DE2720525A1 - Mischschaltung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Mschschaltung mit einem ersten und einem zweiten Stromerhöhungs-Feldeffekt-Transistor eines ersten Leitungstyps, mit einer die Gate-Elektrode des ersten Transistors mit einer Frequenz f.. speisenden ersten Eingangsanordnung und mit einer die Gate-Elektrode des zweiten Transistors mit einer Frequenz fp speisenden zweiten Eingangsanordnung, wobei die stromführenden Kanäle der beiden Transistoren in Reihe zwischen einen ersten Betriebsspannungspunkt und einen mit einer Ausgangsanordnung verbundenen Ausgangspunkt geschaltet sind

Feldeffekt-Transistoren, beispielsweise solche vom Metall-Oxid-Halbleiter-Type (MOS), finden weithin in Mischschaltungen Anwendung. Ein besonders gebräuchlicher Transistortyp ist der Doppelgate-N-Kanal-Stromdrosselungs-MOS-Feldeffekttransistor. Er wird gewöhnlich in Kaskodenschaltung betrieben, wobei die eine Gate-Elektrode, der ein Signal mit einer ersten Frequenz zugeleitet wird, als Eingang einer Verst_ärkerstufe in Source-Schaltung und die andere Gate-Elektrode, der ein Signal mit einer zweiten Frequenz zugeleitet wird, als Eingang einer Verstärkerstufe in Gate-Schaltung dienen. Derartige Schaltungsanordnungen neigen zu einem komplizierten Aufbau, indem sie eine ziemliche Anzahl von peripheren Elementen wie Widerstände benötigen. Andere Mischschaltungen arbeiten mit einzelnen Feldeffekt-Transistoren vom gleichen Leitungstyp, erfordern jedoch ebenfalls eine erhebliche Anzahl von peripheren Schaltungselementen» Eine typische Mischschaltung der|Letztgenannten Art ist in der Veröffentlichung RCA Solid State 1975 Data Book Series SSD-202C, Seite 83, Fig. 32, gezeigt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Mischschaltung unter Verwendung von Feldeffekt-Transistoren anzugeben, welche die genannten Nachteile vermeidet.

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Eine Mlseheehaltung der eingangs genannten Art ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß ein dritter und ein vierter Stromerhöhungs-Feldeffekt-Transistor eines zum ersten Leitungetyp komplementären zweiten Leitungstyps mit ihren stromführenden Kanälen in Reihe zwischen einen zweiten Betriebsspannungspunkt und den Ausgangspunkt geschaltet sind und daß der Ausgangspunkt über eine erste galvanische Rückkopplungsverbindung mit einem Verbindungspunkt der Gate-^Elektroden des ersten und des dritten Transistors und über eine zweite galvanische Rückkopplungsverbindung mit einem Verbindungspunkt der Gate-Elektroden des zweiten und des vierten Transistors verbunden ist.

Es werden also komplementär-symmetrische Transistoren vom Stromerhöhungstyp (Anreicherungs- oder Steigerungstyp), z.B. in Form von MOS-Transistoren, verwendet. Die Transistoren liegen in Reihe, und jedes der Eingangseignale wird jeweils den Gate-Elektroden des einen Transistors und dee entsprechenden Transistors vom entgegengesetzten Leitungstyp in der Reihenschaltung zugeleitet. Bas Ausgangssignal kann an der gemeinsamen Drain-Verbindung zweier benachbarter Transistoren vom entgegengesetzten Leitungstyp in der Mitte der Reihenschaltung abgenommen werden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung im einzelnen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 das S_chaltschema einer erfindungsgemäöen Mlsch-

stufe in Kaskodenechaltung und Fig. 2 das Schaltschema eines Teils einer Miβanschaltung gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung.

Die Schaltungsanortnung nach Fig. 1 enthält sechs Transistoren, und zwar drei P1, P2 und P3 vom P-Leitungstyp und die anderen drei N1, »2 und IT} von komplementären N-Leitungstyp. Die Transistoren können rom MOS-Stromerhohungetyp sein. Sie sind mit ihren stromführenden Kanälen in

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Reihe zwischen eine Anschlußklemme für eine Betriebsspannng +V (Klemme 10) und einen Eezugsepannungepunkt (Klemme 12), im vorliegenden Fall Massepotential, geschaltet. Ein Eingangssignal Ej_nο ^mi* ^Ζ·^Β· ^einer Modulatlonefrequenz f₂ wird der Primärwicklung 14 eines Transformators 16 zugeleitet. Die Sekundärwicklung 18 dieses Transformators bildet zusammen mit einem veränderliehen Kondensator 20 einen Parallelresonanzkreis, der auf die Frequenz f« abgestimmt ist. Dieser Resonanzkreis ist am Schaltungspunkt 22 mit der Gate-Elektrode 24 des P-Transistore P2 und mit der Gate-Elektrode 26 des N-Transistors N2 verbunden. Die andere Seite dieses Resonanzkreises 30 liegt am Schaltungspunkt 28 über einen Kondensator 32 wechselstrommäßig an Masse.

