DE1441876B2

DE1441876B2 - Schaltung zur verstaerkungsregelung mit einem richtleiter

Info

Publication number: DE1441876B2
Application number: DE19631441876
Authority: DE
Inventors: W Dipl Ing 8000 Mun chen Ulmer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1963-06-28
Filing date: 1963-06-28
Publication date: 1971-02-18
Also published as: DE1441876A1

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung zur gewählt ist, daß das mit dem Eingangswiderstand des Verstärkungsregelung mittels eines zwischen zwei folgenden Transistors einen Tiefpaß bildende Koppelinsbesondere in Basisschaltung betriebenen Transisto- netzwerk bei Einstellung des Richtleitervorstroms auf ren eines Hochfrequenzverstärkers eingeschalteten minimale Dämpfung (Diodenwiderstand maximal) Dämpfungsnetzwerkes, das aus einer parallel zum 5 einen maximal flachen Amplitudengang aufweist.
Ausgang der ersten Stufe liegenden Reihenschaltung Es ist dabei vorteilhaft, in Serie mit dem Eingangseines Kondensators und eines durch einen Vorstrom kreis des folgenden Transistors, wie an sich bekannt, in Durchlaßrichtung eingestellten Richtleiters besteht. einen zusätzlichen Widerstand zu legen, dessen WiderVerstärker für hohe Frequenzen sollen häufig in standswert entsprechend einem vorgegebenen Maxiihrer Verstärkung stetig einstellbar oder regelbar sein. io malwert der Übertragungsdämpfung gewählt ist.
Insbesondere trifft dies zu für die Zwischenfrequenz- Eine Optimaldimensionierung des Netzwerks läßt Verstärker in Richtfunksystemen zur Übertragung sich dann erzielen, wenn die parallel zu den Streuvieler Telegrafie- oder Telefoniekanäle, bei denen zur kapazitäten, dargestellt durch die Ausgangskapazi-Fading-Regelung einstellbare Dämpfungsglieder ver- tat Cc des vorausgehenden Transistors und die Kapawendet werden, die zwischen die einzelnen Verstärker- *5 zität der Diode beim maximalen Diodenwiderstand stufen gelegt sind. Hierbei ist die Forderung gegeben, liegende Kapazität C₁ in bezug auf den durch den daß im Übertragungsfrequenzbereich bei der Regelung Widerstand R₁ ergänzten Eingangswiderstand (Indukkeine wesentlichen Änderungen des Amplituden- und tivität L_e in Serie mit dem Widerstand R_e) der folgen-Gruppenlaufzeitganges des Verstärkers auftreten. Diese den Transistorstufe so dimensioniert sind, daß
Forderung ist für regelbare Verstärker im Bereich 20

höherer Frequenzen, beispielsweise im Bereich 2 L_e

zwischen 50 und 100 MHz, und bei großen Verstärker- C₁+ Cc + Cr= -

bandbreiten, z. B. 30 MHz und mehr, schwer zu \ 1 e)

erfüllen. Außerdem soll die Einstellung der Dämpf ungs- ist.

