DE2136799A1 - Breitbandverstaerker mit frequenzunabhaengiger veraenderbarer verstaerkung - Google Patents

Description

• Breitbandverstärker mit freguenzunabhängiger veränderbarer Verstärkung Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für einen Breitbandverstärker mit frequenzunabhängiger veränderbarer Verstärkung durch eine im Gegenkopplungsweg angeordnete veränderbare Kapazität und einen Feldeffekttransistor als Eingangsstufe.
• Für Nachrichtensysteme, z.B. Systeme der Trägerfrequenztechnik, werden Einrichtungen zum Ausgleich von Pegelunterschieden in einem breiten Frequenzband, die z,B. durch Fertigungstoleranzen entstehen, benötigt. Geeignet sind hierfür veränderbare Dämpfungsglieder oder Verstärker mit veränderbarer Verstärkung.
• Schaltungsanordnungen, die mit verstellbaren Kohleschichtwiderständen arbeiten, haben den Nachteil, daß die Kontaktgabe des abgreif enden Schleifers - wegen des mit Rücksicht auf die Kohleschicht geringen Kontaktdruckes und der seltenen Betätigung, oft erst nach Ablauf von Jahren - nicht als sicher angesehen werden kann , sie kommen daher für den vorliegenden Anwendungszweck nicht in Frage.
• Aus dem gleichen Grund scheiden auch Anordnungen mit durch Schalter veränderbaren Netzwerken aus Festwiderständen aus.
• Werden die Schalter durch Lötbrücken oder Stecker mit großen Kontaktdrücken ersetzt, so ist mit der Bedienung entweder eine Betriebsunterbrechung oder ein unerwünschter Pegel sprung verbunden. Ist eine sehr feinstufige Veränderbarkeit gefordert, so ist der räumliche und technische Aufwand der letztgenannten Netzwerke erheblich, was ihre Anwendung in gegengekoppelten Verstärkern, insbesondere für hohe Frequenzen, problematisch macht.
• AnzufiiIiren sind auch Schaltungsanordnungen, bei denen Kontakte oder LötbrUcken oder Stecker in dem Schaltunssteilf den daF Nutzsignal durchläuft, dadurch vermieden werden9 daß als veränderbare Elemente Heißleiter, Dioden, Bipolar- oder Feldeffekt transistoren, Fotowiderstände oder magnetisch steuerbare Widerstände verwendet werden, die jedoch, soweit nicht das aufwendige Prinzip der Pilotregelung angewendet wird, zu ihrer Steuerung letztlich doch wieder Kontakte oder Lötbrücken oder Stecker benötigen, die aber nicht mehr von Hochfrequenz durchflossen sind und deshalb beliebig gestaltet werden können, was aber zu großem Aufwand führt.
• Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung zu schaffen, die die erwähnten Nachteile nicht besitzt und für die Übertragung von Frequenzen im Bereich von z.B. 60 kT.T3 bis 12 LHz geeignet und stetig einstellbar ist.
• Ausgehend von bekannten Schmalbandverstärkern, bei denen ein Teil der Ausgangsspannung über einen kapazitiven Spannungsteiler mit einer veränderbaren Kapazität auf den Eingangstransistor gegengekoppelt wird, wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Gegenkopplungsweg aus der Kettenschaltung eines ohmschen Spannungsteilers mit zwei Widerständen - von denen der erste Widerstand durch einen Kondensator überbrückt ist - und eines veränderlichen kapazitiven Spannungsteilers mit einem Kondensator und dem einen Teil eines Differentialkondensators besteht, und daß ein weiterer Kondensator und der andere Teil des Differentialkondensators die Kettenschaltung in der Weise ergänzen, daß die Dimensionierung der Widerstände und Kapazitäten so festlegbar ist, daß der Phasenwinkel des Übertragungsmaßes des Gegenkopplungsweges durch die veränderbare Kapazität des Differentialkondensators im und oberhalb des Nutzbandes nicht oder nur vernachlässigbar beeinflußbar ist, und daß der Ausgang P2 des kapazitiven Spannungsteilers mit der hochohmigen Gate-Elektrode des als Eingangstransistor verwer.deten Feldeffekttransistors und einem Widerstand verbunden ist, der zusammen mit einem weiteren Widerstand in der Zuleitung zur Source-Elektrode des Feldeffekttransistors dessen Arbeitspunkt bestimmt.
• Die Schaltungsanordnung nach der Erfindung wird im folgenden adhand der Zeichnungen näher erläutert: Fig.1 zeigt die S Schaltungsanordnung nach der Erfindung, d.h.
• einen Verstärker mit den Eingangsklemmen 1 und 2 und den Ausgangsklemmen 3 und 4, wobei die Eingangsklemme 1 und die Ausgangsklemme 3 durch eine gemeinsame Masseleitung miteinander verbunden sind.
• Das am Lastwiderstand R8 anliegende Ausgangssignal UA wird über einen Trennkondensator C6 dem ohmschen Spannungsteiler aus den Widerständen R1 und R2 zugeführt, von denen der Widerstand Rl durch einen Kondensator C1 überbrückt ist. Dem Verbindungspunkt Pl der beiden Widerstände ist ein kapazitiver Spannungsteiler aus den Kondensatoren C2 und C4 nachgeschaltet.
