DE2643892C3

DE2643892C3 - Verstärkerschaltung mit einer Transistorstufe in Basis-Grundschaltung als Endstufe

Info

Publication number: DE2643892C3
Application number: DE19762643892
Authority: DE
Inventors: Luis Ing.(Grad.) 8000 Muenchen Sanchez-Hermosilla
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1976-09-29
Filing date: 1976-09-29
Publication date: 1983-11-10
Also published as: DE2643892A1; DE2643892B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Verstärkerschaltung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine derartige Verstärkerschaltung ist bereits aus der US-Patentschrift 28 35 495 bekannt.

Untersuchungen im Rahmen der Erfindung haben gezeigt, daß die Basisschaltung über relativ gute Klirreigenschaften und eine für verschiedene Anwendungsfälle ausreichende Leistungsverstärkung verfügt. Sie besitzt jedoch eine kleine Eingangsimpedanz und muß, um eine gute Betriebsleistungsverstärkung zu erreichen, mit einem kleinen Generatorwiderstand angesteuert werden. Hierfür ist an sich die Kollektorschaltung mit ihrer kleinen Ausgangsimpedanz als Treiberstufe geeignet. Als Treiberstufe der Basisschaltung bekommt die Kollektorschaltung jedoch einen sehr kleinen Lastwiderstand angeboten. Dementsprechend können sich ihre Klirreigenschaften so verschlechtern, daß die Klirrdämpfung des Gesamtverstärkers hauptsächlich von dem Klirren der Kollektor-Treiberstufe bestimmt wird.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Verstärkerschaltung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1, die im Α-Betrieb arbeitet, derart auszubilden, daß sich für die gesamte Verstärkerschaltung möglichst günstige Verhältnisse hinsichtlich Klirreigenschaften und Betriebsleistungsverstärkung zugleich ergeben.

Gemäß der Erfindung wird die Verstärkerschaltung zur Lösung dieser Aufgabe entsprechend den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 ausgebildet. Dabei bietet das Koppelnetzwerk der Kollektorstufe einen bezüglich ihrer Klirreigenschaften genügend großen Lastwiderstand an und stellt andererseits für die Basisendstufe einen bezüglich ihrer Leistungsverstärkung genügend kleinen Generatorwiderstand dar.
is Durch diese Maßnahmen ergibt sich ein Breitbandverstärker mit Basis-Endstufe und einer Treiberstufe in Kollektorschaltung, bei der das Koppelnetzwerk sowohl die Klirrdämpfung als auch den Wirkungsgrad erhöht, indem er der Treiber- bzw. Endstufe einen hinsichtlich Verstärkung und Klirr besonders günstigen Last- bzw. Generatorwiderstand anbietet Eine derartige Verstärkerschaltung besitzt als Endstufe gegenüber einer Emitterendstufe bei etwa gleicher Leistungsverstärkung eine wesentlich höhere Klirrdämpfung und einen größeren maximalen Ausgangspegel. Aufgrund ihrer vorteilhaften Klirreigenschaften läßt sich die Verstärkerschaltung vorteilhaft als Ausgangsstufe eines mehrstufigen Breitbandverstärkers, insbesondere eines TF-Leistungsverstärkers zur Verstärkung von 60-MHz-Übertragungsbändern verwenden.

Vorteilhafte weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein Blockschaltbild einer zweistufigen Verstärkerschaltung,

F i g. 2 eine zweistufige Verstärkerschaltung mit komplementären Transistoren und

•»ο Fig.3 eine zweistufige Verstärkerschaltung mit Transistoren des gleichen Leitfähigkeitstyps.

Die in F i g. 1 gezeigte Verstärkerschaltung besteht aus der Treiberstufe 1, dem Koppelnetzwerk 2 und der Endstufe 3. Das Koppelnetzwerk 2 bietet der als Kollektorstufe ausgebildeten Treiberstufe 1 den Lastwiderstand Rlk und der nachfolgenden, als Basisstufe ausgebildeten Endstufe 3 den Generatorwiderstand Rgb an.

Die Klirrdämpfung und Betriebsleistungsverstärkung der Transistorstufen sind stark abhängig von ihrem Arbeitspunkt, Generator- und Lastwiderstand. Die Klirrdämpfung und die Betriebsleistungsverstärkung en eichen dabei nicht gleichzeitig ein Maximum. Bei der Zusammenschaltung der Kollektor- und der Basisstufe geht es deshalb darum, einen optimalen Kompromiß zwischen guter Klirrdämpfung und Betriebsleistungsverstärkung zu erreichen.

