DE2125089C3

DE2125089C3 - Regelbarer Verstärker

Info

Publication number: DE2125089C3
Application number: DE2125089A
Authority: DE
Inventors: Jack Rudolph Flemington N.J. Harford (V.St.A.)
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1970-05-19
Filing date: 1971-05-19
Publication date: 1980-10-09
Also published as: FR2093538A5; JPS5214949B1; BE767289A; US3673498A; GB1343467A; DE2125089A1; NL7106815A; MY7500045A; ES391332A1; DE2125089B2; SE360524B; AT312715B; CA954197A

Description

Die Erfindung betrifft einen regelbaren Verstärker für hochfrequente elektrische Signale mit einem ersten Transistor, dessen Basis die zu verstärkenden Signale und die Regelspannung zugeführt werden, dessen Emitter mit einem Bezugspotential verbunden ist, dessen Kollektor an eine Last angekoppelt ist und dessen Verstärkungsfaktor zwischen einem maximalen und einem minimalen Wert veränderbar ist.

Grundsätzliche Ausführungen zu regelbaren Zwischenfrequenzverstärkern sind im Aufsatz »IC R. F. and I. F. Amplifiers« von K I c i η m a η in Electronics World, Juli 1968 zu finden. Weiterhin sind in integrierter Schaltung ausgebildete regelbare Zwischenfrequenzverstärker vorgeschlagen und in den DE-Offcnlegungsschriften 19 51 295 und 20 09 947 beschrieben. Diese vorgeschlagenen Zwischenfrequenzverstärker enthalten mehrere hintereinandergeschaltete Transistorverstärkerstufen, von denen mindestens ein Teil, häufig auch noch zusätzlich ein Hochfrequenzvorverstärker, mit einer Regelspannung in ihrer Verstärkung geregelt

s werden. Die Regelung wirkt so, daß der Signalpegel am Ausgang des letzten Zwischenfrequenzverstärker unabhängig von der Höhe des Eingangssignalpegels praktisch konstant gehalten wird, solange der Eingangssignalpegel nicht unterhalb einen Grenzwert abfüllt. Die

ίο Änderungen der einzelnen Stufenverstärkungen (Hochfrequenz- und Zwischenfrequenzstufen) werden so aufeinander abgestimmt, daß auch bei verschiedenen Eingangssignalpegeln das Signal-Rausch-Verhältnis im demodulierten Signal möglichst gut ist. Zu diesem Zwecke wendel man für die Hochfrequenzverstärkeritufe das Prinzip der sogenannten verzögerten Regelung an.

Für Verstärker, die relativ hohe Frequenzen, beispielsweise in der Größenordnung von 45 MHz, verarbeiten sollten, benutzt man Kaskodenschaltungen, die unerwünschten Einflüsse der inneren Tran.sistorkapazitäten herabsetzen, welche andernfalls den Betriebsfrequenzbereich von Transistoren in Emittergrundschaltung begrenzen.

Bei regelbaren Röhrenverstärkern verwendet man üblicherweise Regelröhren mit einer gleichmäßig gekrümmten /a-t/g-Kennlinie, auf welcher der Anodenstromeinsatzpunkt bei relativ großer negativer Gitterspannung liegt. Eine solche Rcgclkennlinie führt zu geringeren Verzerrungen als eine Kennlinie mit einem relativ scharfen Knick im Stromeinsatzpunkt, wie es bei Transistoren der Fall ist. Geregelte Transistoren neigen daher dazu, die geregelten Signale zu verzerren.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Angabe einer transistorisierten Regelschaltung, welche bei Regelung ihres Verstärkungsgrades eine größere Verzerrungsfreiheit des verstärkten Signals als bekannte Transistorrcgelschaltungcn ergibt.

Diese Aufgabe wird bei einer- Verstärker der eingangs erwähnten Art erfindungsgeniäß dadurch gelöst, daß dem ersten Transistor ein zweiter Transistor, dessen maximaler Verstärkungsfaktor kleiner und dessen minimaler Verstärkungsfaktor größer als derjenige des ersten Transistors ist, wirkungsmäßig parallclgeschaltet ist, indem der Basis des zweiten Transistors ebenfalls die zu verstärkenden Signale und die Regelspannung zugeführt werden, sein Emitter über einen Gegenkopplungswidersland mit dem Bezugspotential verbunden und sein Kollektor ebenfalls an die

.so Last angekoppelt ist.

Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet des erfindungsgemäßen Regelvcrstärkers sind Zwischenfrequenzverstärker, deren Regelbereich sich von relativ hohen Spannungsverstärkungswerten bis zum Wert I oder noch darunter erstreckt und die sich in integrierter Form aufbauen lassen wobei die erfindungsgemäße Schaltung auch beim Betrieb mit geringer Verstärkung eine niedrige Rauschzahl aufweist.

Der erfindungsgemäße Verstärker zeigt eir wesentlieh gleichmäßigeres Rcgelverhalten als übliche regelbare Transistorverstärker, da der scharfe Kennlinienknick des ersten Transistors von der in dessen Betriebsbereich praktisch konstanten und niedrigeren Verstärkung des /weiten Transistors überdeckt wird. Die geringere Verstärkung des zweiten Transistors wird durch die Gegenkopplung im Emitterkreis bewirkt, welche den verzerrungsfreien Aussteuerbereich des zweiten Transistors! vergrößert.

