DE1927588C3 - Breitbandverstärker, vorzugsweise Leitungsverstärker der Trägerfrequenztechnik mit einem durch ein Steilglied veränderbaren Gegenkopplungsweg - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Breitbandverstärker, vorzugsweise Leitungsverstärker der Trägerfrequenztechnik, mit einem Verstärkerteil und einem durch einen gleichspannungsgesteuerten Feldeffekttransistor veränderbaren, die Verstärkungseigenschaften bestimmenden Gegenkopplungsweg.

Feldeffekttransistoren werden beispielsweise zum Steuern und Regeln der Verstärkung von Trägerfrequenzverstärkern verwendet, wobei man den über die Steuerelektrode (Gate) steuerbaren Kanalwiderstand der Strecke zwischen der Abfluß- und der Quellenelek- b5 trode in das Gegenkopplungsnetzwerk des Verstärkers einfügen kann. Durch die Nichtlinearität dieses Kanalwiderstandes entsteht dabei unter anderen ein Klirrfaktor zweiter Ordnung, der insbesondere in Trägerfrequenzgeräten vermieden werden muß, wenn die für diese Geräte verlangten hohen Anforderungen eingehalten werden sollen. Es wurde zur Lösung dieses Problems bereits vorgeschlagen, eine Schaltungsanordnung mit einem Feldeffekttransistor als Stellglied in einem Regelkreis derart auszubilden, daß der Körper (Substrat) des Feldeffekttransistors an den Abgriff eines zwischen Abfluß- und Quellenelektrode angeordneten, gegen den Kanalwiderstand des Feldeffekttransistors ausreichend hochohmigen Spannungsteilers angeordnet

Insbesondere kann die Schaltungsanordnung nach diesem Vorschlag ferner derart ausgebildet sein, daß die Steuergleichspannung über einen hochohmigen Widerstand der Steuerelektrode des Feldeffettransistors zugeführt ist und daß die Steuerelektrode über einen Kondensator mit dem Körper verbunden ist. Der Spannungsteiler läßt sich dabei je nach Einsatzfall entweder als ohmscher oder als kapazitiver Spannungsteiler ausbilden, wobei im letztgenannten Falle der Abgriff des kapazitiven Spannungsteilers über einen ohnschen Widerstand mit dem Fußpunkt der Gleichspannungsquelle verbunden ist.

In Abwandlung dieser Anordnungen wurde weiterhin vorgeschlagen, die Funktion eines der beiden Widerstände des Spannungsteilers durch die hochohmigen Schaltmittel, über die die Steuerspannung dem Feldeffekttransistor zugeführt wird, zu realisieren.

Schließlich wurde noch vorgeschlagen, bei einem Feldeffekttransistor, bei dem von der Abfluß- und der Quellenelektrode die eine Elektrode auf festem Potential und die andere Elektrode an Wechselspannung liegt, zwischen der Steuerelektrode und der an Wechselspannung liegenden Elektrode einen Kondensator einzuschalten.

Durch diese bereits vorgeschlagenen Maßnahmen wird erreicht, daß der durch die Nichtlinearität verursachte Klirrfaktor zweiter Ordnung wesentlich vermindert wird, so daß sich die Schaltungsanordnung unter anderem besonders gut für den Einsatz in Trägerfrequenzsystemen verwenden läßt.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen durch einen Feldeffekttransistor in seiner Verstärkung veränderbaren Breitbandverstärker, vorzugsweise Leitungsverstärker der Trägerfrequenztechnik, zu schaffen, bei dem mit einfachen Mitteln eine noch bessere Linearität erreicht werden kann als bei bekannten Schaltungsanordnungen dieser Art.

Ausgehend von einem Breitbandverstärker mit einem Verstärkerteil und einem durch einen gleichspannungsgesteuerten Feldeffekttransistor veränderbaren, die Verstärkungseigenschaften bestimmenden Gegenkopplungsweg wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Abflußelektrode des Feldeffekttransistors mit dem Wechselstrom-Bezugspotential des Verstärkerteils verbunden ist und die Quellenelektrode des Feldeffekttransistors zumindest wechselstrommäßig das Potential des Gegenkopplungssignals derart führt, daß die Quelle des Klirrproduktes zweiter Ordnung des Feldeffekttransistors entgegengesetzt zu der Quelle des Klirrproduktes zweiter Ordnung des Verstärkerteils hinsichtlich der Wirkung auf das Ausgangssignal des Breitbandverstärkers gepolt ist.