Dies gelingt durch eine Bemessung des Koppelnetzwerkes in der Weise, daß die eingangsseitige Impedanz so größer als die ausgangsseitige Impedanz ist.

Das zwischen der Kollektor- und der Basisstufe angeordnete Koppelnetzwerk bietet dabei der Treiberstufe einen solchen Last- bzw. der Endstufe einen solchen Generatorwiderstand an, daß ein optimaler Kompromiß hinsichtlich der Klirreigenschaften und der Betriebsleistungsverstärkung und Wirkungsgrad erreicht wird.
Das Koppelnetzwerk besteht zweckmäßigerweise

aus einer praktisch verlustlosen Transformationsschaltung und/oder aus einem in der Emitterzuleitung des Endstufentransistors angeordneten Widerstand. Bei Verwendung einer verlustlosen Transformationsschaltung allein ergibt sich eine besonders große Leistungsverstärkung. Die verlustlose Transformationsschaltung kann insbesondere ein Übertrager sein.

Die Verstärkerschaltung nach F i g. 1 läßt sich entsprechend Fig.2 vorteilhaft mit komplementären Transistoren aufbauen, wobei sich ein besonders geringer Aufwand an Schaltmitteln ergibt. Ferner ergebeK sich, da die beiden Transistoren hinsichtlich des Stromes in Reihe geschaltet sind, besonders günstige Verhältnisse hinsichtlich des Wirkungsgrades. Dies resultiert insbesondere daraus, daß die beiden Transistoren hinsichtlich des Stromes in Reihe geschaltet sind. Dabei sollen möglichst geringe ^-Unterschiede zwischen dem pnp- und dem npn-Transistor bestehen, um die Arbeitspunkteinstellung zu erleichtern.

Der Transistor 13 der Treiberstufe und der Transistor 33 der Endstufe sind komplementäre Transistoren. Der in Basis-Grundschaltung geschaltete pnp-Traroistor S3 ist mit seiner Basis an den Verbindungspunkt der Widerstände 31 und 32 angeschlossen. Diese Widerstände 31 und 32 bilden einen Spannungsteiler, der zwischen Betriebsspannung — Ub und Masse liegt. Parallel zum Widerstand 32 liegt der Kondensator 34, über den die Basis des Transistors 33 wechselspannungsmäßig an Masse bzw. an Bezugspotential liegt.

In der Treiberstufe ist der npn-Transistor 13 enthalten, der mit seinem Kollektor unmittelbar an Masse liegt. Die Basis des Transistors 13 liegt am Verbindungspunkt der Widerstände 11 und 12, die einen zwischen der Betriebsspannung — Ub und Masse liegenden Spannungsteiler bilden. Der Emitter des Transistors 13 ist über den Sparübertrager 21 und den dazu in Serie liegenden Kondensator 22 an Masse geführt. Der Abgriff des Sparübertragers 21 ist über den Widerstand 23 an den Emitter des Transistors 33 geführt.

Der Signalgenerator 41 mit dem Innenwiderstand 42 ist über den Kondensator 10 an die Basis des Transistors 13 geführt.

Der Kollektor des Transistors 33 ist über den Kondensator 36 und an den ausgangsseitigen Lastwiderstand 28 an Masse geführt.

Das Koppelnetzwerk, bestehend aus dem Übertrager 21 und dem Widerstand 23, dient dazu, der Treiber- und der Endstufe die gewünschten Impedanzen anzubieten.

Vorteilhaft läßt sich da* Koppelnetzwerk mit einem als Ringksrn-Übertrager ausgebildeten Sparübertrager mit einem Übersetzungsverhältnis 2 :1 zusammen mit einem Widerstand 23 in der Größe von 10 Ω realisieren. Bei dieser Anordnung ergeben sich zwar Verluste im Widerstand 23, sie hat jedoch den wesentlichen Vorteil, daß sich die KJirreigenschaften wesentlich verbessern lassen und zugleich ein großes Übersetzungsverhältnis des Übertragers vermieden wird. Zweckmäßigerweise wird das Übersetzungsverhältnis höchstens gleich 3 gewählt

