DE2649519B2

DE2649519B2 - Hochfrequenzverstärker

Info

Publication number: DE2649519B2
Application number: DE2649519A
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Nakaminato Kimura (Japan)
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1975-10-31
Filing date: 1976-10-29
Publication date: 1979-02-08
Also published as: DE2649519A1; JPS5255359A; JPS555286B2; US4048578A

Description

Die Erfindung betrifft einen Hochfrequenzverstärker nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Die wichtigsten Faktoren beim Messen der Eigenschaften eines Rundfunkempfängers sind im allgemei- ■>„ nen 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 to empfangen, ist die Gefahr für die Interferenz bzw. Störung durch Rundfunksignale mit nahe beieinanderliegenden Frequenzen immer stärker gegeben. Die Trennschärfe hängt hauptsächlich von der Kennlinie, der Schaltungsart und der Anzahl der Abstimm- bzw. Resonanzkreise ab. Die Trennschärfe ist im allgemeinen um so besser, je größer die Güte des einzelnen Abstimmkreises und je höher die Anzahl der verwende

ten Abstimmkreise ist

Bei einem Hochfrequenzverstärker, bei dem zugleich eine Trennung des gewünschten Senders von seinen frequenzmäßig benachbarten Sendern erzielt werden soll, ist es bereits bekannt (»Lehrbuch der Funkempfangstechnik«, von Pit sch, 3. Auflage, 1959, §152, insbesondere Seiten 258, 259 und bekanntgemachte Unterlagen der deutschen Patentanmeldung T 9 321 VIHa/21a⁴), den Anodengleichstrom über eine Hochfrequenz-Drossel zuzuführen und die Anode mit einem Schwingkreis über einen Kondensator zu verbinden. Derartige Maßnahmen sind auch bei mit Transistoren bestückten Verstärkern bekannt (DE-PS 1095894, US-PS32 17 266).

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Hochfrequenzverstärker der eingangs genannten Art anzugeben, der eine ausgezeichnete Trennschärfe aufweist, wobei die Anzahl der erforderlichen Abstimmkreise nicht erhöht und gleichzeitig die Güte des Abstimmkreises mit einfachem Schaltungsaufbau verbessert ist

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Die Erfindung ermöglicht einen Hochfrequenzverstärker mit ausgezeichneter Trennschärfe, wobei die Anzahl der erforderlichen Abstimmkreise nicht erhöht ist und gleichzeitig die Güte des Abstimmkreises trotz einfachen Schaltungsaufbaues verbessert ist.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ergibt sich aus den Merkmalen des Patentanspruches 2.

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

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen bereits entwickelten Hochfrequenzverstärker,

F i g. 2 ein Ersatzschaltbild des Hochfrequenzverstärkers nach F ig. 1,

Fig.3 einen Hochfrequenzverstärker mit höherer Güte als beim Hochfrequenzverstärker nach F i g. 1,

Fig.4 und 5 zwei Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Hochfrequenzverstärkers und

F i g. 6 und 7 Ersatzschaltbilder der Hochfrequenzverstärker nach F i g. 4 und 5.

Vor der Erfindung wird zunächst ein bereits entwickelter Hochfrequenzverstärker näher erläutert. F i g. 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 U zu verhindern. Wegen der Begrenzung des durch den Widerstand 13 eingespeisten

Ruhestroms läßt sich der für eine Kreuzmodulation optimale Ruhestrom oder eine optimale Kollektorspannung des Transistors 4 nicht einstellen. Nachteilig an dem bereits entwickelten Verstärker nac;i F i g. 1 sind somit die Interferenz bzw. Störung bei hoher elektrischer Feldstärke und die Kreuzmodulation.

Ein Ersatzschaltbild des Abstimmkreises nach F i g. 1 ist in F i g. 2 dargestellt; dabei haben die eingezeichneten Bauelemente folgende Bedeutung: R,=Ausgangswiderstand des Transistors 4, Ci = Kapazität eines Kondensators 9, und L\ = Induktivität einer Spule 10. Die Blindwiderstände eines Koppelkondensators i4 und des Abblockkondensators 12 (gegeben durch XIaCi und 1 /(UC2) seien als ausreichend klein angenommen.

Die Güte Qi des Abstimmkreises ist wie folgt definiert:

e. =

,C₁

F i g. 3 zeigt, wie die Güte Qi verbessert werden kann, indem eine veränderliche Spule 15 des /.C-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 Spule (auch Hochfrequenzspule genannt) herzustellen.

Demgegenüber verwendet die Erfindung einen Hochfrequenzverstärker, bei dem eine als Stromzuführungselement dienende Hochfrequenz-Drossel zur Einstellung eines optimalen Ruhestroms bei hoher elektrischer Feldstärke an den Kollektor eines Verstärkertransistors angeschlossen ist. Der weitere Kondensator ist hochfrequenzmäßig parallel zur Hochfrequenz-Drossel geschaltet, die über den Koppelkondensator an den LC-Parallel-Abstimmkreis angeschlossen ist, wobei die Resonanzfrequenz der Hochfrequenz-Drossel mit dem weiteren Kondensator ausreichend tiefer als jene des LC-Parallel-Abstimmkreises gewählt ist, um einen Einzel-Abstimmkreis beizubehalten, wobei die Ausgangsimpedanz des Verstärkertransistors durch den weiteren Kondensator und den Koppelkondensator gleichzeitig derart erhöht wird, daß die Güte des LC-Parallel-Abstimmkreises möglichst hoch ist, so daß die Trennschärfe durch einen einfachen und kostengünstigen Schaltungsaufbau verbessert werden k?nn.

Durch die Erfindung kann ein Interferenzsignalpegel gegenüber dem bereits entwickelten Hochfrequenzverstärker um etwa 2OdB im Zweisignal-Interferenzverhältnis oder -Störabstand in bezug auf Funkstöningen und verschiedene Modulationskennlinien verbessert werden. Außerdem ist der erfindungsgemäße Hochfrequenzverstärker vereinfacht aufgebaut, und es ist keine veränderliche Spule mit Anzapfung erforderlich, was eine kostengünstige Fertigung ermöglicht

Fig.4 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Basis eins Hochfrequenz-Verstärkertransistors 4 ist an einen Eingang 1 angeschlossen, gleichzeitig über einen Widerstand 5 geerdet und über den Widerstand 5 und einen Kondensator 12 wechselstrommäßig sowie über einen Widerstand 6 gleichstrommäßig an einen Anschluß 3 mit positiver Spannung angeschlossen. Der Emitter des Transistors 4 ist über die Parallelschaltung aus einem Widerstand 7 mit einem Kondensator 8 geerdet. Der Kollektor ist über eine Hochfrequenz-Drossel 19 an den Anschluß 3 und über einen Kondensator 21 an einen Ausgang 2

angeschlossen. Zwischen dem Verbindungspunkt der Spule 19 mit dem Kondensator 21 und Erde liegt ein Kondensator 20. Ein aus der Parallelschaltung eines Trimmer-Kondensators 16 mit einer veränderlichen Spule 17 bestehender LC-Parallel-Abstimmkreis 18 liegt zwischen dem Ausgang und Erde.

Die Hochfrequenz-Drossel 19 ist in der Schaltungsanordnung nach Fig.4 derart gewählt, daß ihr Gleichstromwiderstand ausreichend klein und ihre Induktivität wesentlich kleiner als jene der veränderlichen Spule 17 ist Der Blindwiderstand des Kondensators 12 ist derart niedrig gewählt, daß der Kondensator 20 hochfrequenzmäßig parallel zur Spule 19 geschaltet ist Die Kapazität des Kondensators 20 sei derart daß eine Resonanzfrequenz h der Spule 19 mit dem Kondensator 20 ausreichend niedriger ist als eine Resonanzfrequenz /1 des LC-Parallel-Abstimrnkreises 18 (88 bis 108 MHz). Es v/urde experimentell festgestellt daß die Resonanzfrequenzen /ι und h beim Abgleich des LC-Parallel-Abstimmkreises 18 folgende Bedingung erfüllen sollen: 100 h<fy

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

Spule 19:	Gleichstrom-
	Widerstand = 0,5 bis 1 Ω,
	Induktivität = 8,2 μΗ,
Kondensator 20:	33 pF,
Kondensator 21:	6pF,
Kondensator 16:	25 pF,
Widerstands:	3,3 kil.
Widerstand 6:	lOkn,
Widerstand 7:	ι kn,
Kondensator 8:	0,0047 μΕ und
Kondensator 12:	0,01 μ F.

Mit den genannten Bauelementen und der angegebenen Schaltungsanordnung kann der Transistor 4 beim Anlegen einer Versorgungsspannung über die Spule 19 an seinen Kollektor mit einem bei hoher elektrischer Feldstärke optimalen Vorstrom versorgt werden, da der Gleichstromwiderstand der Spule 19 ausreichend niedrig ist

Fig.5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem Feldeffekttransistor (abgekürzt FET) 22 als Verstärkertransistor. In diesem Fall ist das Gatter G des FET 22 einerseits an den Eingang 1 und andererseits über den Widerstand 5 an Erde angeschlossen; die Quelle 5 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 F i g. 4 identisch, und die einzelnen Werte der

Bauelemente betragen:

Spule 19:

Kondensator 20:
Kondensator 21:
Kondensator 16:
Widerstands:
Kondensator 12:
Resonanzfrequenz des
LC- Abstimmkreises:

Gleichstromwiderstand = 0,S bis 1 Ω, Induktivität = 8,2 μΗ,
15 pF,
2pF,
22 pF,
100 kO,
0,01 μΡ,ιιηα

88bislO8MHz.

F i g. 6 zeigt ein Ersatzschaltbild zu den Schaltungsanordnungen nach Fig.4 und 5, wobei bedeuten:

/?,=Ausgangsimpedanz des Verstärkertransistors, G, bzw. Cs bzw. G = Kapazitätswerte der Kondensatoren 20 bzw. 21 bzw. 16, und L₂= Induktivität der veränderlichen Spule 17. Das Ersatzschaltbild nach F i g 6 kann weiter abgeändert werden, wie F i g. 7 zeigt. Eine resultierende Kapazität Q des Ersatzschaltbildes nach F i g. 6 ist gegeben durch:

C - C
C₇-C₁.

^Cs

LC-Parallel-Abstimmkreises 18 gemäß der Erfindung berechnet sich zu:

in

Ein Widerstand R₁' des Ersatzschaltbildes nach F i g. 7 if t durch nachstehende Gleichung beschrieben:

Wenn also Li nach F i g. 6 ebenso groß ist wie L\ nach 2» F i g. 2, ist die resultierende Kapazität Q nach F i g. 6 gleich der Kapazität Ci nach F i g. 2. Die Güte Q₁ des 'C₁

.γ,

Daraus folgt, daß die Güte des Abstimmkreises durch geeigentc 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 2OdB im Zweisignal-Interfcrenzverhältnis oder -Störabstand in bezug auf Funkstörungen und verschiedene Moduiationskenniinicn. Außerdem ist der erfindungsgemäße Hochfrequenzverstärker sehr einfach aufgebaut und die veränderliche Spule muß keine Anzapfung aufweisen. Dadurch läßt sich der Hochfrequenzverstärker äußerst kostengünstig aufbauen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Hochfrequenzverstärker, mit einem Hochfrequenz-Verstärkertransistor zum Verstärken eines ι Hochfrequenz-Eingangssignales, mit einer Hochfrequenz-Drossel zum Einspeisen eines Vorstromes in den Verstärkertransistor, und mit einem mit einer Ausgangselektrode des Verstärkertransistors über einen Koppelkondensator verbundenen LC-Paral- ι ο lel-Abstimmkreis, dadurch gekennzeichnet,

daß ein weiterer Kondensator (20) zwischen der Ausgangselektrode und Masse hochfrequenzmäßig parallel zur Hochfrequenz-Drossel (19) liegt, und daß die Kapazität des weiteren Kondensators (20) so gewählt ist, daß die durch ihn und die Hochfrequenz-Drossel (W) gebildete Resonanzfrequenz (£) ausreichend niedriger als die Resonanzfrequenz (Zi) des LC-Parallel-Abstimmkreises (18) ist und daß der >o Gütefaktor (Q)des LC- Parallel-Abstimmkreises (18) durch die Kapazität des weiteren Kondensators (20) in Verbindung mit der Kapazität des Koppelkondensators (21) steigerbar ist (F i g. 4).

2. Hochfrequenzverstärker nach Anspruch 1, .·> dadurch gekennzeichnet,

daß die Ausgangselektrode des Verstärkertransistors (4) der Kollektor ist,

daß die Hochfrequenz-Drossel (19) zum Einspeisen eines Kollektorruhestroms in den Verstärkertransi- jo stör (4) dient,

daß der Emitter des Verstärkertransistors (4) hochfrequenzmäßig geerdet ist,
daß der LC- Parallel-Abstimmkreis (18) aus der Parallelschaltung einer Spule (17) mit einem dritten r> Kondensator (16) besteht, wobei wenigstens die Induktivität der Spule (17) oder die Kapazität des dritten Kondensators (16) veränderlich ist, und
daß der Koppelkondensator \2\) Bestandteil eines Koppelgliedes (7,8,21) ist, das den LC-Parallel-Ab- -to stimmkreis (18) an den Kollektor und den Emitter des Verstärkertransistors (4) anschließt (Fig. 1).