DE2454187B2 - Schaltungsanordnung fuer hf-eingangsstufen eines fernsehempfaengers - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung für H F-Eingangsstufen eines Fernsehempfängers mit mindestens einer zum Abschwächen der HF-Ver-Stärkung bei stärker einfallenden Sendern aus dem Sperr- in den Durchlaßbereich oder umgekehrt übergehenden PIN-Diode und einem als HF-Verstärker und gegebenenfalls als Gleichstromverstärker für diese PIN-Diode geschalteten und mit einer Regelspannung verbundenen Transistor in Basisschaltung.

Aus der allgemeinen Elektrotechnik sind an sich Gegenkopplungsschaltungen bekannt So zeigt die GB-PS 12 88 880 einen Gleichstromverstärker in Emitterschaltung, bestehend aus drei Transistoren und mit einem Transistor im Gegenkopplungszweig. Die NL-OS 65 00 665 bzw. die DT-AS 1193 557 zeigen einen Wechselspannungs-Transistorverstärker mit einem Transistor in Emitterschaltung mit nachgeschaltetem Übertrager im Verstärkungsweg und einen Transistor in Basisschaltung for die Gegenkopplung, in dessen Basiskreis ein Heißleiter liegt

Die DT-AS 21 05 747 zeigt ein steuerbares Dämp

fungsglied 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 Signals 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.

Die DT-AS 11 32 975 zeigt eine Regelschaltung für eine Eingangsschaltung zum Anschluß für Mikrofone. Bandgeräte usw. Dieser NF-Verstärker ist schon allein durch die Verwendung des Verstärkertransistors in Emitterschaltung infolge der dadurch bedingten Schmalbandigkeit nicht für breitbandige HF-Eingangsschaltungsanordnungen im Fernsehbereich geeignet. Die gezeigte Diode im Emitterkreis tritt anstelle eines von Hand einstellbaren Widerstandes. Sie wird im Sperrbereich ihrer Kennlinie betrieben, vergrößert den Regelbereich, wirkt jedoch nicht als sogenannter PIN-Abschwächer, da dies Problem im NF-Bereich nicht auftritt.

Schließlich bezieht sich die Literaturstelle »FUNK-SCHAU« 1974, Heft 2, S. 121 auf einen Fernsehempfänger und zeigt praktisch eine Ausführungsform eines sogenannten PIN-Dioden-Abschwächers für 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 Gleichstromverstärker geschalteten Transistor, dessen Basis mit der Regelspannung, der sogenannten AGC, verbunden 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 Fernsehtuner nach der DT-OS 21 24 377 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 AGCverbunden, 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 ft-Kennlinie verwendet wird, d.h. mit einer Verstärkung, die im breiten Frequenzbereich unabhän gig vom Arbeitspunkt ist wird er bei dieser Ausführungsform im VHF-Bereich nicht geregelt Dagegen regelt der Hochstrom-Transistor, hier die Type BF 480, an den Grenzen des Bereiches. Bei UHF 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-Signals zeigt, dann aber bei sehr großer. Strömen wiederum einen Abfal! der Verstärkung dieses HF-Signals. 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 in Basisschaltung 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 dieser Aufgabe sind bei einer Schaltungsanordnung für HF-Eingangsstufen eines Fernsehempfängers der eingangs genannten Art nach der Erfindung zur Spannungsgegenkopplung zwischen den Kollektor und die Basis des Transistors die Reihenschaltung einer PIN-Diode und eines Kondensators und/oder zur Stromgegenkopplung zwischen die Basis des Transistors und Masse die Reihenschaltung einer PIN-Diode und eines Kondensators angeordnet, wobei die Kondensatoren in beiden Fällen an die Basis des Transistors angeschlossen sind, die Regelspannung bei der Spannungsgegenkopplungsschaltung an der Anode der PIN-Diode, deren Kathode am Kollektor angeschlossen ist, liegt, oder bei Verbindung der Anode der PIN-Diode mit dem Kollektor unmittelbar an der Basis bei der Stromgegenkopplungsschaltung an der Basis des Transistors unmittelbar oder an der Anode der gegen Masse geschalteten Diode.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann die Kathode der PIN-Diode über eine Drossel und gegebenenfalls einen Widerstand und die Anode der PIN-Diode über eine Drossel und gegebenenfalls einen Widerstand mit diesem überbrückenden Kondensator mit dem gemeinsamen Bezugspunkt (Masse) verbunden sein.

