DE1762133B2 - Abgestimmter breitbandverstaerker mit einer transistorstufe in emitterschaltung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen abgestimmten Breitbandverstärker mit einer Transistorslufc in Emitterschaltung, einer weiteren, mit dem Ausgang der ersten Stufe gekoppelten Transistorstufe in Emitterschaltung und mit einer automatischen Verstärkungsregelung für den Emitterstrom der ersten Stufe.

Wenn der Emitterstrom eines in Emitterschaltung geschalteten Transistors erhöht wird, dann verringert sich unter der Voraussetzung, daß ein gewisser Anfangsemitterstrom überschritten wurde, der Verstärkungsfaktor einer Verstärkerstufe, die den Transistor enthält. Beim Abfall des Verstärkungstaktors verringert sich die Ausgangsimpedanz der Stufe, wodurch das Frequenzverhalten des Verstärkungsfaktors des Verstärkers geändert wird. Diese Änderung kann durch widerstandsbehaftete Dämpfung der Last des Transistors verringert werden; da jedoch die Aus gangsimpedanz der Stufe mit steigendem Emitter strom kleiner wird, muß die Dämpfung groß sein um es ergibt sich somit ein Verlust an Verstärkung be hohem Verstärkungsfaktor.

In der Zeitschrift »Electronic Engineering«, Febr 1961, Seite 85, ist an Hand von Fig. 10 ein Nieder frequenz-Selektivverstärker diskutiert, der zwei Tran sistoren in Emitterschaltung verwendet, die über eint

ίο positive Rückkopplung miteinander verbunden sind Infolge dieser Rückkopplung befindet sich die Schaltung fast am Rande der Eigenschwingung. Der Verstärker besitzt eine frequenzabhängige Eingangsimpedanz, wobei nur bei einer bestimmten Frequenz

bei der die Eingangsimpedanz minimal ist, durch diese ein geringerer Teil des gesamten Eingangssiromes Hießt als durch den Verstärker. Bei allen anderen Frequenzen fließt um so mehr Strom durch die Eingangsimpedanz, je geringer ihr Wert ist, so daP

dieser Strom für den Verstärker verlorengeht.

Aufgabe der Erfindung ist es, den schädlichen Einfluß der automatischen Verstärkungsregelung auf die Verstärkungsfaktor'Frequenzcharakteristik des Verstärkers aufzuheben.

Gemäß der Erfindung gelingt dies dadurch, daß die Belastung der ersten Stufe einen Schwingkreis enthält, mit einer Resonanzfrequenz, die annähernd in der Mitte des vom Verstärker übertragenen Frequenzbandes liegt, und daß die Belastung der zweiten Stufe mittels einer negativen Rückkopplungsschaitung mit der Basis des Transistors der zweiten Stufe über zumindest einen Teil der Belastung der ersten Stufe verbunden ist.

Versuche haben gezeigt, daß das Verhalten des Verstärkungsfaktors über der Frequenz bei der erfindungsgemäßen Schaltung demjenigen aller bisherigen ähnlichen Schaltungen überlegen ist. Auch rechnerisch läßt sich eine derartige Überlegenheit nachweisen. Geht man beispielsweise von dem bekannten Prinzipschaltbild der Abbildung 27. Seite 35. Valvo-Broschüre. »Technische Information für die Industrie«. Sonderdruck »n-p-Flächentransistoren Kompendium-Teil I«, Februar 1957, aus. das einen zweistufigen Verstärker in Emitterschaltung zeigt, so ergibt sich folgendes:

Bei dem Verstärkungsfaktor ist die Kennlinie des Verstärkers übermäßig spitz; sie kann mit einem zusätzlichen ohmschen Widerstand zwar brauchbar gemacht werden, jedoch auf Kosten eines hohen Verlustes an Verstärkung. Wenn man ein Rückkopplungsnctzwerk gemäß der Erfindung verwendet, so ergibt sich ein Verlauf der Kennlinie ähnlich denjenigen mit zusätzlicher ohmschcr Dämpfung, jedoch tritt dann ein viel geringerer Verstärkungsverlust auf.

Wird noch zusätzlich Regelspannung an den ersten Transistor gelegt, so ergibt sich ein besonders flacher Verlauf des Verstärkungsfaktors über der Frequenz.

