DE2159738B2

DE2159738B2 - Verstärkerschaltung für Impulssignale unter Verwendung einer reflektierenden Verzögerungsleitung

Info

Publication number: DE2159738B2
Application number: DE2159738A
Authority: DE
Inventors: Yoshitaka Dipl.-Ing. Yokohama Hiratsuka; Shoichi Dipl.-Ing. Kawasaki Kurita; Hideki Chiba Ogawa; Naohide Dipl.-Ing. Tokio Sata
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1970-12-21
Filing date: 1971-12-02
Publication date: 1975-12-04
Also published as: FR2119527A5; US3940705A; GB1364639A; DE2159738A1; JPS5015628B1

Description

Verschiedene Arten von Verstärkerschaltungen für Impulssignale sind bekannt, wobei diese alle grundsätzlich die Verstärkerwirkung von Transistoren ausnutzen. Bei diesen Verstärkerschaltungen wird die nichtlineare Verstärkerwirkung dadurch erreicht, daß die Eingangssignalimpulse einer Operation unterworfen und die Signalimpulse mit geringem Pegel bis zu Impulsen mit einem konstanten Pegel amplitudenbegrenzt werden. Um aber einen Transsitor mit hoher Geschwindigkeit zu schalten, muß eine Beschleunigung unter Verwendung des Basisstroms in der Gegenrichtung berücksichtigt werden. Um ferner die Abschaltzeit des Transistors zu verkürzen, muß dieser im ungesättigten Bereich betrieben werden.

Bekannt ist auch ein Impulsverstärker unter Ausnutzung der Reflexion durch eine Leitung mit verteilten Leitungskonslanten, bei dem die Transistoren in Kollektorschaltung angeordnet sind (DT-OS 14 87 770). Bei Transistoren in Kollektorschaltung ist jedoch diejenige Frequenz tief, bei welcher der Verstärkungsgrad des geringen Durchlaßstroms im durchlässigen Zustand 1 beträgt. Dies ist darauf zurückzuführen, daß zwischen der Basis und dem Kollektor des Transistors eine Streukapazität auftritt, welche die Eingangsimpedanz im Bereich hoher Frequenzen verringert, weshalb die bekannte Schaltung schlechte Hochfrequenzeigenschaften hat.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verstärkerschaltung für Impulssignale mit einer Verzögerungsleitung und einer Transistorschaltung zu schaffen, welche gute Hochfrequenzeigenschaften aufweist Zur Lösung der Aufgabe dienen die Merkmale des Anspruchs 1. Die erfindungsgemäße Ausbildung führt dazu, daß die Eingangsimpedanz auch im Bereich hoher Frequenzen praktisch konstant ist.

Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird beispielhaft an Hand der

ίο Zeichnung beschrieben, in der ist

F i g. 1 ein Blockschaltbild des Prinzips einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig.2 ein Schaltbild einer Ausführungsform des Transistorkreises in Fig. 1,

,₅ Fig.3 eine Ersatzschaltung des Kreises der Fig.2 und

Fig.4 ein Zeildiagramm zum Erläutern der Wirkungsweise der Schaltung der Fig. 1.

F i g. 1 zeigt eine Verstärkerschaltung für Impulssignale nach der Erfindung mit Verzögerungsleitungen DL mit einem Wellenwiderstand Zo und mit Transistorkreisen, wie sie im einzelnen in F i g. 2 gezeigt sind, wobei die Verzögerungsleitungen und die Transistorkreise in Kaskade geschaltet sind. Gemäß F i g. 1 ist PG die Impulsstromquelle, und es wird angenommen, daß die Ausgangsimpedanz unendlich ist. Es ist aber auch möglich, eine Impulsspannungsquelle mit einer inneren Impedanz des Wellenwiderstands Za zu verwenden. Die Impulsbreite der erzeugten Impulse ist tw und die

yo Verzögerungszeit der Verzögerungsleitungen DL ist td. Ein Impulsstrom / mit negativer Polarität wird von der Impulsstromquelle PG zu dem Transistorkreis TRC über die Verzögerungsleitung DL gesandt. Der Verstärkungsgrad der Verstärkerschaltung 1 wird durch die Zahl der Stufen der in Kaskade geschalteten Verzögerungsleitungen DL und der Transistorkreise TRC bestimmt.

Fig.2 zeigt eine Ausführungsform des Transistorkreises TRC nach der Erfindung. Q ist ein npn-Transistor und C1 bis C3 sind Kondensatoren. R 1 bis R 3 sind Vorspannwiderstände, L ist eine Induktivität und Za ist eine Impedanz, deren Zeitkonstante 2 LIZo so ausgewählt ist, daß die Zeitkonstante ausreichend groß im Vergleich mit der Eingangsimpulsbreite werden kann.

Die Zeitkonstanten durch die Kondensatoren Ci bis C3 sind auch so ausgewählt, daß die Zeitkonstanten ausreichend groß im Vergleich mit der Impulsbreite werden können. Die Ersatzschaltung dieses Transistorkreises 77?Cist deshalb ein Transistorkreis, dessen Basis

so geerdet ist, wie in F i g. 3 gezeigt ist. Eine geringe Vorspannung in Durchlaßrichtung wird zwischen der Basis und dem Emitter des Transistors Q in solchem Umfange angelegt, daß der Transistor Q sich immer im Sperrzustand befinden kann. Wenn deshalb ein Eingangsimpuls negativer Polarität dem Transistorkreis TRC zugeführt wird, wird der Kreis zwischen der Basis und dem Emitter in Durchlaßrichtung vorgespannt, und die Eingangsimpedanz wird sehr gering und es ist im wesentlichen ein Kurzschlußzustand vorhanden. Falls

,o ein Eingangsimpuls positiver Polarität dem Transistorkreis TRCzugeführt wird, wird der Kreis zwischen der Basis und dem Emitter in Gegenrichtung vorgespannt und wird deshalb geöffnet und der parallel zu dem Kreis zwischen der Basis und dem Emitter geschaltete

S₅ Wellenwiderstand Zo wird die Eingangsimpedanz.

Es wird nun die Verstärkeroperation der Verstärkerschaltung der Fig. 1 unter Berücksichtigung des Punktes PI als Bezugspunkt beschrieben. Unter der

2! 59 738

Annahme, daß ein negativer Impulsstrom / mit einer Impulsbreite von iwdem Punkt Pl zugeführt wird, wie dies in Fig.4 gezeigt ist, wird dieser Strom / dem Transistorkreis TRCl über die Verzögerungsleitung DL nach der Zeit td zugeführt. «Vie oben beschrieben worden ist, arbeitet der Transistor, dessen Basis geerdet ist, des Transistorkreises TRCi als Kurzschluß-Eingangsimpedanz für einen Eingangsimpuls mit negativer Polarität, so daß am Punkt P2 dieses Transistors ein Reflexionsfaktor — 1 für die ankommende Spannungswelle und ein Reflexionsfaktor +1 für die ankommende Stromwelle erzeugt werden und die reflektierte Welle zu der Eingangsseite, d.h. zur Seite des Punktes Pl, zurückgesandt wird. Dies kann ausgedrückt werden als

Z₁₁
_ ι

¹ H

A,

worin V/n die ankommende Spannungswelle, Vr die reflektierte Spannungswelle, Im die ankommende Stromwelle, Ir die reflektierte Stromwelle uüd Ii die Ausgangswellenform des Transistorkreises TRCX sind. Durch Einsetzen der Gleichungen (1), (2) und (3) in (4) ergibt sich

A,

Dies bedeutet, daß Ir = — Im zurück zur Eingangsseite als reflektierte Welle gesandt wird und statt dessen ein Strom 2 Im in den Transistorkreis als übertragene Welle fließt. Nach der Zeit td wird dann die reflektierte Welle wieder von der Impulsstromquelle PG zur Seite des Punktes P2 reflektiert, da der Spannungsreflexionsfaktor von PG + 1 und der Stromreflexionsfaktor - 1 sind, und nach der Zeit id kommt die reflektierte Welle am Punkt P2 an. Der Impuls, der am Punkt P2 angekommen ist, ist ein Impuls positiver Polarität, so daß der Transistorkreis TRC, wie oben beschrieben, den Wellenwiderstand Zo erhält. Der Anpaßbedingung ist somit genügt, der Impuls wird absorbiert und die Reflexion wird nicht weiter wiederholt. Eine Impulsverstärkung des Faktors 2 kann deshalb durch eine einzige Verzögerungsleitung DL und einen einzigen Transistorkreis TRC erreicht werden, die zusammengeschaltet sind und eine einzelne Stufe bilden, wobei die Verzögerungsleitung DL eine Verzögerungszeit td aufweist, die als iw < 2 td ausgedrückt werden kann, worin tw die Impulsbreite ist. Deshalb wird ein doppelter Impulsausgangsstrom von dem Transistorkreis TRCA zu den folgenden Stufen gegeben, von denen jede eine Verzögerungsleitung und einen Transistorkreis, die in Kaskade geschaltet sind, enthält und somit, wie aus Fig.4 zu sehen ist, die Beziehung zwischen der ankommenden Welle und der reflektierten Welle zeigt. Eine Verstärkerschaltung mit der Verstärkung 2" kann durch die in Kaskade geschaltete erste bis /7-te Stufe ersetzt werden, von denen jede einen Transistorkreis und eine Verzögerungsleitung enthält. P3 und PN in F i g. 4 entsprechen den Punkten P3 und PN in Fig. ].RL\n Fig. 1 ist ein Ausgangswiderstand.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung können verschiedene Konstanten in folgender Weise erhalten werden. In einer Verstärkerschaltung mit drei Transistorkreisen TRC. die gemäß F i g. 2 in Kaskade über eine Verzögerungsleitung mit 30 cm und einem Wellenwiderstand von 75 Ω geschaltet sind, worin R 1 ein variabler Widerstand von 100 bis 200 Ω, R 2 2 kQ, A3 1 kQ,Cl,C2und C34700 pF, L3 niH, El 15 Vund Zo 75 Ω sind, haben die Eingangs- und Ausgangsimpulse die folgenden Werte. Die Amplitude des Eingangsimpulses beträgt 1 V, die Impulsbreite tw ist 1 ns und die Wiederholungsperiode ist 100 MHz. Die Amplitude des Ausgangsimpulses ist 8 bis 10 V, und zwar durch den Wert des variablen Widerstandes R 1 veränderbar. Die Verzögerungszeit des Ausgangsimpulses gegenüber

ρ dem Eingangsimpuls beträgt 4,5 ns.

Wie oben beschrieben worden ist, werden bei der Verstärkerschaltung für Impulssignale gemäß der Erfindung, da die Verzögerungszeit id zur Impulsbreite /vv in der Beziehung tw < 2 ld steht, die reflektierte Welle und die ankommende Welle nicht überlappt. Da der Transistorkreis eine Kurzschluß-Eingangsimpedanz für die erste ankommende Welle und einen Wellenwiderstand für die zweite ankommende Welle aufweist, können Verzerrungen der Wellenform auf Grund mehrfacher Reflexionen verhindert werden. Da darüber hinaus ein Transistor, dessen Basis geerdet ist, verwendet wird, kann ein Verstärkungsfaktor von 2 mit einer Stufe erhalten werden, auch wenn Impulse mit einem Frequenzspektrum mit einem sehr breiten Band zugeführt werden. Die gewünschte Verstärkung kann deshalb erhalten werden, indem eine Mehrzahl von Stufen in Kaskade geschaltet wird. Während die obenerwähnte Ausführungsform Transistorkreise entsprechend den Eingangsimpulsen mit negativer Polaritat verwendet, können auch Transistorkreise entsprechend den Eingangsimpulsen mit positiver Polarität unter Verwendung von z. B. pnp-Transistoren aufgebaut werden, wodurch die obenerwähnte Kennlinie erhalten werden kann.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verstärkerschaltung für Impulssignale, bei der an eine Verzögerungsleitung mit der Verzögerungszeit td, die zu der Impulsbreite tw der zu verstärkenden Impulssignale in der Beziehung tw < 2 td steht, eine Transistorschaltung geschaltet ist, die auf einer Seite der Verzögerungsleitung deren Abschlußimpedanz derart verändert, daß die Impedanz während der Impulsdauer niederohmig, während der übrigen Zeit dagegen zur Absorption reflektierter Impulse gleich dem Wellenwiderstand der Verzögerungsleitung ist, und bei der die Impulse durch die Ausnutzung der ausgangsseitig auftretenden Impulsüberhöhung infolge von Reflexion verstärkt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Transistorschaltung als Transistor in Basisschaltung ausgeführt ist, daß die Verzögerungsleitung an den Emitter des Transistors in Basisschaltung geschaltet ist und daß ein Widerstand, der dem Wellenwiderstand der Verzögerungsleitung entspricht, zwischen die Basis und den Emitter des Transistors geschaltet ist.

2. Verstärkerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Impulsspannungsquelle mit einer unendlichen Ausgangsimpedanz an den Impulssignal-Eingangsanschluß angeschlossen ist.

3. Verstärkerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Impulsspannungsquelle mit einer Ausgangsimpedanz Zo an den Impulssignal-Eingangsanschluß angeschlossen ist.

4. Verstärkerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Verstärkerschaltungen in Kaskade geschaltet sind.