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Schaltung für mehrstufige Breitbandverstärker für den VHF- und UHF-Bereich
Es wird die Priorität der österr. Anmeldung A 5080/75 vom 2.7.1975 beansprucht.
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Die Erfindung betrifft eine Schaltung für mehrstufige Breitbandverstärker,
insbesondere für den VHF- und UHF-Bereich, mit einer die Transistor-Betriebsspannung
übersteigenden Speisespannung, ausgeführt mit Transistoren, mit Emitterwiderstand
und Basis-Spannungsteiler am Kollektor bzw. mit Basisvorwiderstand am Kollektor
beschaltet.
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Herkömmliche Verstärkerstufen sind im allgemeinen direkt an die Speisespannung
angeschlossen, wobei allenfalls über der Betriebsspannung der Transistoren liegende
höhere Speisespannungen durch Vorwiderstände oder Spannungsteilerschaltungen herabgesetzt
werden müssen. Dabei wird in den Vorwiderständen elektrische Energie in Wärme umgewandelt.
Diese Verlustwärme muß zum einen abgeführt werden und zum anderen wird dadurch die
Energiequelle unwirtschaftlich belastet. Besonders gravierend ist dies bei einer
Anhäufung von Verstärkern mit mehreren Verstärkerstufen, die im Dauerbetrieb betrieben
werden, auf möglichst kleinem Raum zusammengefaßt sind und womöglich zudem von Akkumulatoren
gespeist werden. Beispielsweise ist hier auf Gemeinschaftsantennenanlagen und Großgemeinschaftsantennenanlagen
hinzuweisen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Wirkungsgrad mehrstufiger
Breitbandverstärker zu verbessern und die Verlustleistung zu minimieren.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwei oder mehrere
Transistorstufen gleichstrommäßig in Serie liegend einen Spannungsteiler für die
Speisespannung bilden und hochfrequenzmäßig in RC-Kopplung zusammengeschaltet sind,
wobei jeweils die Emitter der Transistoren hochfrequenzmäßig direkt oder über Kapazitäten
an Masse liegen und jeweils die Kollektoren der Transistoren über Induktivitäten
gespeist, hochfrequenzmäßig jedoch von der Speisespannung durch die Induktivitäten
getrennt und über die Induktivitäten und zusätzlich Kapazitäten an Masse liegen
und daß jeweils die Induktivitäts-Kapazitäts-Kombination am Kollektor und die Widerstands-Kapazitäts-Kombination
am Emitter ein breitbandiges Netzwerk für die hochfrequenzmäßige Entkopplung der
Verstärkerstufen bilden.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt
und wird im folgenden näher beschrieben.
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Es zeigen Fig.1 eine zweistufige Breitbandverstärkerschaltung, wobei
die erste Stufe in Schaltung mit Basisvorwiderstand am Kollektor und die zweite
Stufe in Schaltung mit Emitterwiderstand und Basisspannungsteiler ausgeführt ist.
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Fig.2 eine zweistufige Breitbandverstärkerschaltung, wobei die erste
und die zweite Stufe in Schaltung mit Emitterwiderstand und Basisspannungsteiler
ausgeführt sind.
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In Fig.1 und 2 sind zwei Verstärkerstufen dargestellt, die in Serie
liegend an einer Speisespannung UB von beispielsweise 24V liegen, wobei je Verstärkerstufe
eine Spannung von etwa 8V erforderlich ist und eine weitere dritte Verstärkerstufe
an sich weniger signifikant, für die Ubersichtlichkeit der AusfUhrungsbeispiele
Jedoch
eher störend wäre. In beiden Ausführungsbeispielen gelangen die hochfrequenten Signale
über einen Koppelkondensator CKl an die Basis eines Transistors TR1 in der ersten
Verstärkerstufe, vom Kollektor des Transistors TRI über eine RC-Schaltung mit einem
Koppelkondensator CK2 an die Basis eines Transistors TR2 in der zweiten Verstärkerstufe
und vom Kollektor des Transistors TR2 über einen Koppelkondensator CK3 an eine allfällige
dritte Verstärkerstufe.
