DE19838177A1

DE19838177A1 - Leistungsarmer Hochfrequenzverstärker

Info

Publication number: DE19838177A1
Application number: DE19838177A
Authority: DE
Inventors: Matt David Gerard; Vincent Colarossi; John F Kennedy
Original assignee: Ford Motor Co
Current assignee: Visteon Global Technologies Inc
Priority date: 1997-09-02
Filing date: 1998-08-21
Publication date: 1999-03-04
Anticipated expiration: 2018-08-22
Also published as: GB2329086B; DE19838177C2; US6011439A; GB9817533D0; GB2329086A

Description

Die Erfindung betrifft leistungsarme Hochfrequenzverstärker nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Leistungsarme Hochfrequenzverstärker werden üblicherweise in leistungsarmen Empfänger/Verstärkersystemen verwendet, wenn ein geringer Leistungsver brauch erwünscht ist. Ein Beispiel für die Verwendung leistungsarmer Empfän ger/Verstärkersysteme ist ein Überprüfungssystem für die Fahreridentität, wie ein schlüsselloses Schließsystem.

Ein wesentlicher Nachteil bestehender leistungsarmer Hochfrequenzverstärker anordnungen ist, daß die Gleichstromvorspannungsströme durch die Transistor verstärkerstufen sehr empfindlich gegenüber Temperaturänderungen ihrer Um gebung sind. Die Temperatur-Empfindlichkeit des Vorspannungsstroms führt dazu, daß die Verstärkerverstärkung sehr empfindlich auf Temperaturänderungen reagiert. Ferner ist der gesamte aus einer Batterie stammende Gleichstromvor spannungsstrom sehr empfindlich gegenüber Temperaturänderungen. Eine hö here Gleichstromvorspannungsstromabgabe bei höheren Temperaturen verur sacht eine unerwünscht verkürzte Batterielebensdauer in batteriebetriebenen Sy stemen.

Es ist daher einen Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten leistungsarmen Hochfrequenzverstärker zu schaffen, der gegenüber Änderungen der Umgebungs temperatur unempfindlich ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen leistungsarmen Hochfrequenzver stärker mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Der Hochfrequenzver stärker weist eine erste Verstärkerstufe mit einem ersten Transistor und eine zweite Verstärkerstufe mit einem zweiten Transistor auf. Der erste Transistor be sitzt einen Basiseingang zum Empfang einer Eingangsspannung, einen Kollektor ausgang und einen Emitter, der mit Erde verbunden ist. Der zweite Transistor be sitzt einen mit dem Kollektorausgang des ersten Transistors verbundenen Basi seingang einen Kollektorausgang und einen Emitter, der über einen Widerstand mit der Erde verbunden ist. Der Emitter des zweiten Transistors ist mit der Basis des ersten Transistors verbunden. Die Gleichstromkopplung der Basis des ersten Transistors mit dem Emitter des zweiten Transistors schafft eine stabile Gleich stromvorspannung des ersten und zweiten Transistors basierend auf den Basis- Emitterspannungen des ersten und zweiten Transistors.

Ferner wird erfindungsgemäß ein tragbarer leistungsarmer Hochfrequenzempfän ger zum Einsatz mit einem entsprechenden Sender in einem Überprüfungssystem für die Fahreridentität geschaffen. An die Basis des ersten Transistors ist eine Antenne verbunden, die geeignet ist, ein Hochfrequenzsignal zu empfangen, um eine Wechselstromkomponente der Eingangsspannung an der ersten Transistor basis zu schaffen. Bevorzugt weist die Antenne eine Induktionsgleichstromkopp lung des Emitters des zweiten Transistors mit der Basis des ersten Transistors auf.

Ferner wird erfindungsgemäß ein Überprüfungssystem für die Fahreridentität ge schaffen.

Das System enthält zum Erzeugen eines ersten Signals einen Transistor im Kraft fahrzeug, eine Identifizierungsvorrichtung, die einen tragbaren Empfänger zum Detektieren des ersten Signals enthält und einen tragbaren Sender, um beim De tektieren des ersten Signals ein zweites Signal zu erzeugen. Das System enthält ferner zum Detektieren des zweiten Signals und Erzeugen eines Ausgabesignals das charakteristisch für das zweite empfangene Signal, das die Fahreridentität feststellt, ist, einen Empfänger im Kraftfahrzeug. Der tragbare Empfänger weist einen erfindungsgemäßen Hochfrequenzempfänger geringer Leistung auf.

Weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind dem Fach mann aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung unter Bezug auf die anhängende Zeichnung offensichtlich. Dabei zeigt

Fig. 1 eine schematische Zeichnung einer Ausführungsform eines Empfängers, der einen erfindungsgemäßen leistungsarmen Hochfrequenzverstärker aufweist;

Fig. 2 ein Diagramm, das den Transistorgleichstromvorspannungsstrom der drei in Fig. 1 gezeigten Transistoren über der Temperatur zeigt

Fig. 3 ein Diagramm, das den gesamten aus der in Fig. 1 gezeigten Batteriequelle gelieferten Gleichstromvorspannungsstrom über der Temperatur darstellt;

Fig. 4 ein erfindungsgemäßes Überprüfungssystem für die Fahreridentität, und

Fig. 5 ein Blockdiagramm eines erfindungsgemäßen Überprüfungssystem für die Fahreridentität.

In Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines erfin dungsgemäßen Hochfrequenzempfängers. Der Schaltkreis 30 wird mittels einer Batteriestromquelle 32 betrieben, die bevorzugt 3 Volt liefert. Eine erste Verstär kerstufe 34 wird durch einen ersten Transistor Q1 und einen Widerstand R2 ge bildet.

Der Transistorverstärker 34 ist ein vom üblichen Emittertyp, der einen Basisein gang, einen Kollektorausgang und einen mit Erde 40 verbundenen Emitter auf weist.

Eine zweite Verstärkerstufe 36 wird durch einen zweiten Transistor Q2 und einen Widerstand R3 gebildet. Der zweite Transistorverstärker 36 ist ebenso vom übli chen Emittertyp, der einen mit dem Kollektorausgang des ersten Transistors Q1 verbundenen Basiseingang, einen Kollektorausgang und einen über einen Wider stand R1 mit Erde 40 verbundenen Emitter aufweist. Um eine stabile Gleichstrom vorspannung am Transistor Q1 und Transistor Q2 zu schaffen, ist der Emitter des Transistors Q2 bevorzugt über eine Induktivität L1 mit der Basis des Transistors Q1 verbunden. Alternativ kann ein Widerstand (nicht gezeigt) eingesetzt werden, um den Emitter des Transistors Q2 mit der Basis des Transistors Q1 zu verbinden.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird eine Antenne durch die Induktivität L1 und den Abstimmkondensator C3 gebildet, die bevorzugt parallel geschaltet sind, um einen abgestimmte Schaltkreis zu bilden. Der resonanzfrequenzabgestimmte Schaltkreis stellt die Antenne auf eine erwünschte Übertragungsfrequenz ein. Die Antenne schafft einen Weg sehr geringen Gleichstromwiderstands vom Emitter des Transistors Q2 zur Basis des Transistors Q1. Dieser Weg geringen Wider stands schließt eine Gleichstromrückkopplungsschleife zwischen Q1 und Q2 und verringert das Eingangsrauschen, wie im nachfolgend beschrieben. Die Antenne empfängt das Hochfrequenzsignal, um die Wechselstromkomponente der Ein gangsspannung an der Basis des Transistors Q1 zu bilden. Eine Amplituden-Be grenzungsschaltung für die Antenne wird durch die Dioden D1 und D2 gebildet, die antiparallel geschaltet angeordnet sind. Die Amplitudenbegrenzungsschaltung verhindert große Spannungsunterschiede über die Basis-Emitter-Verbindung des Transistors Q1.

Bevorzugt werden die Induktivität L1 und der Abstimmkondensator C3 basierend auf der Eingangsimpedanz des Transistors Q1 ausgewählt, um eine passive Spannungsverstärkung bei Empfang der erwünschten Übertragungs-Frequenz zu erhalten. Die Transistoren Q1 und Q2 können mit der Technologie mit dielektrisch isoliertem Silicium auf einem Isolator (DI-SOI) hergestellt sein, um bei niedrigen Spannungen betrieben werden zu können und die Eingangsimpedanz an der Ba sis des Transistors Q1 zu schaffen, um die erwünschte passive Spannungsver stärkung zu ermöglichen. Die ersten und zweiten Verstärkerstufen können durch kleine Komponenten, integrierte Schaltkreise oder eine Kombination kleiner Kom ponenten und integrierter Schaltkreise gebildet werden. Alternativ kann die Basis des Transistors Q1 mit dem Emitter des Transistors Q2 über eine Induktivität oder ein Widerstandselement gleichstromverbunden und mit einer gesonderten An tenne wechselstromgekoppelt werden.