• Der Koppelpunkt P2 der Kondensatoren C2 und C4 ist mit der Gate-Elektrode G des Feldeffekttransistors Tl verbunden, wodurch die Gegenkopplungsschleife geschlossen ist. Die Gate-Elektrode G führt über den Widerstand R3 zum Minuspol der Spannungsquelle, der Widerstand R3 und der Widerstand R4 zwischen Minuspol und Source-Elektrode S bestimmen den Arbeitspunkt des Feldeffekttransistors T7.
• Die Eingangsklemme 2 ist über einen Koppelkondensator C7 mit der Source-Elektrode S des Feldeffekttransistors 1 verbunden.
• Die Kettenschaltung des ohmschen Spannungsteilers mit den Widerständen R7 und R2 und des kapazitiven Spannungsteilers mit den Kondensatoren C2/C4 besitzt Tiefpaßeigenschaften. Ihre Phasendrehung kann durch den Kondensator Cl nicht über ein breites Frequenzband kompensiert werden, weil die Größe der Serienschaltung von C2 und C4 von der Einstellung der variablen Kapazität C4 abhängig ist.
• Erfindungsgemäß wird eine Kompensation dadurch erreicht, daß der kapazitive Spannungsteiler mit den Kondensatoren C2/C4 mittels der in Serie geschalteten Kondensatoren C3 und C5 erweitert wird, wobei die Bedingungen erfüllt sein müssen 1. C2 = C3 2. C4 + C5 = konstant.
• Die Bedingung 2 läßt sich mit einem Differentialkondensator einhalten.
• In diesem Falle bleibt eine Ersatzkapazität Cx für die Schaltungsanordnung, bestehend aus den Kondensatoren C2 bis C5 nahezu unabhängig von der Einstellung der variablen Kapazität C4, mit der die Verstärkung einstellbar ist.
• Mit der Kapazität des weiteren Kondensators Cl, die den Widerstand Rl überbrückt, kann die Phasendrehung der Kettenschaltung der beiden Spannungsteiler kompensiert werden, wenn eine Bedingung 3 eingehalten wird: R7 = Cx m= C1 .
• Der Kondensator C2 und der Widerstand R3 stellen einen Hochpaß dar, in der Schaltungsanordnung ist es vorteilhaft, dessen Grenzfrequenz nahe an die untere Übertragungsbandgrenze zu legen und andere phasendrehende Glieder für entsprechend tiefere Frequenzen auszulegen, damit der Widerstand R3 realisierbar bleibt.
• Hierbei ist die Kapazität C2 im wesentlichen durch die Kapazität C4 und den Variationebereich der Verstärkung festgelegt.
• Weitere Anwendungsbeispiele der Erfindung in Verstärkern mit Gleichstromkopplung der Verstärkerstufen zeigen die Figuren 2 bis 4.
• Fig.2 zeigt einen gleichstromgekoppelten Verstärker. Hier wird der Emittergleichstrom des Endtransistors T3 mit einer Gegenkopplung über die Widerstände R4 und R7 auf die Source-Elektrode S des Eingangs-Feldeffekttransistors Tl konstant gehalten. Hierfür wird der Fußpunkt des Widerstandes R3 durch den Spannungsteiler aus den Widerständen R5 und R6 auf ein mittleres Potential gelegt.
• In der Schaltungsanordnung nach Fig.3, ebenfalls ein gleichstromgekoppelter Verstärker, wird die Gleichspannung am Lastwiderstand R8 und damit die Kollektor-Emitter-Spannung des Endstufentransistors T3 mit einer Gegenkopplung über die Widerstände R6 und R5 + R3 auf die Gate-Elektrode G des Eingangs-Feldeffekttransistors Tl konstant gehalten.
• In der Schaltungsanordnung nach Fig.4 ist die Endstufe des gleichstromgekoppelten Verstärkers durch eine Gegentaktstufe mit komplementären Transistoren T4 und T5 erweitert.
• Hierdurch kann der Lastwiderstand R8 gleichstromfrei angekoppelt werden. Die Stabilisierung der Arbeitspunkte wird mit einer Gegenkopplung über die Widerstände Rl, R2 und R3 auf die Gate-Elektrode G des Eingangs-Feldeffekttransistors 1.
• erreicht.
• Durch den Fortfall des Koppelkondensators C6 -der wegen seiner Größe stets eine nennenswerte Eigeninduktivität aufweist aus dem für hohe Frequenzen wirksamen Gegenkopplungsweg - wird eine Vereinfachung des Verlaufes der Schleifenverstärkung erzielt.
• Hingewiesen sei darauf, daß bei allen Ausführungsbeispielen am Ausgang des Verstärkers zur Einstellung eines definierten Innenwiderstandes auch eine gemischte Gegenkopplung anwendbar ist.
• Sieht man nach Fig-.4 im Punkt P3 zwischen den Emittern der Endstufentransistoren T4 und T5 und dem Minuspol der Spannungsquelle einen gestrichelt angedeuteten Widerstand Rx vor, so wird die durch die Widerstände Rl + R2 entstehende Ungleichheit der Ruhe ströme der Endstufentransistoren T4 und T5 ausgeglichen, wenn die Bedingung: 4. Rx = (R1 + R2) U2 Ul erfüllt ist, was zur Verbesserung der Klirreigenschaften der Endstufe führt.

