DE1299331B

DE1299331B - Transistor amplifier with adjustable amplification factor and with a constant transmission curve over the entire control range

Info

Publication number: DE1299331B
Application number: DE1966S0101359
Authority: DE
Inventors: Kellermann Konrad
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1966-01-10
Filing date: 1966-01-10
Publication date: 1969-07-17

Description

Die Erfindung betrifft einen Transistorverstärker mit regelbarem Verstärkungsfaktor und mit über den gesamten Regelbereich konstanter Durchlaßkurve, bei dem eine aus der Ausgangsspannung gewonnene Regelspannung über die Basisvorspannung des Transistors dessen Arbeitspunkt regelt.The invention relates to a transistor amplifier with a controllable gain factor and with a constant transmission curve over the entire control range, with one off The control voltage obtained from the output voltage via the base bias of the transistor whose operating point regulates.

Ein solcher Transistorverstärker ist bekannt und beispielsweise in der deutschen Auslegeschrift 1154 519 beschrieben. Dabei ist das Problem des Konstanthaltens der Durchlaßkurve bei einer Regelung des Verstärkungsfaktors zurückgeführt auf ein Konstanthalten der Ausgangs- und Eingangsimpedanz des Transistorverstärkers und wird so gelöst, daß über eine aus der Ausgangsspannung gewonnene Regelspannung mit der Änderung des Emitterstromes gleichzeitig eine Änderung der Emitter-Kollektor-Spannung eingestellt wird. Diese Art von Regelung weist jedoch den Nachteil auf, daß wohl die Durchlaßkurve über den ganzen Regelbereich konstant bleibt, daß aber mit der Regelung ein beträchtlicher Verlust an Aussteuerbarkeit verbunden ist.Such a transistor amplifier is known and for example in the German Auslegeschrift 1154 519 described. The problem here is how to keep things constant of the transmission curve in a regulation of the gain factor traced back to a Keeping the output and input impedance of the transistor amplifier and is solved in such a way that with a control voltage obtained from the output voltage the change in the emitter current is simultaneously a change in the emitter-collector voltage is set. However, this type of regulation has the disadvantage that well the transmission curve remains constant over the entire control range, but with the Regulation is associated with a considerable loss of controllability.

Um diesen Nachteil zu vermeiden und der gestellten Aufgabe einer konstanten Durchlaßkurve über den gesamten Regelbereich des Verstärkungsfaktors gerecht zu werden, wird bei einem Transistorverstärker der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß der Transistor einen stromabhängigen Gegenkopplungswiderstand besitzt, über den gleichzeitig mit dem Arbeitspunkt die Gegenkopplung in Abhängigkeit von der Regelspannung geregelt wird.In order to avoid this disadvantage and the task set a constant Passage curve over the entire control range of the gain factor is, in the case of a transistor amplifier of the type mentioned at the outset, according to the invention proposed that the transistor have a current-dependent negative feedback resistor possesses, via which the negative feedback as a function of simultaneously with the operating point is regulated by the control voltage.

Ein Transistorverstärker gemäß der Erfindung weist neben der konstanten Durchlaßkurve über den gesamten Regelbereich des Verstärkungsfaktors günstige Eigenschaften bezüglich der Aussteuerbarkeit und von Modulationverzerrungen auf. Weiterhin besitzt ein erfindungsgemäßer Transistorverstärker gegenüber dem bekannten Transistorverstärker durch die Kombination der Arbeitspunktregelung mit der Gegenkopplungsregelung einen größeren Regelbereich des Verstärkungsfaktors.A transistor amplifier according to the invention has in addition to the constant Transmission curve over the entire control range of the gain factor favorable properties regarding the modulation and modulation distortion. Still owns a transistor amplifier according to the invention compared to the known transistor amplifier by combining the operating point control with the negative feedback control larger control range of the gain factor.