Die ersten und zweiten Kondensatoren C1 und C2 verbinden den Emitter des zweiten Transistors Q2 mit Erde 40. Der Kondensator C1 besitzt eine Kapazität, um den ersten Transistor Q1 während großer Signaländerungen der Wechsel stromkomponente der Eingangsspannung über die Induktivität L1 in einem aktiven Betriebsbereich zu halten. Insbesondere bleibt der Transistor Q1 aktiv, wenn ein großer Signalausschlag den Transistor Q2 dazu veranlaßt, in einen Sperrbereich seines Betriebs einzutreten. C1 ermöglicht dies, indem ausreichend Energiespei cherkapazität geschaffen wird, um Q2 zu erlauben, in den Sperrzustand einzutre ten und dort für die größte Datenübertragungspulsbreite zu bleiben, die bei Nah- Feldüberlastungsbedingungen auftritt. Je höher der Wert C1 ist, um so besser ist die Leistungsfähigkeit der Schaltkreises 30, auf Nah-Feldüberlastungsbedingun gen zu reagieren.

Auch die Kapazität C1 wird so gewählt, daß das durch den Widerstand R1 er zeugte Eingangsrauschen reduziert wird. Die Größe des thermischen Rauschens des Widerstands R1 beträgt (4.k.T.R1.BW)^0,5, wobei k die Boltzmann-Konstante, T die Temperatur in Kelvin und BW die Bandbreite des Rauschspektrums in Hertz ist. C1 und R1 schaffen einen Tiefpaß-Filter, der den BW-Wert der vorherge henden Gleichung begrenzt.

Der Kondensator C2 besitzt eine Kapazität, die so ausgewählt ist, daß das Hoch frequenzrauschen in der Wechselstromkomponente der Eingangsspannung gefil tert wird.

Der Hauptzweck von C1 und C2 ist, eine Wechselstromverbindung zwischen dem Emitter des Transistors Q2 und Erde 40 zu schaffen. C1 hat üblicherweise einen wesentlich größeren Kapazitätswert als C2. Große Kondensatoren haben übli cherweise aufgrund der Selbstresonanzfrequenz der Komponente einen niedrige ren Arbeitsfrequenzbereich. Der Zweck von C2 besteht darin, diesen Arbeitsfre quenzbereich zu erweitern.

Die niedrige Wechselstromimpedanz am Emitter von Q2 zu Erde dient zwei Haup tzwecken. Zunächst bildet sei in Kombination mit dem Emitterwiderstand von Q2, r_e, einen Spannungsteiler, um eine negative Wechselspannungs-Rückkopplung zwischen dem Emitter von Q2 und dem Basis-Ausgang von Q1 zu bilden. Dieses trennt die Wechselstrom- und Gleichstromschleifen des Verstärkers und zwingt Q1 und Q2 als ein Zweistufen-Spannungsverstärker unter Wechselstrombedin gungen zu arbeiten. Zweitens zwingt diese niedrige Wechselstromimpedanz Q2, als Erde-Emitter-Spannungs-Verstärkerstufe zu arbeiten. Dies führt zu einem zweistufigen Erde-Emitter-Spannungs-Verstärker.

Bevorzugt ist C1 ein Keramik- oder Tantal- oder Elektrolyt-Kondensator geringen Verlusts, der eine Kapazität von ungefähr 0,1-10 Mikrofarad aufweist. Der Kon densator C2 ist bevorzugt ein Keramik-Parallel-Plattenkondensator, der eine Ka pazität von ungefähr 0,1 Mikrofarad oder weniger besitzt. In einer Ausführungs form besitzt C1 eine Kapazität von ungefähr 4,7 Mikrofarad; und C2 eine Kapazität von ungefähr 0,01 Mikrofarad.

Eine dritte Verstärkerstufe 38 wird durch den dritten Transistor Q3 und den Lastwi derstand R4 gebildet. Der Transistorverstärker 38 ist vom Emitter-Folger-Typ, um einen gepufferten Ausgang aus der Empfängerschaltung 30 zu schaffen. Der Wi derstand R4 ist mit dem Emitter des Transistors Q3 gleichstrom-verbunden und das Verstärkerhochfrequenzausgangsignal wird über den Widerstand R4 abge griffen. Die Batterie 32 liefert Energie für die Quellenspannungen I₁, I₂, I₃ für die Transistoren Q1, Q2 und Q3.

Die Erfindung schafft eine neue dreistufige Spannung stark verstärkende Transi storverstärkergleichstromvorspannungstechnik. Der Verstärker wird bevorzugt dazu gezwungen, im Mikroamperebereich zu arbeiten. Der Betrieb der stabiler Gleichstrom/Vorspannungs-Gleichstrom Steuerung mit geschlossener Schleife wird im folgenden beschrieben.

