DE1969170U - Transistor-breitbandverstaerker. - Google Patents

Description

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FE/PT-BK/Sch/Be Patentverwertungsgesellschaft m.b.H. W 42l8

Betr.: Aktenzeichen T l6 280/21a GBM

Transistor-Breitbandverstärker

Die Neuerung befasst sich mit einem mehrstufigen Breitbandverstärker für hohe Frequenzen mit Transistoren in Emitterschaltung.

Unter Breitbandverstärkern sollen hier Verstärker verstanden werden, deren nutzbare Bandbreite mehrere hundert MHz beträgt und deren obere Grenzfrequenz im Dezimeterwellenbereich liegt.

Derartige Verstärker sind geeignet als Antennenverstärker oder als Verstärker für Impulse mit sehr steilen Anstiegsflanken, da sie eine kleine Eigenanstiegszeit besitzen und deshalb die Flanke des zu verstärkenden Impulses nur wenig verzerren.

In der Röhrentechnik hat sich zum Bau solcher Verstärker das Prinzip des Kettenverstärkers durchgesetzt. Der Aufwand hierfür ist jedoch erheblich, da das Produkt aus Bandbreite und Verstärkung moderner Röhren nur etwa 200 bis 300 MtIz beträgt.

Bei speziellen Impulsverstärkern ist es ferner bereits bekannt, diese mit Transformatorkopplung zwischen den einzelnen Stufen auf-

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zubauen. Da hierbei das untere Frequenzband stark beschnitten wird, ist dieser Verstärkeraufbau oft von Nachteil.

Bei der Verwendung von Transistoren sind die Verhältnisse günstiger. Es lassen sich damit Verstärker bauen, welche aus mehreren, in Kaskade geschalteten Stufen bestehen und Bandbreiten von mehreren hundert MHz besitzen. In Schaltungen mit kleinen Arbeitswiderständen, wie sie in der Breitbandtechnik üblich sind, ist die Frequenz, bei welcher die Stromverstärker des in Emitterschaltung arbeitenden Transistors eins wird, eine mit dem Produkt aus Verstärkung und Bandbreite in der Röhrentechnik analoge Grosse. Die erwähnte Frequenz wird im allgemeinen als β -Grenzfrequenz bezeichnet. Da heute bereits Transistoren auf dem Markt erhältlich sind, deren β -Grenzfrequenz grosser als 1 GHz ist, kann man unter Verwendung der aus der Röhrentechnik her bekannten Mittel Breitbandverstärker bauen, welche bis zu hohen Frequenzen verwendbar sind. Die Bandbreite einer solchen Transistorstufe beträgt jedoch nur einen Bruchteil der β -Grenzfrequenz.

j Ziel der vorliegenden Neuerung ist es, einen Breitbandverstärker j aufzuzeigen, der einen möglichst linearen Verstärkungsverlauf besitzt und eine obere Grenzfrequenz hat, die mindestens gleich der β -Grenzfrequenz der verwendeten Transistoren ist.

Ausgehend von einem mehrstufigen Breitbandverstärker für hohe

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Frequenzen mit Transistoren in Emitterschaltung, bei welchem zur Anhobung der Verstärkung bis zu Frequenzen oberhalb der β -Grenzfrequenz der Transistoren geeignete Koppelelemente zwischen den Transistoren und der Last Verwendung finden, wird deshalb neuerungsgemäss vorgeschlagen, dass als Koppelelemente Leitungen dienen, deren Länge X^. bis λ_ ,η beträgt und deren Wellenwiderstand zwischen 100 und 300 Q liegt, wobei X_n die Wellenlänge am oberen Rand des Verstärkungsbereiches bezeichnet.

Anhand der Figur soll dies noch näher erläutert werden, wobei ein aus zwei Transistoren Tl und T2 aufgebauter Verstärker zugrunde gelegt wird. Der Ausgang des in Emitterschaltung betriebenen ersten Transistors Tl ist mit dem Eingang des ebenfalls in Emitterschaltung betriebenen zweiten Transistors T2 durch ein Leitungsstück L gekoppelt. Zwischen dem Ausgang des zweiten Transistors T2 und der mit Y„ bezeichneten Last ist ebenfalls als Koppelelement eine Leitung eingefügt. Bei entsprechender Dimensionierung der als Koppelelemente verwendeten Leitungen L und L ergibt sich

durch das Zusammenwirken der Impedanz- und Spannungstransformation mit den Transistor-Parametern ein nahezu konstanter Verstärkungs- _ä verlauf in Abhängigkeit von der Frequenz über eine Oktave. Die obere Grenzfrequenz des Verstärkers wird hierbei in die Nähe der eingangs erwähnten ß.-Grenzfrequenz der Transistoren gelegt.

Die Wellenwiderstände der Leitungen L und L sind gross, so dass

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bei den kleinen Abschlusswiderständen (der Eingangswiderstand eines in Emitterschaltung betriebenen Transistors ist bei den in Betracht gezogenen Frequenzen im allgemeinen klein) die Leitung fehlangepasst ist. Die Leitungsiängen liegen erfindungsgemäss in der Grössenordnung von X_Qy_ bis λ_0/ο, wobei mit \ die Wellenlänge an der oberen Grenze des Durchlassbereiches bezeichnet ist. Die optimalen Werte für den Wellenwiderstand der Leitungen hängen von der verwendeten Transistortype ab. Brauchbare Ergebnisse erhält man mit einem Wellenwiderstand, welcher zwischen 100 und 300 Q liegt.

