DE2720525C3 - Mischschaltung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Mischschaltung, wie sie im Oberbegriff des Anspruchs 1 vorausgesetzt ist.

Feldeffekttransistoren, beispielsweise solche vom Metall-Oxid-Halbleiter-Typ (MOS), finden weithin in Mischschaltungen Anwendung. Ein besonders gebräuchlicher Transistortyp ist der Doppelgate-N-Kanal-Verarmungs-MOS-Feldeffekttransisior. Er wird gewöhnlich in Kaskodenschaltung betrieben, wobei die eine Gateelcktrode, der ein Signal mit einer ersten Frequenz /Ί zugeleitet wird, als Eingang einer Verslärkerstufe in Sourceschaltung und die andere Gateelektrncle, der ein Signal mit einer zweiten Frequenz A zugeleitet wird, als Eingang einer Verstärkerstufe in (iatcschaltiing dienen. Derartige Schaltiingsanordnungcn erfordern eine ziemliche Anzahl zusätzlicher Bauelemente wie /. I) Widerstände, welche den Schaltungsaufhau komplizieren. Andere Mischschallnngen arbeilen mit einzelnen Feldeffekttransistoren vom gleichen l.eitungstvp. erfordern jedoch ebenfalls eine erhebliche Anzahl von peripheren Schalungselementen. Eine typische Mischschaltung der letztgenannten Art ist in der Veröffentlichung RCA Solid State 1975 Data Book Series SSD-202C, Seite 83, Fig. 32 gezeigt.

In der älteren Patentanmeldung DE-OS 27 20 285 ist eine Mischschaltung mit einem ersten und einem zweiten Anreicherungs-Feldeffekttransistor einander entgegengesetzten I .eitungstyps beschrieben, die gateseitig mit dem einen bzw. anderen der zu mischenden Eingangssignale angesteuert werden und deren Kanäle in Reihe zwischen die Klemmen einer Betriebsspannungsquelle geschaltet sind und an einem Zwischenpunkt dieser Reihenschaltung einen Ausgang für das Mischsignal bilden, von t'em außerdem eine galvanische Rückkopplung zu den Gateelektroden der beiden Feldeffekttransistoren geführt ist. Hierbei arbeiten die beiden Transistoren bezüglich der zu mischenden Signale als unabhängige Verstärker in Sourcegrundschaltung. wobei sich der das Hochfrequenzverhalten beeinträchtigende und die Neigung zu Instabilitäten erhöhende Miller-Effekt nicht ohne weiteres vermeiden läßt. Weil jedes Signal nur von einem einzelnen Transistor verstärkt wird, ist weiterhin nur eine mäßige Verstärkung erreichbar.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Verbesserung dieser älteren Schaltung im Sinne eines besseren Hochfrequenzverha'tens, höherer Verstärkung bei besserer Stabilität und geringerem Oberwellengehalt im Mischsignal. Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichenteil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Bei der erfindungsgemäßen Mischstufe wird jedes der beiden zu mischenden Signale durch ein symmetrisches Transistorpaar, die jeweils in Kaskodebetrieb arbeiten, verstärkt. Infolge dieser Kaskodeschaltung tritt der Miller-Effekt nicht mehr auf, so daß auch die dadurch bedingte Begrenzung im oberen Frequenzbereich wesentlich weiter hinausgeschoben wird und die Schaltung von Haus aus stabiler ist. Durch den symmetrischen Aufbau erhält man ferner eine Verdopplung des Verstärkungsfaktors, da die Transistoren jedes Paares im Gegentakt arbeiten, und damit erhält man den weiteren Vorteil der Unterdrückung geradzahliger Oberwellen im Ausgangssignal der Mischstufe.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

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

Fig. I das Schal'.schema einer erfindungsgemäßen Mischstufe in Kaskodenschaltung und

F i g. 2 das Schallschema eines Teils einer Mischschaltung gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung.