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Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß dem ersten Transistor zwei hintereinandergeschaltete Emitterfolgertransistoren vorgeschaltet sind und die zu verstärkenden Signale zusammen mit der Regelspannung der Basis des ersten Emitterfolgertransistors zugeführt werden, dessen Emitter außerdem mit der Basis des zweiten Transistors verbunden ist, die weiterhin über einen Widerstand an eine Schaltung zur Erzeugung einer vergrößerten Regelspannung angeschlossen ist Ein Vorteil dieser Schaltungsanordnung besteht darin, daß die Basis-Emitter-Kapazität des ersten Emitterfolgertransistors zusammen mit dem an die Basis des zweiten Transistors angeschlossenen Widerstand einen Spannungsteiler bildet, dessen Teilverhältnis sich Ober die Regelspannung beeinflussen läßt, da die Basis-Emitter-Sperrschichtkapazität dieses Transistors abhängig von der Höhe der Basis-Emitter-Sperrspannung ist, als welche die der Basis dieses Transistors zugeführte Rcgelspannung im Bereich sehr hoher Eingangssignalpegel wirkt; der erste Emiuerfolgertransistor ist dann gesperrt, und die Signalübertragung erfolgt nurmehr über den erwähnten .^c>panriungsteiler.

E^:ne weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die Kollektoren des ersten und /.weiten Transistors jeweils über die Emitter-Kollektor-Streckcn eines in Basisgrundschaltung betriebenen Transistors mit der Last verbunden sind und daß die am Kollektor des zweiten Transistors wirksame Ableitungskapazität kleiner als diejenige des ersten Transistors ist. Hierbei sind zwei parallelgeschaltete Kaskodcnschallungcn vorgesehen, die ein vorteilhaftere«: Hochfrequenzverhalten zeigen, und der erste Transistor liefert mit seiner größeren Fläche, welche die größere Kapazität mit sich bringt, bei höherem Ruhestrom einen größeren Verstärkungsbeitrag.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß statt zweier getrennter Transistoren in Basisgrundschaltung ein Transistor mit zwei Emittern verwendet ^:st, an welche die Kollektoren des ersten und zweiten Transistors angeschlossen sind. Eine derartige Schallung eignet sich besonders gut zur Ausbildung als regelbarer Zwischenfrequenzverstärker in integrierter Form.

Die Zwischenfrequenzsignale und die Regelspannung werden den Basen des ersten und zweiten Transistors so zugeführt, daß bei niedrigen Signalpegeln der erste Transistor mit maximaler Verstärkung arbeitet und die mit ihm gebildete Kaskodenschaltung somit eine relativ große regelbare Verstärkung beiträgt. Durch diesen hohen Verstärkungsbeitrag ist die Verstärkung der Gesamtschaltung groß. NSit ansteigendem Signalpegel wird die Verstärkung des ersten Transistors allmählich auf Null heruntergeregelt, so daß in der Gesamtkaskodenschaltung zunehmend nur mehr der zweite Transistor wirksam bleibt und die Spannungsverstärkung praktisch 1 wird. Der für die Regelung ungünstige scharfe Kennlinienknick des ersten Transistors, der zu den unerwünschten Signalverzerrungen führt, wird durch die praktisch konstante Verstärkung des zweiten Transistors überdeckt, so daß er sich nicht mehr so stark auswirkt. Der zweite gegengekoppelte Transistor liefert nämlich ein unverzerrtes Signal, dessen Anteil im Gesamtsignal bei heruntergeregeltem ersten Transistor erheblich überwiegt. Insbesondere sind die Größe und Geometrie des ersten und zweiten Transistors so gewählt, daß ein rela'h' großer Verstärkungsbereich erzielt wird und daß bei kleinen Verstärkungsgraden dem in Basisgrundschaliung betriebenen Transistor mit zwei Emittern nur eine relativ kleine kapazitive Belastung auferlegt wird.

Die Erfindung ist im folgenden anhand der Darstel-S lungen eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 die Schallung des erfindungsgemäßen Regelverstärkers in einem Fernsehempfängerund
F i g. 2 einen Ausschnitt aus einem integrierten

to Schaltungsplättchen zur Veranschaulichung der tatsächlichen Ausbildung des erfindungsgemäßen Regelverstärkers.

In Fig. 1 ist mit dem gestrichelten Rechteck 10 ein monolithisches integriertes Halbleiterplättchen schematisch dargestellt. Das Plättchen 10 besitzt eine Vielzahl von als Kontaktflächen ausgebildeten Anschlüssen (Tj-Th) längs den äußeren Kanten. Über diese Anschlüsse werden die Verbindungen zwischen der auf dem Plättchen 10 angeordneten Schaltung und äußeren Elementen hergestellt. Das Plättchen 10 enthält einen ersten ZF-Verstärker 12, einen zweiten ;md dritten ZF-Verstärker 14, einen Videodemodulator 16, einen ersten Videoverstärker 18, eine getastete Rege'.spannungsquelle 20 zur Erzeugung der normalen Regdspannung und eine Schaltung 22 zur Gewinnung der verzögerten Regelspannung für die HF-Verstärkerstufe.

In einem mit dem Plättchen 10 ausgestatteten Fernsehempfänger werden trägermoduHerte Fernsehsignale von einer Antenne 24 empfangen und einem Abstimmten 26 zugeführt, der in bekannter Weise eine HF-Verstärkerstufe und einen Frequenzumsetzer in den üblichen Funktionen enthält. Der HF-Verstärker des Abstimmteils 26 ist auf eine bekannte Weise in seiner Vei Stärkung regelbar und ist mit der nachstehend beschriebenen Regelschaltung kompatibel.

