DE2516042A1

DE2516042A1 - Schaltung zum begrenzen der ausgangsspannung eines transistorverstaerkers

Info

Publication number: DE2516042A1
Application number: DE19752516042
Authority: DE
Inventors: Ralph Schwerin
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1975-04-12
Filing date: 1975-04-12
Publication date: 1976-10-28
Also published as: DE2516042C2

Description

Schaltung zum Begrenzen der Ausgangsspannung eines Transistorverstärkers Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung zum Begrenzen der Ausgangsspannung eines Wechselspannungssignale veränderbarer Amplitude verstärkenden Transistorverstärkers.
Sollen mit einem Verstärker zu verstärkende Wechselspannungssignale in ihrer Amplitude begrenzt werden, so kann man dazu in bekannter Weise mit einer Gleichspannung vorgespannte Dioden verwenden. Es ist auch bekannt, in den Signalweg eines Verstärkers eine PIN-Diode zu legen, deren Widerstandswert in Abhängigkeit von einem über die PIN-Diode fließenden Gleichstrom geregelt werden kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltung zum Begrenzen von Wechselspannungssignalen zu schaffen, die, sofern die Signalamplituden unterhalb eines vorgegebenen Schwellenspannungswertes liegen, keine Begrenzung erfahren, während sie bei Signalamplituden, die gleich oder größer als der Schwellenspannungswert sind, derart bedämpft werden, daß sie einen bestimmte Amplitudenwert nicht überschreiten.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer Schaltung nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs dadurch gelöst, daß eine PIN-Diode vorgesehen ist, die wechselstrommäßig zwischen dem Kollektor eines eines Transistors des Transistorverstärkers und einem Gleichspannungspotential liegt, daß ein Schaltkreis vorgesehen ist, der an seinem Ausgang einen zum Steuern einer PIN-Diode dienenden Gleichstrom abgibt, dessen Größe von der Differenz einer am Eingang des Schaltkreises liegenden, von der Amplitude der verstarkten Wechselspannungssignale abhängigen Gleichspannung und demSpannungswert einer Schwellenspannung des Schaltkreises abhängt, und daß die PIN-Diode gleichstrommäßig zwischen dem Ausgang des Schaltkreises und dem Schaltungspunkt festen Gleichspannungspotentials lieg.
Eine Schaltung mit den vorgenannten Merkmalen hat verschiedene Vorteile. Die Einstellung der Schwellenspannung bzw. der Begrenzung erfolgt durch eine Gleichspannung, so daß auch bei hochfrequenten Wechselspannungssignalen eine einfache und störungsfreie Ferneinstellung möglich ist. Ein weiterer, wesentlicher Vorteil besteht darin, daß alle Temperaturfehler des Transistorverstärkers mit ausgeregelt werden. Schließlich ist bei der orliegenden Schaltung das Kollektorpotential für den Transistor des Verstärkers unabhängig von dem Augenblickwert des PIN-Dioden-Widerstandes.
Weitere Einzelheiten und zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und werden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
In In der Zeichnung bedeuten,1, 2 und 3 eine Vorverstärkerstufe, eine Treiberstufe und eine Endverstärkerstufe eines Sendeteils eines Transistor-Funksende- und -empfangsgerätes. Während die Vorverstärkerstufe 1 als durch gestrichelte Linien umrahmter Schaltungsteil dargestellt ist, sind die Treiberstufe 2 und Endverstärkerstufe 3 lediglich durch Blockschaltungssymbole gekennzeichnet.
Die Vorverstärkerstufe 1 hat einen Eingang 4, dem die zu verstärkenden Wechselspannungssignale, das ist vorzugsweise eine modulierte Trägerfrequenz, zugeführt werden. Zu der Vorverstärkerstufe 1 gehört ein Transistor 5, dessen Kollektor über zwei in Reihe geschaltete Wicklungsteile 6, 7 eines z. B. als Spartransformator 8 ausgebildeten Anpassungsgliedes mit einem Schaltungspunkt 9 unstabilisierten Gleichspannungspotentials * UB von zum Beispiel 12 V + 10% verbunden ist. Der Spartransformator 8 hat beispielsweise ein Ubersetzungsverhältnis von 4.: 1 und transformiert einen Wellenwiderstand am Ausgang des Transistors 5 von 240 Ohm auf einen Wellenwiderstand von 60 Ohm an einer Anzapfung 10. Ein aus zwei Kondensatoren 11 und 12 bestehender kapazitiver Spannungsteiler setzt den Wellenwiderstand von 60 Ohm an der Anzapfung 10 auf einen Wert von 10 Ohm an Eingang der Treiberstufe 2 herab.