Die Spannung über Widerstand R1 ist gleich der Spannung Basis/Emitter von Q1. Dadurch steuert der Kollektor des Transistors Q1 die Basisspannung des Transi stors Q2. Der Strom durch den Transistor Q2 erzeugt die Spannung über den Wi derstand R1. Die Spannung am Kollektor des Transistors Q1 ist gleich der Summe der Basis-Emitter-Spannung des Transistors Q1 und der Basis-Emitter-Spannung des Transistors Q2. Daher bestimmen die Kollektorspannung des Transistors Q1 und die Batteriespannung den Spannungsabfall über dem Widerstand R2, der wiederum den Strom durch den Transistor Q1 bestimmt. Wie oben beschrieben, werden die Transistoren Q1 und Q2 bei einem stabilen Gleichgewicht aufgrund der geschlossenen Schleifenanordnung betrieben.

Der Strom I₃ durch den Transistor Q3 wird durch die Emitter-Ausgangsspannung des Transistors Q3 und Widerstand R4 bestimmt. Die Emitter-Ausgangsspannung des Transistors Q3 ist die Kollektorausgangsspannung des Transistors Q2 minus der Basis-Emitter-Spannung des Transistors Q3. Im neuen erfindungsgemäßen leistungsarmen Hochfrequenzverstärker basieren die Ströme I₁, I₂ und I₃ alle auf den Transistor Basis-Emitter-Spannungen, Widerstandswerten und der Batterie spannung.

Entsprechend der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erzeugt eine li neare Änderung der Transistor Basis-Emitter-Spannung von Q1 aufgrund der An ordnung der Widerstände eine lineare Änderung der Teilströme I₁, I₂ und I₃. Dies ist besonders für den Betrieb des Empfängers bei schwankenden Temperaturen vorteilhaft.

Es ist bekannt, daß ein p-n-Verbindungs-Diodenspannungsabfall V_D im wesentli chen linear bei linearen Änderungen der Temperatur variiert. Da die Basis-Emit ter-Verbindungen der Transistoren Q1, Q2 und Q3 in ähnlichen Weise arbeiten, wenn die Transistoren in einen aktiven Betriebsbereich mit Vorspannung gebracht werden, tritt ein ähnlicher Effekt auf. Bei 25°C geht der Diodenspannungsabfall V_D über eine Basis-Emitter-Verbindung gegen 0,65 Volt. Der Temperaturkoeffizient ist die Rate, mit der sich V_D mit der Temperatur ändert. Ein üblicher Wert für den Temperaturkoeffizienten T_C für eine bipolare Transistor Basis-Emitter-Verbindung liegt um -2,2 Millivolt pro Grad Celsius. Durch mathematische Analyse des in Fig. 1 dargestellten Schaltkreises wird ein Ausdruck für den gesamten Gleichstromvor spannungsstrom I_T, der gleich der Summe der Teilströme I₁ + I₂ + I₃ ist, erhalten. Um die Analyse zu vereinfachen, können die Temperaturkoeffizienten der Wider stände vernachlässigt werden, die Basis-Emitter-Spannungen der Transistoren Q1, Q2 und Q3 als identisch betrachtet und die Temperaturkoeffizienten der Ba sis-Emitter-Verbindungen der drei Transistoren identisch gleich -2,2 Millivolt pro Grad Celsius angenommen werden. Um die Sensitivität des gesamten Vorspan nungsgleichstroms gegenüber Fluktuationen der Basis-Emitter-Spannungen zu minimieren, ist es erwünscht, die Widerstandswerte wie folgt auszuwählen:

1/R1 = 2/R2 + R3/(R1×R4) + 1/R4

Repräsentative Widerstandswerte, die die Sensitivität des gesamten Gleichstrom vorspannungsstroms gegenüber Fluktuationen der Basis-Emitter-Spannungen des Transistors reduzieren, sind:

R1 = 130 k Ohm,
R2 = 330 k Ohm,
R3 = 130 k Ohm, und
R4 = 260 k Ohm.

In Fig. 2 stellt ein Diagramm die Vorspannungsströme I₁, I₂ und I₃ durch die jewei ligen Transistoren Q1, Q2 und Q3 über der Temperatur in Grad Celsius dar. Das Diagramm zeigt die Tendenz der Teilströme, wenn die Widerstände entsprechend der oben angegebenen Werte ausgewählt werden.

In Fig. 3 stellt ein Diagramm den Gesamtvorspannungsstrom I_T aus der Batterie über der Temperatur in Grad Celsius dar. Wie gezeigt, wird durch sorgfältige Aus wahl der Widerstandswerte die Temperaturempfindlichkeit des gesamten Gleich stromvorspannungsstroms verringert. Da der gesamte Gleichstromvorspan nungsstrom aus der Batterie stammt, ist es sehr vorteilhaft, daß die Batteriele bensdauer wesentlich verlängert werden kann. Die Lebensdauer einer 3 Volt Bat terie kann in einem erfindungsgemäßen leistungsarmen Hochfrequenzverstärker auf zwei Jahre verlängert werden.