glieder auch einfach erfolgen, z. B. mit einem Steuer- 25 Nachstehend wird die Erfindung an Hand eines gleichstrom, der eine automatische Regelung auf Ausführungsbeispiels näher erhäutert.
elektrischem Wege zuläßt. In den Dämpfungsgliedern Die F i g. 1 zeigt einen Ausschnitt aus einem werden als Regelglieder meist Richtleiter verwendet, Breitbandverstärker, und zwar den Teil, der keine denn deren Widerstand ist steuerbar. Es hat sich aber frequenzselektiven Kreise, sondern nur das Dämpf ungsgezeigt, daß dieser Widerstand bei höheren Frequenzen 30 netzwerk enthält. Die frequenzselektiven Stufen des nicht mehr rein reell ist, sondern Blindkomponenten Verstärkers sind vorausgehend und sind nachfolgend, hat, die abhängig von der Aussteuerung des Rieht- In der F i g. 1 sind zwei Transistorstufen, bestückt leiters sind. Damit ist es schwierig, bei Dämpfungs- mit den Transistoren T₁ und T₂, die in diesem Beispiel netzwerken mit Richtleitern die vorstehenden Forderun- als Basisstufen ausgeführt sind, gezeigt, die über ein in gen zu erfüllen. 35 der Übertragungsdämpfung regelbares Koppelnetz-Durch die deutsche Auslegeschrift 1 047 268 ist eine werk miteinander verbunden sind. Die Widerstände R selektive Hochfrequenzverstärkerschaltung der ein- und die Drosseln Dr dienen der hochfrequenzmäßig gangs genannten Art bekannt, bei der im Längskreis entkoppelten Stromzuführung zu den Transistoren, ein Widerstand liegt, dessen Wert größer ist als der Der Entkopplung der Spannungsquellen von den Durchlaßwiderstand der voll ausgesteuerten Diode, 4° Hochfrequenz führenden Schaltungsteilen dienen die aber kleiner als der innere Kollektorwiderstand des Kondensatoren Cs. Die Spannungszuführungen zu ersten Transistors. Der. Zweck dieser Dimensionierung den Transistoren sind mit Ue bzw. Uc bezeichnet. Das ist, beim dort vorliegenden hochselektiven Verstärker Koppelnetzwerk ist eingangsseitig über den Kondendie Impedanzänderungen der Transistoren beim Regeln sator Ck₁ an den Ausgang des Transistors Ti und möglichst zu verhindern. Mit der angegebenen Schal- 45 ausgangsseitig über den Kondensator Ck₂ an den tung und Dimensionierung lassen sich jedoch die hier Eingang des Transistors T₂ angeschaltet. Der Kapavorliegenden und oben geschilderten strengen Anfor- zitätswert dieser beiden Kondensatoren ist so hoch derungen für einen Breitbandverstärker bei höheren gewählt, daß ihr kapazitiver Widerstand bei der Frequenzen nicht verwirklichen, sondern diese Probleme Betriebsfrequenz, also im Durchlaßbereich des f rebestehen nach wie vor. 5° quenzselektiven Breitbandverstärkers, vernachlässigbar

Den vorgeschilderten Schwierigkeiten kann jedoch klein ist.

dann mit Erfolg begegnet werden, wenn bei einer Das eigentlich regelbare Koppelnetzwerk besteht Schaltung zur Verstärkungsregelung mittels eines aus einem Widerstand R₁, der zwischen den beiden zwischen zwei insbesondere in Basisschaltung betrie- Koppelkondensatoren C^₁ und Ck₂ eingeschaltet ist, benen Transistoren eines Hochfrequenzverstärkers 55 sowie aus einem Richtleiter Rl, zu dem in Serie die eingeschalteten Dämpfungsnetzwerkes, das aus einer Parallelschaltung aus einem im Kapazitätswert verparallel zum Ausgang der ersten Stufe liegenden Rei- änderbaren Kondensator C₂ und einem Widerstand R₂ henschaltung eines Kondensators und eines durch gelegt ist. Parallel zu diesem Richtleiterzweig ist eine einen Vorstrom in Durchlaßrichtung eingestellten weitere im Kapazitätswert veränderbare Kapazität C₁ Richtleiters besteht, gemäß der Erfindung der vor- 60 gegen Masse gelegt. Der Richtleiter führt von der zugsweise einstellbare Kondensator und ein parallel Verbindung von Ck₁ und R₁ aus ebenfalls gegen Masse, dazu liegender Widerstand so dimensioniert sind, daß Dem Richtleiter R₂ wird über eine Hochfrequenzbei Einstellung auf maximale Übertragungsdämpfung drossel Dr ein Vorstrom Jr zugeführt. Dieser Vor-(Diodenstrom maximal) eine weitgehend frequenz- strom Jr dient der Einstellung des Richtleiterwiderunabhängige Stromaufteilung zwischen dem Rieht- 65 Standes und wird z. B. von der Regelspannungsquelle leiterzweig und dem parallel dazu liegenden Eingangs- des Empfängers bzw. des Verstärkers her zugeführt, kreis der folgenden Transistorstufe besteht und daß Diese Regelspannungsquelle ist nur durch die Stromeine parallel zum Richtleiterzweig liegende Kapazität so zuführung Jr angedeutet. Die Dimensionierung der