Durch diese Maßnahmen kann eine weitgehende Kompensation der K!i~produkte zweiter Ordnung der beiden Hauptklirrquellen des steuerbaren Breitbandverstärkers erreicht werden, wodurch der Vorteil einer

besonders hohen Dämpfung dieser Klirrprodukte in ganz besonders einfacher Weise erzielt wird. Der Grund für diese Kompensation liegt hierbei darin, daß durch die erfindungsgemäße Schaltungsano^rdnung der Feldeffekttransistor derart im Gegenkopplungsweg liegt, daß die Quelle des Klirrproduktes zweiter Ordnung des Feldeffekttransistors entgegengesetzt zu der Quelle des Klirrproduktes zweiter Ordnung des Verst?rkerteils hinsichtlich der Wirkung auf das Ausgangssignal des Breitbandverstärkers gepolt ist.

Da die Wirkung der Quelle des Klirrproduktes zweiter Ordnung des Feldeffekttransistors im allgemeinen größer als die des Verstärkers ist, ist es in diesen Fällen vorteilhaft, dem Feldeffekttransistor Schaltmittel zur Verkleinerung der von ihm erzeugten Klirrprodukte zweiter Ordnung zuzuschalten.

An Hand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend näher erläutert, dabei zeigt

F i g. 1 einen einstufigen Breitbandverstärker, in dessen Gegenkopplungsweg der Feldeffekttransistor in üblicher Weise eingeschaltet ist,

F i g. 2 und 3 je ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines Breitbandverstärkers mit einem Feldeffekttransistor im Gegenkopplungsweg.

Der Breitbandverstärker nach F i g. 1 ist einstufig mit dem Transistor 4 in Emitterschaltung aufgebaut. Das Eingangssignal an den Eingangsklemmen 1, Γ wird der Basis des Transistors 4 über den Eingangsübertrager 11 zugeführt, an dessen Sekundärseite der Widerstand 12 liegt. Der Ausgangsübertrager 14 ist primärseitig mit dem Kollektor des Transistors 4 und sekundärseitig mit den Ausgangsklemmen 3, 3' des Breitbandverstärkers verbunden. Zur Erzielung eines gemischten Spannungs-Stromgegenkopplungssignals ist der Fußpunkt der Primärwicklung des Ausgangsübertragers 14 über den Widerstand 15 mit Erde und eine Anzapfung der Primärwicklung des Ausgangsübertragers 14 über den Widerstand 13 mit dem Fußpunkt der Sekundärwicklung des Eingangsübertragers 11 verbunden. Der Feldeffekttransistor 5 steuert die Wirkung dieser Gegenkopplung. Dabei ist in der üblichen Weise seine Quellenelektrode (Source) und der Anschluß seines Körpers (Substrat) geerdet. Die Abflußelektrode (Drain) des Feldeffekttranstors 5 dagegen ist mit dem Verbindungspunkt des Fußpunktes der Sekundärwicklung des Eingangsübertragers 11 mit den Widerständen 12 und 13 verbunden. Das Gleichstromsteuersignal wird dem Feldeffekttransistor 5 über die Anschlüsse 2, 2' zugeführt.

Bei dieser Anordnung ist der Feldeffekttransistor als elektrisch steuerbarer Widerstand eingesetzt, wobei er sich bei einer genügend kleinen Aussteuerung (nahe dem Nullpunkt im LW/o-Kennlinienfeld) annähernd wie ein linearer ohmscher Widerstand verhält. Für Trägerfrequenzbreitbandverstärker ist die so erzielte Linearität jedoch noch nicht genügend, und da sich der Feldeffekttransistor im Gegenkopplungsweg befindet, stößt eine ausreichende Linearisierung seines Kennlinienfeldes auf große Schwierigkeiten.

Fig. 2 und 3 zeigen je ein Ausführungsbeispiel nach

der Erfindung, mit dem die Anforderungen, die an die Linearität von Trägerfrequenz-Breitbandverstärkern gestellt werden, erfüllt werden können.

Der Unterschied der Anordnungen nach F i g. 2 und 3 gegenüber der Anordnung nach F i g. 1 besteht im

ίο wesentlichen im Anschluß der Abfluß- und der Quellenelektrode des Feldeffekttransistors 5: die Abflußelektrode ist geerdet und mit dem Emitter des Transistors 4 verbunden, die Quellenelektrode des Feldeffekttransistors 5 führt das Potential des Gegenkopplungssignals und ist mit dem Verbindungspunkt des Fußpunktes der Sekundärwicklung des Eingangsübertragers 11 und den Widerständen 12 und 13 verbunden.

