DE1812292C3

DE1812292C3 - Schaltungsanordnung zur Verstärkungsregelung

Info

Publication number: DE1812292C3
Application number: DE1812292A
Authority: DE
Inventors: George William Indianapolis Ind. Carter (V.St.A.)
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1967-12-11
Filing date: 1968-12-03
Publication date: 1978-10-12
Also published as: ES361235A1; BE725228A; GB1242858A; FR1594342A; MY7400213A; NL6817685A; NL160128B; US3480873A; SE356649B; DE1812292A1; DE1812292B2; AT289198B; JPS4841382B1; BR6804781D0; NL160128C

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Verstärkungsregelung mit einem Mehr-Gate-Feldeffekttransistor, dessen erster Gate-Elektrode die zu verstärkende Eingangs-Signalspannung und dessen zweiter Gate-Elektrode eine Verstärkungsregelspannung zugeführt ist und mit einem Gleichstrom-Gegenkopplungswiderstand im Source-Kreis.

Mehr-Gate-Feldeffekttransistoren sind für viele Anwendungen interessant, da sie erstens eine hohe Eingangsimpedanz haben, zweitens eine hohe Kreuzmodulationsfestigkeit, drittens eine niedrige Rauschzahl, viertens einfach gleichstromgekoppelt werden können und fünftens zur Verwendung mit oder in integrierten Schaltungen geeignet sind.

Aus der GB-PS 10 74 287 ist ein bipolarer Doppelbasis-Transistor bekannt, der in einer AVR-Schaltung verwendet werden kann, wobei an die zweite Basiselektrode ein Widerstandsspannungsteiler angeschlossen wird. Während das zu verstärkende Signal kapazitiv auf beide Basiselektroden gekoppelt wird, liegt die Regelspannung nur an der einen Basiselektrode.

Aus »Proceedings of the National Electronics Conference«, 1966, Seiten 88 bis 93, ist auch bereits eine Vorspannungsschaltung für einen Doppel-Gate-Feldeffekttransistor vom MOS-Typ bekannt, bei der die Eingangs-Gate-Elektrode über einen Widerstandsspannungsteiler, an dessen Abgriff die zweite Gate-Elektrode angeschlossen ist, mit der Drain-Elektrode gekoppelt ist. Eine automatische Verstärkungsregelung bei einer solchen Schaltung ist nicht vorgesehen.

Da der bei einer bestimmten Gate-Vorspannung fließende Drain-Strom von Feldeffekt-Transistor zu

Feldeffekt-Transistor erheblich schwanken kann, ist es wünschenswert, mit der Source-Elektrode einen Glejchstrom-Gegenkopplungswiderstand in Reihe zu schalten und dadurch die durch die Exemplarstreuung verursachten Drain-Stromschwankungen zu verringern. Die Einschaltung dieses Widerstandes in den Gate-Elektrodenkreis hat jedoch zur Folge, daß sich die Spannung zwischen den Gate-Elektroden und der Source-Elektrode mit dem den Transistor durchfließenden Strom ändert.

Der Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zur Verstärkungsregelung der eingangs genannten Art anzugeben, bei der die Spannung zwischen der ersten Gate-Elektrode und der Source-Elektrode relativ unabhängig von dem den Feldeffekt-Transistor durchfließenden Strom ist

Diese Aufgabe wird durch eine Spannungsteilerschaltung gelöst, mit welcher ein Teilbetrag der Regelspannung der ersten Gate-Elektrode zugeführt ist

Die Erfindung hat den Vorteil, daß bei Änderungen der Regelspannung der Arbeitspunkt des Feldeffekttransistors weitgehend konstant bleibt

In Weiterbildung der Erfindung ist der eine Anschluß der Spannungsteilerschaltung an den vom Feldeffekttransistor abgewandten Pol des Gleichstrom-Gegenkopplungswiderstands geschaltet Dadurch wird erreicht, daß jede Änderung der Regelspannung zu einer genau entsprechendere Änderung der Spannung an der ersten Gate-Elektrode führt.

Ferner kann der eine Anschluß der Spannungsteilerschaltung an eine Bezugsspannungsquelle geschaltet sein. Diese Weiterbildung der Erfindung ist dann von Vorteil, wenn eine Verstärkungsregelspannung nur einer Polarität verwendet werden soll.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert; es zeigt

F i g. 1 ein Schaltbild einer geregelten Verstärkerschaltung und

F i g. 2 ein Schaltbild eines gegenüber F i g. 1 etwas abgewandelten Ausführungsbeispiels der Erfindung, bei dem eine Regelspannung verwendet werden kann, die stets positiv bleibt.