Die verstärkten Zwischenfrequenzsignale werden über ein frequcn/.selektives Netzwerk Ά und einen Zwischenfrequenz-Eingangsanschluß Ti des Schaltungsplättchens 10 auf den ersten ZF-Vcr.stärker 12 gegeben. Ein zweites außerhalb des Plättchens 10 liegendes frequenzselektives Netzwerk 30 ist zwischen den Ausfang des ZF-Verstärkers 12 und den Eingang zweier weiterer ZF-Ven;tärker 14 über die Anschlüsse Tt und Tt des Plättchens geschaltet.

Die verstärkten ZF-Ausgangssignale des dritten und vierten ZF-Verstärkers 14 werden auf den Videodemodulator 16 gekoppelt, der aus den Zwischenfrequenzsignalcn die Bild- und Synchronisiersignale gewinnt. Das Ausgangssignal des Videodemodulator 16 wird in dem ersten Videoverstärker 18 verstärkt und über den Anschluß Ti des Plättchens auf die weiteren üblichen Schaltungen zur Verarbeitung des Fernsehsignals gekoppelt, die sich außerhalb des Plättchens 10 befinden.

Der Videoverstärker 18 liefert außerdem negative Synchronisierimpulse enthaltende Signale an die getastete Regelspannungsquelle 20. Ferner werden ihr über den Anschluß Te ies Plättchens Tastimpulse aus einer Tastimpulsquelle 32, bei der es sich um den (nicht gezeigten) Horizontaiendtransformator des Fernsehempfängers handeln kann, zugeführt. D>e Regelspannungsquelle 20 wird über den Anschluß Tg auf ein außerhalb liegendes Sicbglicd 34 gekoppelt, das einen Widerstand 36 mit wvieni parallelgeschaiteten Kondensator 38 enthält und über die in Reihe geschalteten Widerstände 40 und 42 mit einer Spannungsquelle B+ verbunden ist. Der Ausgang des ZF-Verstärkers 12 ist

über das /weile selektive Net/werk JO auf seinen Hingang (d. li. über den gemeinsamen Anschluß der Widerstünde 'K) und 42) gegengekoppelt.

Die gesiebte Rcgclspanniing wird über einen Widerstand 44 dem Kingangsanschluß 71 des Zl-'-Verstärkers 12 zugeführt und bestimmt dessen Verstärkung. Dem Hl·-Verstärker des Abstimmtcils 26 wird über die Schaltung 22 und den Anschluß 7'm eine verzögerte Rcgelspannung zugeführt. Außerhalb des Pl.ittchcns 10 befindet sieh eine Spannlingsquelle (/. B. 11+ ) mit einem parallelgeschalletcn veränderbaren Widerstand 46. dessen Abgriff über einen Widerstand 48 und den Anschluß Ti₁ mil der Schaltung 22 zur Einstellung des Einsatzpunktes der verzögerten Regelung verbunden ist. Ij

Die Teile des Plättchen* 10 für hohe und niedrige Signalpegel sind jeweils mit Hrdanschlüssen T-, bzw. 7j versehen. Über den Anschluß T> wird die Betiiebsspanniing B-Y zugeführt, die hier 11 Volt beträgt. Der ZF-Verslärker 12 wird über ein mit dem Anschluß 7"> verbundenes dynamisches Störschutzfilter 50 mit einer verhältnismäßig rauschfreien Betriebsspannung versorgt, das an den Schaltungspunktcn 52 und 54 im wesentlichen gleiche, jedoch gegenseitig entkoppelte Spannungen liefert.

Im Schaltungsplättchen 10 werden die von dem ersten selektiven Netzwerk 28 gelieferten Zwischenfrequenzsignale und die von dem Sicbglied 34 an dem Anschluß Γι zugeführte Regelspannung direkt auf die Basis eines Eingangstransistors 56 gegeben, dessen Kollektor am Punkt 54 liegt. Der Emitter des Transistors 56 ist mit der Basis eines folgenden als Emitterfolger geschalteten Transistors 51? verbunden. Die Basis-Emiltcr-Kapazität 56c/ des Transistors 56 ist in gestrichelten Linien eingezeichnet. Sie ändert sich für starke Eingangssigna-Ie als Funktion der Regelspannung und dient in Verbindung mit dem zwischen dem F.mitter des Transistors 56 und Erde wirksamen Widerstand als Dämpfungsglied. Zwischen den Emitter des als Emitterfolger geschalteten Transistors 58 und Erde ist ein Belastungswiderstand 60 geschaltet. Die am Belastungswiderstand 60 auftretenden Signale werden auf die Basis CIIlCb Uli L !lCinclll EllllllCI gCClUClCII TiailMMMI* 62 gegeben. Der Kollektor dieses Transistors ist mit einem Emitter eines Doppelemitiertransistors 64 verbunden. Der Kollektor des Transistors 64 liegt über einen Gleichstromweg durch das zweite selektive Netzwerk 30 an der Betriebsspannung B+.

Die ZF-Signale werden, ehe sie über das zweite selektive Netzwerk 30 an die nachfolgenden Stufen weitergegeben werden, durcl eine Kaskodenverstärkerstufe hoch verstärkt. Der Transistor 62 hat eine verhältnismäßig hohe maximale Steilheit g_m die als Funktion der vom Anschluß T, zugeführten Regelspannung verändert werden kann. In der dargestellten Schaltung wird die Verstärkung des Transistors 62 durch Verminderung der seiner Basis vom Anschluß Ti über die Transistoren 56 und 58 zugeführten positiven Vorspannung verkleinert.

