DE1901433C3 - Mehrstufiger transistorierter Wechselspannungsverstärker mit gleichspannungsfreiem Ein- und Ausgang - Google Patents

Description

wenden, die zwar das geforderte Frequenzband über- quelle niederohmig ist. Dies wird durch Einfügung tragen, deren Ausgang aber nicht gleichspannungs- einer Siebschaltung mit Transistoren in die gemeinfrei ist. same Betriebsspannungszuführung der Verstärkerstu-

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen fen erreicht.

mehrstufigen transistorierten Wechselspannungsver- 5 An Hand von in der Zeichnung dargestellten Ausstärker zur Übertragung von Trägerfrequenz- und führungsbeispielen soll die Erfindung noch näher er-Fernsehsignalen, vorzugsweise für einen weiten Fre- läutert werden. Es zeigt

quenzbereich mit einer unteren Grenzfrequenz von F i g. 1 eine erfindungsgemäße Prinzipschaltung

wenigen Hertz und darunter und einer wesentlich hö- des Verstärkers,

tieren oberen Grenzfrequenz von beispielsweise io Fig.2 ein besonders vorteilhaftes Ausführungs-

10 MHz und mehr für nur eine Betriebsspannung mit beispiel des Verstärkers.

gleichspannungsfreiem Ein- und Ausgang zu entwik- Der Verstärker nach F i g. 1 enthält eine Eingangskeln, wobei die Betriebsspannung vorzugsweise die stufe I, eine Treiberslufe II und eine Gegentaktendgenormte Speisespannung von 24 V mit negativer stufe III. Die Eingangsstufe I des Verstärkers enthält Polarität gegen Masse ist. 15 den Anpaßwiderstand ft 1, den Eingangskoppelkon-Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch ge- densator C 1 und den Transistor Ts 1 mit dem KoI-löst, daß die Zeitkonstante aus der Kapazität des im lektorwiderstand ft 4, dem Emitterwiderstand ft 5 Eingang vorgesehenen Koppelkondensators und dem und dem Basisspannungsteiler mit den Widerständen Eingangswiderstand der Eingangsstufe des Verstär- R 2, R 3 und der Diode GrI. Die Treibersrufe II mit kers von der Zeitkonstante aus der Kapazität des im ao dem Transistor Ts 2, dem Basiswiderstand ft 6, dem Ausgang vorgesehenen Koppelkondensators und dem Emitterwiderstand ft 7 und dem Kollektorwiderstand Ausgangswiderstand der Endstufe des Verstärkers ft 8 ist über die mit einem Kondensator C 2 überwesentlich verschieden ist, vorzugsweise um den brückte Zenerdiode ZD 1 an den Kollektor des Tran-Faktor 20 und mehr. Durch diese Maßnahme wird sistors TsI angekoppelt. Die Endstufe III enthält die das Überschwingen am Ausgang bei Aufschalten »5 komplementären Transistoren Ts 3 und Ts 4 in Koleiner Gleichspannung auf den Eingang vernachläs- lektorbasisschaltung, die Emitterwiderstände Ä 9, sigbar klein. ft 10 und die mit dem Kondensator C 6 überbrückte

Bei einem Verstärker mit einer Emitterbasisschal- Zenerdiode ZD 2 zur Kopplung der beiden Endstu-

tung als Eingangsstufe und einer Kollektorbasisschal- fentransistoren.

tung als Ausgangsstufe ist es vorteilhaft, wenn die 30 Der Eingang E ist über den Kondensator C 1 an

Zeitkonstante des Eingangskreises größer ist als die die Basis des in Emitterschaltung betriebenen Transi-

Zeitkonstante des Ausgangskreises, da dann Konden- stors Ts 1 geführt. Der Widerstand ft I dient dabei

satoren mit kleineren Kapazitäten verwendet werden zur Anpassung des Innenwiderstandes des Verstär-

können. kers an den Innenwiderstand Ri der Signalquelle Q.

Vorteilhaft ist es hierbei, wenn für den Transistor 35 Der Arbeitspunkt des Transistors TiI ist mit der in

in der Eingangsstufe ein Emitterwiderstand vorgese- Durchlaßrichtung betriebenen Diode GrI stabilisiert,

hen ist, eine Gegenkopplung vom Ausgang des Ver- Der Kollektor des Transistors Ts 1 ist über die mit

stärkers über ein Gegenkopplungsglied an diesen Vorstrom über den Widerstand ft 6 im Zenerbereich

Emitterwiderstand geführt ist, und das Gegenkopp- betriebene Zenerdiode ZD 1 mit der Basis des Tran-

lungsglied aus einem Gegenkopplungswiderstand 40 sistors Ts 2 der Treiberstufe II gekoppelt. Die Zener-

