DE2135621B2

DE2135621B2 - Zweistufiger Breitband-Transistorverstärker

Info

Publication number: DE2135621B2
Application number: DE2135621A
Authority: DE
Inventors: Leslie Los Altos Calif. Besser (V.St.A.)
Original assignee: Hewlett Packard Co
Current assignee: HP Inc
Priority date: 1970-07-20
Filing date: 1971-07-16
Publication date: 1974-01-10
Also published as: GB1316715A; DE2135621A1; FR2103113A5; US3649925A

Description

Die Erfindung betrifft einen zweistufigen Breitband-Transistorverstärker, bei dem die erste Stufe in Kollektorschaltung ausgeführt ist, wobei Jer Emitteranschluß den Ausgang der ersten Stufe bildet und die zweite Stufe einen Transistor in Emitterschaltung aufweist, bei welcher der Basisanschluß den Eingang bildet, der Emitter mit dem Kollektor des Transistors der ersten Stufe verbunden ist und der Kollektor an den Ausgang geschaltet ist.

Es ist bereits ein zweistufiger Hochfrequenz-Transistorverstärker bekannt, bei welchem die erste Stufe einen Transistor in Emitterschaltung und die zweite Stufe einen komplementären Transistor in Kollektorschaltung aufweist (USA.-Patentschrift 3 239 770). Dabei sind in der Rückkopplung der zweiten Stufe in Reihe ein Widerstand und eine Induktivität geschaltet, welche die Verstärkercharakteristik der Schaltungsanordnung bei niedrigen Frequenzen glätten, indem Spitzenwerte des Signals kurzgeschlossen werden. Parallel zum Ausgang der zweiten Stufe ist zur Einstellung eines ausreichenden Wertes des Ausgangswiderstandes der Schaltung ein Widerstandselement angeordnet, welches einen Teil der Leistung verbraucht. Da die Ausgangsimpedanz der Kollektorschaltung der zweiten Stufe in dem interessierenden Hochfrequenzbereich beinahe Null ist, wird in dem Widerstand zur Reihenrückkopplung über beide Stufen ebenfalls ein relativ hoher Anteil der Leistung verbraucht.

Weiterhin ist eine zweistufige Verstärkerschaltung bekannt, bei welcher eine erste Treiberstufe mit einem Paar komplementärer Transistoren vorgesehen ist, deren Basis-, Emitter- und Kollektoranschlüsse jeweils miteinander verbunden sind. Die Treiberstufe ist mit einer zweiten Verstärkerstufe in Form eines Transistors in Basisschaltung verbunden (italienische Patentschrift 594 479).

Schließlich ist ein Breitband-Transistorverstärker der eingangs genannten Gattung bekannt, bei welchem die Basis der ersten Stufe von einem Vorverstärker angesteuert wird der Emitter die Basis der zweiten Stufe ansteuert und über einen Widerstand mit Masse verbunden ist und der Kollektor der ersten Stufe direkt an Masse liegt. Der Kollektor der zweiten Stufe bildet den Ausgang des Verstärkers, während der Emitter wieder über einen Gegenkopplungswiderstand an Masse liegt und über eine Parallelgegenkopplung mit dem Vorverstärker verbunden ist (deutsche Patentschrift 1 789 119). Auch ist es aus

ίο dieser Druckschrift bekannt, in der Ausgangsstufe zwei gleiche Transistoren zur Leistungserhöhung parallel zu schalten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Breitband-Transistorverstärker zu schaffen, bei welehern vor allem die Ausgangsnutzleistung erhöht und die Verlustleistung herabgesetzt wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einem Breitband-Transistorverstärker der eingangs genannten Gattung erfindungsgemäß vorgesehen, daß parallel zu

ao dem Transistor der zweiten Stufe ein zusätzlicher zu diesem komplementärer Transistor derart geschaltet ist, daß jeder seiner Anschlüsse jeweils iiiit dem entsprechenden Anschluß des anderen Transistors der zweiten Stufe verbunden ist, die Kollektoren der

»5 zweiten Stufe über eine einen Widerstand aufweisende Gegenkopplung mit der Basis der zweiten Stufe und über eine einen Widerstand aufweisende Gegenkopplung mit der Basis des Transistors der ersten Stufe verbunden sind. Durch die Verwendung eines Paares komplementärer Ausgangstransistoren wird eine Erhöhung des Grundwellensignals bei gleichzeitiger Unterdrückung der geradzahligen Harmonischen erreicht. Auch ergibt sich eine geringe Verlustleistung, da der Innenwiderstand der Transistoren der

zweiten Stufe hoch gegenüber dem Reihenrückkopplungswiderstand ist und im übrigen kein paralleler Ausgangiwiderstand erforderlich ist. Weiterhin kann kein optimaler Leistungswirkungsgrad durch Leistungsanpassung beider Stufen erreicht werden.

♦o Durch die sich über beide Stufen erstreckenden Rückkopplungen können die Eingangs- und Ausgangsimpedanzen eingestellt werden, und in Verbindung mit der Rückkopplung über der zweiten Stufe kann eine vorbestimmte Gesamtverstärkung eingestellt werden.

Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand der Zeichnung erläutert; es stellt dar

Fig. 1 das Wechselstrom-Ersatzschaltbild eines zweistufigen Hochfrequenzverstärkers,

Fig. 2 das Schaltbild eines zweistufigen Hochfrequenzverstärkers, aus welchem auch die Schaltkreise zur Vorspannungserzeugung hervorgehen.

