DE2851905C2 - Gegengekoppelter Verstärker mit wenigstens zwei Transistoren - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen gegengekoppelten Verstärker mit wenigstens zwei Transistoren, der wenigstens eine als Gegentaktanordnung ausgebildete Verstärkerstufe enthält, insbesondere Breitbandverstärker für Einrichtungen der elektrischen Nachrichtenübertragungstechnik.

Ein derartiger Verstärker ist beispielsweise aus der DE-PS 12 95 644 bekannt. Der bekannte Verstärker ist als Koppelpunkt ausgebildet und mit einer Neutralisationsschaltung versehen, mit deren Hilfe Kopplungen zwischen den Kollektoren und Emittern von zwei gesperrten Koppelpunkten vermieden werden sollen.

Aus der Zeitschrift »Radio, Fernsehen, Elektronik« 19, Heft I, 1970, Seite4 ist bereits eine Neutralisation eines Differenzverstärkers mit Dioden bekannt, bei der jeweils der Kollektor des einen Transistors mit der Basis des anderen Transistors über eine Diode verbunden ist. Dabei dienen die Sperrschichtkapazitäten der beiden Dioden als Kompensationstrimmer. Bei Verwendung von NPN-Transistoren liegt die Anode auf seiten der Basis des Transistors. Dabei ergibt sich, daß die tnichtliriearen Kennlinien derPiödenkäpazitätennichtli·' neare Verstärkereigerischafiert, insbesondere bei iClirrprodukten dritter Ordnung, noch verschlechtern kön^ nen.

Aufgäbe der Erfindung ist es, einen gegengekoppelten Verstärker derart auszubilden, daß das Nachrichten^ Übertragungsband, insbesondere ein Breitbandsignal, möglichst ohne nichtlineare Verzerrungen verstärkt wird.

Aus der DD-PS 3 917 ist bereits ein Gegentaktverstärker mit Röhren bekannt, der mit einer kompensierten Rückkopplung versehen ist. Dabei sind zwei Spannungsteiler vorgesehen, von den ein jeder zwischen dem Gitter der einen Elektronenröhre und der Kathode der Gegentaktelektronenröhre des kathodengekoppelten Verstärkers eingeschaltet ist- Die Abgriffe der Spannungteiler sind so gewählt, daß sich zwischen ihnen eine Spannung der Signalfrequenzen nicht herausbildet, während die einzelnen von diesen Spannungsteilern abgegriffenen Verzerrungskomponen ten als negative Rückkopplungsspannungen dem ■Gitter je einer Röhre in einer der vorhergehenden Stufen des Verstärkers zugeführt werden.

Gemäß der Erfindung wird der gegengekoppelte Gegentakt-Verstärker derart ausgebildet, caß bei wenigstens einer Verstärkerstufe bei mindestens einem Transistor die Basis an einen, eine in Sperrichtung VOrgCSp3nni€ i^iCuc cmiiaiicnucn miiKöpprüngSZWcig angeschlossen ist und daß die Diode derart gepolt ist, daß bei einem NPN-Transistor die Kathode und bei einem PNP-Transistor die Anode auf Seiten der Basis des Transistors liegt und daß der Transistor gegengekoppelt ist. Dabei erhält der Transistor jeweils über eine Diode, die nichtlincare Eigenschaften besitzt, eine Mitkopplung. Die Verstärkerstufe ist so stark gegengekoppelt, daß die Mitkopplung in keiner Weise die Stabilität beeinträchtigt.

Die betreffende Gegentaktstufe kann symmetrisch oder unsymmetrisch ausgebildet sein. In beiden Fällen wird die Höhe der Mitkopplung insbesondere so gewählt, daß die nichtlinearen Verzerrungen ein Minimum erreichen. Dabei ergibt sich in vorteilhafter Weise ein gegengekoppelter Verstärker mit besonders weitgehender Klirrneutralisation. Es läßt sich andererseits eine Überneutralisation einstellen, die vorzugsweise zum Linearisiei en bereits vorher \ rklirrte- Steuersignale dienen kann.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird der Verstärker derart ausgebildet, daß bei beiden Transistoren der Gegentaktstufe jeweils die Basis an einen eigenen, eine Diode enthaltenen Mitkopplungszweig angeschlossen ist und daß die Mitkopplungszweige symmetrisch kreuzweise angeordnet sind. Ferner werden die Dioden zweckmäßigerweise derart gewählt, daß ihre nichtlinearen Eigenschaften mit denen der Transistoren wenigstens annähernd übereinstimmen.