(ft 1) und einem dazu parallelgeschalteten Se- diode ZD1 ist mit dem Kondensator C 2 als Kurz-

rien-ftC-Glied (ft 2, C 2) besteht, das so bemessen schluß für die an der Zenerdiode entstehende

ist, daß der durch die Koppelkondensatoren verur- Rauschspannung überbrückt. Der Transistor Ts 2 ist

sachte Dämpfungsanstieg bei niedrigen Frequenzen über einen Emitterwiderstand ft 7 gegengekoppelt,

wenigstens teilweise kompensiert ist. +5 Der Kollektor des Transistors Ts 2 ist direkt mit der

Zur Linearisierung der Verstärkung im Bereich Basis des Transistors Ts 3 und über die Zenerdiode der oberen Grenzfrequenz ist noch ein Kondensator ZD 2 mit der Basis des Transistors Ts 4 der Endstuveränderbaren Kapazitätswertes von wenigen pF zu- fe III gekoppelt und über den Kollektorarbeitswidersätzlich parallel zum Gegenkopplungswiderstand ft I stand ft 8 mit Masse verbunden. Die Zenerdiode vorgesehen. 5« ZD 2 ist wieder mit einem Kondensator C 6 über-

Da eine Verschiebung des Arbeitspunktes der Ein- brückt. An den Emittern der Transistoren Ts 3 und gangsstufe durch Temperaturschwankungen zu einem Ts 4 ist über die Kondensatoren C 7 und C 9 der Anstieg des Klirrgeräuschpegels führt, ist zur Einstel- Ausgang A angekoppelt. Der Widerstand R13 paßt lung des Arbeitspunktes des Eingangstransistors ein den Ausgangswiderstand des Verstärkers an den In-Basisspannungsteiler vorgesehen, der eine im Durch- 55 nenwiderstand RL des Verbrauchers an. Vom Verlaßrichtung vorgespannte Diode zur Kompensation bindungspunkt der beiden Emitterarbeitswiderstände des Temperaturganges der Basis-Emitter-Schwell- ft 9, ft 10 ist eine Gegenkopplung über das Gegenspannung enthält, kopplungsnetzwerk G mit dem Gegenkopplungs-

Um ein weitgehend aperiodisches Einschwingver- widerstand ft 11 und dem Serien-ftC-Glied Ä 12, C 3 halten zu erreichen, sind in Übertragungsrichtung 60 an den Emitter des Eingangstransistors Ts 1 geführt, aufeinanderfolgende Stufen des Verstärkers entweder Im Emitterkreis der Eingangsstufe I fällt die Gegendirekt oder über Zenerdioden galvanisch gekoppelt. kopplungsspannung - am reelen Emitterwiderstand Günstig ist es hierbei, wenn die an den Zenderdioden ft 5 ab, der vom Eingangskoppelkondemator C1 entstehende Rauschspannung durch parallel zu den entkoppelt ist. Das Serien-ftC-Glied R 12-C3 im Ge-Zenerdioden geschaltete Kondensatoren kurzge- 65 genkopplungszweig linearisiert den Frequenzverlauf schlossen ist. der Verstärkung bei niedrigen Frequenzen. Die Zeit-

Bei Verstärkern mit niedriger unterer Grenzfre- konstante des Eingangskreises mit dem Eingangskop-

quenz ist es erforderlich, daß die Betriebsspannungs- pelkondensator C1 und dem Eingangswiderstand der

Eingangsstufe 1 ist sehr viel größer als die Zeitkonstante des Ausgangskreises mit den Ausgangskoppelkondensatoren Cl und C9 und dem Ausgangswiderstand der Endstufe III, damit das Überschwingen am Ausgang A bei Aufschalten einer Gleichspannung auf den Eingang./: vernachlässigbar klein ist.

F i g. 2 zeigt ein besonders Vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung. In dieser Schaltung ist zur Erhöhung der Verstärkung eine Verstärkerstufe IV zwischen der Treiberstufell und der Endstufe III eingefügt. Die Verstärkerstufe IV mit dem Transistor Ts 5 ist in Basisschaltung ausgebildet, der Arbeilspunkt dieser Stufe ist durch eine mit Vorstrom über den Widerstand R 14 betriebene Zenerdiode ZD 3 festgelegt. Die Kollektor-Emittcr-Strecke des Transistors Ts5 kann mit einer Brücke B überbrückt sein, wenn die Verstärkung des sonst vierstufigen Verstärkers im Einzelfall zu hoch ist. Gegenüber dem Verstärker nach F i g. 1 ist das Gegenkoppiungsnctzwcrk R 11, R 12, C3 noch mit einem Kondensator C 4 mit einer kleinen veränderlichen Kapazität von einigen pF überbrückt, der zur Verbesserung des Frequenzganges im Bereich der oberen Grenzfrequenz dient. Das Potentiometer P 1 im Basisspannungsteilcr (Pl, R 2, R 3, Gr 1) der Eingangsstufe I dient zur Einstellung des Arbeitspunktes dieser Stufe auf geringstes Rauschen. Zur Verringerung der von den Zencrdiodcn erzeugten Rauschspannung sind die zur Kopplung der Stufen verwendeten Zenerdioden ZD1 und ZD 2 wieder mit den Parallelkondensatören C 2 und C 6 überbrückt Zusätzlich zum Hauptausgang A und von diesem entkoppelt ist über die Kondensatoren C 8 und ClO ein Meßausgang B und über den Kondensator C11 ein Auswerteausgang C an die Endstufe HI angeschlossen. Die Widerstände R 18 und R 19 im Meßausgang ß und R 20 und R 21 im Auswerteausgange dienen zur Pegeleinstellung und zur Anpassung. Um die Belastung

