DE1927496C3 - Selektiver Transistorverstärker für amplitudenmodulierte Schwingungen - Google Patents

Description

Mehrstufige Hochfrequenzverstärker mit Gegenkopplung sind bereits bekannt. So befaßt sich z. B. die Veröffentlichung »Applications of Negative Feedback« in der Zeitschrift »Proceedings of the IRE«, Vol. 27, Nr. 10, Okt. 1939 eingehend mit dem Problem der Stabilisierung von Hochfrequenz- und Zwischenfrequenzverstärkern gegenüber Toleranzen der Elektrodenspannungen und Parameter von Verstärkerröhren. Zur Verminderung dieser Einflüsse wird eine frequenzunabhängige Gegenkopplung vom Ausgang zum Eingang vorgeschlagen, bei der eine feste Gegenkopplungsspannung von einem in Reihe mit dem Ausgangsschwingungskreis geschalteten Widerstand abgenommen wird,

Es sind auch selektive mehrstufige HF-Verstärkerumschaltungen bekannt, bei denen eine frequenzabhängige Gegenkopplung vom Ausgang zum Eingang angftwendet wird, um den Verlauf der Durchlaßkurve hinsichtlich der Bandbreite und Selektivität in gewünschter Weise zu beeinflussen. Schaltungen dieser Art sind z. B. mit Röhren ausgeführt und als sogenannte MHG-(Mehrwege-Hochfrequenz-Gegenkopplung)-Schaltungen bekanntgeworden.
Demgegenüber befaßt sich die Erfindung mit der

is Aufgabe, die auf sehr hohe Verstärkung von z. B. mehr als 60 db ausgelegten, für den Einsatz als ZF-Begrenzungsverstärker in FM-Empfängern bestimmten monolithisch integrierten HF-Verstärker auch als ZF-Verstärker in AM-Empfängern mit optimalen Rausch- und

Regeleigenschaften einsetzen zu können.

Derartige monolithisch integrierte Verstärkerschaltungen sind in größerer Anzahl entwickelt worden (z. B. TAA 350, TAA 380, TAA 450). Sie enthalten im allgemeinen eine Vielzahl von aktiven Halbleiter-Bauelementen — Transistoren und Dioden. Da bei diesen Schaltungen der Arbeuspunkt für den Anwendungsfall als linearer Verstärker stabil sein muß, wird üblicherweise eine gleichstromgekoppelte Schaltung, vorzugsweise mit starker Gleichstrom-Gegenkopplung und gegebenenfalls mit Verwendung von Stabilisierungsdioden zugrunde gelegt

Neben dem Vorteil, daß auf diese Weise Verstärkung und Aussteuerbereich gegenüber dem Einfluß von Betriebsspannungs- und Temperaturschwankungen weitgehend stabilisiert werden, tritt aber der Nachteil auf, daß die Verstärkung einzelner Stufen der integrierten Schaltung nicht in gewohnter Weise durch eine Arbeitspunktregelung geändert wurden kann, da in einem solchen Fall die Gesamtstabilität sowie insbesondere der Aussteuerbereich der Ausgangsstufe entscheidend gestört bzw. eingeschränkt würde.

Derartige monolithisch integrierte Verstärker eignen sich daher vorzugsweise für FM-ZF-Verstärker mit Begrenzereigenschaften, bei denen keine Verstärkungsregelung verlangt wird.

Es ist zwar grundsätzlich möglich, so ausgelegte integrierte Verstärker auch als AM-ZF-Verstärker einzusetzen, wenn auf eine Verstärkungsregelung im ZF-Teil verzichtet werden kann.

so Bei AM-Rundfimkempfängefn ist das aber nur unter sehr speziellen Bedingungen möglich, weil die zu verarbeitenden Eingangisignalspannungen, die von der Antenne geliefert werden, im Verhältnis 1 :100 000 und mehr schwanken können, und zwar von Sender zu Sender sowie auch durch Fading. Abgesehen von sehr unempfindlichen, nur für Ortsempfang bestimmten Geräten ist daher eine automatische Verstärkungsregelung im HF· oder ZF-Verstärker praktisch unerläßlich.
Verzichtet man auf die automatisch« Regelung im