Ein weiteres Eingangssignal E™.. mit z.B. einer Trägerfrequenz f.. wird der Primärwicklung 34 eines Transformators 36 zugeleitet. Die Sekundärwicklung 38 bildet zusammen mit einem veränderlichen Kondensator 40 einen auf die Frequenz f.. abgestimmten Parallelresonanzkreis, der auf der einen Seite am Schaltungspunkt 44 mit der Gate-Elektrode 46 des P-Transistors P1 und der Gate-Elektrode 48 des N-Transistors N1 verbunden ist und auf der anderen Seite am Schaltungspunkt 49 wechselstrommäßig an Masse liegt.

Die Transistoren des dritten komplementären Paares sind mit ihren D_rain-Elektroden zusammengeschaltet und an den Mischstufenausgang 50 angeschlossen. Dieser gemeinsame Drain-Anschluß ist mit dem Verbindungspunkt 54 der zusammengeschalteten Gate-Elektroden der Transistoren P3 und N3 über einen Vorwiderstand 52 verbunden, durch den die Gate-Elektroden 56 und 58 auf den Gleichspannungspegel des Ausgangs 50 vorgespannt werden. Diese beiden Transistoren bilden einen auf den Mittelteil des linearen Arbeite- oder Kennlinienbereiches vorgespannten Verstärker. (Ein derartiger linearer Betrieb ist im Databook RCA Linear Integrated Circuits, SSD-201C, 1975, in dem Artikel

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über CA 36OOE, Seiten 588 ff, erläutert. Fig. 13 auf S. zeigt die Art der dort verwendeten Ruhevorspannung·) Die Gate-Elektroden 56 und 58 liegen wechselstronmäeig über einen Kondensator 60 an Nasse.

Sie Ausgangsanordnung für die Kaskoden-Mischschaltung enthält eine Spule 62 und einen veränderlichen oder Drehkondeaaator 64» die zusammen einen Patallelreeonanzkreis bilden, der einerseits an den Ausgang 50 angeschlossen ist und andererseits über einen Kondensator 69 wechselstrommäßig an Masse liegt und der auf eine der Seitenbandfrequenzen f₂ ⁺*1 ^{oder f}2~*1 Abgestimmt 1st; ein Ausgangssignal dieser Frequenz kann an den Enden einer mit der Spule 62 gekoppelten Wicklung 68 abgenommen werden.

Wie bereits erwähnt, ist das Transistorpaar P3, N3 auf den linearen Teil seines Arbeitsbereiches vorgespannt. Die anderen Transistorpaare sind ebenfalls so vorgespannt, daß sie im linearen Kennlinienbereich arbeiten. Und zwar werden das Transistorpaar P2, N2 über einen gleichstrommäßig zwischen den Ausgang 50 und die Gate-Elektroden 24 und 26 gekoppelten Widerstand 70 und das Transistorpaar P1, N1 über einen die gleiche Funtion erfüllenden Widerstand 72 in dieser Weise vorgespannt. Und zwar sind sämtliche Transistoren auf das Drain-Potential der Transistoren P3 und N3 vorgespannt. So arbeitet ein Transistor wie z.B N1 mit einer Gate-Ruhespannung, die positiver ist als seine Drain-Spannung, während ein Transistor wie P1 mit einer negativeren (d.h. weniger positiven) Gate- als Drain-Spannung arbeitet. Diese Transistoren sind also im Ruhezustand leitend. Die Menge des Rühestromflusses wird durch dasjenige Transistorpaar, das am wenigsten durchlaßgespannt ist, d.h. durch das Transistorpaar P3, N3 gesteuert. Im Betrieb als Mischstufe können die Signalamplituden so gewählt werden, daß die Verstärker auechließlich in ihrem relativ linearen Bereich arbeiten, oder sie können in ihre nichtlinearen Arbeitsbereiche ausgesteuert werden, wenn ein höherer nichtlinearer Signalinhalt im Ausgangssignal gewünscht wird.