Die in Fig. 1 gezeichnete Mischschaltung enthält sechs MOS-Anreichcrungs-Feldeffckltransistorcn, und zwar drei mit p-leitcndcm Kanal, die deshalb mit den Angaben AM, Pl, P3 versehen sind und drei mit n-leilendem Kanal mit der Angabe /Vl, Nl und Λ/3. Diese Transistoren sind mit ilven Kanälen in Reihe zwischen eine Anschlußklemme für eine Betriebsspannung + V (Klemme 10) und einen Bezugsspanniings= punkt (Klemme 12), im vorliegenden f all Massepolen-HaI, geschaltet, Ein Eingangssignal /·Ί\ ι mit /.. Ii. einer Modulationsfrcqucn/ 6 wird der Primärwicklung 14 eines Transformators 16 zugeleitet. Die Sekundärwicklung 18 dieses Transformators bildet zusammen mit einem veränderlichen Kondensator 20 einen Parallelresonanzkreis. der auf die l'nc|uen/. /ί abgestimmt ist.

Dieser Resonanzkreis ist am Schallungspunkt 22 mit der Gate-Elektrode 24 des P-Transistors P2 und mit der Gate-Elektrode 26 des N-Transi£tors Λ/2 verbunden. Die andere Seite dieses Resonanzkreises 30 liegt am Schaltungspunkt 28 über einen Kondensator 32 wechselstrommäßig an Masse.

Ein weiteres Eingangssignal Ein ι 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 /j abgestimmten Parallelresonanzkreis, der auf der einen Seite am Schaltungspunkt 44 mit der Gate-Elektrode 46 des P-Transistors Pi und der Gate-Elektrode 48 des N-Transistors Ni verbunden ist und auf der anderen Seite am Schallungspunkt 49 wechselstrommäßig an Masse liegt.

Die Transistoren des dritten komplementären Paares sind mit ihren Drain-Elektroden zusammengeschaltet und an den Mischstufenausgang 50 angeschlossen. Dieser gemeinsame Drain-Anschluß ist mit dem Verbindungspunkt 54 der zusammengeschaiieten Gate-Elektroden der Transistoren P3 und /V3 ÜDer einen Vorwiderstand 52 verbunden, durch den die Gaie-Elektroden 56 und 58 auf den Gleichspannungspegel des Ausgangs 50 vorgespannt werden. Diese beiden Transistoren bilden einen auf den Mitteileil des linearen Arbeits- oder Kennlinienbereiches vorgespannten Verstärker. (Ein derartiger linearer Betrieb ist im Databook RCA Linear Integrated Circuits, SSD-201C, 1975, in dem Artikel über CA 36OOE, Seiten 588 ff, erläutert. Fig. 13 auf S. 593 zeigt die Art der dort verwendeten Ruhevorspannung.) Die Gate-Elektroden 56 und 58 liegen wechselsirommäßig über einen Kondensator 60 an Masse.

' Die Ausgangsanordnung für die Kaskoden-Mischschaltung enthält eine Spule 62 und einen veränderlichen oder Drehkondensator 64, die zusammen einen Parallelresonanzkreis 66 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 h + /i oder h — f\ abgestimmt ist; ein Ausgangssignal dieser Frequenz kann an den Enden einer mit der Spule 62 gekoppelten Wicklung 68 abgenommen werden.

Wie bereits erwähnt, ist das Transistorpaar PX N 3 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, Λ/2 über einen gleichstrommäßig zwischen den Ausgang 50 und die Gate-Eleklroden 24 und 26 gekoppelten Widerstand 70 und das Transistorpaar Pi, Ni über einen die gleiche Funktion erfüllenden Widerstand 72 in dieser Weise vorgespannt. Und zwar sind sämtliche Transistoren auf das Drain-Potential der Transistoren P3 und /VJ vorgespannt. So arbeitel ein Transistor wie /,. B. N 1 mit einer Gate-Ruhespanrung, die positiver ist als seine Drain-Spannung, während ein Transistor wie /' 1 mit einer negativeren (d. h. weniger positiven) Gateiih Drain-Spannung arbeitet, Diese Transistoren sind ülso im Ruhezustand leitend. Die Menge des Kuhestromflusses wird durch dasjenige Transistorpaar. das am wenigstens diiichlaßgcspannt ist. d.h. durch das Transislorpaar /' }. N 3 gesteuert. Im lietrieb als Mischstufe können '.lie Signalampliiudcn so gewählt werden, daß die Verstärker ausschließlich in ihrem reliitiv linearen Bereich ;\\ heilen, oder sie können in ihn· nichtlinearen Arbeitsbereiche ausgesteuert werden, wenn ein höherer nichtlinearer Sigmilinhalt im AusgangssignH gewünscht wird.

