DE1512725C3 - Breitbandverstärker mit steuerbarer Verstärkung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Breitbandverstärker, dessen Verstärkung ohne nennenswerte Änderung der Durchlaßkurve, die die Abhängigkeit der Verstärkung von der Frequenz darstellt, elektronisch veränderbar ist. Der erfindungsgemäße Verstärker ist insbesondere als Zwischenfrequenz-Breitbandverstärker anwendbar.

Die Aufgabe, einen in der Verstärkung steuerbaren Breitbandverstärker zu schaffen, dessen Durchlaßkurve sich bei der Verstärkungssteuerung nicht wesentlich ändert, ist verhältnismäßig schwierig zu lösen. Bei Schmalbandverstärkern ist es bekannt, unerwünschte Änderungen in der Durchlaßkurve dadurch zu vermeiden, daß in den Kopplungsnetzwerken zwischen den einzelnen Stufen Kondensatoren mit hoher Kapazität in Verbindung mit niederohmigen Dämpfungswiderständen vorgesehen sind. Diese Lösung bewirkt einen Verstärkungsverlust über die ganze Durchlaßbandbreite und ist daher zwar für Schmalbandverstärker, für Breitbandverstärker jedoch nicht geeignet.

Bei Breitbandverstärkern ist es auch bekannt, vor und/oder zwischen den Stufen und/oder hinter dem Verstärker Dämpfungsnetzwerke mit Dioden vorzusehen und die Dämpfung durch Änderung der den Dioden zugeführten Vorspannungen zu steuern. Diese Lösung ist aber teuer und bewirkt eine Mindestdämpfung, die durch eine zusätzliche Verstärkung des Verstärkers

ίο ausgeglichen werden muß. Außerdem wird bei dieser Schaltung der Störpegel vergrößert, so daß dieser in einer den Verstärker enthaltenden Anlage einen unzulässig hohen Wert annehmen kann. Ferner bewirken die Streukapazitäten der Dioden eine frequenzabhängige Dämpfung, die die Durchlaßkurve des Verstärkers in unerwünschter Weise verformt.

Es ist auch ein Verstärker bekannt (Electronic Engineering, Januar 1960, S. 44 bis 48), bei dem zwei Transistoren in Kaskode geschaltet und gleichstromgekoppelt sind, wobei das Signal der Basis des ersten Transistors zugeführt und von einem Arbeitswiderstand, z. B. einem Schwingkreis, im Kollektorkreis des zweiten Transistors abgenommen wird. Wenn bei einer solchen Schaltung eine Verstärkungssteuerung angewendet wird, z. B. durch Steuerung an der Basis des ersten Transistors, so ändert sich dadurch auch der Strom in dem zweiten Transistor. Das hat den Nachteil, daß die Resonanzfrequenz oder die Dämpfung des Schwingkreises im Kollektorkreis des zweiten Transistors geändert wird, wodurch sich in unerwünschter Weise die Durchlaßkurve ändert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den zuletzt beschriebenen Verstärker derart in der Verstärkung steuerbar auszubilden, daß bei der Verstärkungs-

steuerung praktisch keine Änderung der Durchlaßkurve auftritt.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 beschriebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Bei der erfindungsgemäßen Lösung bleibt bei einer Änderung des Stromes des ersten Transistors zwecks Steuerung der Verstärkung der Strom durch den zweiten Transistor im wesentlichen konstant, so daß die Durchlaßkurve des Verstärkers sich bei der Verstärkungssteuerung praktisch nicht ändert. Das wird dadurch erreicht, daß z. B. bei einer Stromverringerung im ersten Transistor der Gleichstromweg, vorzugsweise ein Widerstand, selbsttätig einen höheren Strom aufnimmt, so daß die Summe der Ströme des ersten Transistors und des Gleichstromweges, die gleich dem Strom durch den zweiten Transistor ist, etwa konstant bleibt.

Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Breitbandverstärkers enthält eine erste, in der Verstärkung steuerbare Stufe in der beschriebenen Kaskodenschaltung, deren Resonanzkreis auf eine Frequenz im unteren Bereich der Durchlaßbandbreite abgestimmt ist, und eine zweite Stufe in Kaskodenschaltung, die der ersten ähnlich ist, deren Resonanzkreis jedoch auf eine Frequenz im oberen Bereich der Durchlaßbandbreite abgestimmt ist. Der zweiten Stufe wird dabei keine Stellgröße zur Steuerung der Verstärkung zugeführt, und die beiden Stufen sind miteinander direkt oder indirekt in Kaskade geschaltet. Beispielsweise können zwei in der Verstärkung steuerbare Stufen und eine weitere, in der Verstärkung nicht gesteuerte Stufe vorgesehen sein, wobei alle drei Stufen

zueinander in Kaskade geschaltet sind und die Stellgröße zur Steuerung der Verstärkung der ersten und dritten Stufe zugeführt wird und die Resonanzkreise der drei Stufen auf drei verschiedene Frequenzen innerhalb der Durchlaßbandbreite des Verstärkers abgestimmt sind. Die Resonanzkreise der in der Verstärkung gesteuerten Stufen sind dabei auf die beiden unteren der drei verschiedenen Frequenzen abgestimmt. Beispielsweise kann der Verstärker auch vier oder eine andere gerade Zahl von Stufen enthalten, von denen die Hälfte in der Verstärkung gesteuert und auf eine Frequenz an einem Ende der Durchlaßbandbreite und die andere Hälfte in der Verstärkung nicht gesteuert und auf eine Frequenz am anderen Ende der Durchlaßbandbreite abgestimmt ist.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel erläutert. Die

F i g. 1 und 2 zeigen Kurven zur Erläuterung der Erfindung; in

F i g. 3 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.

j, ' F i g. 1 zeigt eine Durchlaßkurve, d. h. die Abhängigf keit der Verstärkung von der Frequenz, wie sie für J einen Breitbandverstärker erwünscht ist. Es sei zunächst eine Transistorstufe in Kaskodenschaltung betrachtet, deren Transistoren gleichstrommäßig mitein- ! ander gekoppelt sind, und bei der ein Resonanzkreis im Kollektorkreis des zweiten Transistors liegt. Bei einer solchen Stufe bewirkt eine Verstärkungsänderung durch Änderung des Stromes durch den ersten Transistör auch eine Änderung des Stromes durch den zweiten Transistor. Die Verstärkung der Stufe wird zwar geändert, jedoch ist mit dieser Veränderung eine Änderung des Ausgangswiderstandes des zweiten Transistors verbunden. Dieses bewirkt z. B. eine Verringerung der Bandbreite des Resonanzkreises, wenn der Strom bei einer Verstärkungssteuerung im Sinne einer geringeren Verstärkung verringert wird. Wenn nun der Resonanzkreis auf eine Frequenz im unteren Bereich der Durchlaßbandbreite des Verstärkers abgestimmt ist, der diese Stufe in Kaskade mit einer anderen enthält, oder wenn bei einer Stufe der Resonanzkreis auf eine Frequenz im oberen Bereich der Durchlaßbandbreite S abgestimmt ist, so entsteht eine Verzerrung der gesamten Durchlaßkurve wie sie F i g. 2 zeigt.

Diese Verzerrung wird erfindungsgemäß dadurch vermieden, daß ein Kompensationswiderstand vorgesehen ist, der in einem bestimmten Maß den Strom durch den zweiten Transistor stabilisiert. Auf diese Weise wird in ausreichendem Maße die Verringerung des Stromes durch diesen Transistor, die normalerweise bei einer Verstärkungsänderung im Sinne einer geringeren Verstärkung auftritt, kompensiert

F i g. 3 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung für einen dreistufigen Verstärker. Die einzelnen Stufen sind durch die Buchstaben A, B und C angedeutet. Die drei Stufen sind einander ähnlich, mit dem Unterschied, daß die Stufen A und C in der Verstärkung gesteuert, die Stufe B nicht in der Verstärkung gesteuert und die drei Stufen auf verschiedene, über die Durchlaßbandbreite verteilte Frequenzen abgestimmt sind. Dabei sind die Stufen A und C auf die beiden niedrigen dieser drei Frequenzen und die Stufe B auf die höchste dieser drei Frequenzen abgestimmt. Gleiche Ziffern, denen für die drei Stufen die Buchstaben A, B, C vorangestellt sind, bezeichnen in den drei Stufen die einander entsprechenden Schaltungselemente. Zur Abkürzung der Beschreibung werden daher die die einzelnen Stufen kennzeichnenden Buchstaben A, B, C weggelassen.