Der Emitter des Eingangstransistors 56 ist außerdem mit der Basis eines Transistors 66 direkt verbunden und der Kollektor des Transistors 66 ist mit dem zweiten Emitter des Transistors 64 verbunden. Zwischen die Basis des Transistors 66 und Erde ist ein Vorspannungsteiler aus den Widerständen 68 und 70 geschaltet, an dessen Abgriff der Emitter des Transistors 66 liegt Die Widerstände 68 und 70 sind so ausgewählt, daß der Transistor 66 immer dann leitet, wenn auch der Transistor 62 leitet, daß aber der Transistor W? leitend bleibt, wenn der Transistor 62 sperrt. Der Transistor 66 ist im Verhältnis zum Transistor 62 klcinflächig. Die Transistoren 66 und 64 bilden eine Kaskodenverslarker siufe mit geringer Verstärkung (/. B. mit dem Verstärkungsfaktor 1).

Für steigenden Eingangssignalpegcl wird eine zusätzliche Vi.Tsliirkungsiibsenkung des gesamten III und ZF-Verslärkersystems dadurch erhallen, daß man erstens den Verstärkungsfaktor des Hl-"-Verstärkers 1111 Abstimmteil 26 verändert, zweitens die Steilheit des Transistors 56 verändert und drittens für eine weitere .Signaldämpfung beim Betrieb des Transistors 56 sorgt. Dies sei im folgenden erläutert.

Der Emitter des F.ingnngslransislors 56 ist mit der Schallung 22 für die verzögerte Regelung verbunden, und zwar über einen Widerstand 74 mit der Basis des Transistors 72. Der Eingang (Basis-EmiiterStreckc) des Transistors 72 liegt dem Eingang des Transistors 66 im wesentlichen parallel und wird mit Hilfe eines Spannungsteilers aus den Widersländen 76 und 78 vorgespannt. Der Kollektor des Transistors 72 erhall seine Bestricbsspannung über den Anschluß 711 von den Widerständen 46 und 48 und der Betriebsspannungsquelle B + . Die Vorbetriebsspannung für den Transistor 72 wird so gewählt, daß er bei nur schwachem oder fehlendem Signal sich vollständig im Sättigungszustand befinde¹

Ein als Emitterfolger geschalteter Transistor 80 koppelt den Kollektor des Transistors 72 auf die Basis eines Doppelemittertransistors 82. Die Kollektoren der Transistoren 80 und 82 sind mit dem Punkt 54 verbunden, der ihnen die Betriebsspannung zuführt. Wenn der Transistor 72 beim Fehlen eines Signals oder beim Vorhandensein eines schwachen Signals voll leitend ist. dann wird der Transistor 82 in nichtleitendem Zustand gehalten.

Ein Emitter des Transistors 82 ist über einen Widerstand 84 mit den Basiselektroden der Transistoren 58 und 66 verbunden. Der andere Emitter des Transistors 82 liegt an einem Spannungsteiler aus den Widerständen 86 und 88. Der Widerstand 84 bewirkt in VCIUiIiUUiIg um uct τ\.αμαίίίαί _n>u tun. i^äiVipiuMg OCi starken Signalen. Der Widerstand 84 schließt ferner für mittlere und starke Signale die Gegenkopplungsschleife zur Basis des Transistors 72. Bei mittleren und starken Signalen verringert die zugeführte Regelspannung die Leitfähigkeit des Transistors 72. so daß er aus der Sättigung gerät. Die Kollektorspannung des Transistors 72 steigt dann an, wodurch die Transistoren 80 und 82 leitend werden. Der Spannungsteiler 86, 88 ^;st so bemessen, daß bei einem bestimmten Wert der Regelspannung (entsprechend einem bestimmten ZF-Signalpegel) ein weiterer Transistor 90 leitend wird und eine verzögerte Regelspannung an den Abstimmteil 26 gelangen läßt. Dem Transistor 90 ist ein Basiswiderstand 92. ein Emitterwiderstand 94 und ein Netzwerk 96 zum Umsetzen des Kollektorspannungspegels zugeordnet.

Die in F i g. 1 gezeigte getastete Regelspannungsquelle 20 ist so ausgebildet daß der Kollektorstrom des Transistors 98 den Kondensator 38 des Siebgliedes 34 entlädt, wenn der Ausgangspegel des Videoverstärken 18 einen vorbestimmten Wert überschreitet Die Verkleinerung der Regelspannung hat zur Folge, daE die Verstärkung der entsprechenden ZF- und HF-Verstärkerelemente vermindert wird. Falls der Videoausgangspegel unter den gewünschten Wert absinkt, (wa<

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wählend eines lining im I ιιιμ'.ι n>_· ssi^'n.il geschehen kanu) iliiiin und durch dm KegeiiMecliamsmiis du: Impedanz des I r,iiisislois 4H ci -hohl iiiul der koiule lisa lcil 18 .Uli I¹IIR- /UMelllllClld puSIIIVi S[IiIIIMIIMJ' .iuigciadcii (ιiL-r Ladcsiiom Nr¹Hi vom i'oi /it dc-1 Hi-Ii ι c hs s pa mi ti κ j:s(| mc 11 c durch die W ιdci stände 40 π ml 42) Dr- Sn erhöhte Ki gckp,mining hai /in I olge. d,iH die iignalvcrstarkimg del i-nisprci Ir-miIi-ii Vd si.κ kimgselcmenlc s c I¹KiIVrI vv ird.

