DE2753352C3

DE2753352C3 - Hochfrequenz-Verstärkerkombination

Info

Publication number: DE2753352C3
Application number: DE19772753352
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl.-Ing. 7305 Altbach Rother
Original assignee: RICHARD HIRSCHMANN RADIOTECHNISCHES WERK 7300 ESSLINGEN DE; RICHARD HIRSCHMANN RADIOTECHNISCHES WERK 7300 ESSLINGEN
Current assignee: Richard Hirschmann & Co 7300 Esslingen De GmbH
Priority date: 1977-11-30
Filing date: 1977-11-30
Publication date: 1985-02-21
Also published as: DE2753352A1; DE2753352B2

Description

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 Rundfunkempfängern und aktiven Antennen. Eine solche Verstärker-Kombination ist z. B. in dem Aufsatz von Dr.-Ing. H. Lindenmeier »Wirkungsweise und Technik einer aktiven Autoantenne« in FUNKSCHAU, 1969, SeiteS13—815beschrieben.

Bei dieser praktischen Verwendung umfaßt der niedere Frequenzbereich die Lang-, Mittel- und Kurzwellen mit Frequenzen von etwa 0,15 bis 12 MHz. Der höhere Frequenzbereich ist der UKW-Hörfunkbereich mit Frequenzen von 87,5 bis 104 MHz.

Bei dieser bekannten Verstärker-Kombination ist an die Antenne die Reihenschaltung einer Induktivität und einer Kapazität angeschlossen, deren Fußpunkt jedenfalls für Hochfrequenz ohne nennenswerten Widerstand mit Masse verbunden ist Die Größen 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, die UKW-Signale von der Antenne dem UKW-Verstärker zuzuführen.

Die LMK-Signale werden von der Antenne über eine Induktivität die im LMK-Bereich einen vernachlässigbaren induktiven Widerstand hat, und eine Gleichstrom-Trennkapazität dem LM K-Verstärker zugeführt dessen Eingangswiderstand im LM K-Frequenzbereich wesentlich größer ist als der Blindwiderstand der Kapazität die in den erwähnten UKW-Reihenresonanzkreis eingeschaltet ist und dem Eingang des LM K-Verstärkers parallel liegt Dadurch ergibt sich für LMK am Verstärkereingang eine Spannungsteilung entsprechend der Antennenkapazität und der in den Reihenresonanzkreis eingeschalteten Kapazität. Bei bekannten aktiven Autoantennen sind die genannten Kapazitäten ungefähr gleich groß.

Diese Bemessung stellt einen für die Praxis notwendigen Kompromiß dar, bei dem die Kapazität des Reihenresonanzkreises noch klein genug ist, um eine ausreichende Bandbreite im UKW-Bereich zu gewährleisten. Sie bedingt aber, daß die Eingangsspannung am LMK-Verstärker etwa auf die Hälfte, der Eingangspegel also um 6 dB verringert wird.

Durch die Erfindung wird die Aufgabe gelöst diese Verringerung des Eingangspegels am LM K-Verstärker möglichst weitgehend zu vermeiden.

Für 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.

Die Wirkung dieser Maßnahmen besteht darin, daß am Fußpunkt des Reihenresonanzkreises gemäß Anspruch 1 nach Betrag und Phase praktisch das gleiche Wechselspannungspotential liegt wie am Anschlußpunkt der Antenne. Dadurch fließt durch die Kapazität des Reihenresonanzkreises kein Wechselstrom. Die schädliche Belastung des LM K-Verstärkereingangs ist beseitigt, so daß auch die erwähnte Verringerung des Eingangspegels vermieden ist.

Wenn der ohmsche Widerstand, der an die Quellelektrode des aktiven Bauelementes angeschlossen ist, zum Zweck der Gegenkopplung nicht durch einen Kondensator überbrückt ist, muß ein solcher Überbiückungskondensator eingeschaltet werden, dessen Kapazität ein s Vielfaches der Kapazität ist, die im genannten UKW-Reihenresonanzkreis eingeschaltet ist Die beiden angeführten Kapazitäten bilden nämlich für den UKW-Frequenzbereich einen kapazitiven Spannungsteiler, durch dta der Pegel am U KW-Verstärkereingang verringert wird. Durch die erwähnte Maßnahme wird diese Pegelsenkung auf ein praktisch bedeutungsloses Maß herabgesetzt

