DE2801471C2

DE2801471C2 - Breitbandverstärker

Info

Publication number: DE2801471C2
Application number: DE19782801471
Authority: DE
Inventors: Peter Ing.(Grad.) 8000 Muenchen Bartenstein
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1978-01-13
Filing date: 1978-01-13
Publication date: 1980-02-28
Also published as: DE2801471B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen mehrstufigen Breitbandverstärker, vorzugsweise Leitungsverstärker der Trägerfrequenztechnik, mit einem eine Kettenschaltung von zwei Transistorstufen enthaltenden, als Schichtschaltung ausgebildeten Verstärkerteil und einem zwischen dem Ausgang und dem Eingang des Verstärkerteiles angeordneten Gegenkopplungsteil, wobei die in der Kettenschaltung erste Transistorstufe für das zu verstärkende Signal als Emitterstufe geschaltet ist.

Unter Schichtschaltungen sind im vorliegenden Zusammenhang Dünnschicht- und/oder Dickschichtschaltungen oder dergleichen zu verstehen.

Ein derartiger Breitbandverstärker ist beispielsweise aus F. Koppehele und P. K u ß m a u 1: »TF-Unterflurverstärker V 300 bis V 10 800«, Siemens-Zeitschrift 48 (1974), Beiheft »Nachrichten-Übertragungstechnik«, Seiten 102 bis 105 bekannt. Bei dem bekannten Breitbandverstärker enthält der aktive Verstärkerteil drei in Emitterschaltung betriebene Transistoren. Der passive Verstärkerteil besteht aus einem Gegenkopplungsnetzwerk und zwei Verzweigungsschaltungen, die als Brückenübertrager ausgebildet sind. Die Netzwerke des Verstärkers sind in Dünnschicht-Hybridtechnik aufgebaut.

Die Stabilität eines derartigen Verstärkers gegen Schwingen wird vom frequenzabhängigen Verlauf der Schleifenverstärkung oberhalb des Übertragungsbandes bestimmt. Gewisse Bauteiletoleranzen beeinflussen die Schleifenverstärkung sehr breitbandig bis weit über den Betrags-Nulldurchgang hinaus.

Für einen optimalen Verlauf der Schleifenverstärkung auch bei extremen, noch zulässigen Bauteilewerten ist es daher zweckmäßig, eine Abgleichmöglichkeit für die Schleifenverstärkung vorzusehen.

Bei einem dreistufigen Verstärker in Emitterschaltung kann man zur breitbandigen Änderung der Schleifenverstärkung die Eigengegenkopplung der ersten und zweiten Stufe mit einem Trimmer im Emitterkreis beeinflussen. Für den erforderlichen Abgleichbereich sind in diesem Fall Trimmer mit relativ großer Kapazität erforderlich. Die Serienresonanz der Eigeninduktivität mit der Kapazität des Trimmers kann sich dabei nachteilig auf die Schleifenverstärkung auswirken.

Aufgabe der Erfindung ist es, für einen Breitbandverstärker der vorstehend näher bezeichneten Art eine veränderbare Anhebung der Schleifenverstärkung zu ermöglichen und dabei den besonderen Erfordernissen eines als Schichtschaltung ausgebildeten Verstärkerteiles gerecht zu werden. Insbesondere soll eine Abgleichmöglichkeit mit einem den Bauteiletoleranzen vergleichbaren breitbandigen Einfluß geschaffen werden.

Man kann den Breitbandverstärker in Emitter-Kollektor-Emitterschaltung aufbauen und ein Abgleichelement für die Schleifenverstärkung über die Beeinflussung der Eigengegenkopplung in der Endstufe vorsehen. Der niederohmige Emitterkreis erfordert dabei allerdings eine sehr große Kapazitätsvariation, :o daß die Eigenresonarz des Abgleichtrimmers in den abzugleichenden Frequenzbereich fällt. Die Forderung nach einem breitbandigen Einfluß wird auch von einem Trimmer, der den hochohmigen Kollektor der ersten Stufe belastet, nicht ohne weiteres erfüllt. Ein derartiger Kondensator wirkt sich jedoch ungünstig auf die Klirrdämpfung aus.

Gemäß der Erfindung wird der Breitbandverstärker derart ausgebildet, daß die zweite Transistorstufe in Kollektorschaltung geschaltet ist und daß der Emitter des Transistors der zweiten Transistorstufe über eine veränderbare Kapazität und einen dazu in Serie angeordneten ohmschen Widerstand an den Emitter des Transistors der ersten Transistorstufe geführt ist.

Durch diese Maßnahmen ergibt sich in vorteilhafter Weise ein Breitbandverstärker mit großer Schleifenverstärkung, bei dem eine veränderbare Anhebung der Schleifenverstärkung durch eine gezielte Mitkopplung in der Weise möglich ist, daß bei geringem Aufwand die Klirrdämpfung des Verstärkers nicht beeinflußt wird. Das Abgleichelement ist insbesondere zum Einsatz auf einer Keramik-Schichtschaltung geeignet und verschlechtert die äußeren Kennwerte des Verstärkers nicht.

In Weiterbildung der Erfindung wird der Breitbandverstärker derart ausgebildet, daß die Kapazität durch einen Trimmerkondensator gebildet ist und etwa im Bereich von 0,5 bis 2 pF liegt. In vorteilhafter Weise läßt sich dabei die Eigenresonanzfrequenz des Trimmers so groß machen, daß sie oberhalb des interessierenden Einflußbereiches des Trimmers liegt und deshalb nicht zur Verzerrung der Schleifenverstärkung führt.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird der Breitbandverstärker derart ausgebildet, daß der zweiten Transistorstufe eine dritte Transistorstufe in Emitterschaltung nachgeschaltet ist und daß der Gegenkopplungsteil zwischen dem Kollektor des Transistors der dritten Verstärkerstufe und dem Emitter des Transistors der ersten Transistorstufe angeordnet ist.

Die Erfindung wird anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen dreistufigen Breitbandverstärker mit einer sogenannten Gegenkopplung »über alles«, der mit einer veränderbaren Mitkopplung zum Abgleichen der Schleifenverstärkung versehen ist und

F i g. 2 für den Breitbandverstärker nach F i g. 1 den Einfluß eines zur Mitkopplung dienenden Trimmerkondensators auf die Schleifenverstärkung.

Der in F i g. 1 gezeigte Breitbandverstärker ist zur Verringerung der Einflüsse von Bauteiletoleranzen, nichtlinearen- Kennlinien, Temperaturänderungen, Schwankungen der Versorgungsspannung usw. mit einer Gegenkopplung über alle Stufen aufgebaut Er enthält den Verstärkerteil 3 und den Gegenkopplungsvierpol 4. Im Verstärkerteil 3 sind drei Transistorstufen 31 ... 33 in Kette geschaltet Von diesen Transistorstufen 31 ... 33, die mit Transistoren 310, 320, 330 desselben Leitfähigkeitstyps versehen sind, ist die erste als Emitterstufe für das zu verstärkende Signal und als Basisstufe für das Gegenkopplungssignal geschaltet Die mittlere ist als KoUektorstufe, die dritte als Emitterstufe geschaltet

Der Eingang E des Breitbandverstärkers ist mit der Basis des Transistors 310 der ersten Transistorstufe 31 verbunden. Bei dem Transistor 310 ist der Kollektor über den komplexen Widerstand 71 an Masse und der Emitter über die Widerstände 72 und 73 an Versorgungsspannung -Uv geführt. Der Verbindungspunkt der Widerstände 72 und 73 ist über den Kondensator 83 hochfrequenzmäßig geerdet.

Der Transistor 320 der zweiten Transistorstufe 32 ist mit dem Kollektor an Masse, mit der Basis an den Kollektor des Transistors 310 und mit dem Emitter über den Lastwiderstand 74 an die Versorgungsspannung -Ungeführt.

Der Transistor 330 der dritten Verstärkerstufe 33 ist mit der Basis unmittelbar an den Spannungsteiler 75,76 und über den Kondensator 82 an den Emitter des Transistors 320 gelegt. Der Transistor ist ferner mit dem Emitter über den komplexen Widerstand 77 und den Widerstand 78 an Masse und mit dem Kollektor über die Primärwicklung des als Gabel geschalteten Ausgangsübertragers 5 und den dazu in Serie liegenden Widerstand 93 an Masse geführt. Der Verbindungspunkt der Widerstände 77 und 78 ist über den Kondensator 85 hochfrequenzmäßig geerdet. An der Sekundärwicklung des Ausgangsübertragers 5 liegt der Ausgang A des Breitbandverstärkers.

Die Primärwicklung des Ausgangsübertragers 5 ist mit einer Anzapfung über den Gegenkopplungsvierpol 4 sowohl an den Emitter des Transistors 310 als auch über den Widerstand 94 und den dazu in Serie liegenden, als Gabel geschalteten und als Sparübertrager ausgebildeten Eingangsübertrager 2 an den Eingang Π geführt. In der Verbindung des Ausgangsübertragers 5 mit dem Gegenkopplungsvierpol 4 liegt das Klemmenpaar a, b.