Ferner kann nach der Erfindung die PIN-Diode zwecks Kompensation seiner Restkapazität durch die Serienschaltung eines Kondensators und einer Spule überbrückt sein.

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 15 dB ergeben, kann dieser Regelhub für die Dämpfung durch den Transistor um weitere 25 dB erweitert werden, so daß jeweils mit nur einer Diode eine Abschwächung von etwa 40 dB erzielbar ist. In einer besonderen Ausführung nach der Erfindung mit der Anordnung von zwei Dioden kann eine Abschwächung von 3OdB erreicht werden, so daß sich insgesamt mit der Abschwächung von 25 dB des Transistors eine Gesamtabschwächung von 55 dB 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 KreuzmoduiationSeigenschaiien 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.

F i g. 1 eine Schaltungsanordnung nach der Erfindung mit einem Transistor in Basisschaltung und einer Diode im Spannungsgegenkopplungsweg,

F i g. 2 eine Schaltungsanordnung nach der Erfindung mit einem Transistor in Basisschaltung und einer Diode im Spannungsgegenkopplungsweg und mit einer besonderen Einführung der Regelspannung,

F i g. 3 eine Kennlinie der verstärkten Hochfrequenzspannung in Abhängigkeit vom Kollektorstrom des Transistors,

F i g. 4 eine Schaltungsanordnung nach der Erfindung mit einem Transistor in Basisschaltung und einer PIN-Diode im Stromgegenkopplungsweg,

F i g. 5 eine Schaltungsanordnung nach der Erfindung mit einem Transistor in Basisschaltung und einer PIN-Diode im Stromgegenkopplungsweg und einer

zo besonderen Einführung der Regelspannung,

F i g. 6 eine Schaltungsanordnung, kombiniert aus den Schaltungsanordnungen nach F i g. 2 und 5.

In der F i g. 1 ist die Eingangsschaltungsanordnung für die H F-Eingangsstufe eines Fernsehempfängers dargestellt. Das HF-Signal wird von der Antenne herkommend an den Eingang E geführt und über den Koppelkondensator CJt 1 in diese HF-Stufe eingekoppelt. Es verläßt diese Stufe über den Koppelkondensator CJt 2 am Ausgang A. Die HF-Eingangsstufe weist einen Transistor Tr auf, dessen Emitter über den Emitterwiderstand Re 1 an einer festen positiven Vorspannung liegt, wenn z. B. ein Hochstroin-HF-Transistor der Type AF 379, also ein pnp-Transistor, verwendet wird, wie dargestellt. Die Basis des Transistors Tr liegt über einen festen Basiswiderstand Rb 1, der durch einen Kondensator Cb überbrückt ist, am gemeinsamen Bezugspunkt, z. B. Masse. Der Kollektor des Transistors Tr ist über eine Drossel Dr 1 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 Kathode der PIN-Diode D1 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 überbrückt Hierdurch wird also bewirkt, daß nur ein vernächlässigbarer 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.! 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 Ci, 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 D i kann vom Typ BA 379 sein, der Kondensator Cb kann eine Größe von 12 pF aufweisen und der Widerstand Rv eine Größe von 1 kOhm. Die Diodensteuerung erfordert eine AGC, die einen Diodenstrom von etwa 0 bis 5 mA aufbringen muß. Die Restkapazität der genannten PIN-Diode Di 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 F i g. 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 Trim Arbeitspunkt nach B2 in Fig.3. Bei größer werdendem Strom durch den Transistor erfolgt dann wegen der fallenden Kennlinie eine kleinere Verstärkung der H F-Wechselspannung.