Die in F i g. I als Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellte geregelte Verstärkerschaltung enthält einen als Tetrode arbeitenden MOS-Feldeffekt-Transistor 10 mit einer Drain-Elektrode 12, einer Source-Elektrode 14, einer ersten Gate-Elektrode 16 und einer zweiten Gate-Elektrode 18. Die Transistor-Tetrode arbeitet als geregelter Hochfrequenzverstärker. Die Eingangssignale für den Verstärker werden einer Eingangsklemme 20 zugeführt und gelangen über einen gleichstromsperrenden Kondensator 22 zur ersten Ga'e-Elektrode 16. Einer Regelspannungs-Eingangsklemme 24 wird eine Spannung zur automatischen Verstärkungsregelung zugeführt, die über eine einen Entkopplungswiderstand 27 enthaltende Gleichstromverbindung der zweiten Gate-Elektrode 18 zugeführt wird. Hochfrequenzsignale, die an der Regelspannungsklemme 24 erscheinen, werden durch einen Ableitkondensator 28 nach Masse kurzgeschlossen.

Die Zuführung der Regelspannung an die zweite Gate-Elektrode 18 im Gegensatz zur ersten Gate-Elektrode 16 hat den Vorteil, daß sich eine bessere Regelcharakteristik und eine höhere Kreuzmodulationsfestigkeit ergeben. Bei den derzeit verfügbaren Isolierschicht-Feldeffekt-Transistoren hält die erste Gate-Elektrode außerdem nicht die Regelspannungen aus, die für den erforderlichen Regelbereich benötigt

werden. Die zweite Gate-Elektrode ist jedoch auf einer dickeren Oxidschicht angeordnet und kann daher mit den Regelspannungen im erforderlichen Aqssteuerungsbereich beaufschlagt werden.

Zwischen die zweite Gate-Elektrode 18 und eine ■-, Klemme 34, die mit einem Bezugspotential, z, B. Masse 26, verbunden ist, sind zwei in Reihe liegende Widerstände 30 und 32 geschaltet. Der Verbindungspunkt der beiden in Reihe liegenden Widerstände 30 und 32 ist mit der ersten Gate-Elektrode 16 verbunden, so daß dieser ein Teil der der Klemme 24 zugeführten Regelspannung zugeführt wird. Jede Spannungsänderung an der Regelspannungsklemme 24 bezüglich Masse hat daher eine Änderung der Spannung am Verbindungspunkt der Widerstände 30 und 32 bezüglich ι ■-, Masse und damit an der ersten Gate-Elektrode 16 zur Folge. Die beiden Gate-Elektroden 18 und 16 sind durch jeweils einen Kondensator 31 bzw. 33 mit Masse verbunden. Der Kondensator 31 leitet Hochfrequenzsignale von der zweiten Gate-Elektrode 18 nach Masse >₍| 26 ab. Der Kondensator 33 dient zusammen mit anderen Kapazitäten zur Abstimmung eines nicht dargestellten, mit der Eingangsklemme 20 verbundenen Eiagangsresonanzkreises.

Da die Drain-Ströme von Feldeffekt-Transistor zu >, Feldeffekt-Transistor oft erheblich verschieden sind, sieht man gewöhnlich eine Gleichstrom-Gegenkopplung zur Verringerung der Drain-Stromschwankungen infolge der Exemplarstreuung vor. Zu diesem Zwecke ist bei der vorliegenden Schaltung ein Widerstand 36, _!(l der für Signalfrequenzen durch einen Kondensator 38 überbrückt ist, zwischen die Source-Elektrode 14 und die geerdete Klemme 34 geschaltet. Die Einschaltung des Widerstandes 36 hat jedoch zur Folge, daß sich die Spannung an der Source-Elektrode mit dem Drain- ₍-, Strom ändert. Der sich aus dem Widerstandswert Ry, des Widerstandes 36 und dem Drain-Strom Id ergebende Spannungsabfall IdRx schwankt also, wenn sich der Drain-Strom Io in Abhängigkeit von Schwankungen der Regelspannung ändert .,ι.

Wenn der in Reihe geschaltete Widerstand 30 fehlen würde, würde eine durch eine Änderung der an der Klemme 24 liegenden Regelspannung verursachten Schwankung des Drain-Stromes eine Änderung der Spannung zwischen der ersten Gate-Elektrode 16 und 4.-, der Source-Elektrode 14 verursachen. Diese Änderung würde danti den Arbeitspunkt des Transistors verschieben, wenn sie nicht kompensiert wird.

