-
"Schaltungsanordnung für HF-Eingangsstufen eines Fernsehempfängers"
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung für HF-Eingangsstufen eines
Fernsehempfängers, wie näher im Oberbegriff des Patentanspruches 1 beschrieben.
-
Aus der allgemeinen Elektrotechnik sind an sich Gegenkopplungsschaltungen
bekannt. So zeigt die GB-PS 1 288 880 einen Gleichstromverstärker in Emitterschaltung,
bestehend aus drei Transistoren
und mit einem Transistor im Gegenkopplungszweig.
Die NL-OS 65 00 665 zeigt einen Wechselspannungs-Transistorverstärker mit einem
Transistor in Emitterschaitung mit nachgeschaltetem Übertrager im Verstärkungsweg
und einen Transistor in Basisschaltung für die Gegerkopplung, in dessen Basiskreis
ein Heizleiter liegt.
-
Die DT-AS 2 105 747 zeigt ein steuerbares Dämpfungsglied für hochfrequente
Signale unter Verwendung von zwei gegeneinander geschalteten PIN-Dioden, deren Anoden
mit einer Regelspannung verbunden sind und die eine Linearitätsverbesserung des
übertragenen hochfrequenten Signales bewirken sollen. Bei dieser Schaltungsanordnung
muß aber im Übertragungsweg ein Widerstand nicht zu vernachlässigender Größe angeordnet
sein. In dem gezeigten Beispiel zeigt dieser Widerstand eine Größe von 220 Ohm.
-
Schließlich bezieht sich die Literaturstelle "FUNKSCHAU" 1974 Heft
2 S. 121 auf einen Fernsehempfänger und zeigt praktisch eine Ausführungsform eines
sogenannten PIN-Dioden-Abschwächersfür eine HF-Eingangsstufe eines Fernsehempfängers,
bestehend aus zwei PIN-Dioden, von denen die eine im Signalweg liegt und wobei beide
PiN-Dioden über einen als Gieichstromverstärker geschalteten Transistor, dessen
Basis mit der Regelspannung, der sogenannten AGC, veibunden ist, gesteuert werden.
Der Transistor wird hier im Bereich + 9V auf + 3V gesteuert. Die
angegebene
Type ist ein NF-Transistor. Bei stark einfallenden Signalen steigt die Regelspannung
an und der Transistor sorgt dafür, daß die eine Diode mehr in Durchlaßrichtung und
die andere Diode mehr in Sperrichtung gesteuert wird, wodurch sich dann schließlich
am Ausgang des Abschwächers ein abgeschwächtes Hochfrequenzsignal ergibt.
-
Derartige Schaltungsanordnungen sind auch noch in anderen Ausführungen
bekannt, z.B. aus dem sogenannten Fernseh-Tuner V8 und U8 - CCIR der Anmelderin,
sog. Large-Signal-Tuner.
-
Auch bei diesen bekannten Schaltungsanordnungen liegt immer eine PIN-Diode
im Signalweg, aber auch der Transistor liegt hier im Signalweg. Er ist in Basisschaltung
geschaltet und seine Basis ist mit der Regelspannung AGC verbunden, so daß bei stark
einfallenden HF-Signalen sowohl die PIN-Diode als auch der Transistor regeln. Da
in diesen bekannten Tunern ein Hochstrom-Transistor mit breiter St-Kennlinie verwendet
wird, d.h. mit einer Verstärkung, die im breiten Frequenzbereich unabhängig vom
Arbeitspunkt ist, wird er bei dieser AusführunUsform im VHF-Bereich nicht geregelt.
Dagegen regelt der Hochstrom-Transistor,hier die Type Bs 480,an den Grenzen des
Bereiches. Bei UHE werden zunächst bei ansteigendem HF-Signal im Eingang des Tuners
zunächst die PIN-Dioden durch Regelung wirksam und dann erst bei sehr stark einfallendem
HF-Signal der Hochstrom-Transistor BF 480. Dies ist bedingt durch die Kennlinie
des Transistors, der in Abhängigkeit vom Strom,
z.B. vom Kollektorstrom,
in Basisschaltung geschaltet zunächst einen Anstieg des übertragenen HF-Signales
zeigt, dann aber bei sehr großen Strömen wiederum einen Abfall der Verstärkung dieses
HF-Signales.