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In Fig.1 erfolgt die Stabilisierung des Gleichstrom-Arbeitspunktes
des Transistors TR1 der ersten Verstärkerstufe durch eine Schaltung mit Basisvorwiderstand
R7 am Kollektor, wodurch eine kleinere Temperatur und Exemplarabhängigkeit des Transistors
TM erreicht wird, und die des Transistors R2 der zweiten Verstärkerstufe durch eine
Schaltung mit Emitterwiderstand R6 und Basisspannungsteiler R4,R5, wodurch in dieser
Verstärkerstufe ein günstiger Kompromiss zwischen Verbrauch, Verstärkung und geringer
Arbeitspunktverschiebung erreicht wird. Die Kollektorwiderstände beider Verstärkerstufen
sind zur Entkopplung der Hochfrequenz als Spulen L1, L2 ausgebildet, wobei der kollektorferne
Spulenanschluß Eber Kondensatoren Cl, C4 Jeweils hochfrequenzmäßig gegen Masse kurzgeschlossen
ist. Der~kollektorferne AnschruB der Spule L1 der ersten Verstärkerstufe ist galvanisch
mit dem Verbindungspunkt des Fußpunktes des Basisspannungsteilers R4, R5 mit dem
emitterfernen Anschluß des Emitterwiderstandes R6 der zweiten Verstärkerstufe verbunden.
Die Speisespannung liegt zwischen dem Verbindungspunkt des Kopfpunktes des Basisspannungsteilers
R4, R5 mit dem kollektorfernen Anschluß der Spule L2 der zweiten Verstärkerstufe
und dem mit Masse verbundenen Emitteranschluß des Transistors TR1 der ersten Verstärkerstufe.
Der Emitter des Transistors TR2 der zweiten Verstärkerstufe ist zudem hochfrequenzmäßig
Uber einen Kondensator C3 gegen Masse kurzgeschlossen.
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In Fig.2 erfolgt die Stabilisierung des Gleichstromarbeitspunktes
der Transistoren TR1 und TR2 beider Verstärkerstufen Je durch eine Schaltung mit
Emitterwiderstand R3 bzw. R6 und Basisspannungsteiler
R1, R2 bzw.
R4, R5. Der Schaltungsaufbau der zweiten Verstärkerstufe in Fig.1 und 2 ist in Funktion
und Aufbau gleich.
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In der ersten Verstärkerstufe ist der Emitterwiderstand R3 hochfrequenzmäßig
durch einen Kondensator C2 kurzgeschlossen. Der Basisspannungsteiler R2, R1 ist
mit seinem Fußpunkt an Masse angeschlossen und mit seinem Kopfpunkt zusammen mit
dem kollektorfernen Anschluß der als Kollektorwiderstand dienenden Spule L1 mit
dem Fußpunkt des Basisspannungsteilers R4, R5 galvanisch verbunden und zudem hochfrequenzmäßig
über einen Kondensator Cl gegen Masse kurzgeschlossen.
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Die als Kollektorwiderstand dienende Spule L1 und der an den kollektorfernen
Anschluß der Spule angeschlossene, mit Masse verbundene Kondensator C1 der ersten
Verstärkerstufe sowie der Emitterwiderstand R6 und der mit dem Emitter einerseits
und Masse andererseits verbundene Kondensator C3 der zweiten Verstärkerstufe bilden
ein der breitbandigen Hochfrequenzentkopplung dienendes Netzwerk.
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Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere daring,
daß an eine vorgegebene höhere Speisespannung zwei oder mehrere Verstärkerstufen
in Kaskadenschaltung so zusammenschaltbar sind, daß die Speisesspannung sich entsprechend
auf die einzelnen Verstärkerstufen aufteilt, wo W dS e eriustleistung entsprechend
klein ist, Durch die Minimierung der Verlustleistung ist ein kompakter Aufbau mit
Miniaturbauteilen ohne aufwendige Kühlvorrichtunger bei der Häufung von mehrstufigen
Breitbandverstärkern beispielsweise in Großgemeinschaftsantennenanlagen erreichbar.
Zudem ist es von Vorteil, daß die der Energieversorgung dienenden Akku--^,ulatoren
eine geringere Kapazität haben können bzw. Netzgeräte kleiner ausgelegt werden können.
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1 Patentanspruch 2 Figuren