Claims

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Schaltung für die eingangs geforderten Werte wird wie im Parallelzweig einstellen und damit ein maximal

folgt vorgenommen. flacher Amplitudengang der Stufe erreichen. Hierzu

Der Widerstand R₁ zwischen den beiden Koppel- ist es erforderlich, daß folgende Gleichung erfüllt wird: kondensatoren wird so gewählt, daß die geforderte

maximale Übertragungsdämpfung, d. h. die Über- 5 q_c _j_ q _i_ Cr= ^ ^^e

tragungsdämpfung bei Einstellung des Richtleiter- (i?_x -f- R_e)^z
vorstromes Jr auf den Maximalwert von z. B. 20 mA,

erreicht ist. Es ist vorteilhaft, wenn die Grenzfrequenz des Tiefin diesem Fall wirkt der Richtleiter in Verbindung passes möglichst weit über dem Übertragungsfrequenzmit unvermeidbaren Zuleitungsinduktivitäten wie die io band liegt. Die Grenzfrequenz des Netzwerkes ist Serienschaltung eines ohmschen und eines induktiven gegeben durch die Gleichung
Widerstandes. Das Ersatzschaltbild des Verstärkerabschnitts der F i g. 1 zeigt für diesen Fall die F i g. 2. ω = -

Z₁ ist eine Stromquelle, die den Ausgangswechsel- ^s L₆ (Cc + C₁ + Cr)
strom des Transistors T₁ liefert. Stromspeisung aus 15

einer Quelle sehr hohen inneren Widerstandes kann Meist genügt es, wenn die Grenzfrequenz den dophier wegen der Basisschaltung des Transistors T₁ pelten Wert der höchsten Frequenz des Übertragungsangenommen werden. Parallel zu dieser Stromquelle frequenzbandes hat. In diesem Fall fließt dann prakliegen die Kapazitäten C₁ und Cc- Cc ist die Kollek- tisch der gesamte Signalwechselstrom ohne Dämpfung torkreiskapazität des Transistors T₁ C₁ ist eine Zusatz- ₂o _{durch das Netzwerk; d}. _{h das} Stromverhältnis A kapazität, die spater an Hand der F1 g. 3 behandelt J₁ wird. Der Strom J₁ teilt sich auf in einen Zweig, der ist dann praktisch konstant und gleich 1.
aus dem Widerstand R₁, dem Eingangswiderstand Re ^Bei ^emer derartigen Dimensionierung der Schaltung der folgenden Transistorstufe Γ₂ und der Eingangs- nach der F i g. 1 bleibt im Übertragungsfrequenzinduktivität L_E derselben Stufe besteht. Durch diesen 25 bereich der Amplitudengang des Koppelnetzwerkes Zweig fließt der Eingangsstrom J₂ des zweiten Tran- bei allen Einstellungen des Richtleitervorstromes sistors T₂. Der andere Stromzweig besteht aus der zwischen maximaler und minimaler Dämpfung prak-Impedanz des Richtleiters mit der ohmschen Kompo- tisch konstant. Auch der Laufzeitgang des Dämpfungsnente Rr und der induktiven Komponente Lr. In netzwerkes ist praktisch nicht mehr störend, weil die Serie zu Rr und Lr liegt die erwähnte Parallelschaltung 30 Grenzfrequenz des durch den Dämpfungsvierpol gevon C₃ und R₂. Durch Wahl des Kapazitätswertes von bildeten Tiefpasses weit oberhalb der höchsten Be-C₂ und des Widerstandswertes von R₂ kann der Impe- triebsfrequenz liegt.

danzwert des die Serieninduktivität des Richtleiters Die erfindungsgemäße Schaltung zeichnet sich somit enthaltenden Querzweiges bei maximaler Übertra- durch eine ebene Durchlaßkurve und eine praktisch gungsdämpfung des Vierpols so eingestellt werden, daß 35 konstante Gruppenlaufzeit für eine sehr große Bandin einem großen Frequenzbereich eine praktisch fre- breite innerhalb des gesamten Regelbereiches aus. quenzunabhängige Stromauf teilung JJJ₁ zwischen dem Weiterhin ist die Durchlaßkurve beim Minimalwert Parallelzweig, bestehend aus R_R, Lr, C₂, R₂, und dem und beim Maximalwert der Dämpfung mit je einem Längszweig, bestehend aus R₁, R_E, L_E, gegeben ist. Trimmerkondensator unabhängig voneinander ein-Die Kapazitäten Cc und C₁ sind im Übertragungs- 40 stellbar, und der Minimalwert der Dämpfung des frequenzband gegenüber dem Parallelzweig hochohmig Koppelnetzwerkes kann praktisch gleich null Dezibel und haben bei der Einstellung auf maximale Über- gewählt werden.