(O ZF-Verstärker, so muß eine entsprechend wirksame Regelung in der HF- oder Mischstufe zur Anwendung kommen, um eine Übersteuerungsgefahr und damit Verzerrungen im ungeregelten ZF-Verslärker auszuschließen. Durch geeignete Dimensionierung der Mischstufe und z. B. mit Anwendung eines Regelspannungsverstärkers kann dieses Problem prinzipiell beherrscht werden.
Nicht ohne weiteres vermeidbare Schwierigkeiten

ergeben sich aber dann, wenn die von der zu verwendenden integrierten Schaltung her gegebene ZF-Verstärkung sehr hoch ist Sobald die vorausgehende Misch- bzw, HF-Stufe in ihrem Yerstlrkungsgrad unter den Wert 1 geregelt wird, wird das Rauschen des ZF-Verstäxkers vorherrschend und begrenzt den erzielbaren Signal-Rauschabstand im Bereich bestimmter Empfangsspannungen. Bei einer ungeregelten ZF-Verstärkung von mehr als 60 db tritt dieser Nachteil bereits bei Eingangsspannungen um 100 μν bis 1 mV auf, d. h. in einem Bereich, in dem der Signal-Rauschabstand noch gering und somit absolut verbesserungsbedürftig ist Bei guten Empfängern verlangt man in diesem Eingangsspannungsbereich optimale Verhältnisse, dlL, es darf nur das unvermeidbare Rauschen der ΐί diesbezüglich optimal dimensionierten Eingangsstufe und des Eingangsschwingungskreises für die gesamte Rauschspannung am Ausgang des Verstärkers bestimmend sein.

Mit Rücksicht auf die zuvor erläuterte Problematik werden daher bekannte, für die AM-ZF-Verstärkung bestimmte monolithisch integrierte Verstärke: mit entsprechend geringer Verstärkung ausgeführt (z.B. TAA 991).

Die Erfindung betrifft einen selektiven Hochfrequenzverstärker für amplitudenmodulierte Schwingungen unter Verwendung einer für FM-Empfänger konzipierten monolithisch integrierten Schaltung (3) mit hohem Verstärkungsgrad und Begrenzereigenschaften und mit Anwendung einer äußeren Hochfrequenzgegenkopplung und liegt darin, daß die Gegenkopplungsspannung von einem kleinen, zwischen das erdseitige Ende des Ausgangsschwingungskreises und Masse eingeschalteten Widerstand (6) in an sich bekannter Weise abgenommen wird und daß diese Spannung über einen regelbaren Spannungsteiler (10, 11) auf den Eingang der integrierten Verstärkerschaltung (3) zurückgeführt ist

Abb. 1 zeigt das Prinzip der Erfindung. Das ZF-Eingangssignal gelangt über das Bandfilter (1) zur 1. Steuerelektrode (2) des monolithisch integrierten Verstärkers (3). Die verstärkte ZF-Spannung wird von der Ausgangsklemme (4) über das Bandfilter (5) weitergeleitet In Reihe mit dem primären Ausgangs* schwingungskreis des Bandfilters (5) liegt der ohmsche Widerstand (6), von welchem die frequenzunabhängige ZF-Gegenkopplungsspannung über den regelbaren Spannungsteiler (10,11) und den Kondensator (7) zur 2. Eingangsklemme (8) des integrierten Verstärkers zurückgeführt wird. (9) ist die Betriebsspannungsquelle, so