Die am Ausgang der Endverstärkerstufe 3 bzw. Leistungsendstufe abgegebenen Wechselspannungssignale werden einer Antenne des Funksende- und -empfangsgerätes sowie einem Eingang eines in der Zeichnung Zeichnung durch strichpunktierte Linien umrahmten Schaltungsteils 13 zugeführt. In dem Schaltungsteil 13 gelangen die verstärkten Wechselspannungssinale über einen Kondensator 14 zur Gleichstromtrennung an eine Gleichrichterschaltung 15, die als Spannungsverdopplerschaltung ausgebildet ist. Die gleichgerichteten Wechselspannungssignale beeinflussen die Basis eines Transistors 16,dessen Emitter mit dem Schleifer eines Potentiometers 17 verbunden ist, das zwischen einem Schaltungspunkt 18 wenigstens annähernd kostanten positiven Gleichspannungspotentials +Ustab von zum Beispiel 10 V und Masse liegt. Basis und Kollektor des Transistors 16 verbindet ein Kondensator 19, der so bemessen ist, daß er die von der Gleichrichterschaltung 15 abgegebene Gleichspannung siebt.
Der Kollektor des Transistors 16 steht über einen Widerstand 20 mit der Kathode einer PIN-Diode 21 in Verbindung, deren Anode auf dem Gleichspannungspotential des Schaltungspunktes 9 liegt. Für den Kollektorstrom des Transistors 16 ergibt sich somit ein Gleichstromweg von dem Schaltungspunkt 9 über die PIN-Diode 21 und den Widerstand 20 zu dem Kollektor des Transistors 16. Wechselstrommäßig liegt die PIN-Diode zwischen zwei Kondensatoren 22.und 23., von denen der Kondensator 22 mit dem Kollektor des Transistors 5 und der Kondensator 23 mit Masse verbunden ist. Durch diese Schaltungsart wird gewährleistet, daß der Kollektorstrom des Transistors 16 ausschließlich über die PIN-Diode fließt, während der Kollektor des Transistors 5 sein Kollektorpotential über die in Reihe geschalteten Wicklungsteile 6 und 7 des Spartransformators 8 erhält und die mit dem Transistor 5 verstärkten Wechselspannungssignale über den Spartransformator 8 und den Kondensator 23 sowie parallel dazu über den Kondensator 22, die PIN-Diode und den Konden sator 23 nach Masse fließen.
Zur Zur Wirkungsweise der vorstehend beschriebenen Schaltung ist folgendes zu sagen.
Wechselspannungssignale, die am Eingang 4 der Vorverstärkerstufe 1 eine Amplitude UE haben, ergeben am Ausgang der Endverstärkerstufe 3 eine bestimmte Signalamplitude UA Ist diese Signalamplitude UA nach der Gleichrichtung der Wechselspannungssignale kleiner als das mit dem Schleifer des Potentiometers 17 abgegriffene Emitterpotential für den Transistor 16, so bleibt der Transistor 16 gesperrt, und es fließt kein Gleichstrom über den Widerstand 20 und die PIN-Diode 21. In diesem Fall hat die PIN-Diode ihrengrößten Widerstandswert. Zwischen der Anzapfung 10 des Spartransforma tors 8 und Masse dann eine Signalspannung, die nur von der Amplitude de der Eingangssignalspannung und der Dimensionierung der Vorverstärkerstufe 1 abhängt.
Nimmt die Amplitude der am Eingang 4 liegenden Wechselspannungssignale zu - das kann zum Beispiel auch durch eine Anderung der Umgebungstemperatur des Transistorverstärkers geschehen - und erreicht somit die Amplitude UA der Signalspannung einen solchen Wert, daß die durch die Gleichrichtung erhaltene Gleichspannung die mit dem Schleifer des Potentiometers 17 abgegriffene Gleichspannung übersteigt, dann beginnt ein-Kollektorstrom über den Widerstand 20 und die PIN-Diode 21 zu fließen, die dadurch ihren Widerstandswert verringert. Die Größe des Stroms hängt von der Differenz zwischen der von der Gleichrichterschaltung 15 abgegebenen Gleichspannung und der mit dem Schleifer des Potentiometers 17 abgegriffenen Schwellenspannung ab. Je kleiner der Widerstandswert wert der PIN-Diode 21 wird, um so mehr Signalenergie fließt über die PIN-Diode 21 anstatt über die Wicklungsteile 6 und 7 des Spartransformators 8. Die Signalspannung an der Anzapfung 10 nimmt dadurch derart ab, daß die Amplitude UA auch bei einem weiteren Ansteigen von UE annähernd konstant bleibt.
Die Bauelemente des durch strichpunktierte Linien umrahmten Schaltungsteils 13 sind zweckmäßigerweise auf einer gemeinsamen Isolierstoffplatte mit gedruckten Leiungsbahnen angeordnet, so daß bereits vorhandene Verstärkerschaltungen mit einer Schaltung zum Begrenzen der Ausgangsspannung nachgerüstet werden können.
Die in der Zeichnung angegebenen Werte für die Widerstände und Kondensatoren gelten für ein Handsprechfunkgerät, das beispielsweise in einem Freqenzbereich zwischen 400 und 600 MHz arbeitet. Bei entsprechend anderer Dimensionierung kann die Schaltung auch für weitere Frequenzbereiche bis hinauf zum GHz-Bereich angewendet werden.
In der Schaltung nach dem Ausführungsbeispiel wird nicht nur die Amplitude UA der verstärkten Wechselspannungssignale, sondern gleichzeitig auch die abgegebene Leistung begrenzt. Mit der Schaltung kann also sowohl eine Amplitudenbegrenzung als auch eine Leistungsbegrenzung bei einem Transistorverstärker, der aus einer unstabilisierten Gleichspannungsquelle gespeist wird, vorgenommen werden.
PATENTANSPRÜCHE