An Hand eines in F i g.1 dargestellten Ausführungsbeispieles soll die Erfindung näher erläutert werden. Der Transistor des Verstärkers ist mit T bezeichnet. Er ist in Emitterschaltung betrieben. Eine Signalquelle S ist über einen Kondensator Cl an den Hochpunkt eines Eingangsschwingkreises K,. gelegt. Der Transistor T ist mit seiner Basis über den aus den beiden Kapazitäten C2 und C3 bestehenden Spannungsteiler an den Eingangsschwingkreis K, angekoppelt. Ein Lastwiderstand RL ist über einen Kondensator C4 an den Hochpunkt eines am Ausgang des TransistorsT vorgesehenen Schwingkreises K2 gelegt. Ferner ist ein aus einer mit der Induktivität des Schwingkreises K2 induktiv gekoppelten Induktivität LN und einer Kapazität CN bestehender Neutralisationszweig vorgesehen. Im Emitterzweig des Transistors T liegt ein Gleichstromgegenkopplungswiderstand RE und parallel dazu - kapazitiv getrennt - ein Regelheißleiter Rx. Dieser Regelheißleiter RH bewirkt eine veränderbare Gegenkopplung. Sie wird durch den über eine Drossel Dr und einen Vorschaltwiderstand Rv fließenden Heißleiterstrom IH geregelt. Der Heißleiterstrom Ix ist ein Teil des Regelstromes IR, der einem Regelverstärker VR entnommen wird. Der andere Teil fließt durch einen Spannungsteiler, der aus einem ohmschen Widerstand RT und aus einer Halbleiterdiode D gebildet ist und an dem die Regelspannung UR steht. An der Halbleiterdiode D wird eine Spannung abgenommen, die über einen ohmschen Widerstand RB der Basis des Transistors T zugeführt wird und zur Steuerung des Arbeitspunktes des Transistors T dient.The invention is to be explained in more detail using an exemplary embodiment shown in FIG. The transistor of the amplifier is labeled T. It is operated in emitter circuit. A signal source S is connected to the high point of an input resonant circuit K, via a capacitor C1. placed. The base of the transistor T is coupled to the input resonant circuit K via the voltage divider consisting of the two capacitances C2 and C3. A load resistor RL is connected to the high point of a resonant circuit K2 provided at the output of the transistor T via a capacitor C4. Furthermore, a neutralization branch consisting of an inductance LN, which is inductively coupled to the inductance of the resonant circuit K2, and a capacitance CN is provided. In the emitter branch of the transistor T there is a direct current negative feedback resistor RE and, in parallel therewith - capacitively separated - a control hot conductor Rx. This control thermistor RH causes a variable negative feedback. It is regulated by the NTC thermistor current IH flowing through a choke Dr and a series resistor Rv. The thermistor current Ix is part of the control current IR, which is taken from a control amplifier VR. The other part flows through a voltage divider, which is formed from an ohmic resistor RT and a semiconductor diode D and to which the control voltage UR is applied. A voltage is picked up at the semiconductor diode D, which is fed to the base of the transistor T via an ohmic resistor RB and is used to control the operating point of the transistor T.

Zur Erzielung einer konstanten Durchlaßkurve müssen zwischen der Eingangsadmittanz Y, und der Ausgangsadmittanz Y2 des aus dem gegengekoppelten Transistor T gebildeten Vierpols die Beziehungen Yi+ - Yi_ (1) Y2+ = Y2_ (2) gelten, wobei Y, = G, +jB" Y2 = G2 +jB2 (j = imaginäre Einheit) ist. Das » +«-Zeichen im Index bedeutet den »hochgeregelten«, das »-«-Zeichen den »abgeregelten« Zustand. Die Bedingungen (1) und (2) lassen sich durch Befolgung der Lehre der Erfindung in der Praxis mit sehr guter Annäherung erfüllen. Die Stabilisierungswirkung der Regelung ist so vorzüglich, daß auf die Verwendung von Spezialregeltransistoren verzichtet werden kann. To achieve a constant transmission curve, the relationships Yi + - Yi_ (1) Y2 + = Y2_ (2) must apply between the input admittance Y and the output admittance Y2 of the quadrupole formed by the negative feedback transistor T, where Y, = G, + jB "Y2 = G2 + jB2 (j = imaginary unit) is. The "+" sign in the index means the "upregulated", the "-" sign the “downregulated" state. Conditions (1) and (2) can be met by observing fulfill the teaching of the invention in practice with a very good approximation.The stabilizing effect of the regulation is so excellent that the use of special regulating transistors can be dispensed with.