Durch die erfindungsgemäße Schaltung werden die infolge der hohen Verstärkung in der Ausgangsspannung enthaltenen, im Bereich des ZF*Bandes liegenden Rauschkomponentefl unabhängig vom Einfluß des selektiven, frequenzabhängigen Ausgangsschwingungskreises je nach Einstellung des regelbaren Spannungsteilers (10, 11) in gleicher Weise reduziert wie die Verstärkung. Ferner wird es möglich, eine ZF-Verstärkungsregelung anzuwenden und eine entsprechend höhere Anfangsverstärkung in der vorausgehenden Misch- bzw. HF-Verstärkerstufe anzusetzen, so daß allein die Rauschverhältnisse der Eingangsstufe bis zu genügend hohen Gingangsspannungen die Gesamtrauschzahl des Empfängers bestimmen. Der hochverstärkende ZF-Verstärker hat damit auf die Rauscheigenschaften des Empfängers praktisch keinen nachteiligen Einfluß mehr.

Die erfindungsgemäße Anordnung zeichnet sich durch einen sehr geringen Aufwand an Schaltmitteln aus.

Eine wichtige Erfindungsweiterbildung betrifft die Anwendung einer automatischen Verstärkungsregelung und liegt darin, daß in den regelbaren Spannungsteiler ein zusätzlicher Transistor (13) eingeschaltet ist, der von der automatischen Verstärkungsregelung beeinflußt wird.

A b b. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel.

Die Gegenkopplungsspannung gelangt vom Widerstand (6) über den Kondensator (12) an die Basis eines als Emitterfolger geschalteten Transistors (13) und von dessen Arbeitswiderstand (14) über den Spannungsteiler (10,11) und den Kondensator (7) zur Z Eingangsklemme (8) des integrierten Verstärkers (3). Dem Transistor (13) wird über den Widerstand (15) von der Regelspannungsquelle (16, 17, 18) über das Siebglied (19, 20) eine Regelspannung zugeführt, weiche dem im ungeregelten Zustand gesperrten Transistor (13) »it steigendem Signal aufregelt und so durch Erhöhung der ZF-Gegenkopplung die ZF-Verstärkung herabsetzt

Eine andere Erfindungsweiterbildung betrifft die Ausführung eines selektiven ZF-Verstärkers, welcher zur Verstärkung sowohl einer niedngen, für AM-Empfänger üblichen ZF von z. B. 460 kHz als auch einer hohen, für FM-Empfänger gebräuchlichen ZF von z. B. 10,7 MHz vorgesehen ist und bei dem der integrierte Verstärker eingangsseitig eine Differenzvirstärkerstufe enthält, und liegt darin, daß der in der erdseitigen Verbindung der einen auf den Ausgangswechselstrom gegenphasig wirkenden Eingangsldemme (8) des integrierten Verstärkers liegende Querwiderstand (11) des Gegenkopplungsspannungsteilers einen sehr niedrigen Wert von z. B. 10 Ω hat und daß das erdseitige Ende des Eingangsschwingungskreises für die (höbe) FM-ZF nicht an Masse, sondern am Hochpunkt des Widerstandes (11), dagegen das erdseitige Ende des Eingsngsschwingungskreises für die (niedrige) AM-ZF an Masse liegt und daß die andere Eingangsklemme (2) des integrierten Verstärkers wahlweise über einen Umschalter an den Hochpunkt eines der beiden Eingangsschwingungskreise gelegt wird.

Wie A b b. 3 zeigt werden der Eingangsklemme (2) des integrierten Verstärkers (3) wahlweise über einen Umschalter (25) entweder über das Bandfilter (1) die niedrige AM-ZF (460 kHz) oder Ober das Bandfilter (21) die hohe FM-ZF (10,7 MHz) zugeführt Ausgangsseitig wird über das Bandfilter (5) der AM-Demodulator (24) und über das Ratiofilter (22) der MF-Demodulator (23) gespeist

Durch die Anschaltung des erdseitigen Endes des Eingangsschwingungskreises für die FM-ZF an den Hochpunkt des Widerstandes (11) wird erreicht, daß für die FM-ZF keine Gegenkopplung zur WirkUitg kommt Bei FM-Betrieb bleiben also die optimalen Eigenschaften der integrierten Schaltung in bezug auf Verstärkung und Begrenzung unberührt Für die niedrige AM-ZF (460 kHz) ist dagegen die erfindungsgemäße Verstärkungsregelung und Rauschkompensation in Funktion.