Claims (7)

Patentansprüche

1. Schaltungsanordnung für einen Breitbandverstärker mit frequenzunabhängiger veränderbarer Verstärkung durch eine im Gegenkopplungsweg angeordnete veränderbare Kapazität und einem Feldeffekttransistor als Eingangsstufe, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenkopplungsweg aus der Kettenschaltung eines ohmschen Spannungsteilers mit zwei Widerständen (R1, R2) - von denen der erste Widerstand (Rl) durch einen Kondensator (a1) überbrückt ist - und eines veränderlichen kapazitiven Spannungsteilers mit einem Kondensator (C2) und dem einen Teil (C4) eines Differentialkondensators besteht, und daß ein weiterer Kondensator (C3) und der andere Teil (C5) des Differentialkondensators die Kettenschaltung in der Weise ergänzen, daß die Dimensionierung der Widerstände (Rl, R2) und Kapazitäten (C1, C2, C3, C4, C5) so festlegbar ist, daß der Phasenwinkel des Übertragungsmaßes des Gegenkopplungsweges durch die veränderbare Kapazität des Differentialkondensators (C4/C5) im und oberhalb des Nutzbandes nicht oder-nur vernachlässigbar beeinflußbar ist, und daß der Ausgang (P2) des kapazitiven Spannungsteilers (C2, C4) mit der hochohmigen Gate-Elektrode (G) des als Eingangstransistor verwendeten Feldeffekttransistors (Ti) und einem Widerstand (R3) vertunden ist, der zusammen mit einem weiteren Widerstand (R4) in der Zuleitung zur .Source-Elektrode (S) des Feldeffekttransistors (tal) dessen Arbeitspunkt bestimmt.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das aus dem Widerstand (R3) zur Arbeitspunkteinstellung und dem Längskondensator (C2) des kapazitiven Spannungsteilers bestehende Hochpaßglied die Schleifenverstärkung der Hochfrequenzschleife unterhalb des Nutzbandes bestimmt und der Wert des Widerstandes (R3) so gewählt wird, daß eine kleine veränderbare Kapazität (C4) zur Verstärkungseinstellung wählbar ist und die Rauschzahl des Verstärkers klein ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in gleichstromgekoppelten Verstärkern die Gate-Elektrode (G) des Feldeffekttransistors (Ti) über einen Widerstand (R3) und durch die Spannungsteilerwiderstände (R5 und R6) auf einem mittleren Potential liegt und zur Stabilisierung der Arbeitspunkte des Verstärkers vom Emitter des Transistors (T3) eine Gegenkopplung über die Widerstände (R7 und R4) auf die niederohmige Source-Elektrode (5) des Feldeffekttransistors (Tl) geführt ist.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in gleichstromgekoppelten Verstärkern die Gegenkopplung zur Stabilisierung der Arbeitspunkte des Verstärkers vom Kollektor des Transistors (T3) über drei Widerstände (R6, R5 und R3) auf die hochohmige Gate-Elektrode (G) des Feldeffekttransistors (g1) geführt ist.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, 2, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Endstufe in gleichstromgekoppelten Verstärkern als Gegentakt-Endstufe mit komplementären Transistoren {24 und 5) ausgelegt ist, wobei der Kollektor des npn-2ransistors (T4) am Pluspol und der Kollektor des pnp-Transistors (25) am Minuspol der Spannungsquelle liegen und beide Emitter miteinander und zur Potentialtrennung über einen Kondensator (GB) und Klemme (4) mit dem Lastwiderstand (R8) und direkt mit dem ohmschen Spannungsteiler des Gegenkopplungsweges (R7, R2) verbunden sind, so daß an den Ausgang des ohmschen Spannungsteilers neben dem Eingang des kapazitiven Spannungsteilers (C2/C4) auch der Widerstand (R3) angeschlossen ist, der nach Anspruch 4 die Gegenkopplung zur Arbeitspunktstabilisierung auf die hochohmige Gate-Elektrode (G) des Feldeffekttransistors (t1) führt).

6. Schaltungsanordnung nach den vorhergehenden Ansprüchen 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß am Ausgang des Verstärkers zur Einstellung eines definierten Innenwiderstandes eine gemischte Gegenkopplung angewendet wird.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Emittern der Endstufentransistoren (T4 und T5) und dem Minuspol der Versorgungsspannung ein Widerstand (Ex) geschaltet ist.

L e e r s e i t e