F i g. 2 zeigt das Grundprinzip der Schaltungsanordnung nach F i g. 1, nun erfolgt nunmehr die Regelung der PIN-Diode und des Transistors in etwa 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 Dr 1 über einen Kondensator C t und damit Schaltung eines Wechselstromweges zum gemeinsamen Bezugspunkt sowie Einfügung eines Widerstandes R i zum besseren Einstellen des Ausgangsarbeitspunktes B1 nach F i g. 3 für den Transistor Tr. Die PIN-Diode Dl liegt wieder im HF-Spannungsgegenkopplungsweg im Ausgangskreis des Transistors Tr zwischen dessen Kollektor und Basis. Dabei ist sie in der Ausführung nach der F i g. 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 Dr 2 und einen Festwiderstand Rd am gemeinsamen Bezugspunkt. Die Restkapazität der Diode Dl ist wiederum durch das ÜberbrUckungsglied, d. h. die Serienschaltung des Kondensators Cd und der Spule Ld, kompensiert. Der Emitter des Transistors Tr liegt über einen Festwiderstand Re 1 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 Ausfuhrungsbeispiel nach F i g. 1 der A GC-Regelstrom viel kleiner sein kann. Liegt der Arbeitspunkt des Transistors Tr bei kleinen HF-Eingangssignalen bei Bi 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 Di den Wert von etwa OOhm erreicht hat. Dies ist auch wiederum der Punkt B 2 im Kennlinienfeld nach F i g. 3. Werden jetzt die HF-Eingangssignale noch größer, dann erfolgt eine Regelung des Transistors Tr₁ d. h., das HF-Ausgangssignal wird bei größeren Strömen durch den Transistor Tr kleiner.

Fig.4 zeigt schließlich die Anordnung eines PIN-Dioden-Abschwächers mit einer PIN-Diode D2 in der S Basiszuführung des Transistors Tr. Hier liegt also eine Stromgegenkopplung vor. In F i g. 4 liegen der Emitter und die Basis des Transistors Trüber feste Widerstände Re 1 und Rb 2 an einer festen Vorspannung, die Basis des Transistors Tr an einem Spannungsteiler, zu dem

ίο auch noch der zum gemeinsamen Bezugspunkt führende Festwiderstand RbX gehört. Die Drossel Dr i schafft wieder einen Gleichstromweg zum Kollektor des Transistors Tr. Die Regelspannung AGC ist über einen Vorwiderstand Rv an die Anode der PIN-Diode D 2 angeschlossen, während die Katode der PIN-Diode D 2 mit dem gemeinsamen Bezugspunkt verbunden ist Der Basiskondensator Cb wirkt hier als Trennkondensator für die beiden Gleichstrom-Arbeitspunkte des Transistors Tr und der PIN-Diode D 2. In diesem Falle fließt,

ίο wenn ein kleines HF-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 /4GC-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 D 2 mit dem gemeinsamen Bezugspunkt verbunden ist, was ebenfalls einer Dämpfung des HF-Ausgangssignals 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 U H F-Bereich fest. Wird die Schaltungsanordnung nur für VHF ausgelegt, so muß der Kondensator Cb z. B.

eine Größe von 220 pF aufweisen, bei UHF genügen 22 pF. Beispielsweise können die Widerstände R61 = 5,6kOhm, Rb 2 = 1,8 kOhm und Rv=I kOhm groß sein.