Gemäß dem Wechselstrom-Ersatzschaltbild in F i g. 1 enthält der zweistufige Breitband-Transistorverstärker 30 in der ersten Stufe einen NPN-Transistor 16 in Kollektorgrundschaltung und in der zweiten Stufe ein Paar komplementärer NPN- und PNP-Transistoren 32 und 34 in Emittergrundschaltung. Dementsprechend sind die Basis des Transistors 16 mit einer Eingangsklemme 12 verbunden, der Kollektor des Transistors 16 mit den gemeinsamen Emitteranschlüssen und der Emitter mit den gemeinsamen Basisanschlüssen der Transistoren 32 und 34 verbunden.

Die gemeinsamen Kollektoranschlüsse der Transistoren 32 und 34 sind mit einer Ausgangsklemme 14 verbunden.

In der zweiten Transistorstufe ist eine lokale Rück-

kopplungsverbindung mit einem Widerstand 20 und einer Induktionsspule 36 zwischen den gemeinsamen Kollektor- und Basisanschlüssen vorgesehen. Ein zwischen den gemeinsamen Emitteranschüissen der Transistoren 32 und 34 und der Basis des Transistors 16 angeschlossener Widerstand 22 bildet eine beide Transistorstufen umfassende Parallel-Rückkopplung. Ein zwischen dem Kollektor des Transistors 16 und den gemeinsamen Emitteranschlüssen der Transistoren 32 und 34 einerseits und einer für beide Stufen gemeinsamen Leitung 13 wechselstrommäßig angeschlossener Widerstand 34 bildet eine Gesamt-Reihenrückkopplung.

In Fig. 2 ist eine ausführlichere Schaltungsanordnung angegeben. Diese enthält Vorspannungswider- *5 stände Rl, R2, R3, R6 und RT, Entkopplungskondensatoren Cl, C3, C4, CS, C6 und einen Ableitungskondensator Cl. Wechselstrommäßig wird der lokale Rückkopplungswiderstand 20 durch Widerstände A4 und RS gebildet. ^ao

Der Wert F_T, d.h. die Frequenz der Einheitsverstärkung der Transistoren 16,32 und 34 beträgt ungefähr 1,2 GHz. Bei der Ausführung in herkömmlicher Hybrid-Dünnfilm-Technologie wurden folgende Betriebswerte der Schaltung ermittelt: Verstärkung »5 17 dB im Bereich von 40 bis 300 MHz, Eingangsimpedanz 75 Ohm, Ausgangsimpedan7 50 Ohm.

Die Schaltung hat im wesentlichen folgende Merkmale:

- Eine optimale Leistungsübertragung von der ersten auf die zweite Stufe wird erreicht, da der Ausgangswiderstand der Kollektorgrundschaltung der ersten Stufe gut auf den Eingangswiderstand der Emitter-Grundschaltung der zweiten Stufe abstimmbar ist.

- Eine Stabilisierung auch bei hohen Frequenzen wird mittels der lokalen Rückkopplung über der zweiten Stufe durch den W.derstand 2U bewirkt, der die sonst bei höheren Frequenzen aiiftrefende nichtlineare Phasendrehung herabsetzt: Kts bei Frequenzen über 0,1 F_T wurde der Verstärker sonst unbrauchbar. Die Eingangs- und Ausgangs.mpedanzen der Verstärkerschaltung sind über d.e Widerslande

22 und 24 einstellbar.

. Die Verstärkungs/Frequenzfunktion kann über den Widerstand 20 eingestellt werden, welcher dfe Frequenz der Null-Rückkopplung festlegt. D?ese Frequenz bestimmt nut der Gesamt-Rci-Ep und Gesamt-Parallelrückkopplung, ob d.e Verstärkung als Funktion der Frequenz konstant, abnehmend oder zunehmend veriauft.

- Die Phasendrehung und Wirkung der Gesamt-R irkkoDDlune wird durch die Widerstände 20. SndÄsfimmt. Bei Frequenzen über 0, F beträgt die Phasendrehung - 180 , so daß die Gesamt-Rückkopplung negativ wird. Be. hohen Frequenzen(über(),4F_T)ändertsichdie Phasendrehung linear bis etwa zu - 360° so daß d.e Gesamt-Rückkopplung positiv wird.

- Die Frequenz, bei welcher der Ruckkopplung, effekt ausbleibt ergibt eine Phasendrehung von 27()° undi ist durch den Widerstand 20 festgelegt Diese Frequenz bestimmt zusammen mit Gesamt-Reihen-undParallel-RückkopplungobdR Verstärkung der Schaltungsanordnung als Funktion der Frequenz konstant bleibt, abnimmt oder

- BrTiohere Ausgangsleistung wird durch die Anordnung der komplementären Transistoren 32 und 34 in der Ausgangsstufe erreicht.

_ Eine weitere Erhöhung der obengenannten Grenzfrequenz des Verstärkers kann durch d.e Induktionsspule 36 bewirkt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Zweistufiger Breitband-Transistorverstärker, bei dem die erste Stufe in Kollektorschaltung ausgeführt ist, wobei der Emitteranschluß den Ausgang der ersten Stufe bildet und die zweite Stufe einen Transistor in Emitterschaltung aufweist, bei welcher der Basisanschluß den Eingang bildet, der Emitter mit dem Kollektor des Transistors der ersten Stufe verbunden ist und der Kollektor ars den Ausgang geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu dem Transistor (34) der zweiten Stufe ein zusätzlicher zu diesem kompienenfärer Transistor (32) derart geschaltet ist, daß jeder seiner Anschlüsse jeweils mit dem entsprechenden Anschluß des anderen Transistors der zweiten Stufe verbunden ist, die Kollektoren der zweiten Stufe über eine einen Widerstand (20) aufweisende Gegenkopplung mit der Basis der zweiten Stufe und über eine einen Widerstand (22) aufweisende Gegenkopplung mit der Basis des Transistors (16) der ersten Stufe verbunden sind.