DE3207945A1

DE3207945A1 - Regelbarer hochfrequenzverstaerker

Info

Publication number: DE3207945A1
Application number: DE19823207945
Authority: DE
Inventors: Winfried Dipl.-Ing. 7101 Flein Rabe
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH
Priority date: 1982-03-05
Filing date: 1982-03-05
Publication date: 1983-09-15
Also published as: DE3207945C2

Description

Regelbarer Hochfrequenzverstärker
Die Erfindung betrifft einen regelbaren Hochfrequenzverstärker aus einem Dual-Gate-Feldeffekttransistor in Gate-Eins-Schaltung bei dem dem zweiten Gate eine die Ver--stärkung bestimmende Regelspannung zugeführt wird.
Es sind regelbare HF-Verstärker mit Feldeffekttransistoren in Source-Grundschaltng bereits bekannt. Zur Anpassung des sehr großen Eingangswiderstandes an einen vorgegebenen Wellenwiderstand ist ein umfangreiches Netzwerk erforderlich. Ferner ist bereits eine Verstärkerschaltung in Gate-Grundschaltung bekannt, bei der die niedrige Eingangsimpedanz stark vom Regelzustand abhängig ist. Zum Ausgleich dieser Abhängigkeit werden Netzwerke vorgeschaltet und über spezielle Transistorschaltungen angesteuert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Eingangsimpedanz einer HF-Verstärkerschaltung über einen großen Regelbereich bei geringstem technischem Aufwand weitestgehend konstant zu halten. Diese Aufgabe wird bei einem regelbaren Hochfrequenzverstärker der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Eingangsanschluß des Verstärkers über eine Diode und einen zur Diode in Reihe geschalteten Widerstand mit dem Regelspannungspotential verbunden ist, so daß bei abnehmender Verstärkung die Diode ab einem bestimmten Wert der Regelspannung stromführend wird.
Der genannte Widerstand wird so dimensioniert, daß der Eingangswiderstand des Verstärkers im gesamten Regelbereich der Verstärkung weitestgehend konstant bleibt.
Dem dem Eingangs- und Ausgangskreis des Verstärkers gemeinsamen ersten Gate wird ein Gleichspannungspotential zur Einstellung der maximalen Verstärkung zugeführt. Der regelbare Hochfrequenzverstärker nach der Erfindung eignet sich insbesondere für die Verwendung als Mikrowellenverstärker oder als Antennenverstärker. Er kann auch als UHF-Verstärker oder als ZF-Verstärker in Satellitenempfängeranlagen eingesetzt werden.
Bei der erfindungsgemäßen HF-Verstärkerschaltung ist besonders vorteilhaft, daß die Transistorverstärkung und die Anpassungsschaltung für den Eingangswiderstand dieses Verstärkers mit nur einer Regelspannung gesteuert wird.
Hierbei wird der Arbeitspunkt des Feldeffekttransistors für maximale Verstärkung mit Hilfe einer festen Gleichspannung am ersten Gate des Feldeffekttransistors eingestellt. Bei reduzierter Verstärkung wird dann ein Ausgleich der Eingangsimpedanz erforderlich, der mit ausreichender Genauigkeit durch einen linearen Zusammenhang zwischen der Regelspannung und dem Diodenstrom erzielt wird. Dieser lineare Zusammenhang wird durch die Größe des zur Diode in Reihe geschalteten Widerstandes bestimmt.
Die Erfindung und ihre weitere vorteilhafte Ausgestaltung wird nachstehend noch anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert.
In der Figur 1 ist der erfindungsgemäße HF-Verstärker mit dem Dual-Gate-Feldeffekttransistor T1 in G1-Grundschaltung dargestellt. Bei dem Feldeffekttransistor handelt es sich beispielsweise um einen selbstleitenden n-Kanal-Sperrschichtfeldeffekttransistor. Die Source-Elektrode S ist mit dem HF-Eingang verbunden, während die Drain-Elektrode D mit dem HF-Ausgang verbunden ist. Beide Gate-Elektroden G1 und G2 sind über Kondensatoren C1 und C2 wechselspannungsmäßig an Masse gelegt. Ferner liegt die Gate-Elektrode G1 am Gleichspannungspotential UG1, mit dem der Arbeitspunkt des Feldeffekttransistors für die maximale Verstärkung eingestellt wird. Der Drain-Elektrode p des Feldeffekttransistors wird die Versorgungsspannung Ud über eine HF-Drossel L1 zugeführt. Zwischen der Source-Elektrode und der Masse-Elektrode liegt eine weitere HF-Drossel L2.
Die Drosseln L1 und L2 dienen zur Trennung von Hochfrequenz- und Gleichspannung. Parallel zur Drossel L2 bzw. zu den Eingangspolen der Schaltung liegt die Reihenschaltung aus einer Diode D1 und einem Kondensator C3. Der Kondensator C3 dient zur Potentialtrennung zwischen der Masse-Elektrode und dem Regelspannungspotential Ur, das über den Widerstand R1 an die Verbindung zwischen Diode D1 und Kondensator C3 angeschlossen ist.
Für eine maximale Verstärkung des HF-Verstärkers wird die Regelspannung U am Gate G auf positive Werte eingestellt r 2 Die Diode D1 ist folglich gesperrt und der Transistor wird in dem durch die Spannungen Ud und UG1 festgelegten Arbeitspunkt betrieben. Der Eingangswellenwiderstand der Verstärkerschaltung ist näherungsweise gegeben durch ZlqS Y1 wobei Y21 die Steilheit des Transistors T1 ist. 21.
Zur Reduzierung der Verstärkung wird die Regelspannung U zu negativen Spannungswerten hin verändert. Dadurch r reduziert sich die Steilheit Y21 des Transistors T1.
Ohne die vorgeschaltete Diode D1 würde sich- der Eingangswellenwiderstand Z1 erhöhen, und die Anpassung der Verstärkerschaltung an eine vorhergehende Schaltstufe wäre für viele Anwendungszwecke unzureichend.
Mit Hilfe der Diode D1 und dem Widerstand R1 wird dieser Effekt ausgeglichen. Bei negativen Regelspannungen U r fließt beim Erreichen der Flußspannung für die Diode D1 über diese Diode ein Strom I1. Dadurch wird die Impedanz der Diode bei sinkenden Regel spannungen kontinuierlich geringer und der Eingangswiderstand Z1 kann auf konstantem Niveau gehalten werden. Die Größe des Widerstandes R1 wird dabei so gewählt, daß möglichst geringe Änderungen von Z1 für alle Regel spannungen Ur im gesamten Regelbereich auftreten.
Aus der Figur 2 ergibt sich der Diodenregelstrom I1 in Abhängigkeit von der Regelspannung Ur für optimale Anpassungen. Die Anpassung ist dabei so definiert, daß das Stehwellenverhältnis kleiner als 1,5 ist. Die in der Figur 2 dargestellten Meßpunkte geben den Regelstrom I1 in Abhängigkeit von der Regelspannung U an, bei denen bei r jeweils geänderten Verstärkungsverhältnissen eine optimale Anpassung des Wellenwiderstandes der Verstärkerschaltung an einen vorgegebenen Wellenwiderstand erzielt wurde. Die gestrichelte Funktion gibt den mit der erfindungsgemäßen Schaltung erzielten linearen Regelverlauf an, wenn der Widerstand R1 beispielsweise den Wert R1 = 4,2 kQ aufweist.
Wie man aus dem Diagramm entnimmt, ist die mit der Diode und dem Widerstand R1 erzielte lineare Annäherung an die optimal ermittelten Meßpunkte äußerst gut.
Bei einem Ausführungsbeispiel wurde ein Regelbereich von 40 dB mit Hilfe von Regelspannungen zwischen + 2 und - 4 V erreicht. Die UHF-Frequenz lag hierbei bei 800 MHz und die Anpassung des Eingangswellenwiderstandes der HF-Verstärkerschaltung gemäß Figur 1 erfolgte auf einen Wellenwiderstand von 50 Q. Der Widerstand R1 hatte dabei den Wert von 4,2 kQ und bei der Diode D1 handelte es sich um eine PIN-Diode.
Die Diode D1 und der Transistor T1 werden vorzugsweise in einen gemeinsamen Halbleiterkörper integriert.
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Claims