In F i g. 3 enthält jede Stufe zwei Transistoren t, 2 in Kaskodenschaltung, wobei der Kollektor des ersten Transistors 1 direkt mit dem Emitter des zweiten Transistors 2 verbunden ist. Der Emitter des Transistors 1 ist über die Reihenschaltung eines Widerstandes 3 und eines Kondensators 4 mit Erde verbunden. Bei den Stufen A und C wird dem Verbindungspunkt der Elemente 3 und 4 die gleiche Stellgröße für die Verstärkungssteuerung von einer Klemme GC über je einen Widerstand 12 zugeführt. Die Basen der Transistoren 1 und 2 sind an Abgriffe eines Potentiometers angeschlossen, das aus der an Betriebsspannungsklemmen angeschlossenen Reihenschaltung von Widerständen 5, 6, 7 besteht. Die Basis des Transistors 2 ist über einen Kondensator 8 geerdet, und das Eingangssignal wird von einer Klemme IN über einen Kondensator 11 der Basis des Transistors 1 in der Stufe A zugeführt Der Kollektorkreis des Transistors 2 enthält einen Resonanzkreis 9, der in den Stufen A und C auf die untere bzw. die mittlere der drei über die Durchlaßbandbreite des Verstärkers und in der Stufe B auf die verbleibende dritte Frequenz im oberen Bereich dieser Durchlaßbandbreite abgestimmt ist. Auf diese Weise sind die Abstimmfrequenzen in bekannter Weise gegeneinander versetzt, um eine große Durchlaßbandbreite zu erzielen. In den Stufen A und C ist erfindungsgemäß ein Kompensationswiderstand 10 vorgesehen, der in einem bestimmten Maße den Strom durch den Transistor 2 stabilisiert. Dieser Widerstand 10 liegt zwischen dem Verbindungspunkt des Kollektors des Transistors 1 mit dem Emitter des Transistors 2 und Erde. Der Kollektor des Transistors 2 der Stufe A ist über einen Kondensator B\\ mit der Basis des Transistors 1 der Stufe B gekoppelt. Die Stufen B und C sind auf ähnliche Weise zueinander in Kaskade geschaltet Die Ausgangsspannung wird dem Verstärker an einer Klemme OUT\om Kollektor des Transistors 2 der Stufe C entnommen.

Bei einem praktisch erprobten Verstärker gemäß F i g. 3 für eine Durchlaßbandbreite von 70 MHz und eine Mittendurchlaßfrequenz von 90 MHz hat der Widerstand 10 einen Wert von 18 kCl. Es wurde eine Verstärkungssteuerung von 50 dB bei einer Änderung der Durchlaßkurve von weniger als ±0,5 dB erzielt

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Breitbandverstärker mit zwei in Kaskode geschalteten und miteinander gleichstromgekoppelten Transistoren, bei dem das Signal der Basis des ersten Transistors zugeführt und von einem Arbeitswiderstand im Kollektorkreis des zweiten Transistors abgenommen wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine Stellgröße (GQ für eine elektronische Verstärkungssteuerung an den Emitter des ersten Transistors (1) angelegt und zwischen dem Verbindungspunkt der Transistoren (1, 2) und einem Punkt fester Spannung (Erde) ein Gleichstromweg (10) vorgesehen ist, der bei der Verstärkungssteuerung den Strom durch den zweiten Transistor (2) stabilisiert.

2. Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollektor des ersten Transistors

(1) direkt mit dem Emitter des zweiten Transistors

(2) verbunden ist, daß im Kollektorkreis des zweiten Transistors (2) ein Resonanzkreis (9) und zwischen dem Verbindungspunkt der beiden Transistoren (1, 2) und dem Punkt fester Spannung (Erde) ein Widerstand (10) liegt.

3. Verstärker nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Resonanzkreis (9) auf eine Frequenz im unteren Bereich der Durchlaßbandbreite des gesamten Verstärkers abgestimmt ist.

4. Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker zwei einander ähnliche, direkt oder indirekt in Kaskade geschaltete Stufen (A, B) je in Kaskodenschaltung enthält, daß ein Resonanzkreis (A9) der ersten, in der Verstärkung gesteuerten Stufe (A) auf eine Frequenz im unteren Bereich und ein Resonanzkreis (B9) der zweiten, in der Verstärkung nicht gesteuerten Stufe (B) auf eine Frequenz im oberen Bereich der Durchlaßbandbreite des Verstärkers abgestimmt ist.

5. Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker drei in Kaskade geschaltete Stufen (A, B, Q je in Kaskodenschaltung enthält, die auf gegeneinander versetzte Resonanzfrequenzen abgestimmt sind, und daß nur die mittlere Stufe (B) nicht in der Verstärkung gesteuert und nicht mit dem genannten Gleichstromweg (10) versehen ist.