DE2603028A1

DE2603028A1 - Verstaerkeranordnung fuer hf-signale, insbesondere fuer kabelverteilungssysteme mit mindestens einem ersten von einer signalquelle an der basiselektrode gesteuerten transistor und einem differenzverstaerker

Info

Publication number: DE2603028A1
Application number: DE19762603028
Authority: DE
Inventors: Dirk Blom
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1975-02-10
Filing date: 1976-01-28
Publication date: 1976-08-19
Also published as: JPS51104240A; FR2300460A1; GB1535823A; FR2300460B1; US4099136A; CA1078468A; NL7501531A

Description

PHN.7891. JW/EVH.

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10.7.1975.

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"Verstärkeranordnung für HP-Signale insbesondere für Kabelverteilungssysteme mit minestens einem ersten von einer Signalquelle an der Basiselektrode gesteuerten Transistor und einem Differenzverstärker"

Die Erfindung bezieht sich auf eine Verstärkeranordnung für HP-Signale insbesondere für Kabelverteilungssysteme mit mindestens einem ersten von einer Signalquelle an der Basiselektrode gesteuerten Transistor und einem Differenzverstärker.

Die Verzerrung, die in einer bestimmten Verstärkerstufe einer Verstärkeranordnung entsteht, lässt sich durch Rückkopplung dieser Stufe verringern. Bekanntlich setzt eine Gegenkopplung einen simultanen

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Auftritt des Ein- und Ausgangssignals voraus* In der Praxis wird das der betreffenden Verstärkerstufe zugeführte Signal etwas Zeit brauchen, um durch die Stufe hindurchzugehen, d.h. die sogenannte Laufzeit. Die Korrektur des Eingangs signals erfolgt also immer, nachdem das fehlerhafte Ausgangssignal erzeugt worden ist. Dieses Nacheilen der Korrektur gegenüber dem Fehler wirkt insbesondere dann störend, wenn die Laufzeit in derselben GriJssenordnung wie die Periodenzeit des Signals liegt, also bei hohen Signalfrequenzen.

Eine andere bekannt Methode zur. Verringerung der Verzerrung, die in einer bestimmten Verstärkerstufe auftreten kann, ist die sog» "feedforward"-Regelung, nachstehend als Vorwärtsregelung bezeichnet, wie dies in dem Artikel ⁿA Feedforward Experiment Applied to an L-4 Carrier System Amplifier" von Harold Seidel, erschienen in "I,E.E.E. Transactions on Communication Technology" , Heft comm. 19t Nr. 3, Juni 1971, beschrieben ist.

Die Vorwärtsregelung:bietet gegenüber der obenstehend beschriebenen Gegenkopplungs— bzw. Rückkopplungsregelung den Vorteil, dass ein Generieren des Signals ausgeschlossen ist, weil eine geschlossene Schleife darin nicht anwesend ist. Zum Messen der in der betreffenden Verstärker stufe entstandenen Verzerrung müssen das Ein- und Ausgangssignal mit gleicher Amplitude und

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simultan vorhanden sein. Dies wird bei den bekannten ■Vorwärtsregelungen dadurch erreicht, dass einerseits das Ausgangssignal abgeschwächt und andererseits das Eingangssignal in demselben Masse verzögert wird wie das abgeschwächte Ausgangssignal. Die beiden Signale werden dem Eingang eines Differenzverstärkers zugeführt, der ein Signal liefert, das die in der Verstärkerstufe entstandene Verzerrung darstellt.

Insbesondere bei hohen Signalfrequenzen kann die Verzerrung auf diese ¥eise genauer bestimmt werden als im Falle einer Gegenkopplung, w.obei der simultane Auftritt des Ein- und Ausgangssignals - infolge des nicht ausgeglichenen Laufzeitunterschiedes zwischen den beiden Signalen - unmöglich ist.

Die gemessene Verzerrung wird im genannten Differenzverstärker auf die richtige Amplitude gebracht und danach zur Korrektur dem Aus gangs signal hinzugefügt.

Die Notwendigkeit, bei Vorwärtsregelungen einen Verzerrungsmesspunkt zu schaffen, an dem zwei Signale simultan sowie mit gleicher Amplitude"verfügbar sind, führt insbesondere bei Verstärkeranordnungen für einen Frequenzbereich, der sich bis zu sehr hohen Frequenzen hin erstreckt, zu praktisch nicht verwirklichbaren Schaltungen.