Patentansprüche S Regelbarer Hochfrequenzverstärker aus einem Dual-Gate-Feldeffekttransistor in Gate-Eins-Schaltung, bei dem dem zweiten Gate eine die Verstärkung bestimmende Regelspannung zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingangsanschluß des Verstärkers über eine Diode (D1) und einen zur Diode in Reihe geschalteten Widerstand (R1) ) mit dem Regelspannungspotential (Ur) verbunden ist, so daß bei abnehmender Verstärkung die Diode ab einem bestimmten Wert der Regelspannung stromführend wird.
2) Regelbarer Hochfrequenzverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingangswiderstand der Schaltung (Z1) bei maximaler Verstärkung durch geeignete Wahl der Transistorsteilheit bestimmt wird.
3) Regelbarer Hochfrequenzverstärker nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand (R1) so dimensioniert ist, daß der Eingangswiderstand des Verstärkers im gesamten Regelbereich der Verstärkung weitestgehend konstant bleibt.
4) Regelbarer Hochfrequenzverstärker nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Eingangsanschlun und Bezugspotential die Reihenschaltung. aus der Diode (D1) und einem Trennkondensator <c3) liegt, und daß der Widerstand (R1) an die Verbindung zwischen Diode und Kondensator angeschlossen ist.
5) Regelbarer Hochfrequenzverstärker nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem dem Eingangs- und Ausgangskreis des Verstärkers gemeinsamen Gate (G1) ein Gleichspannungspotential (dgl) zur Einstellung der maximalen Verstärkung zugeführt wird.
6) Regelbarer Hochfrequenzverstärker nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch seine Verwendung als Mikrowellenverstärker oder als Antennenverstärker.
7) Regelbarer Hochfrequenzverstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch seine Verwendung als UHF-Verstärker oder als ZF-Verstärker.
8) Regelbarer Hochfrequenzverstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch die Integration der Diode D1 und des Transistors T1 auf dem gleichen Halbl eiterchip.