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" Hochfrequenz - Verstärkerkombination "
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Die Erfindung betrifft eine Hochfrequenz-Verstärkerkombination mit
den Eigenschaften, die im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegeben sind. Solche
Verstärker - Kombinationen werden praktisch zum Hörfunkempfang verwendet und zwar
in Rundfunkenpfängern und aktiven Antennen. Eine solche Verstärker-Kombination ist
z.B. in dem Aufsatz von Dr.-Ing. H. Lindenmeier n Wirkungsweise und Technik einer
aktiven Autoantenne " in FUNKBCHAU, 1969, Seite 813 - 815 beschrieben.
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Bei dieser praktischen Verwendung umfasst der niedere Frequenz -bereich
die Lang-, Mittel- und Kurzwellen eit Frequenzen von etwa o,l5 bis 12 MHz. Der höhere
Frequenzbereich ist der UKW-Hörfunkbereich mit Frequenzen von 87t5 bis 104 UHz.
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Bei dieser bekannten Verstärker - Kombination ist an die Antenne die
Reihenschaltung einer Induktivität und einer Kapazität angeschlossen, deren Fusspunkt
Jedenfalls fOr Hochfrequenz ohne nennenswerten Widerstand mit Masse verbunden ist,
Die Großen dieser Induktivitäten und dieser Kapazität sind so gewählt, dass sich
zusammen mit dem Blindwiderstand der Antenne innerhalb des UKW-Hörfunk - Bereiches
eine Reihenresonanz ergibt. Dieser Reihenresonanzkreis dient dazu.
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die UKW-Signale von der Antennen dem UKW-Verstärker zuzuführen.
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Die LSK - Signale werden von der Antenne über ein Induktivität, die
im LUK-Bereich einen vernachlässigbaren induktiven Widerstand hat und eine Gleichstrom
- Trennkapazität dem LMK - Verstärker zugeführt, dessen Eingangswiderstand im LMK-Frequenzbereich
wesentlich grösser ist als der Blindwiderstand der Kapazität, die in den erwähnten
UKW-Reihenresonanzkreis eingeschaltet ist und du. Eingang des LiK-Verstärkers parallel
liegt. Dadurch ergibt sich fOr LMK am Verstärkereingang eine Spannungsteilung entsprechend
der Antennen -kapazität und der in den Reihenresonanzkreis eingeschalteten
Kapazitat.
Bei bekanntan aktiven Autoantennen sind die genannten Kapazitäten ungefähr gleich,
sodass die Eingangsspannung an LUK - Verstärker etwa auf die Hälfte und der Eingangspegel
um 6 dB verringert wird.
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Durch die Erfindung wird die Aufgabe gelöst, diese Verringerung des
Eingangspegels am LUK - Verstärker möglichst weitgehend zu vermeiden.
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Fur die Lösung dieser Aufgabe werden die Maßnahmen getroffen, die
im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 mit den Alternativen der Ansprüche
2 oder 3 angegeben sind.
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Die Wirkung dieser Maßnahmen besteht darin, dass am FuBpunkt des Reihenresonanzkreises
gemäß Anspruch 2 nach Betreg und Phase praktisch das gleiche Wachselspannungspotential
liegt wie am Anschlusspunkt der Antenne. Dadurch fliesst durch die Kapazität des
Reihenresonanzkreises kein Wechselstrom. Die schädliche Belastung des LMK - Verstärkerelngangs
ist beseitigt, sodass auch die er -wähnte Verringerung des Eingangspegels vermieden
ist.
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Wenn der ohmsche Widerstand, der an die Quellelektrode des aktiven
Bauelementes angeschlossen istt zum Zweck der Gegenkopplung nicht durch einen Kondensator
überbrückt ist, muss ein solcher Über bruckungskondensator eingeschaltet werden,
dessen Kapazität ein Vielfaches der Kapazität ist, die im genannten UKW-Reihenresonanzkreis
eingeschaltet ist. Die beiden angefuhrten Kapazitäten bilden nänlich für den UKW-Frequenzbereich
einen kapazitiven Spannungsteiler, durch den der Pa Pegel am UKW-Verstärkereingang
verringert wi.d.
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Durch die erwähnte Maßnahms wird diese Fegelsenkung auf ein praktisch
bedeutungsloses Maß herabgesetzt.
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Bei der Anordnung nach Anspruch 3 ist die schädliche Antennenbe -lastung
durch die Parallelschaltung von zwei Kondensatoren verursacht, deren Einflusses
noch an Hand eines Ausführungsbeispiels erlautet werden.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemessen Verstärker -kombination
sind in den weiteren Unteransprüchen angegeben. Dis dabei erzielten Vorteile und
weitere Vorteile der Erfindung werden noch anhand von drei Ausführungsbeispielen
erläutert, deren Prinzip schalt bilder in den Fig. 1 bis 3 wiedergegeben sind.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist an den Anschluss -punkt
A der Antenne Al die Reihenschaltung eines Kondensators C2 und einer Induktivität
L2 engeschlossen, deren Fußpunkt 9 mit dem Emitter F eines Transistors T3 elektrisch
leitend verbunden ist. Die Grössen der Kapazität C2 und der Induktivität L2 sind
so gewählt1 dass sich im UKW-Hörfunk-Bereich zusammen mit dem Blindwiderstand der
Antenne A1 Reihenresonanz ergibt.
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An die Induktivität L2 ist induktiv eins weitere Induktivität L3 angekoppelt,
die mit einen Ende an Masse E und mit dom anderen Ende über einen Kondensator C4
an den Emitter eines Transistors T1 angeschlossen tst. Uit dem gleichen Emitter
sind weiterhin ein Kondensator C5 und ein Widerstand R1 verbunden deren zweite Anschlüsse
für Hochfrequenz an Masse E liegen. Die beschriebenen Bauelemente bilden ein auf
den UKW-Hörfunkbereich abgestimmtes Eingangsbandfilter für den Transistor Tl.
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Die Antenne A1 ist weiterhin über eine als UKW-Sperre wirkende Induktivität
L1 und eine Gleichstrom-Sperrkapazität C1 an die Besis eines Transistors T2 angeschlossen,
dessen Emitter wiederum mit der Basis eines Transistors T3 verbunden ist. Der Emitter
des Transistors T3 ist über einen Widerstand R3 und einen diesem parallel geschalteten
Kondensator C3 mit Masse E verbunden1 sbenso der Emitter des Transistors T2 über
don Widerstand R2.
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Der Kollektor des Transistors T2 liegt direkt und der Kollektor des
Transistors T3 über einen Widerstand R4 am positiven Pol der Speisespannungsquelle.
Die Hochfrequenzsignale werden a Kollektor des Transistors T3 über einen Kondensator
C6 abgenommn.
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Die Induktivitäten L11 L2 und die Kapazität C1 haben fur LMK vernachlässigbare
Blindwiderstände. Die Transistoren T2 und T3 sind bezüglich Punkt F als Doppolemitterfolger
(Darlington-Stufe) goschaltet und haben eine Spannungsverstärkung von annähernd
1.
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Aus diesem Grund und wegen der erwähnten vernachlässigbaren Blindwiderstände
liegt an den Punkte A, C, D und F nach Betrag und Phase annähernd das gleiche Hochfrequenzpotential,
sodass über den Kondensator C2 kein Strom fließt.
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Die Kapazität des Kondensators C3 ist ein Vielfaches der Kapazität
das Kondensators C29 bei praktischen Anwendungen z.B. das HundErtfache,
sodass
die Eingangsspannung des UKW-Verstärkers durch den Kondensator C3 nur um 1% verringert
wird.
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Der Widerstand R2 am Emitter des Transistors T2 ist wesentlich grbsser
als der Gleichstrowiderstand der Basis-Emitter-Strecke von T3 und des damit in Reihe
geschalteten Widerstandes R3. Der Widerstand R2 könnte auch fehlen, da er nur die
Auswirkung von unerwsinschten Gleichspannungsschwenkungen auf die Wechselstromverstärkung
verringert.