Dem Transistor wird eine positive Betriebsspannung von einer nicht dargestellten Spannungsquelle züge- -,„ führt, die an eine Klemme 40 angeschlossen ist. Die Klemme 40 ist über einen Schwingkreis 42 mit der Drain-Elektrode 12 verbunden. Mit dem Schwingkreis 42 ist eine Spule 46 gekoppelt die mit Ausgangsklemmen 44,44' verbunden ist, an weichen die Ausgangssig- .--nale zur Verfügung stehen,

Unter den Bedingungen mit maximaler Verstärkung liegt an der Klemme 24 eine positive Regelspannuiig. Wenn die Spannung an der Klemme 24 abnimmt, also weniger positiv wird, sinkt der Drain-Strom h ebenfalls, und damit wird auch die Spannung (IdRk) an der Source-Elektrode 14 kleiner (weniger positiv). Diese Änderung der Spannung an der Source-Elektrode würde die Spannungsdifferenz zwischen der ersten Gate-Elektrode und der Source-Elektrode erhöhen. Da jedoch ein Teil der in negativer Richtung verlaufenden Änderung der Regelspannung zur ersten Gate-Elektrode 16 gelangt, wird die Spannungsänderung zwischen der ersten Gate-Elektrode und der Source-Elektrode erheblich verringert. Die beschriebene Vorspannungsschaltung hält also die Spannung zwischen der ersten Gate-Elektrode 16 und der Source-Elektrode auch bei Änderungen der Regelspannung konstant, so daß der Arbeitspunkt des Transistors bezüglich der ersten Gate-Elek»rode auch bei Änderungen der Regelspannung an der zweiten Gate-Elektrodf konstant bleibt

Die in F i g. 2 dargestellte Schaltung »anordnung ist ähnlich aufgebaut wie die Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1. Die Schaltung gemäß Fig.2 unterscheidet sich von der nach F i g. 1 in erster Linie durch zwei zusätzliche Widerstände 48 und 50, durch die die Verwendung einer Regelspannung ermöglicht wird, die stets positiv (oder stets negativ) bleibt, was oft wünschenswert ist.

Die Widerstände 48 und 50 sind in Reihe zwischen die Betriebsspannung an der Klemme 40 und Masse 26 geschaltet. Der Verbindungspunkt der Widerstände ist mit der Klemme 34 verbunden und liefert an diese Klemme eine positive Bezugsspannung. Die ganze Schaltungsanordnung wird auf diese Weise auf einem gewünschten Spannungspegel gehalten, der oberhalb des Massepotentials liegt und die Verwendung einer Regelspannung erlaubt, die im vorliegenden Falle stets positiv ist

Bei einer praktisch realisierten Ausführungsform der Schaltung nach Fig. 1 hatten die die Spannungsteilerschaltung bildenden Widerstände 30 und 32 einen Wert von 820 kOhm bzw. 270 kOhm. Bei einer Ausführungsform der F i g. 2 wurden ähnliche Werte verwendet, nämlich 820 kOhm bzw. 330 kOhm (bei einem Wert von 100 Ohm für den Widerstand 50). In beiden Fällen wurde also der ersten Gate-Elektrode 16 ungefähr ¹A der Spannung der zweiten Gate-Elektrode 18 zugeführt; mit einer solchen Bemessung kann der Spannungsabfall am Gleichstrom-Gegenkopplungswiderstand 36 (bei den genannten Beispielen 270 0hm in Fig. 1 bzw. 180 Ohm in Fig.2) gut kompensiert, d.h. eine weitgehend konstante Spannung zwischen der ersten Gate-Elektrode und der Source-Elektrode des Feldeffekttransistors aufrechterhalten werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

1. Schaltungsanordnung zur Verstärkungsregelung mit einem Mehr-Gate-Feldeffekttransistor, dessen erster Gate-Elektrode die zu verstärkende Eingangssignalspannung und dessen zweiter Gate-Elektrode eine Verstärkungsregelspannung zugeführt ist und mit einem Gleichstrom-Gegenkopplungswiderstand im Source-Kreis, gekennzeichnet durch eine Spannungsteilerschaltung (30, 32), mit welcher ein Teilbetrag der Regelspannung der ersten Gate-Elektrode (Gl bzw. S6) zugeführt ist

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein ohmscher Widerstand (30) der Spannungsteilerschaltung die beiden Gate-Elektroden (16,18) verbindet

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Anschluß der Spannungsteikrschaltung (30, 32) an den vom Feldeffekttransistor (10) abgewandten Pol des Gleichstrom-Gegenkopplungswiderstandes (36) geschaltet ist

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet daß der eine Anschluß der Spannungsteilerschaltung (30,32) ferner an eine Bezugsspannungsquelle (48,50) geschaltet ist

5. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß die Spannungsteilerschaltung (30, 32) durch ohmsche Widerstände gebildet ist.