Im folgenden sei d.is Ket'elv ei halleii gcnaiiei !h-sc h π chi.· M. Hier/ii w lid Mim I'egel Null .L-1 empfange run Signale ausgegangen und cm allmähliches Allste! j'cM Ins ,iiif emeu Ma\imalpegel helrniΊιΐι-ι

Wenn kein Signal cmplangeii «ml. ,irhcileii dci \hsiiMimleil 2h und der /I Verstärker 12 mil maximal·'!' Verstärkung, listens huh sich hierbei der kondensator 58 üiiI eine verhältnismäßig hohe positive Spannung ,iu(. /u eileiis sind hierbei die 1ι ansisiot cn 5h,

μ ii gespannt und dl il I ens u ird liici bei del I πι Msis ι ■ ir 72 in die Sättigung gcsleiiei I Die 11 aiisisloren 80. 82 und 4<l sind gesperrt. Wenn d.is l.mpl.iMgssigiial anwachst, d.mii weiden die Sij-'ii.ile mim den dem Demodulator lh vorgeschalteten Versi.irkereleir.eiilen verstärk! und der SiL¹M.ilpej-'cl wird im der Rcgckpanniiiigsqucllc 20 ei Miillelt. VVeMM cm mii -gegebene! V ideosigtialpcgel ei reicht lsi. d.liin bcj.'iMi]l die RcgckpaiiMiingsquelle 20 die .im den Anschluß / gehelerte Kcgckpaunuug /ii ν ei miudcni. Der Verstärkungsfaktor des I raiisislors h2 und dar.iiifliin \erklemcrt. so il.iH d.is \ idcoaiisgangs sigr.J .im dem Anschluß I. ,ml seinem vorbestimmten VVerl j-'chiilten wird. Hei niedrigem l'ej:el der i .iiilmiijjs siL'ii.ill¹ ist der I r;insistor hh lcileiid. Seine Sp;iiiMunj.^?s veisl.irkiiiij; luil jedoeh nur den Wert lins. Diihei ist sein lieilriij; /ii dem iin den Ir.uisistor 44 j-'elielerleii Sij-'iiiil uiibedeiileiul L'ej.'eiiiiber dem Anteil, der mim dem hiH'lucrsiiirkenilcn Ir.uisistiu h2 (/.Ii t¹ —<).()■") Sie meiis) geliefert <vird. D.i der I r.insisior 72 gesättigt ist. ,irbeiiel iiuUerdem der Absnmmteil 2h mit m;i\iniiiler V'erstiirkunj!.

Wenn der I.Mip(;iiis'ssij:iud|->ef:cl iiiiwiielisi und die dem Aiisi-hluli 7 /imefiihrte KeL'elspiinmmj: weniger |«isiliv wird. diiiiM nimmt der Verstiirkiingsfiiktor des Ininsislors 62 üb. Diese Abnahme machte beispielsvvei se für levveils 20 mV Änderung der Kegelspannung h dli aus. Wenn die Regelspiinnung niif einen genügend tiefen posiliven Wert abfallt, dann kommt der Transistor 72 aus seiner Sättigung, wodurch die Transistoren 80 und 82 leitend werden. Die Transistoren 72. 80 und 82 wirken dann als Gegenkopplung, welche das Eingangs· signal der Transistoren 66 und 58 (und daher des Transistors 62) zu stabilisieren trachtet. Die Vorspannungswiderstände 68, 70, 76 und 78 werden so gewählt, daß der gewünschte Übergang /wischen den Betriebsarten stattfindet, bevor der Transistor 62 seine Leitfähigkeit verliert.

Jedes weitere Anwachsen des Signalpegels und die resultierende Abnahme der Regelspannung hat eine sehr kleine Änderung der Verstärkung der Kaskodenverstärker 62, 64, 66 zur Folge. Der Transistor 98 leitet daher stark, so daß die Regelspannung am Kondensator 38 schneller vermindert wird. Da die Transistoren 80 und 82 leitend sind, gelangt eine Regelspannung nach Teilung an den Widerständen 86 und 88 und Umsetzung durch das Netzwerk % an den H F-Verstärker des Abstimmteils 26. Der Transistor 62 durchläuft einen Verzerrungen verursachenden Zustand niedriger Verstärkung, wenn er in den Sperrzustand gesteuert

wird Der iihcrjMM: Mili/ielil sich ledocii in einem lel.tliv kleinen Hei· κΐι. und del I ι .ilisisi. n hh iieleil einen im « cscmiIk Ilen m-iyci nuij:slicic". überwiegen den Anteil semes Aus)\iMj:sslrumes su dall die 11.11 hleilijli'u Wirkuni-cn cinei \ ei /ei i iinj¹ iM'cidcckl werden Dei kaskndeiivei si.irki 1 <i4, hh .iiLrikl bei ledern weiteren Anwachsen der Signalslarke mit relativ konstanter Sign.ilspaiiniiMj'sv ersi.irkung von im vv eseiit liehen dem VVerl I ins

Hei wetteiein Anwuchs. 11 des Sigual|iegels nimmt die Kej!elsp.iMMiiMj¹ am Koiulensaloi ΪΗ ueiterhiM ah. Ι)κ-VeisiaikuMj' des Absiimmieils 2h wird daduu Ii ν ei iniiulei I. bis der Vei siai kiinj-'sfakloi des III Verstärket s sciMi-M MmiMiiilwcil erreicht hai. In diesem / island ist die dem .AnsehluH / /ugeftihrle KegelglcichspiiumiML' niedrig gi-mig. um die Steilheit des I ing.iiigsiriinsisiors jh /u beemiliissen. dessen l.miller-S[IiIMMMMg vom der KiickkoppliiMgsschiillung 72, 80, 82 j...._·..^1...Ji₁... ···;·;) ! ... ...ι; ·Λ eüerv". Aü'.ViifhM·!! ¹Ji".

SigiKilpegel·. bleibt die V ei Stärkung des Abstimmleils 2h auf einem Mmimalwerl. wahrend die Steilheit des I mg.iufsliansistoi s ih veikleiiiert wird, bis der I i.insislor Sh nicht mehr leitet.