Darüber hinaus sind in den Anordnungen nach F i g. 2 und 3 weitere Maßnahmen getroffen, die dazu dienen, die vom Feldeffekttransitor 5 herrührende Klirrprodukte zweiter Ordnung so weit zu dämpfen, daß sie sich hinsichtlich der Wirkung auf das Ausgangssignal an den Ausgangsklemmen 3, 3' des Breitbandverstärkers mit den Klirrprodukten zweiter Ordnung des Transistors 4 annähernd vollständig kompensieren. Zu diesem Zweck ist in beiden Fällen unter anderem die Steuerelektrode (Gate) des Feldeffekttransistors 5 über einen hochohmigen Widerstand 6 mit der Gleichstrom-Steuerpotential führenden Klemme 2 verbunden.

Sodann ist in der Anordnung nach Fig.2 der Anschluß des Körpers (Substrat) des Feldeffekttransistors 5 an den Abgriff eines zwischen Abflußelektrode und Quellenelektrode angeordneten, gegen den Kanalwiderstand des Feldeffekttransistors 5 ausreichend hochohmigen Spannungsteilers 8, 9 angeordnet. Die beiden Widerstände 8 und 9 dieses Spannungsteilers sind im vorliegenden Fall ohmsche Widerstände, können jedoch auch Kapazitäten sein. Weiterhin ist der Kondensator 7 einerseits mit dem Körper des Feldeffekttransistors und andererseits mit der Steuerelektrode verbunden. Eine ähnliche Wirkung der Verringerung der Klirrprodukte zweiter Ordnung des Feldeffekttransistors 5 entsteht bei einer Anordnung, bei der an Stelle des Kondensators 7 zwei gleich große Kondensatoren vorgesehen sind, von denen der eine zwischen der Steuer- und der Abflußelektrode und der andere zwischen der Steuer- und Quellenelektrode eingeschaltet ist.

F i g. 3 zeigt eine Anordnung, in der die Erzeugung von Klirrprodukten zweiter Ordnung im Feldeffekttransistor 5 dadurch vermindert wird, daß der Kondensator 10 zwischen die Steuer- und die Quellenelektrode eingeschaltet ist, wobei der Anschluß des Körpers des Feldeffekttransistors 5 mit dessen Quellenelektrode verbunden ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Breitbandverstärker, vorzugsweise Leitungsverstärker der Trägerfrequenztechnik, mit einem Verstärkerteil und einem durch einen gleichspannungsgesteuerten Feldeffekttransistor veränderba ren, die Verstärkungseigenschaften bestimmenden Gegenkopplungsweg, dadurch gekennzeichnet, daß die Abflußelektrode des Feldef- ι ο fekttransistors (5) mit dem Wechselsfrom-Bezugspotential des Verstärkerteils (4) verbunden ist und die Quellenelektrode des Feldeffekttransistors (5) zumindest wechselstrommäßig das Potential des Gegenkopplungssignals derart führt, daß die Quelle des Klirrproduktes zweiter Odnung des Feldeffekttransistors entgegengesetzt zu der Quelle des Kiirrproduktes zweiter Ordnung des Verstärkerteils

(4) hinsichtlich der Wirkung auf das Ausgangssignal des Breitbandverstärkers gepolt ist.

2. Breitbandverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Feldeffekttransistor (5) Schaltmittel zur Verkleinerung der von ihm erzeugten Klirrprodukte zweiter Ordnung zugeschaltet sind.

3. Breitbandverstärker nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (Substrat) des Feldeffekttransistors (5) an den Abgriff eines zwischen Abflußelektrode und Quellenelektrode angeordneten, gegen den Kanalwiderstand des Feldeffekttransistors (5) ausreichend hochohmigen Spannungsteilers (8,9) angeordnet ist.

4. Breitbandverstärker nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuergleichspannung über einen hochohmigen Widerstand (6) der Steuerelektrode (Gate) des Feldeffekttransistors (5) zugeführt ist und daß die Steuerelektrode über einen Kondensator (7) mit dem Körper des Feldeffekttransistors (5) verbunden ist.

5. Breitbandverstärker nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuergleichspannung über einen hochohmigen Widerstand (6) der Steuerelektrode des Feldeffekttransistors (5) zugeführt ist und daß die Steuerelektrode über zwei gleich große Kondensatoren jeweils mit der Abfluß- und der Quellenelektrode verbunden ist.

6. Breitbandverstärker nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Steuer- und der Quellenelektrode des Feldeffekttransistors

(5) ein Kondensator (10) geschaltet ist. so