Ausführungsbcispiele der Erfindung werden nun an Hand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigt

F i g. I ein Schaltbild eines erfindungsgemäiten Verstärkers, wobei das neue Merkmal eine Impedanz Z₁ ist, die gestrichelt gezeigt wird,

F i g. 2 eine Kurve, die angibt, wie sich der Verstärkungsfaktor der Stufe in Emitterschaltung mit dem Emitterstrom ändert,

Fig. 3. 5 und 7 Kurven, die das Freqticnzverhalten des Verstärkungsfaktors gewisser Verstärker wiedergeben.

3 4

Fig. 4 eine Kurve, die angibt, wie sich die Aus- Linien gezeigten Schaltung werden durch die Rückgangsimpedanz eines in Emitterschaltung geschal- kopplungsvorrichtung Z₁, die gestrichelt gezeichnet teten Transistorverstärkers mit dem Emitterstrom ist und zwischen den Belastungen Z_x und Z₂ liegt, ändert, überwunden. Die Vorrichtung Z., ist mit Rücksicht

Fig. 6 ein ausführliches Schaltbild eines erfin- 5 auf die Belastungen Z₁ und Z₃' derart ausgeführt,

dungsgemäßen Verstärkers. daß an die Belastung Z₁ ein negatives Rückkopp-

Die beiden Transistoren TrI und Tr2 in der lungssignal angelegt wird, das sich wie folgt ändert:

Schaltung gemäß F i g. 1 sind als zwei übliche Emit- Die Größe des Rückkopplungssignals ist praktisch

terschaltungs-Verstärkerstufen ausgebildet mit Ein- Null bei minimaler Verstärkung, steigt jedoch mit

gangsklemmen 10 und Ausgangsklemmen 11. Die io der Verstärkung an. Dies kann dadurch erreicht

Schaltung wird nicht weiter beschrieben, mit der werden, daß die Ausgangsimpedanz des Transistors

Ausnahme der Belastungen Z, und Z₂, der Anwen- TrI als Teil eines Spannungsteilers ausgeführt wird,

dung der Verstärkungsregelung und der Rückkopp- der eine Rückkopplung an die Basis des Transistors

lungsvorrichtung Z₁. Tr2 anlegt. Wenn die Ausgangsimpedanz des Tran-

Eine veränderbare Spannung wird über eine 15 sistors TrI fällt, dann verringert sich auch der rückKlemme 12 und einen Widerstand/?, an die Basis gekoppelte Anteil des Ausgangssignals des Transitie-, Transistors Tr \ angelegt. Diese veränderbare stors Tr2. Besteht die Belastung Z₂ aus einem Reso-Spannung stellt eine Verstärkungsregelung für die nanzkreis, dann bef -Jet sieh das Rückkopplungscr >ae Stufe dar. da sie die Basisverspannung des signal nur bei Resonanzfrequenz nicht in Phase mit Transistors Tr 1 und damit seinen Emitterstrom 20 dem Signal an der Basis des Transistors Tr2. Bei iindert. F i g. 2 zeigt, wie dei Verstärkungsfaktor Frequenzen auf der einen oder anderen Seite der Reciner typischen Transistorverstärkerstufe, die bei- sonanzfrequenz wird deshalb die Antiphasenkompospielsweise den Transistor TrI einschließt, mit der.; nente des Rückkopplungssignals, das ist das negative Fmitterstrom sich verringert. Die veränderbare Rückknpplungssignal, kleiner als dasjenige bei Reso-Spannung kann von einer Amplitudensteuerung, bei- 25 nanzfrequenz sein, und die Verstärkung des Verspielsweise einem Potentiometer, oder von einer Ver- stärkers wird nicht in dem Maße reduziert wie bei stärkungsregelungsschaltung stammen. der Mittenfrequenz. Somit wird beim Anlegen der

Soll ein Verstärker als Zwischenverstärker eines Rückkopplung die Bandbreite des Verstärkers ver-

Farbfernsehempfängers dienen, dann kaiin das Fre- größen.