Eine Ausbildung des Verstärkers in integrierter Technik hat dabei den Vorteil, daß sich zugleich eine thermische Kopplung der Dioden mit den Transistoren einerseits und eine besonders weitgehende Überein-Stimmung der nichtlinearen Eigenschaften der Dioden und der Transistoren erzielen lassen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird der Verstärker derart ausgebildet, daß die Diode mn parallel oder in Reihe liegenden Impedanzen versehen und/oder mit einer, insbesondere veränderbaren Vor spannung beaufschlagt ist, so daß sich die jeweils gewünschte Kömpensation herbeiführen und ggf. abgleichen läßt,
Die Erfindung wird anhand des in F i g, 1 gezeigten

AiisführUngsbeispieies und der in Fig.2 gezeigten Ersatzschaltung näher erläutert. Es zeigt

Fig, 1 einen Gegentaktverstärker mit ParalleNGe^ gerikopplung und Klirrneulralisation durch Mitkopp-

lung und über vorgespannte Dioden und

Fig.2 eine Ersatzschaltung für eine der beiden Hälften der in F i g. 1 gezeigten Gegentaktanordnung.

Der Gegentaktverstärker nach Fig. 1 enthält die Transistoren 5t und 52, deren Emitter miteinander ; verbunden und über die aus dem Widerstand 13 und

dem Kondensator 26 bestehende Parallelschaltung an

] Masse geführt sind. Die Transistoren 5i und 52 sind

j ferner mit ihren Basen an die symmetrische Sekundär-

wicklung 72 cjes Eingangsübertragers 7 und mit ihren ■ Kollektoren an die symmetrische Primärwicklung 81

des Ausgangsübertrager 8 angeschlossen. Die Wicklun-

gen 72 und Bl sind jeweils mit ihrer Mittelanzapfung über einen Kondensator 21 bzw. 28 an Masse gelegt Zwischen einem Anschluß für die Betriebsspannung + Ub, der unmittelbar an der Mittelanzapfung der Wicklung 81 liegt, und Masse ist ein aus den Widerständen 11 und 12 bestehender Spannungsteiler angeordnet Der Verbindungspunkt der Widerstände 11 und 12 ist an die Mittelanzapfung der Wicklung 72 geführt. Der Widerstand 12 besitzt einen einsteilbaren Abgriff, an dem die einstellbare Vorspannung Uv zur Verfügung steht

Die Transistoren 51 und 52 sind mit Hilfe der jeweils zwischen Kollektor und Basis desselben Transistors 51 bzw. 52 angeordneten Impedanz 61 bzw. 62 gegengekoppelt. Darüber hinaus sind Mitkopplungszweige vorgesehen, die vom Kollektor des einen Transistors 51 bzw. 52 zur Basis des anderen Transistors 52 bzw. 51 führen.

Jeder der beiden Mitkopplungszweige enthält eine Diode 41 bzw. 42, die mit Hilfe der Vorspannung Uv in Sperrichtung vorgespannt ist. Zu diesem Zweck sind zwischen dem Abgriff des Widerstandes 12 und Masse zwei Serienschaltungen angeordnet, die jeweils aus zwei Drosseln 31, 33 bzw. 32, 34 und einer zwischen den beiden Drosseln angeordneten Diode 41 bzw. 42 bestehen. Außerdem ist der Abgriff des Widerslandes 12 fiber den Kondensator 22 an Masse gelegt.

Von den Mitkopplungszweigen verläuft der eine vom Kollektor dos Transistors 51 über den Kondensator 25, die Diode 41 und den Kondensator 23 zur Basis 520 des Transistors 52. Der andere Mitkopplungszwjig verläuft vom Kollektor des Transistors 52 über den Kondensator 27, die Diode 42 und den Kondensator 24 zur Basis 510 des Transistors 51.

Läßt man einen der beiden Mitkopplungszweige, ζ. Β. den aus den Schaltelementen 23, 25, 31, 33 und 41 bestehenden Mitkopplungskreis weg, so ergibt sich eine unsymmetrische Anordnung.