Die Erfindung schafft eine einfache Ver-

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stärkeranOrdnung, bei der Vorwärtsregelung angewandt wird, ohne dass genaue, verwickelte Schaltungsanordnungemwerwendet werden und weist dazu das Kennzeichen auf, dass der Basis-Emitter-Uebergang eines von einer Signalquelle an der Basiselektrode gesteuerten Transistors direkt dem Eingang eines Differenzverstärkers parallelgeschaltet ist und das Ausgangssignal dieses Differenzverstärkers mit einer derartigen Amplitude und Phase dem Ausgangssignal des Transistors hinzugefügt wird, dass die Verzerrung darin nahezu aufgehoben wird.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass in einem Transistorverstärker die grosste Verzerrung entsteht, wenn der Signalstrom durch den Basis-Emitter-Uebergang eines Transistors geht und grosser ist, je nachdem der Signalstrom grosser ist.

Dadurch, dass die Verzerrung direkt an derjenigen Stelle, an der sie entsteht, gemessen wird, in diesem Fall am Basis-Emitter-Uebergang, und im Anschluss daran diese Verzerrung unmittelbar in ein Korrektursignal umgewandelt wird, wird eine sehr einfach zu verwirklichende und für sehr hohe Frequenzen verwendbare Vorwärtsregelung erhalten.

Es-sei bemerkt, dass aus der französische Patentschrift Nr. 753771 eine mit Röhren ausgebildete Verzerrungsausgleichsschaltung bekannt ist» Dabei

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kann die von einer Röhre verursachte Verzerrung mit Hilfe einer Spannung bestimmt werden, die der Gitterstrom der Röhre an- einem Widerstand erzeugt.

Diese Spannung bildet jedoch keine genaue Repräsentation des Charakters der Verzerrung, so dass auch der Verzerrungsausgleich nicht einwandfrei sein kann. Die Übereinstimmung mit der erfindungsgemässen Schaltung ist nur scheinbar, weil es bekanntlich bei Transistoren nicht möglich ist mit dem Basisstrom an einem in die Basisleitung aufgenommenen Widerstand eine Spannung zu erzeugen, die die an der Basis-Emittergrenzschicht auftretende Verzerrungsspannungen repräsentiert.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen

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Fig. 1 den Wech.selstroi"plan eines ersten

Ausführungsbeispiels einer Verstärkeranordnung nach, der Erfindung,

Figo 2 den ¥echselstromplan eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Verstärkeranordnung nach der Erfindung,

Fig. 3 eine nähere Ausarbeitung des Ausführungsbeispiels nach. Fig. 2,

Fig, h eine dritte Ausführungsform einer Verstärkeranordnung nach der Erfindung,

Fig. 5 eine vierte Ausführungsform einer Verstärkeranordnung nach der Erfindung.

Fig. 1 zeigt eine Verstärkeranordnung mit Eingangsklemmen 5 und 6 und Ausgangsklemmen 7 und 8. Ein Transistor 1 ist mit der Basis an die Eingangsklemme angeschlossen, mit dem Kollektor über eine Richtkopplung an die Ausgangsklemme 7 und mit dem Emitter über einen Widerstand 3 an die Eingangsklemme 6 und die Ausgangsklemme 8. Die Basis und der Emitter des Transistors 1 sind ebenfalls an den Eingang eines Differenzverstärkers angeschlossen. Der Ausgang dieses Differenzverstärkers ist über die Richtkopplung to und einen Widerstand k mit Erde verbunden. Die Belastung zwischen den Ausgangsklemmen 7 und 8 ist durch einen Widerstand 9 dargestellt.

Die an der Basis-Emitter-Diode des Transistors

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auftretende Verzerrung wird unmittelbar dem Eingang des Differenzverstärkers 2 zugeführt. Das Ausgangssignal dieses Differenzverstärkers zeigt die Verzerrung im Kollektor-Emitterstrom des Transistors 1· Dieses Ausgangs signal wird über die Richtkopplung 10 dem Kollektorstrom des Transistors 1 zugefügt und zwar derart, dass die Verzerrung ausgeglichen wird. Der Strom durch den Lastwiderstand 9.ist dadurch von der infolge des nichtlinearen Basis-Emitter-Ueberganges des Transistors entstehenden Verzerrung»

Die Richtkopplung 10 sorgt dafür, dass vom Ausgang des Differenzverstärkers 2 zum Kollektor des Transistors 1 und umgekehrt keine Signalübertragung stattfindet.

Bei einer richtigen Wahl des Widerstands— wertes des Widerstandes h. werden Reflexionen vermieden, die auf die Ausgangsleitung übertragen werden können.