i|i:c!iz\erhalten seines Verstärkungsfaktors, wie in 3" Ein praktisches Beispiel eines Verstärkers, der Fig. 3 gezeigt, aussehen. Die Ordinatenachse der eine obenerwähnte Rückkopplungsvorrichtung vcr-F ig. 3 zeigt die relative Amplitude der Ausgangs- wendet, ist in Fig. 6 gezeigt. Da der Verstärker designate bei gegebenen Verstärkungsregelsignalbedin- F i g. 6 praktisch der Verstärker der Fig. 1 ist, jefungen an. nicht jedoch die absolute Amplitude doch seine Elemente ausführlicher zeigt, werden die «lieser Signale. Eine Linie 13 stellt die Kennlinie 35 gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 verwendet, «lar. die sich ergibt, wenn kein Verstärkungsrege- wo sie die gleichen Funktionen wahrnehmen. Die-Kingssignal angelegt wird, d. h., wenn der Verstärker jenigen Schaltungsteile, die in widerstandsgekoppelten leine maximale absolute Verstärkung besitzt. Bei Zweitransistorverstärkern üblich sind, werden nicht maximalem Vcrstärkungsrcgeiiingssigna' ergibt sich näher beschrieben. Die Kondensatoren C₁ bis C₄ tine Kurve 14. F i g. 3 zeigt, wie die Kennlinie sich 40 bilden einen Teil einer Neütralisierungsbriickc.
mit dem Vcrstärkungsregelungssignal ändert, wobei Eine Induktivität L₁ und ein Widerstand R₂ bilden große Unterschiede in der relativen Verstärkung an eine Belastung für den Transistor TrI entsprechend tlcn Seiten des gezeigten Frequenzbandes, inbeson- der Belastung Z₁ der Fig. 1. In ähnlicher Weise tiere bei 34,65 MHz, das ist die Frequenz des 405- stellen eine Induktivität L₂ und ein Widerstand R_:i /'.cüenfcrnschtiägersignals, und bei 39.5 MHz, das 45 eine Belastung entsprechend Z₂ dar. Eine Rückkoppist die Frequenz des 625-Zcilcnrcrnschtnigersignals, lung wird von der Belastung des Transistors TrT. zur liuftrctcn. Diese Änderung in den Kennlinien rührt Belastung Tr 1 mittels einer Rückkopplungsschaltung, hauptsächlich daher, daß sich die Ausgangsimpedanz bestehend aus einem Kondensator C₃ und einem «ler ersten Stufe mit dem Eimitterstrom ändert. Eine Widerstand /?,, hergestellt. Das Rückkopplungssignal typische Änderung der Ausgangsimpedanz mit dem 50 von der Induktivität L₂, die mit ihrer Cigenkapazität F.mitlcrstrom ergibt sich aus Fig. 4. Sclbstverständ- einen Parallelschwingkreis bildet, entsteht an dem lieh können derart große Änderungen in der relativen Kondensator C-, dem Widerstand R_v der Indukti-Verstärkung bei einem Zwischenverstärker für 625- vität L₁ und der Ausgangsimpedanz des Transistors lind 405-Zeilcnsignalc nicht geduldet werden. TrI. Die Basis-Emitter-Streckc des Transistors Tr2

F i g. 5 zeigt das Frequenzverhalten der Verstär- 55 ist üjer die Ausgangsimpedanz des Transistors TrI

kung des Verstärkers, wenn die Belastung des ersten geschaltet, so daß bei Änderung dieser Impedanz sich

Transistors mit einem Widerstand bedämpft ist, wo- der rückgekoppelte Anteil des Ausgangssignals ver-

bei die Kurven 15 und 16 die Kennlinie mit bzw. ändert. Bei einer Ausgangsimpedanz von ungefähr

ohne Anlegen eines Vcistärkungsregelungssignals 5 kü (vgl. Fig. 4) tritt praktisch keine Riickkoppdarstellen. Diese Kennlinien sind eine Verbesserung 60 lung auf.

gegenüber denjenigen der Fig. 3; doch ist die atizu- Um tin Frequenzverhalten des Verstärkungsfaktors

wendende Dämpfung hoch, da sie vergleichbar sein oder der Verstärkung zu erhalten, dessen Bandbreite

muß mit der Ausgangsimpedanz der ersten Stufe, sich praktisch nicht mit der Änderung in der Ver-

wenn die Verstärkung niedrig ist, d. h., wenn der Stärkung ändert, besitzt der die Induktivität L₂ ein-Emitterstrom hoch ist (vgl. Fig. 4). Somit ist die 63 schließende Resonanzkreis eine Güte, die zusammen