F i g. 5 zeigt schließlich eine Abwandlung der F i g. 4 mit einem Gleichspannungsteiler am Emitter des Transistors. Der Strom, der von der festen Vorspannungsquelle bei + über den Widerstand Re 2 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 Re 1, wodurch der Strom durch Rb 2 und damit auch wieder der Strom durch die PIN-Diode D 2 kleiner wird. Auch hier wird der Widerstand der PIN-Diode D2 zu größeren HF-Signalen hin größer. Auch hier ist die Schaltungsanordnung wieder derart ausgelegt, daß bei kleinen HF-Signalen der Transistor im Arbeitspunkt B1 nach F i g. 3 arbeitet. Wenn zunächst die PIN-Diode D 2 durch Erhöhung ihres Widerstandes infolge des durch sie fließenden kleineren Stromes als Abschwächer wirksam wird, und zwar bis etwa zum Arbeitspunkt B2 nach F i g. 3, dann regelt der Transistor Tr wie oben beschrieben.

Fig.6 zeigt schließlich eine Kombination der Schaltungsanordnungen nach Fig.5 und Fig.2. Bei größer werdenden HF-Eingangssignalen regeln zunächst die beiden Dioden Di und D2, d.h., die Abschwächung des Ausgangssignals erfolgt zunächst <>5 durch diese beiden PIN-Dioden Dl und D2, wobei gegenüber den Schaltungsanordnungen nach F i g. 1,2,4 und 5, die eine PIN-Dioden-Abschwächung von etwa 15 dB erreichten, hier die doppelten Werte, nämlich

3OdB, erreichbar sind. In allen Fällen bringt die Transistorregelung eine Abschwächung von 25 dB, so daß in der Schaltungsanordnung nach F i g. 6 Werte der Abschwächung in der Größe von 55 dB verwirklichbar sind.

Abschließend sollen noch einige praktische Werte angegeben werden: Die Dioden DX und D2 können

vom Typ BA 379 sein, die Transistore gezeigten Beispielen vom Typ AF 379. Di können folgende Werte aufweisen: R Re 2 = 560 Ohm, Rb 2 = 2 kOhm, R 1 = 221 Kondensatoren die Werte Cb-220 pF ο oben erläutert), Cf=22OpF, Cl =6801 CK 2=je 10 pF.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung für HF-Eingangsstufen eines Fernsehempfängers mit mindestens einer zum Abschwächen der HF-Verstärkung bei stärker einfallenden Sendern aus dem Sperr- in den Durchlaßbereich oder umgekehrt übergehenden PIN-Diode und einem als HF-Verstärker und gegebenenfalls als Gleichstromverstärker für diese PIN-Diode geschalteten und mit einer Rcgelspannung verbundenen Transistor in Basisschaltung, dadurch gekennzeichnet, daß zur Spannungsgegenkopplung zwischen den Kollektor und die Basis des Transistors (Tr) die Reihenschaltung einer PIN-Diode (D 1) und eines Kondensators (Ct) und/oder zur Stromgegenkopplung zwischen die Basis des Transistors (Tr) und Masse die Reihenschaltung einer PIN-Diode (D2) und eines Kondensators (Cb) angeordnet sind, wobei die Kondensatoren (Ct; Cb) in beiden Fällen an die Basis des Transistors (Tr) angeschlossen sind, die Regelspannung (AGC) bei der Spannungsgegenkopplungsschaltung an der Anode der PIN-Diode (D 1), deren Kathode am Kollektor angeschlossen ist, liegt, oder bei Verbindung der Anode der PIN-Diode (D 1) mit dem Kollektor unmittelbar an der Basis, bei der Stromgegenkopplungsschaltung an der Basis des Transistors (Tr) unmittelbar oder an der Anode der gegen Masse geschalteten Diode (D2).

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode der PIN-Diode (DJ) über eine Drossel (Dr2) und gegebenenfalls einen Widerstand (Rd) und die Anode der PIN-Diode (D 1) über eine Drossel (Dr 1) und gegebenenfalls einen Widerstand (R 1) mit diesem überbrückenden Kondensator (Cl) mit dem gemeinsamen Bezugspunkt (Masse) verbunden sind.

3, Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die PIN-Diode (D 1) zwecks Kompensation seiner Restkapazität durch die Serienschaltung eines Kondensators (Cd) und einer Spule (Ld)überbrückt ist.