Im Betrieb sind, wie gesagt, die Transistoren sämtlich ruhestromleitend. Durch das der Wicklung 14 zugeleitete Eingangssignal Eini wird die Spannung an den Gate-Elektroden 24 und 26 des Transistorpaares P2, Λ/2 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 Richtung ansteigt, so erhöht sich die Impedanz des Kanals des Transistors P2. Dadurch wird das Ausgangssignal bei 50 näher nach Massepotential gedruckt. Gleichzeitig erniedrigt sich die Kanalimpedanz des Transistors Λ'2. Dadurch erniedrigt sich die Impedanz zwischen dem Ausgang 50 und Masse, so daß auch hierdurch das Signal am Ausgang 50 näher nach Massepotenlial gedrückt wird. In entsprechender Weise bewirkt das an der Wicklung 34 anstehende Eingangssignal Eis ι eine Spannungsänderung an den Gate-Elektroden de. Transistorpaares P i, N 1, wodurch das Leitvermögen üer Kanäle dieser Transistoren moduliert wird. Diese Leitvermögensänderungen bewirken in der oben erläuterten Weise eine entsprechende Änderung der Spannung am Ausgang 50, und zw?/ entweder gleichsinnig mit oder gegensinnig zu der durch das Eingangssignal Ein ■· bewirkten Änderung. Die Momentanspannung am Punkt 50 ist also jeweils das Resultat der Kanalmodulation durch beide Signale Em \ und Ein 2-

Das dritte Transistorpaar P3, /V3, das am Punkt 54 wechselstrommäßig an Masse liegt, arbeilet als Verstärker in Gate-Schaltung (d. h. mit geerdetem Gate), und zwar als Kaskodenkopplung für die anderen Transistorpaare. Dieser Verstärker in Gate-Schaltung isoliert den Ausgang 50 von den Verstärkerstufen für Signale der Frequenzen h und f\. Das am Ausgang 50 erscheinende Signal enthält die beiden interessierenden Seitenbänder und andere Frequenzkompo.iente»; Der auf die gewünschte Seitenbandfrequenz abgestimmte Parallelresonanzkreis filiert die nicht interessierenden Fre^uenzkomponenten aus. Das Nulzausgangssignal ist an der Ausgangswicklung 68 verfügbar.

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 £'_;Λ· ι von der Signalquelle für Ein 2, wobei die Kaskodenanordnung durch Ni, Pi und Λ/2, P2 gebildet wird.

Ein'; gegenüber der Anordnung nach Fig. 1 abgewandeile Schallungsausführung, mit der sich drei statt nur zwei Frequenzen mischen lassen, ist in F i g. 2 gezeigt. Die beiden ersten komplementär-symmetrischen MOS-Trancistorpaare PX, N 1 und P2, /V2sind in der gleichen Webe geschaltet wie in Fig. 1 und daher hier nicht gezeigt. Der Schaltungspunkt 54 an den Gate-Elektroden 56 und 58 liegt dagegen nicht wcchsclstrommäßig an Masse, sondern ist mit einem dritten Par ¹IeIiesonan/krcis 80, bestehend aus einer Spule 82 und einem Drehkondensator 84, verbunden. Dieser Kreis ist auf die Frequenz f\ des dritten Eingangssignals /:'w 1 abgestimmt, das der mit der Spule 82 gekoppelten Wicklung 8(1 zugeleitet wird. I'm Kondensator 88 lent die andere Seite des Parallel™· d-

:;.i:-i/k reises υ. eehseklπ>mmai*H· ,in Müsse. I >iiM M emc!; .iem W i(!ers',iii(l 52 in I it:. I ν ergleichbai < η Yorw nler sr.irul 40 wird das drille I r ansislorpaar !' ! ,V i .mi < li·. Mine seme¹ linearen Arbeitsbereiches '.orgespani'l Nachdem der Verslai !> tr in H.isis b/w ' iaie-Si haltung ■,n'fallt. arbeitet clic Anordnung nach I¹L¹. 2 nicht mein ,|i- Kaskodenverslarker Datieren mist In sie drei i requen/cn. wobei dci Ausfangskreis Wi auf dieiemgc Summen- oder Differen/frequen/ der drei !'rcquen/eii /'·. I) und ί;. die von Interesse ist. abgestimmt werden Va nn.