-
Die Erfindung geht von diesem Stand der Technik aus. Die Aufgabe der
Erfindung bestand darin, einen PIN-Dioden-Abschwächer, der mit einem transistorisierten
HF-Verstärker kombiniert ist, zu schaffen und bei dem im Signalweg keine zusätzlichen
Bauteile, also entweder ein Widerstand oder eine PIN-Diode selbst, eingeschaltet
werden müssen, weil nämlich diese Bauteile bei schwach einfallenden HF-Signalen
eine merkbare Dämpfung im Signalweg selbst bewirken. Die HF-Eingangsstufe eines
derartigen Fernsehempfängers wird nämlich hierdurch unempfindlicher.
-
Zur Lösung der genannten Aufgabe schlägt bei einer Schaltungsanordnung
der eingangs genannten Art die Erfindung eine Anordnung der PIN-Diode(n) vor, wie
im Kennzeichen des Anspruches 1 näher beschrieben.
-
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung können Maßnahmen ergriffen
werden, wie in den Kennzeichen der Unteransprüche näher beschrieben.
-
Bei Einsatz der Maßnahmen nach der Erfindung können Hochstrom-Verstärker-Transistoren
verwendet werden, die eine breite ft-Kennlinie aufweisen und die eine erhebliche
Vergrößerung
der möglichen Abschwächung ergeben. Während nämlich
dieser Dämpfungsregelhub mit einer Diode allein als Spannungs- oder Stromgegenkopplung
geschaltet etwa 15db ergeben, kann dieser Regelhub für die Dämpfung durch den Transistor
um weitere 25db erweitert werden, so daß jeweils mit nur einer Diode eine Abschwächung
von etwa 40db erzielbar ist. In einer besonderen Ausführung nach der Erfindung mit
der Anordnung von zwei Dioden kann eine Abschwächung von 30db erreicht werden, so
daß sich insgesamt mit der Abschwächung von 25db des Transistors eine Gesamtabschwächung
von 55db erreichen läßt. Dabei ist noch von besonderem Vorteil, daß bei einer geschickt
dimensionierten Schaltungsanordnung, wie nachfolgend an Hand der Figurenbeschreibung
gezeigt wird, im Regelbereich der PIN-Dioden der Transistor Jeweils bei Arbeitspunkten
betrieben wird, wo auch seine Kreuzmodulationseigenschaften am besten sind. Wenn
der Transistor schließlich danach regeln soll, ist die Abschwächung durch die PIN-Dioden
bereits so weit getrieben, daß der Einfluß auf die Kreuzmodulationseigenschaften
des Transistors bei seinen Arbeitspunkten im Regelbereich nicht nur vernachlässigbar
werden, sondern sich sogar überraschenderweise verbessern.
-
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt
und werden im folgenden näher beschrieben.
-
Es zeigen
Fig. 1 eine Schaltungsanordnung nach der
Erfindung mit einem Transistor in Basisschaltung und einer Diode im Spannungsgegenkopplungsweg,
Fig. 2 eine Schaltungsanordnung nach der Erfindung mit einem Transistor in Basisschaltung
und einer Diode im Spannungsgegenkopplungsweg und mit einer besonderen Einführung
der Regelspannung, Fig. 3 eine Kennlinie der verstärkten Hochfrequenzspannung in
Abhängigkeit vom Kollektorstrom des Transistors, Fig. 4 eine Schaltungsanordnung
nach der Erfindung mit einem Transistor in Basisschaltung und einer PIN-Diode im
Stromgegenkopplungsweg, Fig. 5 eine Schaltungsanordnung nach der Erfindung mit einem
Transistor in Basisschaltung und einer PIN-Diode im Stromgegenkopplungsweg und einer
besonderen Ennführung der Regelspannung, Fig. 6 eine Schaltungsanordnung, kombiniert
aus den Schaltungsanordnungen nach Fig. 2 und 5.