Bei der Anordnung nach Anspruch 3 ist die schädliche Antennenbclastung durch die Parallelschaltung von zwei Kondensatoren verursacht, deren Einflüsse noch an Hand eines Ausführungsbeispiels erläutert werden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Verstärkerkombination sind in den weiteren Unteransprüchen angegeben. Die dabei erzielten Vorteile und weitere Vorteile der Erfindung werden noch anhand von drei Ausführungsbeispielen erläutert deren Prinzipschaltbilder in den F i g. 1 bis 3 wiedergegeben sind.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 ist an den Anschlußpunkt A der Antenne Ai die Reihenschaltung eines Kondensators C₂ und einer Induktivität L₂ angeschlossen, deren Fußpunkt B mit dem Emitter F eines Transistors T₃ elektrisch leitend verbunden ist Die Größen der Kapazität C₂ und der Induktivität L₂ sind so gewählt, daß sich im UKW-Hörfunk-Bereich zusammer mit dem Blindwiderstand der Antenne A\ Reihenresonanz ergibt

An die Induktivität L₂ ist induktiv eine weitere Induktivität L₃ angekoppelt, die mit einem Ende an Masse E und mit dem anderen Ende über einen Kondensator G an den Emitter eines Transistors T\ angeschlossen ist Mit dem gleichen Emitter sind weiterhin ein Kondensator Q und ein Widerstand /?i verbunden, deren zweite Anschlüsse für Hochfrequenz an Masse E liegen. Die beschriebenen Bauelemente bilden ein auf den UKW-Hörfunkbereich abgestimmtes Eingangsbandfilter für den Transistor 71.

Die Antenne A\ ist weiterhin über eine als UKW-Sperre wirkende Induktivität L\ und eine Gleichstrom-Sperrkapazität C an die Basis eines Transistors T₂ angeschlossen, dessen Emitter wiederum mit der Basis eines Transistors T₃ verbunden ist. Der Emitter des Transistors T₃ ist über einen Widerstand A₃ und einen diesem parallel geschalteten Kondensator C₃ mit Masse E verbunden, ebenso der Emitter des so Transistors T₂ über den Widerstand R₂.

Der Kollektor des Transistors T₂ liegt direkt und der Kollektor des Transistors T₃ über einen Widerstand A4 am positiven Pol der Speisespannungsquelle. Die Hochfrequenzsignale werden am Kollektor des Transistors T₃ über einen Kondensator Q abgenommen.

Die Induktivitäten Lu L₂ und die Kapazität C\ haben für LMK vernachlässigbare Blindwiderstände. Die Transistoren T₂ und T₃ sind bezüglich Punkt F als Doppelemitterfolger (Darlington-Stufe) geschaltet und M haben eine Spannungsverstärkung von annähernd 1.

Aus diesem Grund und wegen der erwähnten vernachlässigbaren Blindwiderstände liegt an den Punkten A, B, D und F nach Betrag und Phase annähernd das gleiche Hochfrequenzpotential, so daß über den Kondensator C₂ kein Strom fließt.

Die Kapazität des Kondensators C₃ ist ein Vielfaches der KaDazität des Kondensators C₂, bei praktischen Anwendungen z.B. das Hundertfache, so daß die Eingangsspannung des UKW-Verstärkers durch den Kondensator C₃ nur um 1 % verringert wird.

Der Widerstand R₂ am Emitter des Transistors T₂ ist wesentlich größer als der Gleichstromwiderstand der Basis-Emitter-Strecke von 7^ und des damit in Reihe geschalteten Widerstandes R₃. Der Widerstand R₂ könnte auch fehlen, da er nur die Auswirkung von unerwünschten Gleichspannungsschwankungen auf die Wechselstromverstärkung verringert

Eine bekannte, von der Anmelderin offenkundig vorbenutzte Verstärkerkombination unterscheidet sich von der Schaltung in Fi g. 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 Verstärkung dient und den Vorteil hat daß der Verstärker höhere Pegel übertragen kann, ohne daß praktisch störende Übersteuerungsverzerrungen entstehen.

Diese vorteilhafte Wirkung soll wenigstens im LM-Frequenzbereich (0,15—1,6 MHz) erhalten bleiben. Dazu muß der kapazitive Widerstand des Kondensators C₃ im LM-Frequenzbereich größer sein als der dazu parallel geschaltete ohmsche Widerstand R₃. Im oberen Teil des Kurzwellenbereiches kann dagegen auf die erwähnte Gegenkopplung verzichtet werden, so daß der kapazitive Widerstand von C₃ dort kleiner sein kann als der ohmsche Widerstand von R₃. Diese Aufhebung der Gegenkopplung kann sogar vorteilhaft sein, weil ein unerwünschter Verstärkungsabfall im oberen Kurzwellenbereich dadurch ausgeglichen wird.

Bei den Ausführungsbeispielen nach den F i g. 2 und 3 sind Bauteile mit gleicher Wirkung mit gleichen Kennbuchstaben und Kennziffern bezeichnet wie in Fig.l.