Fig. 1 zeigt einen Verstärker mit zwei Transistoren in Emitterschaltung. Wesentliche Klirrquellen sind die inneren Kollektor-Basis-Kapazitäten, die spannungsabhängig sind und daher mit dem Nutzsignal variiert werden. Die steuernde Quelle an den Basen 510,520 der Transistoren 51 und 52 wird durch hohe nichtlineare Millerkapazitäten — das sind die hochtransformierten Kollektor-Basis-Kapazitäten — belastet
Ein Mitkopplungs-Netzwerk bildet jeweils diese nichtlinearen Kapazitäten nach und zwar mit Hilfe der Dioden 41 bzw. 42, deren Kennlinie, insbesondere deren Kapazitätskennlinie, möglichst genau der Kennlinie der Kollektor-Basis-Strecke des zugeordneten Transistors

ίο entspricht Auf diese Weise wird in vorteilhafter Weise erreicht, daß die steuernde Quelle an der Basis jeweils durch eine negative nichtlineare Kapazität belastet wird, die der zwischen Basis und Emitter wirksamen positiven Kapazität entspricht

Die Kollektor-Basis-Diodenstrecken der Transistoren 51 und 52 sowie die Dioden 41 und 42 sind in Sperrichtung vorgespannt, so daß sich eine weitgehende Nachbildung der Nichtlinearitäten ergibt

In der Fig. 2 gezeigten Ersatzschaltung eines Zweiges wird deutlich, welche Polung der Dioden zur gewünschten Neutralisation führt !Vs Ausgangssignal an der Primärwickiung Si des Ausgangsübertrager Uz ist bei sorgfältigem Abgleich von der Basis entkoppelt. Keine der beiden Nichtlinearitäten hat noch Einfluß auf die einer Quelle mit endlichem Innenwiderstand entnommene Steuerspannung. Die Polung der zur Nachbildung dienenden Dioden 41 und 42 in F i g. 1 wird durch die gleichspannungsmäßige Abtrennung mittels der Drosseln 21 und 24 und der als Abblockkondensatoren bemessenen Kondensatoren 23, 24, 25 und 27 ermöglicht. Mit Hilfe des einstellbaren Spannungsteilerwidsrstandes 12 kann der Neutralisationspunkt eingestellt werden, besonders genau dann, wenn die Kennlinien der Transistoren 51, 52 und der Dioden 41, 42 zueinander passen. Einer der beiden Mitkopplungszweige kann entfallen, wenn der andere seine Aufgabe mit übernimmt. Durch Überkompensation in der einen Hälfte wird die Nichtlinearität beider Hälften exakt kompensiert.

Die Temperaturabhängigkeit der Kennlinien läßt sich durch gute thermische Kopplung der Dioden 41, 42 mit de:. Transistoren 51,52 beherrschen, am günstigsten bei Realisierung auf ein und demselben Chip. Zweckmäßigerwtise nimmt man gleich zwei Transistoren aus einer Charge und benutzt einen davon als Transistor, den anderen als Diode. Dann passen auch die Kennlinien zueinander. Ferner sind diese Kennlinien sehr gleichmäßig.

Der Verstärker eignet sich bei Überneutralisation auch zum Linearisieren bereits vorher verklirrten Steuersignale, insbesondere zur Beseitigung der Klirrgeräusche auf einer Übertragungsstrecke der Trägerfrequenztechnik.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Gegengekoppelter Verstärker mit wenigstens zwei Transistoren, der wenigstens eine als Gegentaktanordnung ausgebildete Verstärkerstufe enthält, insbesondere Breitbandverstärker für Einrichtungen der elektrischen Nachrichtenübertragungstechnik, dadurch gekennzeichnet, daß bei wenigstens einer Verstärkerstufe bei mindestens einem Transistor (51) die Basis (510) an einen, eine in Sperrichtung vorgespannte Diode (42) enthaltenden Mitkopplungszweig (24, 42, 27) angeschlossen ist und daß die Diode (42) derart gepolt ist, daß bei einem NPN-Transistor (51) die Kathode und bei PNP-Transistor die Anode auf Seiten der Basis (510) des Transistors (51) liegt und daß der Transistor (51) gegengekoppelt ist

2. Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei beiden Transistoren (51, 52) der Gegentaktstufe jeweils die Basis (510, 520) an einen eigenen, eint Diode (41, 42) enthaltenen Mitkoppiungszweig (24, 42, 27; 23, 41, 25) angeschlossen ist und daß die Mitkopplungszweige symmetrisch kreuzweise angeordnet sind.

3. Verstärker nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dioden (41, 42) thermisch mit den Transistoren (51,52) gekoppelt sind.

4. Verstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dioden (41, 42) derart gewählt sind, daß ihre nichtlinearen Eigenschaften mit denen der Transistoren (51, 52) wenigstens a· nähernd übereinstimmen.

5. Verstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß uie Diode (41, 42) mit parallel oder in Reihe liegenden Impedanzen (31,33; 32, 34) versehen und/oder mit uner. insbesondere veränderbaren Vorspannung (Uv) beaufschlagt ist.