In diesem Zustand vviikl die Hasis Kmitter-Kapa/itäi ihi/des IraMsistors 5h. liau|ils:iehlich 111 Verbindung nut dem Widerstand 84. al·. Spannungsteiler. Die in Spcmchtiing ν orgcspaiiiilc Sperrst hichlkapa/itiil 56(/ wirkt als Kapa/itatsiliodc. deren Kapa/iläi abmmml. wenn die angelegte Kegelspanniing weniger pnsitiv w ird.

Hei den 111 I rage kommenden Signalfrequcn/en (ti. Ii. aun.iliernd H)MII/) reu In diese Kapa/itiilsänderiing aus. um fur sehr Imlie l'egel des Liugangssigiials eine eiVVIiIiS(IiIe Dampiung lieibei/uführen. Die gesamte Sil'm,ilspanniingsverstiirkung des ersten Zl-V ersliirkers /WiSi)-CIi dem LiiigaiigsaMsehliili /■ und dem ArischluH /: (dem I.ingang des /weilen Zl -Verstärkers 14) wird unter diesen Umstanden auf weniger als [-"ins verkleineit Ls sei auch bei lerkl. dall die Verstärkung des Ab '.immleils 2h elwa ilen Wert I hai. Daher wird der Kaiisehiibsiand des demodulierten Signals von jeder Rauschduelle Ins einschlielllich des Zf-Verstärkers 12 beeinflußt. Kegelschaltungen in Fernsehempfängern sind üblicherweise so ausgelegt, dall die Amplitude von Spitze /u Spitze der niederfrequenten Synchronisiersignale am Ausgang des Videodemodulator auf einem vorbestimmten Wert gehalten wird. Normalerweise steht der Spitzen wert der Svnchronisierimpulse im festen Verhältnis zum maximalen Farbsignalpegel. In diesem Fall arbeitet die Kegelschaltung so. daß ein genügender Rauschabstand sowohl des Leuchtdichtesignals als auch des Farbsignals erhalten wird. F.s gibt jedoeh Fälle, in den';n dieses Verhältnis leider nicht eingehalten wird.

Beispielsweise kommt es bei der Massenfertigung von Farbfernsehempfängern vor. daß die Frequenzselektivität (d.h. die Bandpaß-Kennlinien) der HF- und ZF-Vcrstärkerstufen von den gewünschten Nennwerten abweicht. Die relativen Amplituden der niederfrequenten Signalkomponenten (Synchronisierimpulse und Lcuchtdichtesignai) und der hochfrequenten Signalkomponenten (Farbsignale) des demodulierten Videosignals sind daher nicht korrekt. Außerdem liegen diese Signalkomponenten in der Frequenz so weit auseinander, daß unterschiedliche Sende- und Empfangsbedingungen ein falsches Verhältnis ihrer Amplituden herbeiführen können. Dieses Problem kann durch Mehrwegereflexionen, durch unterschiedliche Kabelim-

pcdaii/cn bei 1 Ji ;ihttihL rl ι iitriinir. iluri Ii A rnlfiiirif der Anlenncnimpcdaii/ usw. verursacht werden. Su k,inn /. Ii. ti it- Tarbsignalknniponcnle des l-.nipfangssigiials mil /Ii geringer Verstärkung verarbeitet werden, weil sie bc/iiglich der Komponenlen niedrigerer I icqucn /en. .inf welche die Regelschaltung anspricht, /υ klein im. Wenn das l.mpfangssignal verhältnismäßig sl.uk isi. aber d.is Farbsignal im Verhältnis /um l.cuchldichlesignal geschwiiclit lsi. sel/t die Regelschaltung die Verstärkung so weil herab, daß der Rauschabsland ties l.euchtdichtcsignals /war hrauvhbar im, ilerienige des Farbsignal jedoch unvertretbar klein ist. In vielen modernen Fernsehempfängern sind die I arbsignal verstärker mit einer eigenen automatischen Ver starkungsrcgcliing ausgestaltet, die das Farbsignal .ml voller Amplitude hüll, selbst wenn seine Amplitude im Ausgangssignal lies Videodemodulator vermindert ist. I alls der Kaiischabsland der iliesen Farbsignalvcrstar kern /!!geführten I arbsignale unvertretbar klein ist. dann erseheinl beim Fmpiang einer I arbscndung auf dem Bildschirm ein durch das Kauschen hervorgerufenes unerwünschtes farbiges »Schneien«.

Um diese bei den oben beschriebenen Bedingungen auftretenden Schwierigkeiten zu beseitigen um.I um in einem Empfänger mit automatischer Verstärkungsregelung außerdem einen verhältnismäßig grölten liereich an .Signalpegeln verarbeiten /u können, muli der Einfluß alicr Kaiischenergie(|iiellen in der Signalvcislärkerkelte hinter der Eingang'.Mufe auf das verstärkte Signal möglichst klein sein. Diesen Problemen muli bei einem geregellen integrierten /I Verstärker besondere Be achliing geschenkt werden, weil der Verstärkiingsbe reich und die verarbeilbaren Maximalaninlimden bei den ein/einen Stufen begren/l ist.

Anhand von F i g. 2 sei der Aufbau eines integrierten Schallungsplättchens 10 erläutert, mit dem die Rausch-Probleme gemeistert werden. Das Plättchen 10 besteht aus pleilendem Halbleitermaterial, vorzugsweise Sili/i um und ist mit eine n-leilenden epitaktischen Schicht versehen. Nleitende Kollektorzonen für die Transistoren können dann durch Diffusion von ρ · -Hcgren/ungs-/onen durch das n-leitcnde Material zur p-leitenilen iJiuei iage gebildet werden.