Stiifenvcrstärkung bei niedrigem Emitterstrom niedrig mit etwa folgenden Stufen dem Verstärker die ge-

im Vergleich zu der Verstärkung ohne Dämpfung. wünschte Kennlinie gibt, wenn der Transistor Tr 1

Diese Nachteile der in F i g. 1 in ausgezogenen mit minimaler Verstärkung arbeitet und die Rück-

kopplung vernachlässigbar ist. Die Induktivität L_n ist vorgesehen, um bei Mittenbandfrequenz ein maximales Verstärkerausgangssignal zu ergeben, und die erwähnte Güte ist derart bemessen, daß sie das Verhalten des Verstärkers bei fehlender Rückkopplung hauptsächlich bestimmt. Die Induktivität L₁. die mit ihrer Eigenkapazität ebenfalls einen Parallelschwingkreis bildet, ist vorgesehen, damit sich bei Bandmittenfrequenz und unterbrochenem Rückkopplungspfad ein maximales Verstärkerausgangssignal ergibt, wenn der Transistor TrI bei maximaler Verstärkung Hegt.

Der Widerstand R₁ wird empirisch ermittelt, damit

sich bei hohem Verstärkungsfaktor und geschlossenem Rückkopplungspfad die gewünschte Ausgangscharakteristik ergibt. Das Frequenzverhalten der Verstärkung bzw. des Verstärkungsfaktors eines Verstärkers, etwa desjenigen der Fig. 6, ist in Fig. 7 gezeigt, in der die Kurve 17 die Kennlinie bei fehlendem Verstärkungsregelungssignal und die Kurve IS die Kennlinie bei anliegendem Verstärkungsregelungssignal darstellen. Die Anwendung eines größeren negativen Rückkopplungssignals bei Bandmittenfre quenz bei fehlendem Verstärkungsregelungssignal gleicht die Kennlinie 17 praktisch der Kennlinie Ii an.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Abgestimmter Breitbandverstärker mit einer Transistorstufe in Emitterschaltung, einer weiteren, mit dem Ausgang der ersten Stufe gekoppelten Transistorstufe in Emitterschaltung und mit einer automatischen Verstärkungsregelung für den Emitterstrom der ersten Stufe, dadurch gekennzeichnet, daß die Belastung (Z₁, F i g. 1; L₁, C₃, R.,, F i g. 6) der ersten Stufe (Tr V) einen Schwingkreis enthält, mit einer Resonanzfrequenz, die annähernd in der Mitte des vom Verstärker übertragenen Frequenzbandes liegt, und daß die Belastung (Z₂, Fig. 1; C₄, L₂, R₃, Fig. 6) der zweiten Stufe (7>2) mittels einer negativen Riickkopplungsschaltung (Z₁, Fig. 1: R₄. C-. Fig. 6) mit der Basis des Transistors der zweiten Stufe (7>2) über zumindest einen Teil der Belastung (Z₁, Fig. 1; L₁, C₁, R.„ Fig. (S) der ersten Stufe (Tr 1) verbunden ist.

2. Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Werte der Elemente derart gewählt sind, daß die Bandbreite des Verstärkers praktisch bei der Änderung des Verstärkungsfaktors des Transistors (/) von einem bestimmten Wert bis zum Maximalwert konstant bleibt.

3. Vers'/irker nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß die Rückkopplungsschaltung derart ausgebildet ist. dab die Größe des negativen Rückkopplungssk.nals bei vergleichsweise hohen und tiefen Frequenzen kleiner ist als bei Zwischenfrequenzen, wobei der Verstärkungsfaktor des Verstärkers bei niedrigen und hohen Frequenzen niedrig im Vergleich zu demjenigen bei Zwischenfrequenzen ist.

4. Vcrstäiker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Belastung der weiteren Stufe (Tr2) ein Schwingkreis (L₂. /?.j) mit einer Güte (Q) und einer Resonanzfrequenz ist, die die Bandbreite und deren Mittenfrequenz des Verstärkers bei niedrigem Verstärkungsfaktor bestimmen.

5. Verstärker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Riickkopplungsschaltung einen Kondensator (C.) und einen in Reihe dazugeschaltcten Widerstand (R₁) besitzt.