Entsprechend Fig.3 ist die Verstärkerschaltung mit zwei Transistoren 130 und 330 des gleichen Leitfähigkeitstyps aufgebaut Diese Verstärkerschaltung stimmt weitgehend mit dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 2 überein, wobei den komplementären Transistoren 13 und 33 nach F i g. 2 die Transistoren 130 und 330 des gleichen Leitfähigkeitstyps entsprechen. Abweichend ist bei der Kollektor-Treiberstufe der Emitter des Transistors 130 gleichstrommäßig über den Sparübertrager 21 und den dazu in Serie liegenden Widerstand 25 an die Betriebsspannung — U_B geführt, wobei der Anschluß für die Betriebsspannung — Ub über den Kondensator 39 wechselstrommäßig mit Masse verbunden ist. Parallel zum Widerstand 25 liegt der Kondensator 26. Außerdem ist bei der Basis-Endstufe in die Verbindung des Widerstandes 23 mit dem Emitter des Transistors 330 der Kondensator 24 eingefügt

Bei dti Basis-Endstufe ist der Emitter des Transistors 330 über den Widerstand 38 an die Betriebsspannung — Ub gelegt Eine weitere Abweichung gegenüber F i g. 2 besteht darin, daß die Drossel 35 anstatt an die Betriebsspannung — Ub an Masse geführt ist und der Kondensator 37 somit entfällt.

Die Arbeitspunkte der Treiber- und Endstufe sind zweckmäßigerweise so gewählt, daß sie hinsichtlich der Spannung übereinstimmen und sich hinsichtlich der Ströme voneinander unterscheiden. Vorzugsweise ist der Emitterstrom des Transistors 330 etwa doppelt so groß wie der Emitterstrom des Transistors 130.

Das Koppelnetzwerk, bestehend aus dem Übertrager 21 und dem Widerstand 23, dient hier nicht nur dazu, der Treiber- und Endstufe die gewünschten Impedanzen anzubieten, sondern gleichzeitig auch dazu, den H F-Strom so zu übersetzen, daß für die Treiberstufe nur ein Teil des Gleichstromes der Basisendstufe benötigt wird. Der Gleichstrom ist dabei um einen Faktor reduziert, der gleich dem Kehrwert des Übersetzungsverhältnisses des Übertragers ist. Diese Maßnahme ermöglicht für die Verstärkerschaltung nach F i g. 3 eine weitere Verbesserung des Wirkungsgrades.

Bekanntlich hat eine Basisstufe die Stromverstärkung 1 und ohne den Übertrager müßte die Treiberstufe einen ebenso großen Gleichstrom führen wie die Endstufe.

Hierzu 1 Blatt Zeicimungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verstärkerschaltung mit einer Transistorstufe in Basis-Grundschaltung als Endstufe und mit einer der Endstufe vorgeschalteten weiteren Transistorstufe als Treiberstufe, wobei die Treiber- und die Endstufe über ein Koppelnetzwerk miteinander verbunden sind und die Treiberstufe in Kollektor-Grundschaltung geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Koppelnetzwerk derart bemessen ist, daß die eingangsseitige Impedanz größer als die ausgangsseitige Impedanz ist

2. Verstärkerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Koppelnetzwerk aus einem insbesondere als Sparübertrager ausgebildeten Übertrager und/oder einem in der Emitterzuführung des Endstufentransistors gelegenen Widerstand besteht.

3. Verstärkerschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Transistoren vom ejnander entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp sind, und daß dem Transistor der Treiberstufe der Emittergleichstrom vom Emitter des Endstufentransistors aus über den Widerstand des Koppelnetzwerkes zugeführt ist, derart, daß die Emittergleichströme beider Transistoren gleich groß sind.

4. Verstärkerschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Transistoren vom gleichen Leitfähigkeitstyp sind und voneinander getrennte Gleichstromwege haben.

5. Verstärkerschaltung nach Anspruch 4, wobei das Koppeiiietzwerk einen Übertrager enthält, dadurch gekennzeichnet, daC- Jie Arbeitspunkte der beiden Transistoren derart gewählt sind, daß der Emittergleichstrom des TransisMrs der Treiberstufe kleiner als der Emittergleichstrom des Transistors der Endstufe ist.

6. Verstärkerschaltung nach Anspruch 2, wobei das Koppelnetzwerk aus einem Übertrager und einem Widerstand besteht, gekennzeichnet durch eine derartige Bemessung des Koppelnetzwerkes, daß das Übersetzungsverhältnis des Übertragers höchstens etwa drei, insbesondere etwa 2 :1 ist und daß der Wert des Widerstandes etwa 10 Ω beträgt.