Der dargestellte Teil des Plättchens enthä't einige Transistoren 56,62, 64 und 66. die Anschlüsse Ti. T, und T, sowie die zu diesen Teilen gehörenden leitenden Verbindungen. Innerhalb jeder Kollektorzone 56c. 62c 64c und 66c wird eine Basiszone 566, 626. 646 und 666 aus pleitendem Material (getüpfelt dargestellt) eindiffundiert. Anschließend werden entsprechende Emitterzonen aus η-leitendem Material 56c. 62c, 64oi, 64e> und 66c durch Diffusion gebildet. Die Transistoren werden entsprechend dem Schaltbild nach Fig. 1 durch Metallisierungen M miteinander verbunden, welche über einer Oxidschicht aufgetragen sind, die an den jeweiligen Kontaktstellen der Transistoren und der anderen Bauteile Öffnungen aufweist.

Wie es in Verbindung mit der Fig. I erwähnt wurde, ist der Transistor 62 so ausgelegt, daß er bei den verwendeten Zwischenfrequenzen (etwa 45 MHz) eine steuerbare Steilheit mit verhältnismäßig hohem Maximum aufweist. Die Fläche der Kollektorzone 62c ist verhältnismäßig groß. Weiterhin ist die Basiszone 626 mit zwei Metalikontakten M versehen, die zu beiden Seiten der Emitterzone 62e liegen, um wie bekann', die gewünschte hohe Verstärkung zu erzielen. Dagegen nimmt die Kollektorzone 66c des Transistors 66 eine kleinere Fläche ein. Die eine Kante der Kollektorzone hhriM durch die Metallisierung Λ/verdeckt, sie fliichlel ledoch Ulli der .■!!(sprechenden kante des Kollektors h2c. I ciiiLT isi d:e Basis hh/i - mit einem ein/igen Koniakt — und auch die Emitter/one Mn· verhältnis > mäßig klein, /ur Veranschaulichuiig des I Intcrschiedes in den Abmessungen (2:1) sind die Bauelemente mallMabsgctrcu gezeichnet. In Wirklichkeil ist tier Anschlull W auf dem Planchen 0.1 mm χ 0,1 mm groß. Der Anschluß /Ί wird durch eine mit der ρ leitenden

in Unterlage verbiiiuleni ρ ■ -Diffusion gebildet. Die mn dein Anschlull Γ. verbundene Metallisierung Λ/ isi außerdem außerhalb des Pläitchens nut linie verbunden, wie es in I ι g. I ge/eigl ist. Die kapa/itäl /wischen Kollektor und Erde des Transistors 62 ist etwa zweimal

ι- so groß wie die uitspreclicnde kapazität des kleineren transistors Mr Diese Ijgenschafl der Transistoren 62 und bb ist von besonderer Bedeutung für das oben beschriebene Verhallen der Schaltung bei starken Signalen und niedriger Verstärkung der /I- Verstärker.

."i Beim Anwachsen des Ijiipfangssign;:ls wird die \oni Siebglied 54 über den Anschlull l\ ziigeluhrte Kegel spannung weniger positiv. Die Verstärkung des I ransislors 62 w ird kleiner und kann den zum Tr;..isisiur 66 gehörenden Wert I erreichen. Bei dieser Verkleinerung der Verstärkung des Transistors 62 wächst die l.milleiimpedan/ eines jeden der Transistoren 62 und 64 in entsprechender Weise (/. B. von etwa IO Ohm bis 1000 Ohm), da die Transistoren h2 und 64 in Serie geschaltet sind. Bei der Belriebsfrec|uenz (/. B. etwa 45 MII/) beträgt die Kapazität zwischen Kollektor des Iransistors 62 und .Substrat ebenfalls annähernd 1Oi)O Ohm. Daher fließt ein wesentlicher Teil (anniihcrnJ die I lälfle) des vom Transistor 62 gelieferten Signalstroms eher durch dessen Kollektor-Suhsirat-Kapa/itäi als durch ilen Transistor M. Während dieser /eil wirkt die Kapazität auch als Ijmtter-Belasltingsimpedan.' für das l-ügcitrauschcn lies Transistors 64. Die gemeinsame Wirkung der Verkleinerung des dem Transistor 64 /!!geführten Signals und des m.verminderten Kauschanteils des Transistors 64 verschlechtert den Rauschab stand des /I-'-Verstärkers 12. der in diesem Zustand mit einer Verstärkung von etwa 0 dB arbeitet.

iiiii liiese /iisai/iiche Kauschqueiie /ii beseitigen, isi der /weite !"ingangsiransislor 66 vorgesehen. Wenn die Verstärkung des Transistors 62 auf den erwähnten kleinen Wert vermindert wird und dieser Transistor nahezu nichtleitend ist, dann nimmt die Änderungsgeschwindigkeit der Verstärkung des ZF'-Verstärkers 12 (d.h. Verstärkungsänderung dB/mV der Änderung der Regelspannung) wesentlich ab. Die Regelschaltung treibt bei wachsendem Signalpegel den Transistor 62 schnell in seinem Sperrzustand heraus.

Der Emitter des Transistors 64, nuf den der Kollektor des Transistors 62 gekoppelt ist, erhält daher keinen Gleichstrom mehr und der mit der Kollektor-Substrat-Kapazität des Transistors 62 verbundene Basis-fcmittcr-Übergang des Transistors 64 wird von der Schaltung abgetrennt. Die kleinere Kollektor-Substrat-Kapazität des Transistors 66 verschlecntert den Rauschabstand nicht wie die größere Kollektor-Substrat-Kapazität des Transistors 62. Der Rauschabstand des Empfängers wird daher verbessert.