tragungsdämpfung, d. h. bei niederohmigem Rieht- Bei Verwendung der erfindungsgemäßen Schaltung leiter, im Durchlaßbereich des Verstärkers keinen zur Pegelregelung in Verstärkern ist ein Dämpfungswesentlichen Einfluß auf dessen Amplitudenabhängig- 45 regelbereich bis etwa 15 db ohne weiteres erreichbar, keit von der Betriebsfrequenz (Amplitudengang). Die In Breitbandverstärkern, bei denen an den Laufzeit-Feineinstellung des Amplitudenganges in diesem Regel- gang und an den Amplitudengang des Verstärkers zustand wird mit Hilfe des Kondensators C₂, der z. B. größere Anforderungen gestellt werden, ist es vorteilals Trimmerkondensator ausgebildet ist, vorgenom- haft, einen Regelumfang von etwa 10 db nicht zu übermen. Die Einstellung des Trimmers erfolgt so, daß 50 schreiten. Die Verstärkung der vorausgehenden Stufe sich in diesem Regelzustand der Stufe eine möglichst sollte der Maximaldämpfung des nachfolgenden flache Durchlaßkurve im Übertragungsbereich zeigt, Dämpfungsreglers angepaßt sein, d. h. etwa dieser

j , Λ . gleich sein,
d. h. -f~ = const.
•Λ

Bei Einstellung des Diodenwiderstandes auf den 55 Patentansprüche:
Maximalwert, d. h. auf minimale Übertragungsdämpfung des Netzwerkes, fließt durch den Richtleiter

praktisch kein Gleichstrom. Der Rieht leiter wirkt in 1. Schaltung zur Verstärkungsregelung mittels diesem Fall wie eine Kapazität Cr. Das Ersatzschalt- eines zwischen zwei insbesondere in Basisschaltung bild für diesen Fall, d. h. für minimale Übertragungs- 60 betriebenen Transistoren eines Hochfrequenzverdämpfung des Netzwerkes, ist in F i g. 3 dargestellt. stärkers eingeschalteten Dämpfungsnetzwerkes, das

In der F i g. 3 liegt parallel zu der Stromquelle J₁ aus einer parallel zum Ausgang der ersten Stufe

die Parallelschaltung der Kondensatoren Cc, C₁ und liegenden Reihenschaltung eines Kondensators

Ca. Die Elemente des Längszweiges R₁, Re, Le sind und eines durch einen Vorstrom in Durchlaßrich-

ebenso wie in F i g. 2 gegeben. Das Netzwerk hat 65 tung eingestellten Richtleiters besteht, dadurch

somit Tiefpaßcharakter. Durch den veränderbaren gekennzeichnet, daß der vorzugsweise

Kondensator C₁, der beispielsweise als Trimmerkon- einstellbare Kondensator (C₂) und ein parallel dazu

densator ausgebildet ist, läßt sich die Gesamtkapazität liegender Widerstand (R₂) so dimensioniert sind,

daß bei Einstellung auf maximale Übertragungsdämpfung (Diodenvorstrom maximal) eine weitgehend freqüenzunabhängige Stromaufteilung zwischen dem Richtleiterzweig und dem parallel dazu liegenden Eingangskreis der folgenden Transistorstufe besteht, und daß eine parallel zum Richtleiterzweig liegende Kapazität (C₁) so gewählt ist, daß das mit dem Eingangswiderstand, des folgenden Transistors einen Tiefpaß bildende Koppelnetzr werk bei Einstellung des Richtleitervorstromes auf minimale Dämpfung (Diodenwiderstand maximal) einen maximal flachen Amplitudengang aufweist.
2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Serie mit dem Eingangskreis des folgenden Transistors, wie an sjch bekannt, ein zusätzlicher Widerstand (A₁) gelegt ist, dessen Widerstandswert entsprechend einem vorgegebenen Maximalwert der Übertragungsdämpfung gewählt ist.
3. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazität C₁ parallel zu den Streukapazitäten, dargestellt d^urch die Ausgangskapazität Cc des vorausgehenden Transistors, und die Kapazität der Diode beim maximalen Diodenwiderstand in bezug auf den durch den Widerstand R₁ ergänzten Eingangswiderstand (Induktivität L_e in Serie mit dem Widerstand R_e) der folgenden Transistorstufe wie folgt dimensioniert sind;

(R₁ + Re)²

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen