DE2649519A1

DE2649519A1 - Hochfrequenzverstaerker

Info

Publication number: DE2649519A1
Application number: DE19762649519
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Kimura
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1975-10-31
Filing date: 1976-10-29
Publication date: 1977-05-05
Also published as: DE2649519B2; JPS5255359A; US4048578A; JPS555286B2

Description

PATENTANWÄLTE Dipl.-Ing. R. BEETZ sen.

DIpI.-Ing. K. LAMPRECHT • Dr.- Ing. R. B E ETZ Jr.

» DIpI.-Phys. U. HEIDRICH

auch Rechtsanwalt

Dr.-lng. W. TIMPE BEETZ-LAMPRECHT- BEETZ Dipi.-ing.J.SIEGFRIED

80OO München 22 - Steinsdorfstr. 1O TELEFON (089) 22 72O1 - 22 7244 - 29 591O Telex B22O48-Telegramm Allpatent München

81-26.203p 29. 10. 1976

HITACHI , LTD.,Tokio (Japan)

Hochfrequenzverst ärker

Die Erfindung betrifft einen Hochfrequenzverstärker und insbesondere einen kostengünstigen Hochfrequenzverstärker mit hoher Güte Q, bei der Abstimmfrequenz und mit ausgezeichneten Eigenschaften bei einer hohen elektrischen Feldstärke.

Die wichtigsten Faktoren beim Messen der Eigenschaften eines Rundfunkempfängers sind im allgemeinen die Empfindlichkeit, die Trennschärfe, die Tontreue und die Ausgangsleistung. Mit Hilfe dieser Faktoren kann das Gesamtverhalten des Rundfunkempfängers bewertet werden. Dabei ist die Empfindlichkeit ein Maß dafür, wie gut eine Interferenz mit unerwünschten Rundfunkfrequenzen vermieden und lediglich eine gewünschte Frequenz ausgewählt wird. Da die Anzahl abgestrahlter Rundfunksignale sehr groß ist und die Empfindlichkeit der Rundfunkempfänger immer besser wird, um auch sehr schwache Rundfunksignale zu empfangen, ist die Gefahr für die Interferenz bzw. Störung durch Rundfunksignale mit nahe beieinanderliegenden Frequenzen immer stärker gegeben. Die Trennschärfe

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hängt hauptsächlich von der Kennlinie, der Schaltungsart und der Anzahl der Abstimm- bzw. Resonanzkreise ab. Die Trennschärfe ist im allgemeinen umso besser, je größer die Güte des einzelnen Abstimmkreises und je höher die Anzahl der verwendeten Abstimmkreise ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Hochfrequenzverstärker anzugeben, der eine ausgezeichnete Trennschärfe aufweist, wobei die Anzahl der Abstimmkreise nicht erhöht werden muß, und wobei die Güte des Abstimmkreises durch eine einfache und kostengünstige Schaltungsanordnung verbessert werden kann.

Vor der Beschreibung der eigentlichen Erfindung sei zunächst ein bereits entwickelter Hochfrequenzverstärker näher erläutert. Fig. 1 zeigt einen Hochfrequenzverstärker mit einem Transistor 4, der über einen Widerstand 13 an eine Stromversorgungsquelle 3 angeschlossen ist, um den Einfluß eines Abblockkondensators 12 auf einen LC-Abstimmkreis 11 zu verhindern. Wegen der Begrenzung des durch den Widerstand 1J> eingespeisten Ruhestroms läßt sich der für eine Kreuzmodulation optimale Ruhestrom oder eine optimale Kollektorspannung des Transistors nicht einstellen. Nachteilig an dem bereits entwickelten Verstärker nach Fig.l sind somit die Interferenz bzw. Störung bei hoher elektrischer Feldstärke und die Kreuzmodulation.

Eine Äquivalenzschaltung des Abstimmkreises nach Fig. 1 ist in Fig. 2 dargestellt; dabei haben die eingezeichneten Bauelemente folgende Bedeutung: R₄. = Ausgangswiderstand des Transistors 4, C, = Kapazität eines Kondensators 9, und L, = Induktivität einer Spule 10. Die Blindwiderstände eines Koppelkondensators 14 und des Abblockkondensators 12 (gegebendurch 1/M¹Cr₅ und 1/t-^Cp) seien als ausreichend klein angenommen.

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Die Güte Q-, des Abstimmkreises ist wie folgt definiert:

1 +
R_t

Fig. 3 zeigt, wie die Güte Q₁ verbessert werden kann, indem eine veränderliche Spule 15 des LC-Abstimmkreises 11 derart angezapft wird, daß der Ausgangswiderstand des Transistors 4 vergrößert wird. Allerdings ist es sehr schwierig und kostspielig, eine Anzapfung für eine derartige veränderliche Spille (auch Hochfrequenzspule genannt) herzustellen.

Demgegenüber verwendet die Erfindung einen Hochfrequenzverstärker, bei dem eine als Stromzuführungselement dienende Hochfrequenzdrossel zur Einstellung eines optimalen Ruhestroms bei hoher elektrischer Feldstärke an den Kollektor eines Verstärkertransistors angeschlossen ist. Ein erster Kondensator ist hochfrequenzmäßig parallel zur Hochfrequenzdrossel geschaltet, die über einen zweiten Kondensator an einen LC-Abstimmkreis angeschlossen ist, wobei die Resonanzfrequenz der Hochfrequenzdrossel mit dem ersten Kondensator ausreichend tiefer als jene des LC-Abstimmkreises gewählt ist, um einen Einzel-Abstimmkreis beizubehalten, wobei die Ausgangsimpedanz des Verstärkertransistors durch den ersten und zweiten Kondensator gleichzeitig derart erhöht wird, daß die Güte des LC-Abstimmkreises möglichst hoch ist, so daß die Trennschärfe durch eine einfache und kostengünstige Schaltungsanordnung verbessert werden kann.

Durch die Erfindung kann ein Interferenzsignalpegel gegenüber dem bereits entwickelten Hochfrequenzverstärker um etwa

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20 dB im Zweisignal-Interferenzverhältnis oder -Störabstand in bezug auf Funkstörungen und verschiedene Modulationskennlinien verbessert werden. Außerdem ist die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung vereinfacht und es ist keine veränderliche Spule mit Anzapfung erforderlich. Somit kann der erfindungsgemäße Hochfrequenzverstärker auch äußerst kostengünstig aufgebaut v/erden.

Durch die Erfindung wird also ein Hochfrequenzverstärker mit hoher Trennschärfe und mit einfachem und kostengünstigem Aufbau angegeben. An den Kollektor eines Verstärkertransistors ist eine Hochfrequenzdrossel angeschlossen, die zur Stromzuführung dient und den Verstärkertransistor bei einer hohen elektrischen Feldstärke mit einem optimalen Ruhe- bzw. Vorstrom versorgt. Hochfrequenzmäßig parallel zur Hochfrequenzdrossel liegt ein erster Kondensator, der über einen zweiten Kondensator mit einem LC-Abstimmkreis verbunden ist. Die Resonanzfrequenz der Hochfrequenzdrossel mit dem ersten Kondensator wird ausreichend niedriger als jene des LC-Abstimmkreises gewählt, um einen Einzel-Abstimmkreis beizubehalten, während der Ausgangswiderstand des Verstärkertranssitors durch den ersten und zweiten Kondensator gleichzeitig derart vergrößert wird, daß eine hohe Güte gewährleistet ist.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Pig. I einen bereits entwickelten Hochfrequenzverstärker;

Fig. 2 die A'quivalenzschaltung des Hochfrequenzverstärkers nach Fig. 1;

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Fig. J5 einen Hochfrequenzverstärker mit höherer Güte als beira Hochfrequenzverstärker nach Fig. 1;

Fig. 4 und 5 zx-tfei Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Hochfrequenzverstärkers; und

Fig. 6 und 7 Äquivalenzsehaltungen der Hochfrequenzverstärker nach Fig.4 und 5.

Fig. 4 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Wie dargestellt ist, ist die Basis eines Hochfrequenzverstärker tr ans is tors 4 an einen Eingang 1 angeschlossen, gleichzeitig über einen Widerstand 5 geerdet, und über den Widerstand 5 und einen Kondensator 12 wechselstrommäßig und über einen Widerstand 6 gleichstrommäßig an eine positive Spannung 3 angeschlossen. Der Emitter des Transistors 4 ist über die Parallelschaltung aus einem Widerstand 7 mit einem Kondensator 8 geerdet. Der Kollektor ist über eine Hochfrequenzdrossel 19 an die positive Spannung J> und über einen Kondensator 21 an einen Ausgang 2 angeschlossen. Zwischen dem Verbindungspunkt der Spule I9 mit dem Kondensator 21 und Erde liegt ein Kondensator 2O.E3naiscler Parallelschaltung eines Trimmer-Kondensators 16 mit einer veränderlichen Spule I7 bestehender K!-Abstimmkreis liegt zwischen dem Ausgang und Erde.

Die Hochfrequenzdrossel I9 ist in der Schaltungsanordnung nach Fig. 4 derart gewählt, daß ihr Gleichstromwiderstand ausreichend klein ist, und daß ihre Induktivität wesentlich kleiner als jene der veränderlichen Spule I7 ist. Der Blindwiderstand des Kondensators 12 ist derart niedrig gewählt, daß der Kondensator 20 hochfrequenzmäßig parallel zur Spule I9 geschaltet ist. Die Kapazität des Kondensators 20 sei derart,

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daß eine Resonanzfrequenz f„ der Spule I9 mit dem Kondensator ausreichend niedriger ist als eine Resonanzfrequenz f, des LC-Abstimmkreises 18 (88 bis I08 MHz). Es wurde experimentell festgestellt, daß die Resonanzfrequenzen f^ und fp beim Abgleich des LC-Abstimmkreises 18 folgende Bedingung erfüllen sollen: 100 f₂ C f ₁.

Die Widerstände, Kapazitäten und Induktivitäten der in Fig. dargestellten Bauelemente seien in dem bevorzugten Ausfuhrungs beispie1 nach Fig.4 wie folgt gewählt:

Spule 19: Gleichstromwiderstand =0,5 bis 1 -A-, Induktivität =8,2 /UH,

Kondensator 20: 33 pF,
Kondensator 21: 6 pF,

Kondensator 16: 25 pF,

Widerstand 5: 3,3 k _A_ ,

Widerstand 6: 10 k -iT_ ,

Widerstand 7: Ik ,0_ ,

Kondensator 8 : 0,004? /UF, und

Kondensator 12: 0,01/Uf'.

Mit den genannten Bauelementen und der angegebenen Schaltungsanordnung kann der Transistor 4 beim Anlegen einer Versorgungsspannung über die Spule I9 an seinen Kollektor mit einem bei hoher elektrischer Feldstärke optimalen Vorstrom versorgt werden, da der Gleichstromwiderstand der Spule I9 ausreichend niedrig ist.

Fig.5 zeigt ein weiteres AusfUhrungsbeispiel der Erfindung mit einem Feldeffekttransistor (abgekürzt FET) 22 als Verstärkertransistor. In diesem Fall ist das Gatter G des FET 22

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einerseits an den Eingang 1 und andererseits über den Widerstand 5 an Erde angeschlossen; die Quelle S ist geerdet und die Senke D ist über die Spule 19 an die Spannungsquelle 3 einerseits und über den Kondensator 21 an den Ausgang 2 andererseits angeschlossen. Die übrigen Verbindungen sind mit denen in Fig. 4 identisch und die einzelnen Werte der Bauelemente betragen:

Spule 19: Gleichstromwiderstand = 0,5 bis IJX₃ Induktivität =8,2 /UH,

Kondensator 20: 15 pF,

Kondensator 21: 2 pF,

Kondensator 16: 22 pP,

Wider stand 5: 100 k JX. ,

Kondensator 12: 0,01 /UP, und

Resonanzfrequenz des LC-Abstimmkreises: 88 bis 108 MHz.