Slat! die Misehsi lialtuiif.' .ms nur einer einziger Serienkonibination von kom|)lemcntaren Iransistorcn aiif/iibatien, kann man aiith zwei solche Serienkombma !ionen '.on Transistoren vorsehen, womit man die Anordnung als Gegentakt Misthstufe betreiben kann. Dabei wären die Resonanzkreise jeweils /wischen die (iate-l.lektroden einander entsprechender Transistoren in den beiden Serienkombmaiionen siatl /wischen die (',He |-|' kuoiien lind Wei hselstron! ^v I,■■,·■!■ /u ,,Ii ■'■< .-ι I),Ulli lüuHie i'iaii beispieK.¹. ι l·, r I ι ,.' ' d'i I'c'-"iiaii/ki ■ ι- Ai am I'unk I 44 um' <k >:i I ■ ■ ^ ι ν ι > ■ r /·' ] ■-, ■ Irr eist Ii Ki 'inhinalion o<lei KiM' iin,: :iii l'i.nki 4^{t: 1}HiI <!epi en I spi !i hrnden T !.irisi^l* μ ,.''·',,ι /¹I ν J,..¹ /weilin KeIU' '.owie aiil.terdem am I'iüii·' 14 r,' lei i r.insist«ir /V I in der ersten Kette 'im! am Γ ink; 44 !Γ; dem entsprechenden 1 r.insistor Vl in der /weite; Kelle verbinden. Die gleichstronimaHiL'e ν "i"spaMnuni könnte, ahnlieli wie gezeigt, über eine;¹ Widerstand '>'■ κ 72 auf beispielsweise den l'unkl 44 od, den l'Miiki 4J geschaltet werden. Der andere Resonanzkreis K) wan in entsprechender Weise an /'2. /'2, λ 2 'i;id V 2 an/iischalten.

Die Mischschaltung nach I ι g. I IaHt sich ,iiicl dahingehend abwandeln, daß man die Kanäle dei I ransisloren /'2 und /V 2 direkt mit dem Ausgang Sf verbindet, wodurch clic Transistoren /' ! und /V i sown der Widerstand 52 und der Kondensator W) entfallen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Mischschaltung mit einem ersten und einem zweiten Anreicherungs-Feldeffekttransistor einander entgegengesetzten Leitungstyps, die gateseitig mit dem einen bzw. anderen der zu mischenden Eingangssignale angesteuert werden und deren Kanäle in Reihe zwischen die Klemmen einer Betriebsspannungsquelle geschaltet sind und an einem Zwischenpunkt dieser Reihenschaltung einen to Ausgang für das Mischsignal bilden, von dem außerdem eine galvanische Rückkopplung zu den Gateelektroden der beiden Feldeffekttransistoren geführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem ersten Transistor (46) und dem Ausgang (50) sowie zwischen dem zweiten Transistor (26) und die zugehörige Betriebsspannungsklemme (12) — oder umgekehrt — jeweils der Kanal eines dritten (24) bzw. vierten (48) Transistors von jeweils gleichem Leitungstyp wie der erste (46) bzw. zweite (26) Transistor eingefügt ist und mit seiner Gateelektrode an dieselbe Eingangssignalquelle und dieselbe Rückkopplung (72 bzw. 70) wie der bezüglich des Ausgangs (50) symmetrisch zu ihm liegenden Feldeffekttransistor (46 bzw. 26) angeschlossen ist.

2. Mischschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit den Kanälen des ersten und dritten Feldeffekttransistors (46, 24) der Kanal eines fünften Anreicherungs-Feldeffekttransi- so stors (56) gleichen Leitungslyps wie diese und in bezüglich des Ausgangs (50) symmetrischer Lage dazu in Reihe mit der; Kani'.-n des zweiten und vierten Feldeffekttransistors (26,48) der Kanal eines sechsten Anreicherungs-Feldef^kttransistors (80) i'> gleichen Leitungslyps wie letzterer geschaltet sind und daß vom Ausgang (50) zu den zusammengeschalteten Gateelektroden des fünften und sechsten Feldeffekttransistors ebenfalls eine galvanische Rückkopplung (52) geführt ist.

3. Mischschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß den Gateelektroden des fünften und sechsten Transistors (56, 58) ein drittes Eingangssignal einer dritten Frequenz (f_}) zugeführt wird. 4i