-
In der Fig. 1 ist die Eingangsschaltungsanordnung für die HF-Eingangsstufe
eines Fernsehempfängers dargestellt. Das HF-Signal wird von der Antenne herkommend
an den Eingang E geführt und über den Koppelkondensator Ckl in diese HF-Siufe eingekoppelt.
Es verläßt diese Stufe über den Koppelkondensator Ck2
am Ausgang
A. Die HF-Eingangsstufe weist einen Transistor Tr auf, dessen Emitter über den Emitterwiderstand
Rel an einer festen positiven Vorspannung liegt, wenn z.B. ein Hochstrom-HF-Transistor
der Type AF 379, also ein pnp-Transistor, verwendet wird, wie dargestellt. Die Basis
des Transistors Tr liegt über einen festen Basiswiderstand Rbl, der durch einen
Kondensator Cb überbrückt ist, am gemeinsamen Bezugspunkt, z.B. Masse. Der Kollektor
des Transistors Tr ist über eine Drossel Drl mit dem gemeinsamen Bezugspunkt verbunden.
-
Nach der Erfindung liegt nun im Ausgangskreis des Transistors Tr zwischen
dessen Kollektor und Basis eine PIN-Diode D1 in Serie mit einem Trennkondensator
Ct. Dabei ist die Katode der PIN-Diode Dl mit dem Kollektor des Transistors Tr und
die Anode der PIN-Diode D1 mit dem Trennkondensator Ct verbunden. Die Regelspannung
AGC wird über einen Vorwiderstand Rv an die Anode der PIN-Diode D1 geführt.
-
Bei schwach einfallenden HF-Signalen am Eingang E ist die PIN-Diode
D1 nicht wirksam, weil durch sie ein sehr geringer Reststrom fließt, der bedingt
ist durch ihre sogenannte Restkapazität. Um diese zu kompensieren, ist die PIN-Diode
D1 durch die Serienschaltung eines Kondensators Cd und einer Spule Ld überbrücke.
Hierdurch wird also bewirkt, daß nur ein vernachlSssigbarer Teil der Ausgangs-HF-Spannung
über diesen zusätzlichen Zweig abfließen kann.
-
Die Gleichstrom-Vorwiderstände bzw. die Schaltungsanordnung können
derart dimensioniert sein, daß bei kleinen HF-Signalen der Transistor in einem Arbeitspunkt
betrieben wird, der zwischen den mit B1 und B2 in Fig. 3 bezeichneten Arbeitspunkten
liegt. Werden die HF-Eingangssignale jetzt größer und ist der Frequenzbereich im
VHF-Bereich, dann erfolgt in dieser Schaltungsanordnung nach Fig. 1 lediglich eine
Regelung durch die PIN-Diode D1, die nämlich in ihrer Anode bei größerer Regelspannung
AGC eine höhere positive Spannung erhält und mit weiter zunehmender HF-Ausgangsspannung
weiter in Durchlaßrichtung aufgesteuert wird. Praktisch wirkt sie also als Spannungsgegenkopplung
und dämpft zu starke Ausgangssignale, weil nämlich ein größerer Hochfrequenzstrom
über den Trennkondensator Ct, der z.B. die Größe von 220 pF aufweisen kann, zurück
auf die Basis des Transistors Tr geführt wird. Es liegt, wie bereits erwähnt, eine
echte HF-Spannungsgegenkopplung vor.
-
Zu den Werten sei noch folgendes gesagt: Die Diode D1 kann vom Typ
BA 379 sein, der Kondensator Cb kann eine Größe von 12 pF aufweisen und der Widerstand
Rv eine Größe von 1 k0hm. Die Diodensteuerung erfordert eine AGC, die einen Diodenstrom
von etwa 0 bis 5 mA aufbringen muß. Die Restkapazität der genannten PIN-Diode D1
beträgt etwa 0,3 pF, die zusammen mit dem Kondensator Cd und der Induktivität Ld
einen Resonanzkreis bildet, der für die Bandmittenfrequenz ausgelegt wird.