Zur Berechnung der Verstärkung und zur Bestimmung der Leitungsparameter geht man zweckmässigerweise von den Vierpolparametern des Transistors in Leitwertstellung aus:

γ	12 =	G11 +	3 ^11 =	G2(f)
Y	21 =	G12 +	j b12 =	G3(D
Y	22 =	G21 +	j b21 =	G4(D
Y	G22 +	5 b22 =

Für die komplexe Spannungsverstärkung einer Transistorstufe gilt

13L2 "^Y21

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Schaltet man nun zwischen den Lastleitwert Y und den Transistor

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eine Leitung, so gilt für die Verstärkung unter Berücksichtigung der Impedanz- und Spannungstransformation für den Betrag der Verstärkung:

sin ßl) + Y₂COs ßl+^ sin ßll(3)

Damit die Verstärkung über einen grösseren Frequenzbereich konstant ist, müssen der Verlauf von Y_ und der des Nenners einander ähnlich sein. Da Y₀ gegeben ist, muss dor Nenner also angepasst werden. Eine gute Näherung hierfür ist möglich, wenn man den Betrag des Nenners als Funktion von ßl zum Minimum macht und zwar bei der gewünschten oberen Grenzfrequenz der Stufe, welche im allgemeinen in der Grosse der β -Grenzfrequenz liegt. Der Wellenwiderstand geht als Parameter ein. ßl errechnet sich aus dem Ausdruck

ßl = arc tan

1	2 ,2 -a +b	2 ,2 -c +d	<-> Vl	1	2 ,2 -a +b	Ο p ~ -c +d	2 4.	-I
2	cd -	ab	2	cd -	ab

? ic f

mit β = -r— = 2π— dem Phaserunass der Leitung K c

a b c

= G

22 b„G

22

^G2^b22^)Z

= (b

22

^b2>

^:G22^G2"^b22^b2^:

(5a) (5b) (5c) (5d)

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Mit den zusammengehörigen Wertepaaren von Z und ßl kann die Ver- j Stärkung nach Gleichung (5) in Abhängigkeit von der Frequenz berechnet werden. Wie bereits erwähnt, ist der optimale Wert des Wellenwiderstandes Z von der verwendeten Transistortype, d.h. von der Frequenzabhängigkeit der Vierpolparameter Y uns Y₀₀ abhängig. Wählt man den Wellenwiderstand der Koppelleitungen L bzw. L wesentlich grosser als 300 Ω, so bekommt man zwar eine Verstärkungserhöhung, doch ist der Verstärkungsverlauf in Abhängigkeit von der Frequenz dann nicht mehr so gleichmässig,

Der Verlauf der Verstärkung wird ausserdem durch die Art des Abschlusswiderstandes der Leitung bestimmt. Ist die Last Y nur mit einer kleinen Blindkomponente behaftet, so ergibt sich ein praktisch konstanter Verstärkungsverlauf über eine Oktave, ausgehend von der oberen Grenzfrequenz des Verstärkers. Es ist deshalb zweckmässig, die Last Y entsprechend auszubilden. Besitzt die Last hingegen eine grosse Blindkomponente, so ergibt sich bei der oberen Grenzfrequenz ein Maximum der Verstärkung und zu tieferen Frequenzen hin ein Minimum. Da dies bei einem mehrstufigen Verstärker iterativ auftritt, wird der Extremwert ziemlich ausgeprägt. In diesem Fall ist jedoch eine Einebnung dadurch möglich,

i dass man die letzte Stufe für eine tiefere Frequenz auslegt. Fer- \ ner ist es möglich, durch eine frequenzabhängige Gegenkopplung ; auch bei einer grossen Blindkomponente der Last durch frequenzab- ; hängige Gegenkopplung, eine Einebnung des Verstärkungsverlaufes j

3 zu erzielen.

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Ulm/Donau. I Transistor-Breitbandver- j stärker. 20. 7. 63. T 16 280. (T. 8; Z. 1) I

Die Leitungen für die Koppelelemente werden vorzugsweise durch Bandlsitungen verwirklicht, doch können je nach dem Frequenzbe- j

reich für den der Verstärker ausgelegt ist auch andere Leitungen, \

j wie beispielsweise Koaxialleitungen oder Hohlleiter, Verwendung ]

finden.

Claims (2)

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1) Mehrstufiger Breitbandverstärker für hohe Frequenzen mit Transistoren in Emitterschaltung, bei welchem zur Anhebung der Verstärkung bis zu Frequenzen oberhalb der β -Grenzfrequenz der Transistoren geeignete Koppelelemente zwischen den Transistoren und der Last Verwendung finden, dadurch gekennzeichnet, dass als Koppelelement Leitungen dienen, deren Länge λ_π/ bis ^0/8 b^e*^räst und deren Wellenwiderstand zwischen 100 und 300 Q liegt, wobei λ die Wellenlänge am oberen Ende des Verstärkungsbereiches bezeichnet.

2) Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Koppelleitungen Bandleitungen sind.

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