In der Schaltung nach F i g. 2 besteht das Eingangsbandfilter des Transistors T] aus zwei durch einen Koppelkondensator Cio verbundenen Parallelresonanzkreisen, von denen der erste aus einer Induktivität L₂ und der Reihenschaltung von zwei Kapazitäten Ci und Ce gebildet ist, an deren Verbindung die Antenne A\ angeschlossen ist.

Der zweite Parallelschwingungskreis, der aus einer Kapazität Cn und einer Induktivität U mit einem Parallelwiderstand R\ besteht, ist mit dem Emitter des Transistors Ti verbunden. Im LM K-Verstärker ist ein Feldeffekt-Transistor H vorgesehen, dessen Gate über eine Induktivität L\ und einen Gleichstrom-Sperrkondensator Ci mit der Antenne und über einen Ableitwiderstand Rf, mit Masse E verbunden ist. Der Source-Anschluß F ist mit dem Fußpunkt B des Resonanzkreises L₂ICiICi und über die beiden in Reihe geschalteten Widerstände A3 und Rs mit Masse E verbunden. Dem Widerstand A₅ ist ein Kondensator Q parallel geschaltet, dessen kapazitiver Widerstand auch in den LMK-Bereichen kleiner ist als der ohmsche Widerstand Ä5. Dem Widerstand A3 ist wie beim ersten Beispiel ein Kondensator C₃ parallel geschaltet, dessen Kapazität ein Vielfaches der Serienkapazität QICg beträgt, aber wenigstens in den LM-Bereichen einen kapazitiven Widerstand darstellt, der größer ist als der dazu parallel liegende ohmsche Widerstand R₃.

Wenn in der Schaltung nach F i g. 2 der Fußpunkt B des Resonanzkreises L₂, CiICk an Masse £läge, wäre die Antenne A\ in den LMK-Frequenzbereichen durch die parallel geschalteten Kapazitäten Ci und Q belastet, weil der induktive Widerstand von L₂ im LMK-Bereich

sehr klein ist. Die dadurch bedingte Verringerung der LM K-Antennenspannung am Eingang des Transistors T₄ wird durch die Verbindung des Fußpunktes B mit dem Source-Anschluß des Feldeffekt-Transistors 7} in prinzipiell gleicher Weise vermieden wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1. Der Parallelresonanzkreis ist als Eingangskreis nur brauchbar, wenn jeder der beiden Reihenkondensiitoren Q und Q auch für die höchsten Frequenzen der LMK-Bereiche noch einen größeren Widerstand hat als die Induktivität L₂.

Für die erfindungsgemäße Kompensation ist es notwendig, daß der Fußpunkt B der unschädlich zu machenden Kapazität an den niederohmigen Ausgang F eines Impedanzwandlers mit hochohmigem 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 Bauelemente er enthält. Die Impedanz am Wandlerausgang muß nur um so kleiner sein, je kleiner der unschädlich zu machende kapazitive Widerstand ist.

Im Ausführungsbeispiel nach F i g. 3 ist gezeigt, daß durch die erfindungsgemäße Kompensation auch noch weitere Kapazitäten unschädlich gemacht werden können, wenn ihr Fußpunkt mit dem Ausgang F des Impedanzwandlers verbunden wird.

Dort ist beim UKW-Eingangsfilter nicht nur der Fußpunkt B des ersten Resonanzkreises Li, Ci, sondern auch der Fußpunkt G des zweiten Resonanzkreises U, Cn mit dem Emitter F des Transistors Ts verbunden. Dadurch wird im LMK-Bereich auch die zusätzliche Belastung der Antenne A\ durch die Reihenschaltung des Koppelkondensators G₀ und des Parallelschwingungskreises vermieden, der aus dem Kondensator Cn und der Induktivität L» besteht. Der Kondensator C₃ liegt auch in der F i g. 3 parallel zum Widerstand A3 am Emitter des Transistors Ti, aber er ist beim UKW-Verstärker gezeichnet, weil er in erster Linie am Fußpunkt des UKW-Eingangsfilters für UKW einen Kurzschluß nach Masse herzustellen hat und deshalb dort über eine möglichst kurze Leitung anzuschließen ist

Bei aktiven Antennen mit versenkbarem Teleskop

verbleibt auch bei herausgezogenem Teleskop eine verhältnismäßig große Kapazität zwischen einem Befestigungsstutzen und dem darin befindlichen Teleskopende. Die schädliche Antennenbelastung durch diese Kapazität im LMK-Bereich läßt sich dadurch beseitigen, daß zwischen dem Antennenstab At und dem Befestigungsstutzen H\ eine von beiden isolierte Metallhülse Hi eingesetzt und leitend mit dem Ausgang F des beschriebenen Impedanzwandlers verbunden wird. Das gleiche gilt für die Kapazität eines koaxialen Verbindungskabels zwischen einer Antenne A\ und einer erfindungsgemäßen Verstärkerkombination. In diesem Fall ist zwischen dem Innenleiter / und dem Außenleiter M\ des Koaxialkabels ein Innenschirm Mi erforderlich, der mit dem Ausgang F des Impedanzwandiers zu verbinden ist. in beiden Fällen wird die Antennenbeiastung 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

Die Kompensationsmaßnahmen nach den Ansprüchen 7 und 8 und entsprechend dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 3 sind für Autoradioempfänger vorteilhaft, die für LMK Diodenabstimmung aufweisen. Wegen der dazu erforderlichen verhältnismäßig großen einstellbaren Kapazitäten sind die Abstimmungsdioden empfindlich gegen große Signalspannungen. Deshalb ist vor den Abstimmkreisen eine geregelte Vorstufe für die gesamten LMK-Bereiche erforderlich, damit unabhängig vom Antennenpegel den Abstimmungsdioden ein annähernd konstanter Pegel zugeführt wird.

Diesem Zweck dient beim Ausführungsbeispiel nach der Fig.3 der Feldeffekttransistor TJ, zu dem die Regelspannung über den Widerstand Ri und den Transistor Ts gelangt. Der Eingangspegel des Transistors Ts wird durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen beträchtlich erhöht weil die Befestigungskapazität und besonders die Kabelkapazität viel größer sind als die

Antennenkapazität Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Hochfrequenz-Verstärkerkombination, bei der an eine Spannungsquelle, vorzugsweise eine Antenne, ein Verstärker für einen höheren Frequenzbereich über mindestens einen Resonanzkreis und ein Verstärker für einen"niederen Frequenzbereich über eine Sperre für den höheren Frequenzbereich angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Fußpunkt (B) des genannten Resonanzkreises für den höheren Frequenzbereich (Li, C₂, QICk) an den Verbindungspunkt (F) eines ohmschen Widerstandes (Ri) und der Quellelektrode eines aktiven Bauelementes (T₃) für den niederen Frequenzbereich angeschlossen ist wobei Mr den niederen Frequenzbereich an dem Verbindungspunkt (F) nach Betrag und Phase annähernd das gleiche Hochfrequenzpotential liegt wie am Anschlußpunkt (A) der Spannungsquelle, und daß der genannte ohmsche Widerstand (Ri) durch einen Kondensator (C₃) überbrückt ist, dessen Kapazität ein Vielfaches der Kapazität (C₂, C₁IQ) ist, die im genannten Resonanzkreis für den höheren Frequenzbereich (Li, C₂, C₁ICt) eingeschaltet ist.

2. Verstärkerkombination nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Resonanzkreis ein Reihenresonanzkreis (L₂, Ci) ist

3. Verstärkerkombination nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Resonanzkreis ein Parallelresonanzkreis (L₂, C₁ICs) ist, dessen Kapazität durch zwei in Reihe geschaltete Kondensatoren (C₁, Q) gebildet ist, an deren Verbindung die Antenne (A\) angeschlossen ist

4. Verstärkerkombination nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet daß der Fußpunkt (B) des Resonanzkreises (L₂, C₂, C₇IQ) mit dem Emitter (F) des zweiten Transistor (Tt) einer Doppelemitterfolgestufe verbunden ist.

5. Verstärkerkombination nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der an der Quellelektrode (F) des aktiven Bauelementes angeschlossene Kondensator (C3) wenigstens in einem Teil des niederen Frequenzbereiches einen kapazitiven Widerstand hat, der größer ist als der dazu parallel geschaltete ohmsche Widerstand (R3).

6. Verstärkerkombination nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Fußpunkt eines zweiten UKW-Resonanzkreises mit dem Fußpunkt B des genannten Resonanzkreises (L₂, C₂, C₁IQ) leitend verbunden ist.

7. Verstärkerkombination nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kapazität zwischen der Antenne (A\) und mit der Masse (E) leitend verbundenen Befestigungsteilen (H\) durch eine von beiden isolierte Metallhülse (H₂) in zwei Serienkapazitäten unterteilt und daß die Metallhülse (H₂) an die Quellelektrode (F) des genannten aktiven Bauelementes (Ti) angeschlossen ist.

8. Verstärkerkombination nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazität zwischen dem mit der Antenne (A\) verbundenen Innenleiter (I) und dem mit Masse (E) leitend verbundenen Außenleiter (M\) eines koaxialen Kabels durch einen isolierten Innenschirm (M₂) in zwei Serienkapazitäten unterteilt und der Innenschirm (M₂) an die Quellelektroden (F) des

genannten aktiven Bauelementes (Te) angeschlossen ist