In den F i g. 2, 3 und 4 ist der grundsätzliche Verlauf der Eingangs- und Ausgangsadmittanz eines in Emitterschaltung betriebenen Transistors in Abhängigkeit von verschiedenen Regelungen dargestellt. Der Eingangsleitwert ist durch Y, = G1 -E- j. Cl, der Ausgangsleitwert durch Y2 = G2 -E- j , C2 gegeben (c) = Kreisfrequenz). In den linken Diagrammen sind G, und Cl, in den rechten Diagrammen G2 und C2 als Ordinaten aufgetragen.In the F i g. 2, 3 and 4 show the basic profile of the input and output admittance of a transistor operated in an emitter circuit as a function of various regulations. The input conductance is given by Y, = G1 -E- j. Cl, the output conductance given by Y2 = G2 -E- j, C2 (c) = angular frequency). In the diagrams on the left, G and Cl are plotted as ordinates in the diagrams on the right, G2 and C2.

F i g. 2 bezieht sich auf den Fall einer Arbeitspunkt-Aufwärtsregelung. Zur Erläuterung muß gesagt werden, daß man bei der Arbeitspunktregelung zwischen der sogenannten Aufwärtsregelung und der sogenannten Abwärtsregelung unterscheidet. Aufwärtsregelung bedeutet, daß, von der optimalen Verstärkung bei einem bestimmten Ausgangsstrom ausgehend, der Verstärkungsfaktor mit einer Vergrößerung des Ausgangsstromes des Verstärkers abnimmt. Abwärtsregelung bedeutet dementsprechend Abnahme des Verstärkungsfaktors mit abnehmendem Ausgangsstrom. Als Abszisse ist in F i g. 2 der KollektrostromIc aufgetragen. F i g. 3 bezieht sich auf den Fall der Gegenkopplungsregelung. Als Abszisse ist dementsprechend der Betrag des Gegenkopplungswiderstandes RG gewählt. F i g. 4 behandelt den Fall einer kombinierten Regelung entsprechend der Lehre der Erfindung. Als Abszisse dient dementsprechend eine als Ic; RG bezeichnete Hilfsgröße, deren Wert mit wachsendem Ic und Rc ebenfalls ansteigt, wobei die Abhängigkeit von diesen beiden Größen von der im Einzelfalle verwendeten Koordinierungsvorrichtung abhängt. Aus der Überlagerung der Regelungen nach F i g. 1 und 2 ergibt sich die Konstanz der Eingangs-; und Ausgangsadmittanz und damit die Konstanz der Durchlaßkurve des Transistorverstärkers über den gesamten Regelbereich des Verstärkungsfaktors.F i g. 2 relates to the case of an operating point upward regulation. As an explanation it must be said that in the operating point control between the so-called upward regulation and the so-called downward regulation. Upward regulation means that, from the optimal gain at a given Starting from the output current, the gain factor with an increase in the output current of the amplifier decreases. Downward regulation accordingly means a decrease in the gain factor with decreasing output current. The abscissa in FIG. 2 the collector current Ic applied. F i g. 3 relates to the case of negative feedback control. as The absolute value of the negative feedback resistance RG is selected accordingly on the abscissa. F i g. 4 deals with the case of a combined regulation according to the teaching of Invention. The abscissa is accordingly used as Ic; RG designated auxiliary variable, whose value also increases with increasing Ic and Rc, the dependence on these two variables from the coordination device used in the individual case depends. From the superposition of the regulations according to Fig. 1 and 2 results in the Constancy of input; and output admittance and thus the constancy of the transmission curve of the transistor amplifier over the entire control range of the gain factor.