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Eine bekannte, von der Anmelderin offenkundig vorbenutzte Ver -stärkerkombination
unterscheidet sich von der Schaltung in Fig. 1 dadurch, dass der Fusspunkt B des
Reihenresonanzkreises an Masse gelegt ist und der Kondensator C3 fehlt. Der Widerstand
R3 am Emitter des Transistors T3 bewirkt dann eine Gegenkopplung, die zur Linearisierung
der Verstarkung dient und den Vorteil hat, dass der Verstärker höhere Pegel übertragen
kann, ohne dass praktisch störende Übersteuerungsverzerrungen entstehen.
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Diese vorteilhafte Wirkung soll wenigstens im LM - Frequenz -bereich
(o,15 - 1,6 Kiz) erhalten. bleiben. Dazu muss der kapazitivs Widerstand des Kondenoators
C3 im LM - Frequenzbereich grössar sein als der dazu parallel geschaltete ohmsche
Widerstand R3.
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Im oberen Teil des Kurzwellenbereiches kann dagegen auf die erwähnte
Gegenkopplung verzichtet werden, sodass der kapazitive Widerstand von C3 dort kleiner
sein kann als der ohmsche Widerstand von fl Diese Aufhebung der Gegenkopplung kann
sogar vorteilhaft sein, weil ein unerwünschter Verstärkungsabfall im oberen Kurzwellenbereich
dadurch ausgeglichen wird.
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Bei den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 2 und 3 sind Bauteile
mit gleicher Wirkung trit gleichen Kennbuchstaben und Kennziffern bezeichnet wie
in Fig. 1.
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In der Schaltung nach Fig. 2 besteht das Eingangsbandfiiter des Transistors
T1 aus zwei durch einen Koppelkondensator C10 verbundenen Parallelresonanzkreisen,
von denen der erste aus einer Induktivität L2 und der Reihenschaltung von zwei Kapazitäten
C7 und C8 gebildet ist, an deren Verbindung die Antenne A1 ange -schlossen ist.
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Der zweite Parallelschwingungskreis, der aus einer Kapazität C und
einer Induktivität L4 eit einem Paralleiwiderstand R1 besteht, ist mit dem Emitter
des Transistors T1 verbunden.
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Im LSK - Verstärker ist ein Feldeffekt-Transistor T4 vorgesehen, dessen
Gate über eine Induktivität L1 und einen Bleichstroi -Sperrkondensator C1 mit der
Antenne und über einen Ableitwidorstand A mit Masse E verbunden ist. Der Source
- Anschluss F ist mit dem 6 Fusspunkt 6 des Resonanzkreises L2/C7/C8 und über die
beiden in Reihe geschalteten Widerstände R3 und R5 mit Masse E verbunden.
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Dem Widerstand R5 ist ein Kondensator C9 parallel geschaltet, dassen
kapazitiver Widerstand auch in den LUK-Bereichen kleiner ist als der ohmsche Widerstand
R5. Dem Widerstand R3 ist wie beim ersten Beispiel ein Kondensator C3 parallel geschaltet,
dessen Kapazität ein Viel -faches der Serienkapazität C7/CB beträgt, aber wenigstens
in den L W ereichen einen kapazitiven Widerstand darstellt, der grösser ist als
der dazu parallel liegende ohmsche Widerstand R3.
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Wenn in der Schaltung nach Fig. 2 der Fußpunkt 8 des Resonanzkreises
L2 C7/C8 an Nasse E läge, wäre die Antenne Al in den LUK-Frequenz bereichen durch
die parallel geschalteten Kapazitäten C7 und C8 belastet, weil der induktive Widerstand
von L2 im LUK-Bereich sehr klein ist. Die dadurch bedingte Verringerung der LMK-Antennenspannung
am Eingang des Transistors T4 wird durch die Verbindung des Fuß -punktes 6 mit du.
Source-Anschluß des Feldsffekt-Trensistors T4 in prinzipiell gleicher Weise vermieden
wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1. Der Parallelrssonanzkreis ist als Eingangskreis
nur brauchbar wenn Jeder der beiden Reihenkondensatoren C7 und C8 auch für die höchsten
Frequenzen der LUK-Bereiche noch einen größeren Widerstand hat als die Induktivität
L2.