Fig. 6 zeigt eine Ä'quivalenzschaltung zu den Schaltungsanordnungen nach Fig.4 und 5, wobei bedeuten: R. = Ausgangsimpedanz des Verstärkertransistors, Q₁, bzw. Cj- bzw. O = Kapazitätswerte der Kondensatoren 20 bzw. 21 bzx*i. 16, und Lp = Induktivität der veränderlichen Spule IJ. Die Ä'quivalenzschaltung nach Fig. 6 kann weiter abgeändert werden, wie Fig. J zeigt.

Eine resultierende Kapazität C₇ der Ä'quivalenzschaltung nach Fig. 6 ist gegeben durch:

C₄ .C

C₇ = C₆

Ein Widerstand R. ' der Äquivalenzschaltung nach Fig. 7 ist durch nachstehende Gleichung beschrieben:

Wenn also L_g nach Fig. 6 ebensogroß ist wie L₁ nach Fig. 2,

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HO

ist die resultierende Kapazität C₇ nach Fig. β gleich der Kapazität C₁ nach Flg. ?. Eine Güte Q, des LC-Abstimmkreises 18 gemäß der Erfindung berechnet sich zu:

Q ₌ , - P ^ \JjC-, = R. (1 + U₁- y * [,I/O, .

^lt * W^i - ^ilt

Daraus folgt, daß die Güte des Abstimmkreises durch geeignete Wahl der Kondensatoren 20 und 21 erhöht und die Trennschärfe des Hochfrequenzverstärkers verbessert werden kann.

Im Vergleich zu dem bereits entwickelten Hochfrequenzverstärker verbessert der erfindungsgemäße Hochfrequenzverstärker den Interferenz- bzw. Störsignalpegel um ungefähr 20 dB im Zweisignal-Interferenzverhältnis oder -Störabstand in bezug auf Funkstörungen und verschiedene Modulationskennlinien. Außerdem ist die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung sehr einfach aufgebaut und die veränderliche Spule muß keine Anzapfung aufweisen. Dadurch läßt sich der Hochfrequenzverstärker äußerst kostengünstig aufbauen.

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Leerseite

Claims

Patentansprüche

\IJ Hochfrequenzverstärker mit einem äusgangsseitigen LC-Parallel-Abstimmkreis,

gekennze ichnet durch

eine Hochfrequenzdrossel (19) mit ausreichend kleinem Oleichstromwiderstand zwischen der Ausgangselektrode eines Verstärkertransistors (4) und einer Stromversorgungsquelle (3),

einen parallel zum Verstärkertransistor (4) geschalteten ersten Kondensator (20) zwischen der Ausgangselektrode und Erde, und

einen zweiten Kondensator (21) zwischen der Ausgangselektrode und dem LC-Parallel-Abstimmkreis (18),

xvobei die Resonanzfrequenz des ersten Kondensators (20) mit der Hochfrequenzdrossel (19) ausreichend niedriger als die Resonanzfrequenz des LC-Parallel-Abstimmkreises (18) gewählt ist (Fig.l).
2. Hochfrequenzverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

die Ausgangselektrode des Verstärkerteransistors (4) der. Kollektor ist,

die Hochfrequenzdrossel (19) zum Einspeisen eines Kollektorruhestroms in den Verstärkertransistor (4) dient,

der Emitter des Verstärkertransistors (4) hochfrequenzmäßig geerdet ist,

der LC-Parallel-Abstimmkreis (18) durch die Parallelschaltung einer Spule (17) mit einem dritten Kondensator (16) dargestellt ist, wobei wenigstens die Induktivität der Spule (17)

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oder die Kapazität des dritten Kondensators (l6) veränderlich ist, und

der zweite Kondensator (21) Bestandteil eines Koppelgliedes (7, 8, 21) ist, das den LC-Parallel-Abstimmkreis (18) an den Kollektor und den Emitter des V er star ker tr ans is tors anschließt (Fig. 1).

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