Die Basis-Emitter-Kapazität des Transistors 56 ändert sich bei Betrieb in Sperrichtung gegenläufig mit der angelegten Sperrspannung. Die dazu erforderliche Geometrie des Transistors 56 ist in F i g. 2 dargestellt. Die Kapazitätsänderung liegt in der Größenordnung von einigen Pikofarad und bewirkt zusammen mit dem

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sliiiul 84 oiiK' Dämpfung der ringiingssigiiiile nut hohem Pegel iiiul verhindert sennit eine Übersteuerung' des /I Versliirkers 12

In Abwandlung des dargestellten Beispiels k;inn der I IiUiSiSl(Ir M dureh /wei getrennte I r.insisi.iren in IliisissfliiilIUIi^* ersetzt werden, deren Hasen miteinander und tieren Kollektoren ebenfalls mileiuiinder \ erblinden waren, lind deren limitier .in the Kollektoren >.\ι:ι· Iriinsistoren b2 und M) angeschlossen Wijren. I-Lirι Ir.insislor nut /wei I.mitteln benötigt .ml dem integrierten Schiilüingspliittchen jedoch weniger l'lal/ ills /wei getrennte 1 ransistorcn mit ieueils einem r.miller. weil für die I lerslelhmg der oliniselien Kontiikte (Verbindungen) /wischen der Metallisierung und der M;i-.is und Kollektor-1 liilbleiter/one bei einem IViinsistor mn /wei llmiltern weniger Kiiiim gebraucht wird ids bei /wei getrennten Transistoren mit leweils einem Kiniller. Aiieh sp:irl iiuiii iiul dem l'liiltehen den KiKIiIi. der /iir gegenseitigen Isolierung /weier getrenn ler I r.insistore·'nötig ist.

Wenn die 'telriebsfrequen/en des geregel'en /.!■'-Verst.irkers nennenswert liefer ills ·1^Γ>ΜΙΙ/ liegen, diinn brauchen die I ransisloren h2 und Mi mein in kaskodensch.lining angeordnet /n sein. Die kaskoden sch.iltiing hall den l.inilcl.l iler knllcktoi Hasis-K.ipa/i taten, der kolleklor I mittel k .iiia/ilalen und ,1. ι Kollekloi Substrat kapa/Malcn .ml die Bandbreiten der in I imitlerschaltung befindlichen Yc. starker möglichst genug. Hei tieIei en I ι c(|iieri/en ist i.\cv I ml lull dieser kap.i/ilalen auf die Handbreiten der \erstarker unbedeutend. In diesem I alle können ehe Verstärker transistoren b2 und bh im eine gemeinsame Last angeschlossen scm (/.H. an die IVuniirw ickliing eines /w eikreisigen I Ibeilragers). I )ie r.irallelschiillung der in I niiilergiiiinlschallung iingeordnelen Transistoren h2 und Hh liefert dann immer noch die gewünschte Kegelcharaklcnsük. was bei den herkömmlichen gele gelten Iransislorversi.irkein nicht der Kill ist. Hei dem in der I ι g. I dargestellten Nusiuliruiigsbeispiel der I rluidiing wird the Regclspaniiui.g sowohl dem I liinsisior ββ als auch dem Ir.insislor h2 /ugeliihrt. wobei die Wirkung auf den Transistor Mi wegen der (legenkopplung w eiliger ausgeprägt ist.

Ilier/u 2 Blait /eiehntinizcn

Claims

Patentansprüche:

1. Regelbarer Verstärker für hochfrequente elektrische Signale mit einem ersten Transistor, dessen Basis die zu verstärkenden Signale und die Regelspannung zugeführt werden, dessen Emitter mit einem Bezugspotential verbunden ist, dessen Kollektor an eine Last angekoppelt ist und dessen Verstärkungsfaktor zwischen einem maximalen und einem minimalen Wert veränderbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß dein ersten Transistor (62) ein zweiter Transistor (66), dessen maximaler Verstärkungsfaktor kleiner und dessen minimaler Verstärkungsfaktor größer als derjenige des ersten Transistors (62) ist, wirkungsmäßig parallelgeschaltet ist, indem der Basis des zweiten Transistors (66) ebenfalls die zu verstärkenden Signale und die Regelspannung zugeführt werden, sein Emitier-über einen Gegtnkopplungswiderstand (70) mit dem Bezugspotentia! (Masse) verbunden und sein Kollektor ebenfalls an die Last (30) angekoppelt ist.

2. Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß dein ersten Transistor (62) zwei hintereinandergeschaltete Emitterfolgertransistoren (56,58) vorgeschaltet sind und die zu verstärkenden Signale zusammen mit der Regelspannung der Basis des ersten Emitterfolgertransistors (56) zugeführt werden, dessen Emitter außerdem mit der Basis des zweiten Transistors (66) verbunden ist, die weiterhin über einen Widerstand (84) an eine Schallung (22) zur Erzeugung einer vergrößerten Regelspannung angeschlossen ist.

3. Verstärker nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollektoren des ersten und zweiten Transistors (62, 66) jeweils über die Emitter-Kollektor-Streckc eines in Basisgrundschaltung betriebenen Transistors (64) mit der Last (30) verbunden sind und daß die am Kollektor des zweiten Transistors (66) wirksame Ableitungskapazität (bed) kleiner als diejenige des ersten Transistors (62) ist.

4. Verstärker nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß statt zweier getrennter Transistoren in Basisgrundschaltung ein Transistor (64) mit zwei Emittern verwendet ist, an welche die Kollektoren des ersten und zweiten Transistors (62, 66) angeschlossen sind.