ίο des Verstärkers durch den Auswerteausgang Γ gering zu halten, ist noch ein Übertrager T 1 eingefügt. Zur Siebung der genormten Betriebsspannung von - 24 V gegen Masjc, die von Störungen anderei Verbraucher überlagert sein kann, ist zusätzlich eine Siebschaltung S mit den Transistoren Ts 6 und TsI in die gemeinsame Betricbsspannungszufiilirung dei Verstärkerstufen eingeschaltet, die als nicderolimigc Spannungsquelle für den Verstärker dient.

Die Siebschaltung 5 enthält einen Transistor Ts ( als Scrienregelglied, dessen Basis an den Kollektoi des Transistors Ts6 angekoppelt ist. Die Basis de; Transistors Ts 6 erhält über einen Spannungsteilei R16, R17 eine Vorspannung, die durch da: /?C-Glied (W 16, C 12) gesiebt wird. Die Vorspan

»5 nung wird mit der Emitterspannung, die am Mittel punkt des Teilers Gr 2. R 15 entsteht, verglichen. Ir diesem Teiler wird eine Diode Gr 2 verwendet, un die Temperaturabhängigkeit des Arbeitspunktes de Transistors Ts 7 zu kompensieren.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

ι 2 7. Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gePatentansprüche: kennzeichnet, daß in die gemeinsame Betriebsspannungszuführung der Verstärkerstufen eine

1. Mehrstufiger transistorierter Wechselspan- Siebschaltung (S) eingefügt ist, die für die Speinungsverstärker, insbesondere zur übertragung 5 sung des Verstärkers eine Spannungsquellc mit eines Basisbandsignals, wie ein Trägerfrequenz- sehr niedrigem Innenwiderstand bildet,
oder ein Fernsehsignal, vorzugsweise für einen
weiten Frequenzbereich mit einer unteren Grenzfrequenz von wenigen Hertz und einer im Bereich

von mehreren MHz, insbesondere über 10 MHz io
gelegenen oberen Grenzfrequenz, bei dem alle

Stufen galvanisch, insbesondere über Zenerdio- Die Erfindung bezieht sich auf einen mehrstufigen den gekoppelt sind und eine sowohl für Gleich- transistorierten Wechselspannunsgverstärker, insbestrom als auch für Wechselstrom wirksame Ge- sondere zur Übertragung eines Basisbandsignals, wie genkopplung vom Ausgang zum Eingang des 15 ein Trägerfrequenz- oder ein Fernsehsignal, vorzugs-Verslärkers geführt ist und bei dem sowohl im weise für einen weiten Frequenzbereich mit einer unEingang als auch im Ausgang des Verstärkers teren Grenzfrequenz von wenigen Hertz und einer im Koppelkondensatoren zur galvanischen AbIren- Bereich von mehreren MHz, insbesondere über nung von Signalquelle und Verbraucher vorgese- 10 MHz gelegenen oberen Grenzfrequenz, bei dem hen sind, dadurch gekennzeichnet, 20 alle Stufen galvanisch, insbesondere über Zenderdiodaß die Zeitkonstante aus der Kapazität des im den gekoppelt sind und eine sowohl für Gleichstrom Eingang vorgesehenen Koppelkondensators (C 1) als auch für Wechselstrom wirksame Gegenkopplung und dem Eingangswiderstand der Eingangsstufe vom Ausgang zum Eingang des Verstärkers geführt (I) des Verstärkers von der Zeitkonstante aus der ist und bei dem sowohl im Eingang als auch im Aus-Kapazität des im Ausgang vorgesehenen Koppel- 35 gang de*. Verstärkers Koppelkondensatoren zur galkondensators (C 7, C 9) und dem Ausgangswider- vanischen Abtrennung von Signalquelle und Verstand der Endstufe (HI) des Verstärkers wesent- braucher vorgesehen sind. Ein derartiger Wechsellich verschieden ist, vorzugsweise um den Fak- spannungsverstärker ist beispielsweise durch die tor 20 und mehr. USA.-Patentschrift 3 373 368 und die Zeitschrift