Fig. 2 zeigt den Wechselstromplan einer Verstärkeranordnung mit Eingangsklemmen 5 und 6 und Ausgangsklemmen 7 und 8« An die Eingangsklemmen 5 und 6 ist eine Signalquelle 15 mit einem Innenwiderstand 16 angeschlossen; an die Ausgangsklemmen 7 und 8 kann ein Lastwiderstand 9 angeschlossen werden. Die Eingangsklemme ist mit der Basis eines Transistors 1 verbunden, dessen Kollektor mit einem Speisepunkt 23 und dessen Emitter mit

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der Basis eines Transistors 21 verbunden ist. Der Emitter des Transistors 21 ist über einen Widerstand 19 mit der Eingangsklemme 5 verbunden. Der Emitter des Transistors 1 ist über einen Abschlusswiderstand 22 mit der Ausgangsklemme 7 verbunden. Der Abschlusswiderstand dient dazu, einen richtigen Abschluss zu erhalten, was erreicht wird, wenn für diesen Widerstand ein Wert entsprechend dem Wert eines LastwiderStandes 9 gewählt wird. Der Kollektor des Transistors 21 ist ebenfalls mit der Ausgangsklemme 7 verbunden.

Die durch die Signalquelle 15, gelieferte Spannung verursacht infolge des nicht-linearen Basis-Emitter-Ueberganges des Transistors 1 einen Signalstrom durch die Kollektor-Emitter-Strecke dieses Transistors, den Widerstand 22 und den Lastwiderstand 9· Dieser Signalstrom verursacht am nicht-linearen Basis-Emit ter-Ueb er gang des Transistors 1 eine Verzerrungsspannung. . Diese Spannung wird der Reihenschaltung aus dem Basis-Emitter-Uebergang des Transistors 21 und dem Widerstand 19 zugeführt. Dadurch entsteht im Transistor 21 ein Kollektor-Emitter-Strom - nachstehend als Korrekturstrom bezeichnet - der der Verzerrung im Emitterstrom des Transistors 1 gleichförmig ist. Dar durch, dass der Widerstand I9 derart bemessen wird, dass er in seinem Wert dem des Abschlusswiderstandes 22 vermindert

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um den Wert des Que11enwiderstandes 16 entspricht, wird der Korrekturstrom in seiner Amplitude dem Verzerrungsstrom gleich und die beiden Ströme können einander ausgleichen.

An der Klemme 7 entsteht auf diese ¥eise

ein verzerrungsfreier Strom, der der Belastung geliefert wird .

Fig. 3 zeigt eine Verstärkeranordnung, in der entsprechende Elemente wie in Fig. 2 mit denselben Bezugszeichen angegeben sind, mit Eingangsklemmen 30 und und Ausgangsklemmen 7 und S. Ein Transistor 35 ist mit der Basis über einen Koppelkondensator 32 mit der Klemme verbunden. Diese Basis ist auch über einen Widerstand mit einer Speiseleitung 23 verbunden und über einen Widerstand ^h mit Masse.

Der Emitter des Transistors 35 ist über eine Induktanz 36 und einen Widerstand 37 mit Masse verbunden, der Kollektor dieses Transistors liegt an der Speiseleitung 23, Der Emitter des Transistors 35 ist ebenfalls über die Klemme 5 ^mit der Basis des Transistors 1 verbunden. Der Kollektor dieses Transistors 1 ist mit der Speiseleitung 23 verbunden, während der Emitter über den Widerstand 22 mit der Ausgangsklemme 7 und über den Kondensator 39 mit der Basis des Transistors 21 verbunden ist. Diese Basis .ist zugleich über einen Widerstand hO

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mit der Speiseleitung 23 und über einen Widerstand 41 mit Masse verbunden.

Der Kollektor des Transistors 21 ist mit der Klemme 7 verbunden, während der Emitter dieses Transistors über einen Widerstand k2 und eine Induktanz 43 mit Masse verbunden ist und über eine Reihenschaltung aus einem Widerstand 19 und einem Kondensator 38 mit der Basis des Transistors 1.

Eine über den Koppelkondensator 32 der Basis des Transistors 35 eingespeiste Signalspannung wird ungeändert der Basis des Transistors 1 zugeführt. Der Transistor 35 sorgt für eine niedrige Quellenimpedanz an der Klemme 5. Die Gleichstromeinstellung des Transistors 35 wird durch die Widerstände 33 und 34 und den Widerstand bewirkt. Die Induktanz 36 sorgt für einen ausreichend kleinen Signalstrom.

Die der Basis des Transistors 1 angebotene Signalspannung wird durch den Widerstand 22 und den Lastwiderstand 9 zu einen entsprechenden Signalstrom umgewandelt·

Auf dieselbe Art und Weise wie obenstehend beschrieben, wird die an der Basis-Emitter-Diode des Transistors 1 entstandene Verzerrung durch das vom Transistor 21 erzeugte Korrektursignal ausgeglichen.

Wie in der Beschreibung bei Fig. 2 bemerkt wurde, muss zum Erhalten eines richtigen Störungsausgleiches

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der Wert des Widerstandes . 19 gleich, dem Wert des An— schlusswiderstandes 22 vermindert um den Wert der Signal imp edanz an der Klemme 5 gewählt werden.

Daraus folgt, dass die letztgenannte Signalimpedanz kleiner sein muss als der Abschlusswiderstand 22, was durch die Emitterfolgewirkung des Transistors 35 erreicht wird.

Es sei bemerkt, dass der Transistor 35 selbst nahezu keine Verzerrung erzeugt, weil nur ein kleiner Signalström hindurchfliesst.

Fig. 4 zeigt eine Verstärkeranordnung, in der die Elemente, die denen der obenstehenden Fig. 3 entsprechen, mit denselben Bezugszeichen angegeben sind. Der wichtigste Unterschied zu der" Verstärkungsanordnung nactü.Fig. 3 ist, dass der pnp-Transistor 21 nun durch, einen npn-Transistor 46 ersetzt worden ist. Bei richtig - gewählten Widerstandswerten können in der Verstärkeranordnung nach Fig. .4. die in der Verstärkeranordnung nach. Eig» 3 auftretenden Indulvfcanzen 36 und 43, die Widerstände 37 und 42 und der Kondensator 38 fortfallen.

Die Art und-Weise des St8rungsausgleich.es ist bei dieser Verstärkungsanordnung weiter der bereits beschriebenen Art und Weise, die bei der Verstärkungsanordnung .nach. Fig. 3 angewandt wurde, gleich..

Fig. 5 zeigt eine Ver stärker anordnung, in der

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die Elemente, die denen der vorstehenden Fig, 4 entsprechen, mit denselben Bezugszeichen angegeben sind. Der Unterschied zu der vorstehenden VerStärkeranordnung wird gebildet durch die Tatsache, dass hier die Kollektorelektroden der Transistoren 35 und 1 beide an die Ausgangsklemme 8 angeschlossen sind und über einen gemeinsamen Kollektor-■widerstand 45 an die Speiseleitung 23. Diese Speiseleitung ist mit der Ausgangsklemme 7 verbunden. Der Lastwiderstand 9 liegt zwischen den Ausgangsklemmen 7 und 8, parallel zum Kollektorwiderstand,45.

Die Art und Weise des Störungsausgleiches ist bei dieser Verstärkeranordnung der bei der vorhergehenden Verstärkeranordnung gleich. Denn auch hier wird der Stromkreis, in dem der Verzerrungsstrom infolge des nicht-linearen Basis -Emit ter-XJeber ganges des Transistors rundgeht, durch die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors 1,-den ¥iderstand 22, die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors 46, den Emitter-Widerstand 19 und die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors 35 gebildet. Das bedeutet, dass der Strom durch den Kollektorwiderstand 45 verzerrungsfrei ist, so dass auch der Strom durch den parallelgeschalteten Lastwiderstarid 9 keine Verzerrung aufweist.

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Claims

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PATENTANSPRUECHE · ·

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1 J Verstärkeranordnung für HF-Signale, insbesondere für Kabelverteilungssysteme mit mindestens einem ersten, von einer Signalquelle an der Basiselektrode gesteuerten Transistor und einem Differenzverstärker, dadurch gekennzeichnet, dass der Basis-Emitter-Uebergang dieses Transistors direkt dem Eingang eines Differenzverstärkers parallelgeschaltet ist und das Ausgangssignal dieses Differenzverstärkers mit einer derartigen Amplitude und Phase dem Ausgangssignal des Transistors hinzugefügt wird, dass die Verzerrung darin nahezu aufgehoben wird, 2« Verstärkeranordnung nach Anspruch 1, dadurch

gekennzeichnet, dass der Differenzverstärker einen zweiten Transistor enthält, dessen Basis mit dem Emitter des ersten Transistors verbunden ist und eine Emitterimpedanz zwischen dem Emitter des zweiten Transistors und der Basis des ersten Transistors liegt, 3· - Verstärkeranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Transistor von einem Leitungstyp ist, der dem Leitungstyp des zweiten Transistors entgegengesetzt ist und dass die genannte Emitterimpedanz eine galvanische Verbindung zwischen dem Emitter des zweiten Transistors und der Basis des ersten Transistors bildet.

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4. . Verstärkeranordnung nach Anspruch 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, dass der Emitter des ersten Transistors über eine Reihenimpedanz zur Grosse der Lastimpedanz mit einer Ausgangselektrode der Anordnung verbunden ist und die genannte Emitter impedanz eine Grosse hat, die der genannten Reihenimpedanz weniger der Impedanz der Signalquelle nahezu entspricht,

5. Verstärkeranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalquelle einen dritten an der Basiselektrode gesteuerten Transistor enthält, dessen Emitter mit der Basis des ersten Transistors verbunden ist.

6. Verstärkeranordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalquelle einen dritten an der Basis gesteuerten Transistor enthält, dessen Emitter mit der Basiselektrode des ersten Transistors verbunden ist und dass die Kollektorelektroden des ersten und des dritten Transistors miteinander und mit der Lastimpedanz verbunden sind.

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