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Im Betrieb sind, wie gesagt, die Transistoren sämtlich ruhestromleitend. Durch das der Wicklung 14 zugeleitete Eingangssignal E-j-j-o wird die Spannung an den Gate-Elektroden 24 und 26 des Transistorpaares P2, N2 verändert und dadurch das Leitvermögen der Kanäle dieser Transistoren und folglich die Spannung am Ausgang 50 moduliert. Wenn beispielsweise die Spannung am Punkt 22 in positiver Richtunf ansteigt, so erhöht sich die Impedanz des Kanals des Transistors P2. Dadurch wird das Ausgangesignal bei 50 näher nach Massepotential gedrückt. Gleichzeitig erniedrigt sich die Kanalimpedanz des Transistors N2. Dadurch erniedrigt sich die Impedanz zwischen dem Ausgang 50 und Masse, so daß auch hierdurch das Signal am Ausgang 50 näher nach Massepotential gedrückt wird. In entsprechender Weise bewirkt das an der Wicklung 34 anstehende Eingangssignal ^EIN1 ^e*^ne Spannungsänderung an den Gate-Elektroden des Transistorpaares P1, N1, wodurch das Leitvermögen der Kanäle dieser Transistoren moduliert wird. Diese Leitvermögensänderungen bewirken in der oben erläuterten Welse eine entsprechende Änderung der Spannung am Ausgang 50, und zwar entweder gleichsinnig mit oder gegensinnig zu der durch das Eingangeignal E^₂ bewirkten Änderung. Die Momentanspannung am Punkt 50 ist also jeweils das Resultat der Kanalmodulation durch beide Signale EjJj₁ und

Das dritte Transistorpaar P% ^N3, dae am Punkt 54 wechselstrommäßig an Masse liegt, arbeitet als Verstärker in Gate-S_chaltung (d.h. mit geerdetem Gate), und zwar als Kaskodenkopplung für die anderen Traneistorpaare. Dieser Verstärker in Gate-S_chaltung isoliert den Ausgang 50 von den Verstärkerstufen für Signale der Frequenzen f₂ ^und Ί« Das am Ausgang 50 erscheinende Signal enthält die beiden interessierenden Seitenbänder und andere Frequenzkomponenten. Der auf die gewünschte Seitenbandfrequenz abgestimmtt Parallelresonanekreis filtert die nicht interessierenden Frequenzkomponenten aus. Das Nutzausgangaeignal let an der Ausgangewicklung 68 verfügbar.

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Die Funktionen der Paare N3, P3 und N2, P2 sind, obwohl hier nicht gezeigt, untereinander austauschbar. Zu diesem Zweck trennt man den Parallelresonanzkreis 30 vom Punkt 22 und verbindet ihn mit dem Punkt 54, während man den Kondensator 60 vom Punkt 54 trennt und mit dem Punkt 22 verbindet. In diesem Fall arbeitet das Paar P2, N2 in Gate-Schaltung und isoliert die Signalquelle für EjJj₁ von der Signalquelle für E™p» ^w0^^ei die Kaskodenanordnung durch N1, P1 und N2, P2 gebildet wird.

Eine gegenüber der Anordnung nach Fig. 1 abgewandelte Schaltungsausführung, mit der sich drei statt nur zwei Frequenzen mischen lassen, ist in Fig. 2 gezeigt. Die beiden ersten komplementär-symmetrischen MOS-Transistorpaare P1, N1 und P2, N2 sind in der gleichen Wiese geschaltet wie in Fig. 1 und daher hier nicht gezeigt. Der Schaltungspunkt 54 an den Gate-Elektroden 56 und 58 liegt dagegen nicht wechselstrommäßig an Masse, sondern ist mit einem dritten Parallelresonanzkreis 80, bestehend aus einer Spule 82 und einem Drehkondensator 84, verbunden. Dieser Kreis ist auf die Frequenz f, des dritten Eingangssignals EjjT, abgestimmt, das der mit der Spule 82 gekoppelten Wicklung 86 zugeleitet wird. Ein Kondensator 88 legt die andere Seite des Parallelresonanzkreises wechselstrommäßig an Masse. Durch einen dem Widerstand 52 in Fig. 1 vergleichbaren Torwiderstand 90 wird das dritte Transistorpaar P3, N3 auf die Mitte seines linearen Arbeitsbereiches vorgespannt. Nachdem der Verstärker in Basisbzw. Gate-Schaltung entfällt, arbeitet die Anordnung nach Fig. 2 nicht mehr als Kaskodenverstärker. Dagegen mischt sie drei Frequenzen, wobei der Ausgangskreis 66 auf diejenige Summen- oder Differenzfrequenz der drei Frequenzen f₁, f₂ und f,, die von Interesse ist, abgestimmt werden kann.

Statt die Miseheehaltung aus nur einer einzigen Serienkombination von komplementären Transistoren aufzubauen, kann man auch zwei solch« Serienkombinationen von

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Transistoren vorsehen, womit man die Anordnung als Gegentakt-Mischstufe betreiben kann. Dabei wären die Resonanzkreise jeweils zwischen die Gate-Elektroden einander entsprechender Transistoren in den beiden Serienkombinationen statt zwischen die Gate-Elektroden und Wechselstrom-Masse zu schalten.Dann müßte man beispielsweise in Fig. 1 den Resonanzkreis 42 am Punkt 44 mit dem Transistor P1 in der ersten Kombination oder Kette und am Punkt 49 mit dem entsprechenden Transistor, etwa P1', in der zweiten Kette sowie außerdem am Punkt 44 mit dem Transistor N1 in der ersten Kette und am Punkt 49 mit dem entsprechenden Transistor N1' in der zweiten Kette verbinden. Die gleichstrommäßige Vorspannung könnte, ähnlich wie gezeigt, über einen widerstand wie 72 auf beispielsweise den Punkt 49 oder den Punkt 44 geschaltet werden. Der andere Resonanzkreis 30 wäre in entsprechender Weise an P2, P2¹, N2 und N2¹ anzuschalten.

Die Mischschaltung nach Fig. 1 läßt sich auch dahingehend abwandeln, daß man die Kanäle der Transistoren P2 und N2 direkt mit dem Ausgang 50 verbindet, wodurch die Transistoren P3 und N3 sowie der Widerstand 52 und der Kondensator 60 entfallen.

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-IO

Leerseite

Claims (3)

1. 70100 / Kö
   RCA 70,100
   US-Ser. No. 684,237
   Filed: May 7, 1976

   RCA Corporation

   New York, N.Y. (V.St.A.)

   Mischschaltung
   Patentansprüche

   J.J Mischschaltung mit einem ersten und einem zweiten Stromerhöhungs-Feldeffekt-Transistor eines ersten Leitungstyps, mit einer die Gate-Elektrode des ersten Transistors mit einer Frequenz JF₁ speisenden ersten Eingangsanordnung und mit einer die Gate-Elektrode des zweiten Transistors mit einer Frequenz fp speisenden zweiten Eingangsanordnung, wobei die stromführenden Kanäle der beiden Transistoren in Reihe zwischen einen ersten Betriebsspannungspunkt und einen mit einer Ausgangsanordnung rerbundenen Ausgangspunkt geschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, daß ein dritter und ein vierter Stromerhöhungs-Feldeffekt-Transistor (P1, P2) eines zum ersten Leitungstyp komplementären zweiten Leitungstyps mit ihren stromführenden Kanälen in Reihe zwischen einen zweiten Betriebsspannungspunkt (V+) und den Ausgangspunkt (50) geschaltet sind und

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   ORIGINAL INSPECTED

   _ ₂_ 272052&

   daß der Ausgangspunkt (50) über eine erste galvanische Rückkopplungsverbindung (72, 51) mit einem Verbindungspunkt der Gate-Elektroden des ersten (IT1) und des dritten (P1) Transistors und über eine zweite galvanische Rückkopplungsverbindung (70, 32) mit einem Verbindungspunkt der Grate-Elektroden des zweiten (N2) und des vierten (P2) Traneistors verbunden ist.
2. 2. Mischschaltung nach Anspruch 1_f dadurch gekennzeichnet, daß in die Reihenschaltung der Kanäle des ersten und des zweiten Transistors (N1, N2) ein fünfter Stromerhöhungs-Feldeffekt-Transistor (N3) vom ersten Leitungstyp mit seinem stromführenden Kanal und an der entsprechenden Stelle in die Reihenschaltung der Kanäle des dritten und des vierten Transistors (P1, P2) ein sechster Stromerhöhungs-Feldeffekt-Transistor (P3) vom zweiten Leitungstyp mit seinem stromführenden Kanal eingeschaltet sind, wobei zwischen dem Ausgangspunkt (50) und einem Verbindungspunkt der Gate-Elektroden des fünften (N3) und des sechsten (P3) Transistors eine dritte galvanische Rückkopplungsverbindung vorgesehen ist.
3. 3. Mischschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gate-Elektroden des fünften und dee sechsten Transistors (N3, P3) von einer dritten Eingangsanordnung (80) mit einer Frequenz f, gespeist werden.

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