-
Die Dimensionierung der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 kann derart
getroffen sein, daß bei sehr stark einfallenden Sendern bzw. HF-Signalen am Eingang
E im UHF-Bereich auch eine Regelung bzw. Abschwächung durch den Transistor Tr erfolgt.
Dann befindet sich nämlich bei sehr stark einfallenden Sendern der Transistor Tr
im Arbeitspunkt nach B2 in Fig. 3. Bei größer werdendem Strom durch den Transistor
erfolgt dann wegen der fallenden Kennlinie eine kleinere Verstärkung der HF-Wechselspannung.
-
Fig. 2 zeigt das Grundprinzip der Schaltungsanordnung nach Fig. 1,
nur erfolgt nunmehr die Regelung der PIN-Diode und des Transistors in etwas anderer
Weise. Zunächst ist in dem Schaltbild nach Fig. 2 der Gleichstromkreis für den Kollektor
des Transistors erweitert eingezeichnet, nämlich durch Verbindung des Fußpunktes
der Drossel Dr1 über einen Kondensator C1 und damit Schaltung eines Wechselstromweges
zum gemeinsamen Bezugspunkt sowie Einfügung eines Widerstandes Rl zum besseren Einstellen
des Ausgangsarbeitspunktes 31 nach Fig. 3 für den Transistor Tr. Die PIN-Diode Dl
liegt wieder im IIF-Spannungsgegenkopplungsweg im Ausgangskreis des Transistors
Tr zwischen dessen Kollektor und Basis. Dabei ist sie in der Ausführung nach der
Fig. 2 mit ihrer Anode mit dem Kollektor des Transistors Tr und mit ihrer Katode
mit dem Trennkondensator Ct verbunden, dessen anderer Anschluß
an
der Basis des Transistors Tr liegt. Die Katode der PIN-Diode D1 liegt über eine
Drossel Dr2 und einen Festwiderstand Rd am gemeinsamen Bezugspunkt. Die Restkapazität
der Diode D1 ist wiederum durch das Überbrückungsglied, d.h. die Serienschaltung
des Kondensators.Cd und der Spule Ld, kompensiert. Der Emitter des Transistors Tr
liegt über einen Festwiderstand Rel an einer festen Vorspannung, aber seine Basis
liegt in diesem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 über den Vorwiderstand Rv an der
Regelspannung AGC.
-
Der Vorteil dieser Schaltungsanordnung liegt darin, daß gegenüber
dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 der AGC-Regelstrom viel kleiner sein kann. Liegt
der Arbeitspunkt des Transistors Tr bei kleinen HF-Eingangssignalen bei B1 und werden
diese Jetzt größer, dann wird auch der Strom durch den Transistor Tr größer, und
der Strom durch die Diode D1 wird größer, bis schließlich der Widerstand der PiN-Diode
D1 den Wert von etwa O Ohm erreicht hat. Dies ist auch wiedenim der Punkt B2 im
Kennlinienfeld nach Fig. 3. Werden jetzt die HF-Eingangssignale noch größer, dann
erfolgt eine Regelung des Transistors Tr, d.h. das KF-Ausgangssignal wird bei größeren
Strömen durch den Transistor Tr kleiner.
-
Fig. 4 zeigt schließlich die Anordnung eines PIN-Dioden-Abschwächer
mit einer PIN-Diode D2 in der Basiszuführung des
Transistors Tr.
Hier liegt also eine Stromgegenkopplung vor.
-
In Fig. 4 -liegen der Emitter und die Basis des Transistors Tr über
feste Widerstände Rel und Rb2 an einer festen Vorspannung, die Basis des Transistors
Tr an einem Spannungsteiler, zu dem auch noch der zum gemeinsamen Bezugspunkt führende
Festwiderstand Rbl gehört. Die Drossel Drl schafft wieder einen Gleichstromweg zum
Kollektor des Transistors Tr. Die Regelspannung AGC ist über einen Vorwiderstand
Rv an die Anode der PIN-Diode D2 angeschlossen, während die Katode der PIN-Diode
D2 mit dem gemeinsamen Bezugspunkt verbunden ist. Der Basiskondensator Cb wirkt
hier als Tremikondensator für die beiden Gleichstrom-Arbeitspunkte des Transistors
Tr und der PIN-Diode D2. In diesem Falle fließt, wenn ein kleines NF-Signal am Eingang
E erscheint, ein großer Strom durch die Diode. Wird die Hochfrequenz-Eingangsspannung
stärker, dann wird, und so ist die Regelspannung in diesem Falle ausgebildet, der
AGC-Steuerstrom kleiner und der Widerstand der PIN-Diode D2 wird größer, so daß
praktisch die Basis des Transistors Tr mit ansteigendem HF-Eingangssignal über einen
immer größer werdenden Widerstand der PIN-Diode D2 mit dem gemeinsamen Bezugspunkt
verbunden ist, was ebenfalls einer Dämpfung des HF-Ausgangssignales gleichkommt.