Eine Variante dieser Ausführung betrifft schließlich einen selektiven ZF-Verstärker nach Anspruch 3, bei dem die beiden Eingangsschwingungskreise für die (hohe) FM-ZF und die (niedrige) AM-ZF in üblicher Weise in Reihe und mn einem Ende der Reihenschaltung an Masse liegen und beide Zwischenfrequenzen der Eingangsklemme (2) des integrierten Verstärker» zugleich zugeführt werden. In Weiterbildung des Erfindungsgedankens wird vorgeschlagen, daß bei

Betrieb des Verstärkers auf der (hohen) FM-ZF der ZF-Gegenkopplungsweg mittels eines Umschalters aufgetrennt oder kurzgeschlossen wird.

Diese Ausführung ist dann vorzuziehen, wenn eine hochfrequenzmäßig heiBe Umschaltung mit dem Schalter (25), wie in A b b. 3, vermieden und trotzdem bei der hohen FM-ZF die volle ZF-Verstärkung und Begrenzung erreicht werden sowie bei der niedrigen AM-ZF die Verstärkungsregelung und Rauschkompensation voll zur Wirkung kommen soll.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche;

1. Selektiver Hochfrequenzverstärker für amplitudenmodulierte Schwingungen unter Verwendung einer für FM-Empfänger konzipierten monolithisch integrierten Schaltung (3) mit hohem Verstärkungsgrad und Begrenzereigenschaften und mit Anwendung einer äußeren Hochfrequenzgegenkopplung, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenkopplungsspannung von einem kleinen, zwischen das erdseitige Ende des Ausgangsschwingungskreises und Masse eingeschalteten Widerstand (6) in an sich bekannter Weise abgenommen wird und daß diese Spannung Ober einen regelbaren Spannungsteiler (10, 11) auf den Eingang der integrierten Verstärkerschaltung (3) zurückgeführt ist

2. Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Eil den regelbaren Spannungsteiler ein zusätzlicher Transistor (13) eingeschaltet ist, der von der automatischen Verstärkungsregelung beeinflußt wird.

3. Verstärker nach Anspruch 1 oder 2, welcher zur Verstärkung sowohl einer niedrigen, für AM-Empfänger üblichen ZF von z. B. 460 kHz, als auch einer hohen, für FM-Empfänger gebräuchlichen ZF von z.B. 10,7 MHz vorgesehen ist, und bei dem der integrierte Verstärker eingangsseitig eine Differenzverstärkerstufe enthält, dadurch gekennzeichnet, daß der in der cdseitigen Verbindung der einen, auf den Ausgangswechselstrom gegenphasig wirkenden Eingangsklemme (8) des integrierten Verstärkers liegende Querwiderstand (ill des Gegenkopplungsspannungsteilers einen sehr niedrigen Wert von z. B. 10 Ω hat, und daß das erdseitige Ende des Emgangsschwingungskreises für die (hohe) FM-ZF nicht an Masse, sondern am Hochpunkt des Widerstandes (11), dagegen das erdseitige Ende des Eingangsschwingungskreises für die (niedrige) AM-ZF an Masse liegt, und daß die andere Eingangsklemme (2) des integrierten Verstärkers wahlweise über einen Umschalter an den Hochpunkt eines der beiden Eingangsschwingungskreise gelegt wird.

4. Verstärker nach Anspruch 3, bei dem die beiden Eingangsschwingungskreise für die (hohe) FM-ZF und die (niedrige) AM-ZF in üblicher Weise in Reihe und mit einem Ende der Reihenschaltung an Masse liegen und beide Zwischenfrequenzen der Eingangs· klemme (2) des integrierten Verstärkers zugleich zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß bei Betrieb des Verstärkers auf der (hohen) FM-ZF der ZF-Gegenkopplungsweg mittels eines Umschalters aufgetrennt oder kurzgeschlossen wird.