Bei dem in der F i g.1 gezeigten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Transistorverstärkers mit Arbeitspunkt-Aufwärtsregelung und kombinierter Gegenkopplungsregelung ist der stromabhängige Gegenkopplungswiderstand ein Heißleiter RH. Es wird dessen Eigenschaft ausgenutzt, daß er bei zunehmendem Strom geringeren elektrischen Widerstand bietet und damit für den Transistor T eine geringere Gegenkopplung bewirkt. Beide Arten von Regelungen lassen gleichsinnig bei großer Regelspannung den Verstärkungsfaktor abnehmen. Das gilt für den Fall, daß die Regelspannung den beiden »Regelpunkten« der Basis des Transistors T und dem Hochpunkt des stromabhängigen Gegenkopplungswiderstandes, gegenphasig zugeführt wird. Statt des Heißleiters RH könnte auch beispielsweise ein Kaltleiter verwendet werden. Nur müßte die Regelspannung den beiden »Regelpunkten« gleichphasig zugeführt werden, damit die gleichsinnige Regelung erreicht wird. Ebenso kann als stromabhängiger Gegenkopplungswiderstand ein anderes Element mit gekrümmter Strom-Spannungs-Kennlinie verwendet werden, wenn die Regelspannung dementsprechend zugeführt wird.In the exemplary embodiment of a transistor amplifier according to the invention with operating point upward regulation and combined negative feedback regulation shown in FIG. 1, the current-dependent negative feedback resistor is a thermistor RH. Its property is used that it offers lower electrical resistance with increasing current and thus causes less negative feedback for the transistor T. Both types of control allow the gain factor to decrease in the same direction when the control voltage is high. This applies in the event that the control voltage is fed to the two "control points" of the base of the transistor T and the high point of the current-dependent negative feedback resistor in phase opposition. Instead of the thermistor RH , a PTC thermistor, for example, could also be used. Only the control voltage would have to be fed to the two "control points" in phase so that control in the same direction is achieved. Another element with a curved current-voltage characteristic curve can also be used as the current-dependent negative feedback resistor if the control voltage is supplied accordingly.

Die Diode D hat den Zweck, durch ihre Nichtlinearität die Addition der den F i g. 1 und 2 entsprechenden Regelungen zur Regelung nach F i g. 4 mit konstantem Verlauf der Admittanzkurve zu unterstützen.The purpose of the diode D is, by virtue of its non-linearity, the addition of the F i g. 1 and 2 corresponding regulations to the regulation according to F i g. 4 with to support constant course of the admittance curve.

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf das in F i g. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel. Das Prinzip der kombinierten Arbeitspunkt- und Gegenkopplungsregelung zum Erreichen konstanter Eingangs- und Ausgangsadmittanz eines Transistorverstärkers läßt sich auf beliebige Transistorverstärker anwenden. Auch sind bezüglich der Verwendung von stromabhängigen Gegenkopplungswiderständen keine Grenzen gesetzt; es muß nur eine sinngemäße Steuerung dieser Widerstände erfolgen.The invention is not limited to that shown in FIG. 1 shown Embodiment. The principle of the combined operating point and negative feedback control to achieve constant input and output admittance of a transistor amplifier can be applied to any transistor amplifier. Also are regarding the use there are no limits to current-dependent negative feedback resistances; it just has to an analogous control of these resistances takes place.

Claims

Claims: 1. A transistor amplifier with a controllable gain factor and with a constant conduction curve over the entire control range, in which a control voltage obtained from the output voltage regulates its operating point via the base bias of the transistor, characterized in that the transistor (T) has a current-dependent negative feedback resistor via the At the same time as the operating point, the negative feedback is regulated as a function of the control voltage (UR).

2. Transistor amplifier according to claim 1, characterized in that the current-dependent negative feedback resistor is a thermistor (RH) .

3. Transistor amplifier according to claim 1, characterized in that the control voltage (UR) is applied to a voltage divider, which consists of a diode (D) and an ohmic resistor (RT), and that the voltage across the diode (D) Base of the transistor (T) is fed.