An diesem Klemmenpaar a, b kann die Schleifenverstärkung μβ gemessen werden. Sind die Klemmen a und b miteinander verbunden, so ist die Gegenkopplung über alles wirksam.

Die Basis des Transistors 310 ist an den Spannungsteiler 79, 80 angeschlossen. Die Versorgungsspannungsquelle — U_v, Masse ist durch den Kondensator 84 für Wechselspannung überbrückt

Der Breitbandverstärker ist ein in Emitter-Kollektor-Emitterschaltung aufgebauter Leitungsverstärker, bei dem die erste Stufe für die Verstärkung im Schleifenweg als Basisstufe wirkt Der Emitter des Transistors 320 ist über eine Serienschaltung aus dem Trimmerkondensator 81 und dem als Dämpfungswiderstand dienenden ohmschen Widerstand 92 an den Emitter des Transistors 310 geführt

Als Abgleichelement für einen definierten Verlauf der Verstärkung im Gegenkopplungskreis, d. h. der Schleifenverstärkung mit einem breitbandigen Einfluß auf die Schleifenverstärkung ist der Trimmerkondensator 81 vorgesehen. Die Kapazität dieses Trimmerkondensators 81 ist in vorteilhafter Weise so klein, daß der Kondensator 81 auf der Keramik-Schichtschaltung des Verstärkerteiles 3 in Dünnfilmtechnik leicht hybridierbar ist

Der Breitbandverstärker nützt die Verstärkung der ersten beiden Trasistorstufen 31 und 32 aus und führt vom Emitter des Transistors 320 der zweiten Transistorstufe 32 über den Trimmerkondensator 81 und den dazu in Serie liegenden Dämpfungswiderstand 92 einen Teil des Signals in Form einer Mitkopplung auf den Emitter des Transistors 310 der ersten Transistorstufe 31 zurück. Auf diese Weise läßt sich ein ausreichender Abgleichbereich mit einem Trimmerkondensator kleiner Kapazität erzielen. Insbesondere läßt sich durch Kapazitäten im Bereich von 0,5 bis 2 pF im Abgleichbereich eine maximale Verstärkungsänderung bei zirka 400 MHz erzielen.

In vorteilhafter Weise liegt dabei die Eigenresonanz des Trimmerkondensators 81 einschließlich seiner Anschlüsse sehr hoch. Die mit der kleinen Kapazität verbundene hohe Eigenresonanzfrequenz bewirkt einen breitbandigen Einfluß des Trimmerkondensators.

Der gewünschte Einfluß der veränderbaren Mitkopplung auf die Schleifenverstärkung des Breitbandverstärkers geht aus F i g. 2 hervor.

Für die Kapazitäten C_min C_n, und C_max als Parameter ist die Schleifenversiärkung 20 Ig μβ als Funktion der ebenfalls im logarithmischen Maßstab aufgetragenen Frequenz / dargestellt. Man sieht, daß sich im Variationsbereich der Kapazität die Schleifenverstärkung praktisch nur oberhalb des bis 60 MHz reichenden Nutzfrequenzbereichs ändert. Der Einfluß des Trimmerkondensators 81 ist ebenso breitbandig wie der der zu berücksichtigenden Bauteiletoleranzen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Mehrstufiger Breitbandverstärker, vorzugsweise Leitungsverstärker der Trägerfrequenztechnik, mit einem eine Kettenschaltung von zwei Transistorstufen enthaltenden, als Keramik-Schichtschaltung ausgebildeten Verstärkerteil und einem zwischen dem Ausgang und dem Eingang des Verstärkerteils angeordneten Gegenkopplungsteil, wobei die in der Kettenschaltung erste Transistorstufe für das zu verstärkende Signal als Emitterstufe geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Transistorstufe (32) in Kollektorschaltung geschaltet ist und daß der Emitter des Transistors (320) der zweiten Transistorstufe (32) über eine veränderbare Kapazität und einen dazu in Serie angeordneten ohmschen Widerstand an den Emitter des Transistors (310) der ersten Transistorstufe (31) geführt ist.

2. Breitbandverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazität durch einen Trimmerkondensator gebildet ist und etwa im Bereich von 0,5 bis 2 pF liegt.

3. Breitbandverstärker nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweiten Transistorstufe (32) eine dritte Transistorstufe (33) in Emitterschaltung nachgeschaltet ist und daß der Gegenkopplungsteil zwischen dem Kollektor des Transistors (330) der dritten Verstärkerstufe und dem Emitter des Transistors (3iO) der ersten Transistorstufe (31) angeordnet ist.