltet werden, zwischen dessen Basis- 45 falls nicht schwingt, vom schwingenden Transistor

elektrode und den gemeinsamen Blindwiderstand 63 durch die beiden Spulen 61, 62 getrennt. Die im

ein Blindwiderstand eingeschaltet wird, der gleich nichtschwingenden Transistor vernichtete Leistung

dem ersten und zweiten Blindwiderstand 61 bzw. 62 wird auf diese Weise begrenzt, und die Gefahr einer

ist. Der gemeinsame Blindwiderstand 63 muß dann Zerstörung dieses Transistors durch zusätzliche

entsprechend geändert werden, um die gewünschte 50 Hochfrequenzverlustleistung ist dementsprechend

Resonanzfrequenz zu erhalten. Die Bandbreite des gering.

Verstärkers bleibt ohne weitere Änderungen der be- Wenn es erforderlich sein sollte, die Ausgangs-

reits vorhandenen Kreise gleich. leistung des Verstärkers weiterzuvergrößern, kann

Es hat sich gezeigt, daß die einzelnen Transistor- man den Transistoren 67,71 noch einen dritten Transtufen der vorliegenden Verstärkerschaltung stabiler 55 sistor zuschalten. Für den dritten Transistor sollte sind als die entsprechenden Stufen eines bekannten derselbe Typ wie die anderen beiden Transistoren Verstärkers mit unmittelbar parallelgeschalteten und eine Induktivität gleichen Werts wie die Spulen Transistoren, wenn der Verstärker breitbandig ist 61, 62 verwendet werden. Der Kondensator 63 muß und die beiden Blindwiderstände 61, 62 Induktivi- dann nachjustiert werden, um die durch die Zuschaltäten sind. Unter ungünstigen Verhältnissen ist es 60 tung der dritten Stufe verursachten Abnahme der jedoch auch bei dem beschriebenen Verstärker gemäß wirksamen Induktivität zu kompensieren. Bei richder Erfindung noch möglich, daß eine der Transistor- tiger Abstimmung mittels des Kondensators 63 erhält stufen schwingt. In einem solchen Falle ist die Ge- man praktisch die gleiche Bandbreite wie vor dem fahr, daß ein nichtschwingender Transistor durch Zuschalten der dritten Stufe.

einen schwingenden Transistor zerstört wird, bei dem 65 F i g. 3 zeigt ein Schaltbild eines zweistufigen UHF-Verstärker gemäß der Erfindung kleiner als bei unmit- Verstärkers gemäß der Erfindung. Eine Eingangstelbarer Parallelschaltung der Transistoren. Der Grund klemme 60 ist über einen ersten Kopplungskondenhierfür liegt darin, daß die Blindwiderstände 61, 62, sator 121 mit einem ersten Parallelresonanzkreis ge-

koppelt, der eine Induktivität 122 und einen veränderlichen Kondensator 123 enthält und einen Primärschwingkreis eines Bandfiltereingangskreises einer ersten Transistorstufe darstellt. Ein Kopplungskondensator 124 ist zwischen den ersten Resonanz- kreis und einen zweiten Resonanzkreis geschaltet, der einen veränderlichen Kondensator 125 und eine Induktivität 127 enthält, die an die Basis eines ersten Transistors 128 angeschlossen ist. Dem Kondensator 125 ist eine Hochfrequenzdrossel 126 parallel geschaltet. Dem Kollektor des ersten Transistors 128 wird eine Gleichspannung von einer Klemme 131 einer GleichspannungsquelleS+ über einen Durchführungskondensator 130 und eine Hochfrequenzdrossel 129 zugeführt. Das Ausgangssignal der ersten Stufe wird vom Kollektor des ersten Transistors 128 abgenommen und über ein Bandfilter einer zweiten Transistorstufe zugeführt. Der Kollektor des ersten Transistors 128 ist hierfür über einen veränderlichen Kondensator 132 mit dem ersten Resonanzkreis ge- ao koppelt, der einen veränderlichen Kondensator 133 und eine Induktivität 140 enthält. Der erste und der zweite Resonanzkreis sind über einen veränderlichen Kondensator 142 gekoppelt. Der zweite Resonanzkreis enthält einen veränderlichen Kondensator 63 und eine Parallelschaltung aus drei gleichen Induktivitäten 61, 62, 62', die mit entsprechenden Basiselektroden dreier Transistoren 67, 71 bzw. 71' verbunden sind. Der Kondensator 63 ist durch eine Hochfrequenzdrossel79 überbrückt. Die drei gleichen Induktivitäten 61, 62, 62' sind durch eine Metallplatte 145 elektrisch miteinander verbunden. Die Metallplatte hat den Zweck, zusätzliche Induktivitäten nach Möglichkeit auszuschalten, die bei einer Verbindung der drei Induktivitäten mit Draht entstehen wurden. Die Kollektoren der drei Transistoren 67,71, 71' sind in entsprechender Weise durch eine Metallplatte 149 parallel geschaltet. Die Platte 149 ist so konstruiert, daß ihre Induktivität vernachlässigt werden kann. Die einspringenden Bereiche 200,201 in der Platte 149 haben den Zweck, die Kapazität zwischen der Basisplatte 145 und der Kollektorplatte 149 möglichst klein zu halten. Die Verringerung der Kapazität beruht auf der Vergrößerung des Abstands zwischen den beiden Platten 145,149, die sich durch die einspringenden Bereiche 200,201 ergibt. Die drei Transistoren 67,71, 71' werden mit Leistung von der positiven Klemme 131 über zwei Parallelschaltungen aus einer Hochfrequenzdrossel 160 und einem Widerstand 161 bzw. einer Hochfrequenzdrossel 163 und einem Widerstand 164 versorgt. Zwischen die Verbindung der beiden Parallelschaltungen und Masse ist ein Durchführungs-Filterkondensator 162 geschaltet. Ein zweiter Durchführungskondensator 165 trägt ebenfalls zur Filterung bei.