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Für die erfindungsgemäße Kompensation ist es notwendig, daß der Fußpunkt
6 der unschädlich zu machenden Kapazität an den niederohmigen Ausgang F eines I.pedanzwandlers
mit hochohmigen Eingang und Spannungsverstärkung 1 angeschlossen wird. Es kommt
aber nicht darauf an, wie der Impedanzwandler im einzelnen aufgebaut ist und welche
oder wie viele aktive Bauelewente er enthält.
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Die Impedanz am Wandlerausgang muß nur umso kleiner sein, Je kleiner
der unschädlich zu machende kapazitive Widerstand ist.
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Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist gezeigt, daß durch die erfindungsgemäße
Kompensation auch noch weiter@ Kapazitäten unschädlich gemacht werden können, wenn
ihr Fußpunkt mit dem Ausgang F des Impedanzwandlers verbunden wird.
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Dort ist beim UKW - Eingangsfilter nicht nur der Fußpunkt 6 des ersten
Resonanzkreises L2, C2, sondern auch der Fußpunkt G des zweiten Resonanzkreises
L4, C11 mit dem Emittsr F des Transistors T3 verbunden. Dadurch wird im LMK-Bereich
auch die zusätzliche Bclastung der Antenne A1 durch die Reihenschaltùng des Koppelkonden
sators C10 und des Parallelschwingungskreises verminden, der aus dem Kondensator
C11 und der Induktivität L4 besteht. Der Kondensator C3 liegt auch in der Fig. 3
parallel zum Widerstand R3 an Emitter ds Transistors T3, aber er ist Leim UKW-Verstärker
gezeichnet, weil er in erster Linie am Fußpunkt des UKW-Eingangsfilters für UKW
einon Kurzschlufl nach Masse herzustellen hat und deshalb dort über eine möglichst
kurze Leitung anzuschliessen ist.
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Bei aktiven Antennen mit versenkbarem Tsleskop verbleibt auch bei
herausgezogenem Teleskop eino verhältnismässig große Kapazität zwischen einem Befestigungsstutzen
und dem darin befindlichen Teleskopende. Die schädliche Antennenbelastung durch
diese Kapazität im LUK-Bereich läßt sich dadurch beseitigen, daß zwischen dem Antenne
stab A1 und dem Befestigungsstutzen H1 eine von beiden isolierte Uetalihülse H2
eingesetzt und leitend mit dem Ausgang F des be -schriebenen Impedanzwandlers verbunden
wird. Das gleiche gilt für die Kapazität eines koaxialen Verbindungskabels zwischen
einer Antenne A1 und einer erfindungsgemässen Verstärkerkombination. In diesem Fell
ist zwischen dem Innenleiter I und dem Außenleiter Ul des Koaxialkabels ein Innenschirm
U2 erforderlich, der mit dem Ausgang F des Impedanzwandlers zu verbinden ist. In
beiden Fällen wird die Antennenbelastung durch die mit der Antenne verbundene innere
Kapazität beseitigt, während die äußere Kapazität jeweils dem mit der Masse E verbundenen
Kondensator C3 parallel liegt und bei dessen Bemessung zu berücksichtigen ist.
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Die Kompensationsmaßnahmen nach den Ansprüchen 7 und 8 und ent -sprechend
dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 sind für Autoradioempfänger vorteilhaft, die
für LMK Diodenabstimmung aufweisen.
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Wegen der dazu erforderlichen verhältnismässig grossen einstellbaren
Kapazitäten
sind die Abstimmungsdioden empfindlich gegen große Signalspannungen. Deshalb ist
vor den Abstimmkreisen eine ge -regelte Vorstufe für die gesamten LMK - Bereiche
erford3rlich, damit unabhängig vom Antennenpegel den Abstimmungsdioden ein annähernd
konstanter Pegel zugeführt wird.
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Diesem Zweck dient beim Ausführungsbeispiel nach der Fig. 3 der Feldeffekttransistor
T6 zu dem die Regelspcnnung über den Widerstand R7 und den Transistor T5 gelangt.
Der Eingangspegel des Transistor 3 T5 wird durch die erfindungsgamäßan Maßnahmen
be -trächtlich erhöht, weil die Befestigungskapazität und besonders die Kabelkapazität
viel größer sind als die Antennenkapazität.
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L e e r s e i t e