Claims

Patentansprüche 1. Schaltung zum Begrenzen der Ausgangsspannung eines Wechselspannungssignale veränderbarer Amplitude verstärkenden Transistorverstärkers, dadurch gekennzeichnet, daß eine PIN-Diode (21) vorgesehen ist, die wechselstrommäßig zwischen dem Kollektor eines Transistors (z. B. 5) des Transistorverstärkers und einem Gleichspannungspotetial (UB) liegt, daß ein Schaltkreis (z. B. 16, 44) vorgesehen ist, der an seinem Ausgang einen zum Steuern einer PIN-Diode dienenden Gleichstrom abgibt, dessen Größe von der Differenz zwischen einer am Eingang des Schaltkreises liegenden, von der Amplitude (UA) der verstärkten Wechselspannungssignale abhängigen Gleichspannung und dem Spannungswert einer Schwellenspannung des Schaltkreises abhängt, und daß die PIN-Diode gleichstrommäßig zwischen dem Ausgang des Schaltkreises und dem Schaltungspunkt festen Gleichspannungspotentials liegt.
2. Schaltung nach Anspruch 1 für einen Transistorverstärker, der aus einer eine unstabilisierte Gleichspannung abgebenden Gleichspannungsquelle gespeist ist, dadurch gekennzeichnet, daß das an der PIN-Diode (21) liegende Gleichspannungspotential (UB) von der Gleichspannungsquelle abgeleitet ist, während der Schaltkreis an einer zumindest annähernd konstanten Gleichspannung (Ustab) liegt.
3. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltkreis einen Transistor (16) enthält, dem die von der Amplitude der verstärkten Wechselspannungssignale abhängige Gleichspannung zugeführt wird, dessen Emitter auf dem Schwellenspannungspotential liegt und dessen Kollektor über einen Widerstand (44) mit dem dem Ausgang des Schaltkreises verbunden ist.
4. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Gleichrichterschaltung (15) vorgesehen ist, die aus den verstärkten Wechselspannungssignalen die Gleichspannung ableitet.
5. Schaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichrichterschaltung (15) zwei Dioden in Spannungsverdopplerschaltung enthält.
6. Schaltung nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß Basis und Kollektor des Transistors (16) des Schaltkreises durch einen Kondensator (19) überbrückt sind, der so bemessen ist, daß er die aus den verstärkten Wechselspannungssignalen durch Gleichrichtung erhaltene Gleichspannung siebt.
7. Schaltung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwellenspannung mittels eines Potentiometers (17) einstellbar ist, das an der stabilisierten Gleichspannung (Ustab) liegt, und dessen Schleifer mit dem Emitter des Transistors (16) des Schaltkreises verbunden ist.
8. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 für einen mehrstufigen Transistorverstärker, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einem Schaltungspunkt (9) mit dem unstabilisierten Gleichspannungspotential (UB) und dem Kollektor eines Transistors (5) einer der Verstärkerstufen eine Reihenschaltung aus der PIN-Diode (21) und einem als Gleichstromsperre dienenden Kondensator (22) und parallel zu dieser Reihenschaltung mindestens eine Wicklung (z. B. 6, 7) eines zur Anpassung dieser Verstärkerstufe an die folgende Verstärkerstufe Verstärkerstufe (z. B. 2) dienenden Anpassungsgliedes (z. B. 8) liegen.
9. Schaltung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Anpassungsglied ein Spartransformator (8) mit zwei in Serie geschalteten Wicklungsteilen (6, 7) ist, deren eines freies Ende mit dem Kollektor des TransistorS(5} einer der Verstärkerstufen und dessen anderes freies Ende mit dem Schaltungspunkt (9) verbunden ist.
10. Schaltung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das dem Schaltungspunkt (9) zugeordnete freie Ende der Wicklungsteile (6, 7) des Spartransformators (8) wechselstrommäßig mit Masse verbunden ist.
11. Schaltung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkerstufe eine Verstärkerstufe (z. B. 1) eines Funksende- und -empfangsgerätes ist und daß der Ausgang einer letzten Verstärkerstufe (z. B. 3) über einen Kondensator (14) zur Gleichstromtrennung mit der Gleichrichterschaltung (15) verbunden ist.
12. Schaltung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltkreis, die Gleichrichterschaltung (15), die PIN-Diode (21) und der Kondensator (22) zu einer Baueinheit zusammengefaßt sind.

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