Ein weiteres Merkmal des Verstärkers ist, daß der Verstärkerspannungsverstär kung vom Verhältnis der Widerstandselemente in den Kollektoren zu Emitterwider ständen, r_e der Transistoren Q1 und Q2 abhängig ist. Die Kollektorwiderstands werte werden mit R2 und R3 bezeichnet. Der Wert von r_e ist gleich V_t/I_c, wobei V_t die thermische Spannung und I_C der Kollektorstrom ist. Da die Teilströme I₁ und I₂ entgegengesetzte Temperaturkoeffizienten besitzen, kompensieren sich die ent sprechenden Verstärkerverstärkungswerte gegenseitig. Durch sorgfältige Auswahl der Widerstandswerte kann die Temperaturempfindlichkeit der Spannungsverstär kung verringert werden. Geeignete Widerstandswerte können durch die Analyse der richtigen Verstärkerspannungsverstärkungsgleichungen bestimmt werden.

Erfindungsgemäß können sowohl der gesamte Gleichstromvorspannungsstrom und die Empfindlichkeit der Verstärkerverstärkung gegenüber Fluktuationen der Umgebungstemperatur gesteuert werden und sind jeweils über die Batterie 32 in einen aktiven Betriebsbereich durch Gleichstrom vorgespannt. Wenn die Antenne ein Hochfrequenzsignal empfängt und eine schwache Wechselstromsignalkompo nente an der Basis des Transistors Q1 erzeugt, arbeitet die Schaltkreis als Drei stufentransistorverstärker. Der Emitterausgang des Transistors Q3 kann mit einem Hüllkurvendetektor gekoppelt werden, um die Hülle des verstärkten Signals zu detektieren.

Empfängt die Antenne ein Hochfrequenzsignal und erzeugt eine starke Signal wechselstromkomponente an der Basis des Transistors Q1, das ausreicht, daß der Transistor Q2 in seinen Sperrbetriebszustand eintritt und im Sperrbetriebsbe reich aufgrund der Basis-Emitter-Kapazität des Transistors Q1 verbleibt, hält der Kondensator C1 den Transistor Q1 im aktiven Betriebsbereich. Der Transistor Q3 arbeitet im aktiven Betriebsbereich, und zieht den Verstärkerausgang hoch. Der Hüllkurvendetektor kann dann die Hülle des verstärkten Signals genauso detektie ren, als wenn der Basis-Emittereingang des Transistors Q1 ein schwaches Signal wäre. Bemerkenswerterweise schaffen die Ausführungsformen der Erfindung ei nen erfaßbaren Empfängerausgang, für Wechselstrom-Antenneneingangssignale von ca. 1 Millivolt bis ca. 1 Volt ohne daß eine automatische Verstärkungssteue rung vorgesehen werden muß. In einem Empfänger mit den repräsentativen Wi derstandswerte entsprechend der vorhergehenden Beschreibung wird mit einem t eine Spitzenfrequenz von ungefähr 131 kHz mit 65 Decibel Spannungsverstär kung der Spitzenfrequenz erreicht.

In Fig. 4 ist ein Fahrzeug allgemein mit 10 bezeichnet. Eine tragbare Erkennungs vorrichtung 14, die an einem Schlüsselring befestigt ist, ist allgemein mit 12 be zeichnet. Die Erkennungsvorrichtung 14 umfaßt, wie gezeigt, einen tragbaren lei stungsschwachen Hochfrequenzempfänger und einen tragbaren Hochfrequenz- Sender für eine Kommunikation mit dem Fahrzeug 10 in zwei Richtungen.

In Fig. 1 und 2 ist das Überprüfungssystem für die Fahreridentität schematisch mit 18 bezeichnet und umfaßt die tragbare Erkennungsvorrichtung 14 und eine Fahr zeugkomponente 16. Die Fahrzeugkomponente 16 enthält einen Fahrzeugsender 20 und einen Fahrzeugempfänger 22. Die Erkennungsvorrichtung 14 umfaßt einen tragbaren Empfänger 24 und einen tragbaren Sender 26. Selbstverständlich kann die Erkennungsvorrichtung 14 in einem Schlüssel integriert sein. Der Fahr zeugsender 20 erzeugt ein erstes Hochfrequenzsignal 21. Der tragbare Empfän ger 24 detektiert das erste Signal 21 und steht in Verbindung mit dem tragbaren Sender 26. Der tragbare Sender 26 erzeugt ein zweites Signal 27 nach Detektion des ersten Signals 21 durch den tragbaren Empfänger 24.

Das erste vom Fahrzeugsender 20 erzeugte Signal 21 ist bevorzugt ein gepulstes Signal, das intermittierend alle paar Millisekunden übertragen wird.

Das zweite Signal 27, das vom tragbaren Sender 26 erzeugt wird, liegt bevorzugt im Ultrahochfrequenzbereich und wird selektiv bei Detektion des ersten Signals 21 übertragen. Das zweite Signal 27 kann auch ein intermittierend gepulstes Signal sein. Der Fahrzeugempfänger 22 detektiert das zweite Signal 27 und erzeugt ein Ausgangssignal, das für das zweite empfangene Signal 27 charakteristisch ist und die Fahreridentität 28 verifiziert.

Gemäß in einer Ausführungsform ist das System so gestaltet, daß sich die Fahr zeugtüren entriegeln, wann immer die Erkennungsvorrichtung 14 nahe dem Fahr zeug ist, um die Fahreridentität zu verifizieren. Ist der tragbare Empfänger 24 der Erkennungsvorrichtung 14 zu weit vom Fahrzeug 10 entfernt, um das Signal vom Fahrzeugsender 22 zu empfangen erzeugt der tragbare Sender 26 kein zweites Signal 27. Der Fahrzeugempfänger 22 wird daher kein Signal von der Erken nungsvorrichtung 14 detektieren und die Fahrzeugtüren werden automatisch ver riegelt oder bleiben verriegelt, wenn sie bereits verriegelt sind.

Nach einer weiteren Ausführungsform ist das System so gestaltet, daß der Anlas ser außer Betrieb gesetzt ist, bis die Erkennungsvorrichtung 14 so nahe am Fahr zeug ist, daß die Fahreridentität verifiziert werden kann.

Bevorzugt verwenden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung dielektrisch isoliertes Silicium auf Isolator (DI-SOI) Transistoren mit bipolarer Verbindung.

Ausführungsformen der Erfindung können jedoch auch andere Transistoren ver wenden, wie Feldeffekttransistoren einschließlich z. B. MOSFETSs.

Obwohl die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, sind dem Fachmann viele alternative Gestaltungen und Ausführungsfor men der Erfindung offensichtlich, die unter den Schutz der Ansprüche fallen.

Bezugszeichenliste

10

Fahrzeug

12

Erkennungsvorrichtung

14

Erkennungsvorrichtung

16

Fahrzeugkomponente

18

Überwachungssystem der Fahreridentität

20

Fahrzeugsender

21

erstes Hochfrequenzsignal

22

Fahrzeugempfänger

24

tragbarer Empfänger

26

tragbarer Sender

27

zweites Signal

28

Fahreridentität

30

Schaltung

32

Batterie

34

erste Verstärkerstufe

36

zweite Verstärkerstufe

38

dritte Verstärkerstufe

40

Erde
Q1 erster Transistor
Q2 zweiter Transistor
Q3 dritter Transistor
R1 Widerstand
R2 Widerstand
R3 Widerstand
R4 Lastwiderstand
L1 Induktivität
D1, D2 Diode
C1 Kondensator größerer Kapazität
C2 Kondensator
C3 Abstimmkondensator
I₁

I₂

, I₃

Teilströme für Transistoren Q1, Q2 und Q3
I_T

Gesamt-Gleichstromvorspannungsstrom
V_t

thermische Spannung
I_C

Kollektorstrom

Claims

1. Leistungsarmer Hochfrequenzverstärker mit:
einer ersten Verstärkerstufe (34) mit einem ersten Transistor Q1 mit einem Basisein gang für eine Eingangsspannung, einem Kollektorausgang und einen mit Erde (40) verbundenen Emitter; und
eine zweite Verstärkerstufe (36) mit einem zweiten Transistor Q2, der einen mit dem Kollektorausgang des ersten Transistors Q1 verbundenen Basiseingang, einen Kol lektorausgang und einen über einen Widerstand mit Erde (40) verbundenen Emitter aufweist und mit der Basis des ersten Transistors Q1 gleichstromverbunden ist, um eine stabile Gleichstromverstärkung des ersten und zweiten Transistors auf Grund lage der Basis-Emitter-Spannungen des ersten und zweiten Transistors Q1, Q2 zu erhalten.