Das Ausgangssignal der zweiten Stufe wird von der die Kollektoren verbindenden Platte 149 über ein drittes Bandfilter ausgekoppelt, das einen ersten Parallelresonanzkreis aus einem veränderlichen Kondensator 151 und einer Induktivität 152 sowie einen zweiten Parallelresonanzkreis mit einem veränderlichen Kondensator 153 und einer Induktivität 155 enthält. Zwischen den ersten Parallelresonanzkreis 151,152 und die Kollektorplatte 149 ist ein Kopplungskondensator 150 geschaltet. Die beiden Parallelresonanzkreise 151,152; 153,155 sind über eine Spule 154 induktiv gekoppelt. Zur Anpassung dient ein veränderlicher Ausgangskopplungskondensator 156, der an eine Ausgangsklemme 73 angeschlossen ist.

An die Eingangsklemme60 des in Fig. 3 dargestellten UHF-Verstärkers wird eine nicht dargestellte Eingangssignalquelle angeschlossen. Der erste Reihenkondensator 121 wird so abgeglichen, daß die Impedanz der Quelle an die des Bandfilters im Eingang der ersten Verstärkerstufe angepaßt ist. Der gewünschte Frequenzgang des ersten Bandfilters wird durch Abgleich der drei Kondensatoren 123,124,125 eingestellt. Der erste Transistor 128 dient als Vorverstärker. Das vom Kollektor des Transistors 128 abgenommene Ausgangssignal wird dem zweiten Bandfilter, das dem ersten entspricht, über den zur Anpassung dienenden Kondensator 132 zugeführt. Der gewünschte Frequenzgang des zweiten Bandfilters wird durch Abgleich der drei Kondensatoren 133,63,142 erhalten. Der zweite Resonanzkreis des zwischen die erste und zweite Stufe geschalteten Bandfilters umfaßt den Kondensator 63 und die effektive Induktivität, die sich durch die Parallelschaltung der drei gleichen Induktivitäten 61,62,62' ergibt. Die Reaktanz jeder dieser drei Induktivitäten soll bei der Betriebsfrequenz hoch im Vergleich zu den Eingangsimpedanzen der drei Transistoren 67, 71, 71' sein. Die Verteilung des Stroms auf die drei Transistoren ist daher praktisch unabhängig vom Wert der jeweiligen Eingangsimpedanzen dieser Transistoren, und jeder Transistor liefert daher auch die gleiche Leistung. Sollte außerdem einer der Transistoren schwingen, z. B. während der Verstärker abgestimmt wird, so werden die anderen beiden Transistoren durch die in die jeweiligen Basiskreise eingeschalteten Induktivitäten wirksam vom schwingenden Transistor getrennt. Die Transistoren 67, 71,71' sind also gegen eine Zerstörung durch ungleiche Stromverteilung oder Schwingungen geschützt. Das Ausgangssignal der zweiten Stufe wird von der den Kollektoren gemeinsamen Platte 149 über den Anpaßkondensator 150 und das Bandfilter ausgekoppelt, das die beiden Kondensatoren 151,153 und die drei Induktivitäten 152,154,155 enthält. Die Ausgangsimpedanz des Verstärkers kann durch den Ausgangsanpassungskondensator 156 an einen Verbraucher angepaßt werden.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Hochfrequenzverstärker mit mehreren aktiven Halbleiterbauelementen, denen ein Eingangssignal bestimmter Frequenz über gleiche Blindwiderstände zugeführt ist, um eine gleichmäßige Leistungsaufteilung auf die Halbleiterbauelemente zu gewährleisten, dadurchgekennzeichnet, daß mit den an die aktiven Halbleiterbauelemente (67,71,71') angeschlossenen Blindwiderstände (61, 62, 62'), deren Wert groß bezüglich der Eingangsimpedanz der Halbleiterbauelemente ist, ein gemeinsamer Blindwiderstand (63) verbunden ist, der das entgegengesetzte Vorzeichen und bei der Eingangssignalfrequenz den gleichen Betrag der Reaktanz wie die an die Halbleiterbauelemente angeschlossenen Blindwiderstände hat und mit diesen einen auf die Frequenz des Eingangssignals abgestimmten Schwingkreis bildet, und daß das Eingangssignal dem gemeinsamen Blindwiderstand (63) zugeführt ist.

2. Hochfrequenzverstärker nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die an die aktiven Halbleiterbauelemente (67, 71, 71') angeschlossenen Blindwiderstände (61, 62, 62') Induktivitäten und der gemeinsame Blindwiderstand (63) ein Kondensator sind.

3. Hochfrequenzverstärker nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der aus den Blindwiderständen (61, 62, 62', 63) bestehende Schwingkreis einen Teil eines Bandfilters bildet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen