DE2347711B1

DE2347711B1 - Transistorbreitbandverstaerker

Info

Publication number: DE2347711B1
Application number: DE19732347711
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl-Ing Ulmer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1973-09-21
Filing date: 1973-09-21
Publication date: 1975-02-20
Also published as: DE2347711C2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Transistorbreitbandverstärker, der vom NF-Gebiet bis zu sehr hohen, im Gebiet von 100 bis 200 MHz liegender oberer Grenzfrequenz verstärkt und in seinen wesentlichen Elementen integrierbar ist.

Besonders auf dem Gebiet der Breitbandrichtfunkübertragung werden insbesondere in der Zwischenfrequenzebene, die meist um 70 MHz liegt, Verstärker verlangt, die eine sehr hohe Bandbreite haben, die letztlich durch Filter eingeschränkt wird. Auf diese Weise soll erreicht werden, daß praktisch nur noch das Filter die Übertragungseigenschaften bestimmt und der Verstärker in einer Bandbreite von einigen 10 MHz nicht nur eine völlig ebene Durchlaßcharakteristik hat sondern außerdem noch möglichst geringe Gruppenlaufzeitverzerrungen. Es sind zwar Transistorbreitbandverstärker auch in integrierter Schaltungstechnik schon bekannt, die alle möglichen Schaltungskonfigurationen aufweisen, jedoch gerade die oben gestellten Bedingungen nicht mit der geforderten Strenge in einem Frequenzgebiet von beispielsweise 1 MHz bis etwa in das Gebiet von 100 bis 200 MHz erfüllen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Verstärker zu schaffen, der diese Bedingungen auf einfache Weise erfüllt und gleichzeitig leicht integrierbar

ίο ist.

Diese Aufgabe wird bei einem Transistorbreitbandverstärker, der vom NF-Gebiet bis zu sehr hohen, im Gebiet von 100 bis 200 MHz liegender oberer Grenzfrequenz verstärkt und in seinen wesentlichen Elementen integrierbar ist, gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die erste Stufe des Verstärkers in Basisschaltung ausgeführt ist, der eine Emitterstufe folgt, welche eine Rückkopplung vom Kollektor zur Basis in Form eines einstellbaren Widerstandes hat, und daß dieser Emitterstufe zur Entkopplung vom Ausgang eine weitere Transistorstufe folgt, die sowohl als Emitter- als auch Kollektorstufe mit entsprechender Signalabnahme schaltbar ausgelegt ist.
Eine besonders günstige Ausführung für die Gegenkopplung besteht darin, daß der Kollektorwiderstand der Basiseingangsstufe aufgeteilt ist und der Gegenkopplungswiderstand vom Kollektor der zweiten Stufe auf den Verbindungspunkt der Teilerwiderstände geführt ist. Auf diese Weise tritt, wenn das Teilungsverhältnis entsprechend gewählt wird, durch Veränderung des Gegenkopplungswiderstandes, d. h. Änderung der Verstärkung, praktisch keine Änderung der Transistorarbeitspunkte auf.
Wird eine Veränderung der Neigung der Übertragungscharakteristik in gewissen Grenzen gefordert, so läßt sich dies vorteilhaft einfach durch Parallelschalten einer kleinen einstellbaren Kapazität zum Gegenkopplungswiderstand erreichen.

Die Anschlüsse für den Gegenkopplungswiderstand in der Schaltung werden zweckmäßig für eine Einstellung von außen getrennt herausgeführt.

Um auch den Eingangswiderstand im erforderlichen Maße frequenzunabhängig zu machen, ist es vorteilhaft, wenn der Emitter-Eingangselektrode der ersten Stufe zum Eingang hin ein kleiner Widerstand in Serie geschaltet wird derartiger Dimensionierung, daß ein weitgehend frequenzunabhängiger Eingangswiderstand erzielt wird und daß ferner zur Kompensation der Eingangsinduktivität der Basisschaltung bei dem Widerstand eine kompensierende, einstellbare Kapazität gegen den Schaltungsnullpunkt gelegt ist.

Nachstehend wird die Erfindung an Hand der Figur näher erläutert.
Der erste Transistor 71 der Schaltung arbeitet in Basisschaltung, wozu wechselspannungsmäßig seine Basis über hier im Schaltbild einige in Serie geschaltete Dioden D mit Masse verbunden ist. Der Widerstand R3 erteilt den Dioden einen genügend hohen Flußstrom und der Spannungsabfall an diesen bildet zusammen mit dem Widerstand Rl im Emitterkreis die Vorspannung für die Emitterbasisstrecke dieses mit der zweiten Stufe direkt gekoppelten Transistors 71. Man könnte zwar an Stelle der Dioden auch einen Widerstand verwenden, dieser müßte jedoch abgeblockt werden, womit eine in integrierter Schaltungstechnik nicht ganz einfach ausführbare Kapazität notwendig würde. Einen Kollektorwiderstand für diese erste Basisstufe bilden die Widerstände R4 und R5. An ihrem Verbindungs-

punkt liegt ein Gegenkopplungswiderstand Rg, der gegen den Kollektor des nachgeschalteten Transistors 72 in Emitterschaltung geführt ist. Der Gleichstrom dieses Transistors wird durch den Widerstand /?5 im Emitterkreis bestimmt und um diesen wechselspannungsmäßig zu überbrücken, ist die Elektrode 2 aus dem integrierten oder integrierbaren Teil der Schaltung herausgeführt. Dieser Punkt ist außen gegen Masse über C3 verbunden.

Auch der Gegenkopplungswiderstand wird vorteilhaft außen an der Schaltung angeordnet, um ihn einstellbar zu machen. Zu diesem Zweck sind die Anschlüsse 3 und 4 aus der Schaltung herausgeführt. Da der Gegenkopplungswiderstand normalerweise nur ein rein ohmscher Widerstand ist, entstehen keine Anordnungsprobleme auf der integrierten Schaltung. Den Kollektorwiderstand der zweiten Stufe bildet schließlich der Widerstand RB. Die Kollektorelektrode der zweiten Stufe ist unmittelbar mit der Basiselektrode der nachfolgenden Endstufe, bestehend aus dem Transistor 73 verbunden. Diese Stufe ist hier in Kollektorbasisschaltung ausgeführt, sie könnte jedoch auch als Emitterschaltung ausgebildet sein. Der am Anschluß 6 des integrierbaren Schaltungsteiles liegende Emitter ist dann außen über eine Drossel Drund einen Widerstand R7 mit dem Schaltungsnullpunkt verbunden, um den nötigen Gleichstrom des Transistors 73 zu erzielen. Die Elemente Ä8 und C5 am Ausgang A der Schaltung, der über C4 gleichspannungsmäßig abgeblockt ist, dienen zur Anpassung und Kompensation von induktiven Blindanteilen am Ausgang.

Die Kollektorschaltung am Ausgang wird vorteilhaft dann benützt, wenn gute Ausgangsanpassung bei niederohmigen Ausgangswiderständen gefordert wird. Wird jedoch ein hochohmiger Ausgang gefordert, so wird zweckmäßig die letzte Stufe als Emitterstufe mit Stromgegenkopplung aufgelegt Dazu wird zweckmäßig der Kollektor vom 73 über den Punkt 7 aus dem integrierbaren Teil herausgeführt. Auf diese Weise ist es ohne Änderung des integrierten Teils möglich, beide Schaltungen wahlweise zu verwenden.

Dem Eingang 1 der Gesamtschaltung wird zu Anpassungszwecken und um einen weitgehend frequenzunabhängigen Eingangswiderstand zu erzielen, ein kleiner Widerstand Al vorgeschaltet. Den eigentlichen Eingang bildet der Anschluß E, der über die Kapazität Cl gleichstrommäßig abgeblockt ist. Die Kapazität Ci bildet eine Kompensationskapazität für die Eingangsinduktivität der Basisschaltung und wird, wie gezeigt, vorteilhaft einstellbar ausgebildet. Die gleichen Ge-Sichtspunkte gelten auch für die schon erwähnte Kombination der Elemente C5, R8 am Ausgang der Schaltung, falls der letzte Transistor in Kollektorschaltung arbeitet.

Die bei den Bezifferungen stehenden Klammerwerte für die Größe der Bauelemente sind Beispielsangaben für eine besonders vorteilhafte Ausführung. Die Transistoren sind dabei vom Typ BFX 57 mit einer Transitfrequenz von 900 MHz, und die Verstärkung des Ausführungsbeispiels beträgt dabei 15 dB bei einer 3-dB-Grenzfrequenz von 210 MHz und einer 0,2-dB-Grenzfrequenz von 130 MHz. Die Verlustleistung im integrierbaren Schaltungsteil liegt sehr niedrig, etwa bei mW. Auch die übrigen Übertragungswerte dieses Verstärkers entsprechen den eingangs gestellten Forderungen.

Die Schaltung an sich hat besonders folgende Vorteile:

a) Im interessierenden Frequenzbereich wird eine weitgehend frequenz- und temperaturunabhängige Verstärkung erreicht;

b) die Rückwirkungen vom Ausgang auf den Eingang sind sehr gering, was durch die Basisschaltung in der ersten Stufe erreicht wird;

c) der Eingangswiderstand liegt sehr niedrig, so daß durch die erwähnte Eingangskompensation ein weitgehend frequenzunabhängiger Eingangswiderstand erzielt wird;

d) durch die geschilderte Art der Gegenkopplung tritt nur eine geringe Anhebung der Verstärkung bei höheren Frequenzen auf. Ist nämlich die Phasendrehung im Gegenkopplungskreis größer als 270°, so geht die Gegenkopplung in eine Mitkopplung über. Dadurch, daß man die Gegenkopplung nur über eine Stufe führt, vermeidet man zusätzliche Phasendrehungen und kann die Anhebung der Verstärkung zu höheren Frequenzen über den interessierenden Frequenzbereich hinausschieben;

e) durch Änderung des äußeren Gegenkopplungswiderstandes läßt sich die Verstärkung in einem gewissen Bereich ändern, ohne daß die Arbeitspunkte geändert werden;

f) durch Parallelschaltung eines variablen Kondensators zu diesem Widerstand lassen sich kleine Schräglagen der Durchlaßkurve ausgleichen;

g) die Ausgangsstufe ist auf einfache Weise durch Außenbeschaltung sowohl als Kollektor als auch als Emitterstufe zu betreiben.
Für die Anwendung bis zum NF-Bereich müssen gegebenenfalls die entsprechenden Blockkondensatoren C2, d und CA vergrößert werden, was jedoch keine Schwierigkeiten verursacht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Transistorbreitbandverstärker, der vom NF-Gebiet bis zu sehr hohen, im Gebiet von 100 bis 200 MHz liegender oberer Grenzfrequenz verstärkt und in seinen wesentlichen Elementen integrierbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Stufe des Verstärkers in Basisschaltung ausgeführt ist, der eine Emitterstufe folgt, welche eine Rückkopplung vom Kollektor zur Basis in Form eines einstellbaren Widerstandes hat, und daß dieser Emitterstufe zur Entkopplung vom Ausgang eine weitere Transistorstufe folgt, die sowohl als Emitter- als auch als Kollektorstufe mit entsprechender Signalabnahme schaltbar ausgelegt ist.

2. Transistorbreitbandverstärker nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß der Kollektorwiderstand der Basiseingangsstufe aufgeteilt ist und der Gegenkopplungswiderstand vom Kollektor der zweiten Stufe auf den Verbindungspunkt der Teilwiderstände geführt ist.

3. Transistorbreitbandverstärker nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Teilungsverhältnis des Kollektorwiderstandes der ersten Stufe so gewählt ist, daß eine Veränderung des Gegenkopplungswiderstandes praktisch keine Änderung der Gleichstromarbeitspunkte der Stufen hervorruft.

4. Transistorbreitbandverstärker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Gegenkopplungswiderstand eine einstellbare Kapazität parallel geschaltet ist.

5. Transistorbreitbandverstärker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß aus der integrierbaren bzw. integrierten Schaltung die Anschlüsse für die Gegenkopplungselemente getrennt ausgeführt sind.

6. Transistorbreitbandverstärker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Emitter-Eingangselektrode der ersten Stufe zum Eingang hin ein kleiner Widerstand in Serie geschaltet wird derartiger Dimensionierung, daß ein weitgehend frequenzunabhängiger Eingangswiderstand erzielt wird und daß ferner zur Kompensation der Eingangsinduktivität der Basisschaltung bei dem Widerstand eine kompensierende, einstellbare Kapazität gegen den Schaltungsnullpunkt gelegt ist.