2. Hochfrequenzverstärker nach Anspruch 1, der ferner aufweist:
eine mit der Basis des ersten Transistors Q1 verbundene Antenne zum Empfang ei nes Hochfrequenzsignals, um eine Wechselstromkomponente der Eingangsspannung an der Basis des ersten Transistors Q1 bereitzustellen.

3. Hochfrequenzverstärker nach Anspruch 2, wobei die Antenne eine Induktions gleichstromkopplung des Emitters des zweiten Transistors Q2 mit der Basis des er sten Transistors Q1 aufweist.

4. Hochfrequenzverstärker nach Anspruch 3, der ferner aufweist:
eine Amplitudenbeschränkungsschaltung, die mit der Antenne verbunden ist, um die Wechselstromkomponente der Eingangsspannung zu begrenzen.

5. Hochfrequenzverstärker nach Anspruch 4, der ferner aufweist:
einen Abstimmkondensator C3, der mit der Induktivität L1 parallel geschaltet ist, um einen Resonanzschaltkreis zum Abstimmen der Antenne auf eine erwünschte Sende frequenz zu bilden.

6. Hochfrequenzverstärker nach Anspruch 5, wobei die Induktivität L1 und der Ab stimmkondensator C3 entsprechend der Eingangsimpedanz des ersten Transistors Q1 ausgewählt sind, um eine passive Spannungsverstärkung der erwünschten über tragenen Frequenz zu schaffen.

7. Hochfrequenzverstärker nach Anspruch 1, der ferner aufweist:
einen den zweiten Transistorsender mit Erde (40) wechselstromverbindenden ersten Kondensator C1, dessen Kapazität so gewählt ist, daß der erste Transistor Q1 im akti ven Betriebsbereich während großer Signalschwingungen der Wechselstromkompo nente der Eingangsspannung verbleibt, was den zweiten Transistor Q2 veranlaßt, in seinen Sperrbereich einzutreten.

8. Hochfrequenzverstärker nach Anspruch 7, der ferner aufweist:
einen den Emitter des zweiten Transistors Q2 mit Erde (40) verbindenden Konden sator Q2, dessen Kapazität so gewählt ist, daß das Hochfrequenzrauschen der Wechselstromkomponente der Eingangsspannung gefiltert wird.

9. Hochfrequenzverstärker nach Anspruch 1, der ferner aufweist:
eine mit dem Kollektor des ersten Transistors Q1 über einen ersten Kollektorwider stand und mit dem Kollektor des zweiten Transistors Q2 über einen zweiten Kollek torwiderstand verbundene Batterie (32), die den Vorspannungsgleichstrom für den ersten und zweiten Transistor Q1, Q2 liefert.

10. Hochfrequenzverstärker nach Anspruch 9, der ferner aufweist:
einen dritten Verstärker-Transistor Q3.

11. Hochfrequenzverstärker nach Anspruch 10, wobei der Widerstand ein Emitterwi derstand ist und die Widerstände des Emitterwiderstands, des ersten Kollektorwider stands, zweiten Kollektorwiderstands und des Lastwiderstandes R4 so ausgewählt sind, daß die Temperaturempfindlichkeit gegenüber der Umgebungstemperatur des Gesamt-Vorspannungsgleichstroms gegenüber Änderungen der Basis-Emitter-Span nungen des ersten, zweiten und dritten Transistors verringert wird.

12. Hochfrequenzverstärker nach Anspruch 10, wobei der Widerstand ein Emitterwi derstand ist und die Widerstände des Emitterwiderstands, ersten Kollektorwider stands, zweiten Kollektorwiderstands und Lastwiderstands R4 so ausgewählt sind, daß die Verstärkerempfindlichkeit gegenüber Fluktuationen in den Basis-Emitter- Spannungen des ersten, zweiten und dritten Transistors Q1, Q2, Q3 aufgrund von Schwankungen in der Umgebungstemperatur verringert wird.

13. Hochfrequenzverstärker nach Anspruch 10, wobei die Batterie (32) eine Span nung von etwa 3 Volt liefert.

14. Hochfrequenzverstärker nach Anspruch 1, wobei der erste und zweite Transistor Q1, Q2 auf dielektrisch isoliertem Silicium auf Isolator (DI-SOI) gebildet werden.

15. Hochfrequenzverstärker nach Anspruch 14, wobei die erste und zweite Verstär kungsstufe (34, 36) als integrierter Schaltkreis gebildet sind.

16. Leistungsschwacher Hochfrequenzempfänger zur Verwendung mit einem entspre chenden Sender in einem System für die Überprüfung der Fahreridentität (18), der aufweist:
eine erste Verstärkerstufe (34) mit einem ersten Transistor Q1, der einen mit dem Kol lektorausgang des ersten Transistors Q1 verbundenen Basiseingang, einem Kollek torausgang und einem mit Erde (40) über einen Widerstand verbundenen Emitter enthält;
eine zweite Verstärkerstufe (36) mit einem zweiten Transistor, der einen Basisein gang, der mit Ausgang des Kollektors des ersten Transistors verbunden ist, einem Kollektorausgang und einem mit Erde (40) über ein Widerstandselement verbunde nen Emitter aufweist und ferner mit der Basis des ersten Transistors gleichstromver bunden ist, um eine stabile Gleichstromvorspannung des ersten und zweiten Transi stors auf Grundlage der Basis-Emitter-Spannungen des ersten und zweiten Transi stors Q1, Q2 zu schaffen; und
eine mit der Basis des ersten Transistors Q1 verbundene Antenne für den Empfang eines Hochfrequenzsignals, die eine Wechselstromkomponente der Eingangsspan nung der Basis des ersten Transistors liefert.

17. Hochfrequenzempfänger nach Anspruch 16, der ferner aufweist:
eine über einen ersten Kollektorwiderstand mit dem Kollektor des ersten Transistors verbundene und über einen zweiten Kollektorwiderstand mit dem Kollektor des den zweiten Transistors verbundene Batterie (32); und
einen dritte Verstärkerstufe (38) mit einem dritten Transistor Q3 dessen Basiseingang mit dem Kollektorausgang des zweiten Transistors Q2 verbundenen ist, einen mit der Batterie (32) verbundenen Kollektor und einem mit einem Lastwiderstand R4 verbun denen Emitterausgang als gepufferten Ausgang, wobei die Batterie (32) einen Vor spannungsgleichstrom für den ersten, zweiten und dritten Transistor Q1, Q2 und Q3 liefert.

18. Hochfrequenzverstärker nach Anspruch 17, wobei der Widerstand ein Emitterwi derstand ist und die Widerstände des Sendewiderstands, ersten Kollektorwider stands, zweiten Kollektorwiderstands und Lastwiderstands R4 so gewählt sind, daß die Temperaturempfindlichkeit des gesamten Vorspannungsgleichstroms gegenüber Fluktuationen der Basis-Emitter-Spannungen des ersten, zweiten und dritten Transi stors Q1, Q2, Q3 verringert wird.

19. Hochfrequenzverstärker nach Anspruch 17, wobei das Widerstandselement ein Emitterwiderstand ist und die Widerstände des Emitterwiderstands, ersten Kollektorwi derstands, zweiten Kollektorwiderstands und Lastwiderstands R4 so gewählt sind, daß die Temperaturempfindlichkeit der Verstärkerverstärkung gegenüber Fluktuatio nen der Basis-Emitter-Spannungen des ersten, zweiten und dritten Transistors Q1, Q2, Q3 gegenüber Schwankungen der Umgebungstemperatur verringert wird.

20. Überwachungssystem für die Fahreridentität (18), mit:
einem Fahrzeugsender (20) zum Erzeugen eines ersten Signals (21),
einer Erkennungsvorrichtung (14) mit einem tragbaren Empfänger (24) zum Detektieren des ersten Signals (21) einem tragbaren Sender (26) zum Erzeugen eines zweiten Signals (27) entsprechend der Detektion des ersten Signals (21),
wobei das System ferner einen Fahrzeugempfänger (22) zum Detektieren des zwei ten Signals (27) und Erzeugen eines für das zweite empfangene Signal charakteristi schen Ausgangsignals enthält, der die Fahreridentität verifiziert, wobei der tragbare Empfänger (24) aufweist:
eine erste Verstärkerstufe (34), die einen ersten Transistor Q1 mit einem Basisein gang zum Empfang einer Eingangsspannung, einen Kollektor-Ausgang und einen mit Erde (40) verbundenen Emitter aufweist;
eine zweite Verstärkerstufe (36), die einen zweiten Transistor Q2 mit einem mit dem Kollektor-Ausgang des ersten Transistors Q1 verbundenen Basiseingang, einem Kol lektor-Ausgang und einen über ein Widerstandselement R1 mit Erde (40) verbunde nen Emitter aufweist und ferner mit der Basis des ersten Transistors gleichstromver bunden ist, um stabile Gleichstromvorspannung für den ersten und zweiten Transistor Q1, Q2 auf Grundlage der Basis-Emitter-Spannungen des ersten und zweiten Transi stors Q1, Q2 zu schaffen; und
eine mit der Basis des ersten Transistors Q1 zum Empfang eines Hochfrequenzsi gnals verbundene Antenne, um eine Wechselstromkomponente der Eingangsspan nung an der Basis des ersten Transistors zu liefern.