2. Verstärker nach Anspruch 1 mit einer 30 »Elektronik«, 1965, Heft 8, S. 287, Bild 1, bekannt. Emitterschaltung als Eingangsstufc und einer An Verstärker zur Übertragung von Basisfre-Kollektorschaltung als Ausgangsstufe, dadurch quenzbandsignalen werden zwei Forderungen gegekennzeichnet, daß die Zeitkonstante des Ein- stellt, die sich nicht ohne weiteres gleichzeitig erfülgangskreises (I) größer ist als die Zeitkonstante len lassen. Diese Forderungen sind Gleichspannungsdes Ausgangskreises (III). 35 freiheit von Ein- und Ausgang und Übertragung

3. Verstärker nach Anspruch 1, dadurch ge- eines weiten Frequenzbandes mit einer unteren kennzeichnet, daß ein Emitterwiderstand (R 5) Grenzfrequenz von wenigen Hertz und darunter und für den Transistor (TiI) der Eingangsstufe (I)' einer wesentlich höheren oberen Grenzfrequenz, beivorges.ehen ist und die Gegenkopplung vom Ver- spieisweise von 10 MHz und mehr. Ein gleichspanstärkerausgang über ein Gegenkopplungsglied 40 nungsfreier Ausgang ist wünschenswert, weil sonst (G) an diesen Emitterwiderstand (RS) geführt br'oi Umschalten, z.B. auf andere hinsichtlich einer ist und daß das Gegenkopplungsglied (G), das Gleichspannung empfindliche Geräte, Störungen hervorzugsweise aus einem Widerstand (R 11) und vorgerufen werden. Beispielsweise treten dadurch bei einem dazu parallelgeschalteten Serien-/?C-Glied Trägerfrequenzsystemen Knackstörungen und bei (R 12, C 3) besteht, so bemessen ist, daß der 45 Fernsehübertragungssystemen störende Bildhelligdurch die Köppelkondensatoren verursachte keitsschwankungen auf. Ein glcichspannungsfreier Dämpfungsanstieg bei niedrigen Frequenzen we- Ein- und Ausgang läßt sich ζ. Β. durch Abtrennung nigstens teilweise ausgeglichen ist. des Verstärkers von der Quelle bzw. vom Verbrau-

4. Verstärker nach Anspruch 1, dadurch ge- eher durch Koppelkondensatoren erreichen. Dies hat kennzeichnet, daß das Gegenkopplungsglied (G) 50 aber den Nachteil, daß bei dem bei solchen Verstärmit einem Kondensator (C 4) veränderlichen Ka- kern üblichen Widerstandswerten im Eingang und pazitätswertes überbrückt ist, der so bemessen ist, Ausgang von beispielsweise 100 Ohm ohne weitere daß der Frequenzgang der Verstärkung im Be- Maßnahmen nur eine untere Grenzfrequenz von etwa reich der oberen Grenzfrequenz linear ist. 50 kHz erreichbar ist. Die Kapazitätswerte der Kop-

5. Verstärker nach Anspruch 1, dadurch ge- 55 pelkondensatoren müßten sonst erheblich vergrößert kennzeichnet, daß zur Einstellung des Arbeits- werden. Hohe Kapazitätswerte von Koppelkondensapunktes des Transistors (Ts 1) der Eingangsstufe toren sind unerwünscht, weil beim Aufschalten einer (I) ein Basisspannungsteiler (R 2, R 3) vorgese- Gleichspannung auf den Eingang Überschwingvorhen ist, der eine in Durchlaßrichtung vorge- gänge auftreten, abgesehen davon, daß derartige spannte Diode (GrI) zur Kompensation von 60 Kondensatoren auch räumlich sehr groß und un-Temperaturschwankungen enthält. handlich sind. Verstärker mit einer unteren Grenzfre-

6. Verstärker nach Anspruch 1, dadurch ge- quenz von 50 kHz sind aber nur für Trägerfrequenzkennzeichnet, daß zur Kopplung von in Ubertra- signalübertragung, nicht aber für die Übertragung gungsrichtung aufeinanderfolgenden Stufen des von Fernsehsignalen und von Dienstgesprächen ohne Verstärkers Zenerdioden (ZDl, ZD 2) vorgese- 65 vorherige Umsetzung auf einen TF-Kanal brauchbar, hen sind, die mit die Rauschspannung der Zener- Man ist deshalb gezwungen, für die Übertagung von dioden kurzschließenden Kondensatoren (C 2, FernsehsignalenundDienstgesprächenVerstärker.z.B. C 6) überbrückt r.ind. nach der deutschen Auslegeschrift 1 244 868, zu ver-