DE2136799B2

DE2136799B2 - Breitbandverstärker mit frequenz unabhängiger veränderbarer Verstärkung

Info

Publication number: DE2136799B2
Application number: DE19712136799
Authority: DE
Inventors: Dirk 8560 Lauf Baackmann
Original assignee: Tekade Felten & Guilleaume Fernmeldeanlagen 8500 Nuernberg GmbH
Current assignee: Felten and Guilleaume Fernmeldeanlagen GmbH
Priority date: 1971-07-23
Filing date: 1971-07-23
Publication date: 1973-10-25
Also published as: DE2136799C3; DE2136799A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für einen Breitbandverstärker mit frequenzunabhüngiger veränderbarer Verstärkung durch eine im Gege/¹-kopplungsweg 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 abgreifenden Schleifers — wegen des mit Rücksicht auf die Kohleschicht geringen Kontaktdruckes und der seltenen Betätigung, oft erst nach Ablauf von Jahren — nicht als :,icher angesehen werden kann; sie kommen daher für den vorliegenden Anwendungszweck nicht in Frage. Aus dem gleichen Grund scheiden auch Anordnungen mit durch Scha'ter veränderbaren Netzwerken aus Festwiderstand^! aus.

Werden die Schalter durch Lötbrücken oder Stecker mit großen Kontaktdrücken ersetzt, so ist mit der Bedienung entweder eine Betriebsunterbrechung oder ein unerwünschter Pegelsprung 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.

Anzuführen sind auch Schaltungsanordnungen, bei denen Kontakte oder Lötbrücken oder Stecker in dem Schaltungsteil, den das Nutzsignal durchläuft, dadurch vermieden werden, daß als veränderbare

Elemente Heißleiter, Dioden, Bipolar- oder Feldeffekttransistoren, Fotowiderstände oder magnetisch steuerbare Widerstände verwendet werden, die jedoch, soweit nicht das aufwendige Prinzip der Pilotregelung angewendet wird, zu ihrer Steueruns letztlich doch wieder Kontakte oder Lötbrücken oder Stecker benötigen, die aber nicht mehr von Hochfrequenz durchflossen <nd 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 kHz bis 12 MHz geeignet und stetig einstellbar ist.

Ausgehend von bekannten S*.,rmalbandverstärkern. bei denen ein Teil der Ausgangsspannun» 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 &■". 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 vcrnachlässigbar beeinflußbar ist, und daß der Ausgang P 2 des kapazitiven Spannungsteilers mit der hochohmigen Gate-Elektrode des als Eingangstransistor verwendeten Feldeffekttransistors und einem Wderstand 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 an Hand der Zeichnungen näher erläutert.

F i g. i zeigt die Schaltungsanordnung nach der Erfindung, d. h. einen Verstärker mit den Eingangsklemmcn 1 und 2 und den Ausgangsklemmen 3 und 4, wobei die Eingangsklcmme 1 und die Ausgangsklcmme 3 durch eine gemeinsame Masseleitung miteinander verbunden sind.

Das am Lastwiderstand R 8 anliegende Ausgangssignal UA wird über einen Trennkondensator C6 dem ohmschen Spannungsteiler aus den Widerständen R 1 und R 2 zugeführt, von denen der Widerstand R i durch einen Kondensator Cl überbrückt ist. Dem Verbindungspunkt Pi der beiden Widerstände ist ein kapazitiver Spannungsteiler aus den Kondensatoren Cl und C4 nachgeschaltet. Der Koppelpunkt P2 der Kondensatoren C 2 und C 4 ist mit der Gate-Elektrode G des Feldeffekttransistors Tl verbunden, wodurch die Gegenkopplungsschleife geschlossen ist. Die Gate-Elektrode G führt über den Widerstand 7? 3 zum Minuspol der Spannungsquelle, der Widerstand R 3 und der Wideband R 4 zwischen Minuspol und Source-Elektrode S bestimmen den Arbeitspunkt des Feldeffekttransistors 71.

Die Eingangskleinme 2 ist über einen Koppelkondensator C 7 mit der Source-Elektrode S des Feldeffekttransistors 7Ί verbunden.

Die Kettenschaltung des ohmschen Spannungsteilers mit den Widerständen R 1 und R 2 und des kapaziiiven Spannungsteilers mit den Kondensatoren Cl C4 besitzt fiefpaßeigensehaften. Ihre Phasendrehung kann durch den Kondensator Cl nicht über ein breites Frequenzband kompensiert werden, weil die Größe der Serienschaltung von C2 und C4 von

ίο der Einstellung der variabler, "kapazität C4 abhängig ist.

Erfindungsgemäß \\..d eine Kompensation dadurch erreicht, daß "der kapazitive Spannungsteiler mit den Kondensatoren C2 C4 mittels der in Serie geschalteten Kondensatoren C3 und Cs erweitert wird, wobei die Bedingungen erfüllt sein müssen

1. C2 = C3.

2. C4 — CS = konstant.

Die Bedingung 2 läßt sich m^;t einem Differentialkondensator einhalten.

In diesem Falle bleibt eine £: 3atzkapazität 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 R 1 überbrückt, kann die Phasendrehung der Kettenschaltung der beiden Spannungsteiler kompensiert werden, wenn eine Bedingung 3 eingehalten wird:

Rl Cx

R2

Cl

Der Kondensator C 2 und der Widerstand R 3 stellen einen Hochpaß dar; in der Schaltungsanordnung ist es vorteilhaft, dessen Grenzfrequenz nahe an die untere Übertragungsbandgrenze zu lege.i und andere phasendrehende Glieder für entsprechend tiefere Fre-

quenzen auszulegen, damit der Widerstand R 3 realisierbar bleibt. Hierbei ist die Kapazität C 2 im wesentlichen durch die Kapazität C 4 und den Variationsbereich der Verstärkung festgelegt.

Weitere Anwendungsbeispieb der Erfindung in Verstärkern mit Gleichstromkopplung der Verstärkerstufen zeigen die F i g. 2 bis 4.

F i g. 2 zeigt einen gleichstromgekoppelten Verstärker. Hier wird der Emittergleichstrom des Endtransistors 73 mit einer Gegenkopplung über die Widerstände R 4 und R 7 auf die Source-Elektrode S des Eingangs-Feldeffekttransistors 71 konstant gehalten. Hierfür wird der Fußpunkt des Widerstandes R 3 durch den Spannungsteiler aus den Widerständen R 5 und R 6 auf .in mittleres Potential gelegt.

In der Schaltungsanordnung nach F i g. 3, ebenfalls ein glcicl.stromgekoppelter Verstärker, wird die Gleichspannung am Lastwiderstand R 8 und damit die Kollektor-Emitter-Spannung des Endstufentransistois 73 mit einer Gegenkopplung über die Widerstände R6 und RS + R3 auf die Gate-ElektrodeG des Eingangs-Feldeffekttransistors 71 konstant gehalten.

In der Schaltungsanordnung nach Fig. 4 ist die Endstufe des gleichstromgekoppelten Verstärkers durch eine Gegentaktstufe mit komplementären Transistoren 74 und 75 erweitert.

Hierdurch kann der Lastwiderstand R 8 gleichstromfrei angekoppelt werden. Die Stabilisierung der Arbeitspunkte wird mit einer Gegenkopplung über

die Widerstände Al, JR2 und R3 auf die Gate-Elektrode G des Eingangs-Feldeffekttransistors Tl erreicht.

Durch den Fortfall des Koppelkondensators C 6 — 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 T 4 und TS und dem Minuspol der Spannungsquelle einen gestrichelt angedeuteten Widerstand Rx vor, so wird die durch die Widerstände R1 + R 2 entstehende Ungleichheit der Ruheströme der Endstufentransistoren Γ 4 und TS ausgeglichen, wenn die Bedingung:

4. Rx = (Ri + R2)

Ul Ul

erfüllt ist, was zur Verbesserung der Klirreigenschaften der Endstufe führt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

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 (R 1. R 2) — von denen der erste Widerstand (Rl) durch einen Kondensator (C 1) überbrückt ist — und eines veränderlichen kapazitiven Spannungsteilers mit einem Kondensator (C2) und dem einen Teil (C A) eines Differentialkondensators besteht, und daß ein weiterer Kondensator (C 3) und der andere Teil (CS) des Differentialkondensators die Kettenschaltung in der Weise ergänzen. ca3 die Dimensionieruns de· Widerstände (R 1. R 2) und Kapazitäten (Cl, C2. C3. C4. C5) so festlegbar ist, daß der Phasenwinkel des Übertragungsmaßes des Gegenkopplungsweges durch die veränderbare Kapazität des Differentialkondensators (C4/C 5) im und oberhalb de·. Nutzbandes nicht oder nur vernachlässigbar beeinflußbar ist, und daß der Ausgang (Pl) des kapazitiven Spannungsteilers (C2, CA) mit der hochohmigen Gate-Elektrode (G) des als Eingangstransistor verwendeten Feldeffekttransistors (71) und einem Widerstand (R 3) verbunden ist, der zusammen mit ei .em weiteren Widerstand (R A) in der Zuleitung zur Source-Elektrode (S) des Feldeffekttransistors (7 1) dessen Arbeitspunkt bestimmt.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das aus dem Widerstand (R 3) zur Arbeitspunkteinstellung und dem Längskondensator (C 2) des kapazitiven Spannungsteilers bestehende Hochpaßglied die Schleifenverstärkung der Ffochfrcquenzschleife unterhalb des Nutzbandes bestimmt und der Wert des Widerstandes (R 3) so gewählt wird, daß eine kleine veränderbare Kapazität (CA) 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 (7"I) über einen Widerstand (R 3) und durch die Spannungsteilerwiderstände (RS und R 6) auf einem mittleren Potential liegt und zur Stabilisierung der Arbeitspunkte des Verstärkers vom Emitter des Transistors (73) eine Gegenkopplung über die Widerstände (Rl und 7? 4) auf die niederohmige Source-Elektrode (S) des Feldeffekttransistors (71) geführt ist.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in gieichstromgekoppelten Verstärkern die Gegenkopplung zur Stabilisierung der Arbeitspunkte des Verstärkers vom Kollektor des Transistors (73) über drei Widerstände (R 6, R 5 und 7? 3) auf die hochohmige Gate-Elektrode (G) des Feldeffekttransistors (71) 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 (74 und 75) ausgelegt ist, wobei der Kollektor des npn-Transistors (74) am Pluspol und der Kollektor des pnp-Tran*'stors (75) am Minuspol der Spannungiqu^l'.e liegen und beide Emitier miteinander ^iid zur Potentialtrennung über einen Kondensator (CS) und Klemme (4) mit dem Lastwiderstand (R 8) und direkt mit cum ohmschen Spannungsteiler des Gcgenkopplungsweges (R 1. R 2) verbunden sind, so daß an den Ausgang des ohmschen Spannungsteilers neben dem Eingang des kapaziti·. en Spannungsteilers (C2/C4) auch der Widerstand (R 3) angeschlossen ist. der nach Anspruch-r die Gegenkopplung zur Arbeitspunktstabilisierung auf die hochohrnige Gate-Elektrode (G) des Feldeffekttransistors (71) führt.

6. Schaltungsanordnung nach den vorhergehenden Ansprüchen 1 bis 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 (74 und 75) und dem Minuspol der Versorgungsspannung ein Widerstand (Rx) geschaltet ist.