Die Diode erreicht schließlich Werte von etwa 0,3 pF parallel zu 600 Ohm.
-
Der Arbeitspunkt des Transistors Tr ist hier im VHF- und UHF-Bereich
fest. Wird die Schaltungsanordnung nur für VHF' ausgelegt, so muß der Kondensator
Cb z.B. eine Größe von
220 pF aufweisen, bei UlIF' genügen 22 pF.
Beispielsweise können die Widerstände Rbl = 5,6 k0hm, Rb2 = 1,8 k0hm und Rv = 1
k0hm groß sein.
-
Fig. 5 zeigt schließlich eine Abwandlung der Fig. 4 mit einem Gleichspannungsteiler
am Emitter des Transistors. Der Strom, der von der festen Vorspannungsquelle bei
+ über den Widerstand Re2 in die Schaltungsanordnung fließt, ist immer gleich.
-
In diesem Falle wird bei größeren HF-Eingangssignalen auch der AGC-Steuerstrom
größer. Wenn aber dieser Strom größer wird, wird auch der Emitterstrom durch den
Transistor Tr größer und damit der Strom durch Rel, wodurch der Strom durch Rb2
und damit auch wieder der Strom durch die PIN-Diode D2 kleiner wird. Auch hier wird
der Widerstand der PIN-Diode D2 zu größeren HF-Signalen hin größer. Auch hier is-t
die Schaltungsanordnung wieder derart ausgelegt, daß bei kleinen HF--Signalen der
Transistor im Arbeitspunkt Bl nach Fig. 3 arbeitet. Wenn zunächst die PIN-Diode
D2 durch Erhöhung ihres Widerstandes infolge des durch sie fließenden kleiner Stromes
als Abschwächer wirksam wird, und zwar bis etwa zum Arbeitspunkt B2-nach Fig. 3,
dann. regelt der Transistor Tr wie oben beschrieben Fig. 6 zeigt schließlich eine
Kombination der Schaltungsanordnungen nach Fig. 5 und Fig, 2. Bei gröBer werdenden
HF-Eingangssignalen regeln zunächst die beiden Dioden D1. und D2,
d.h.
die Abschwächung des Ausgangssignales erfolgt zunächst durch diese beiden PIN-Dioden
D9 und D2, wobei gegenüber den Schaltungsanordnungen nach Fig. 1, 2, 4 und 5, die
eine PIN-Dioden-Abschwächung von etwa 15db erreichten, hier die doppelten Werte,
nämlich 30db, erreichbar sind. In allen Fällen bringt die Transistorregelung eine
Abschwächung von 25db, so daß in der Schaltungsanordnung nach Fig. 6 Werte der Abschwächung
in der Größe von 55db verwirklichbar sind.
-
Abschließend sollen noch einige praktische Werte angegeben werden:
Die Dioden D1 und D2 können vom Typ BA 379 sein, die Transistoren Tr in allen gezeigten
Beispielen vom Typ AF 379.
-
Die Widerstände können folgende Werte aufweisen: Rel = 100 Ohm, Re2
= 560 Ohm, Rb2 = 2 k0hm, R1 = 220 Ohm, und die Kondensatoren die Werte Cb = 220
pF oder 22 pF (wie ohen erläutert), Ct = 220 pF, C1 = 680 pF, CKl und CK2 = je 10
pF.
-
PATENTANSPRÜCHE: