DE3207945C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem regelbaren Hochfrequenzverstärker aus einem Dual-Gate-Feldeffekttransistor in Gate-Eins-Schaltung bei dem dem zweiten Gate eine die Verstärkung bestimmende Regelspannung zugeführt wird.

Eine derartige Schaltung ist aus der US-PS 40 57 756 bekannt. Ferner ist aus der DE-AS 23 14 266 eine Eingangsschaltung für einen Tuner bekannt, bei der am bipolaren Verstärkertransistor mit Hilfe einer an eine separate Vorspannungsquelle angeschlossenen Diode eine Vorabregelung erzielt wird.

Es sind regelbare HF-Verstärker mit Feldeffekttransistoren in Source-Grundschaltung 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 und ohne Zusatzspannung für eine Vorabregelung weitestgehend konstant zu halten. Diese Aufgabe wird bei einem regelbaren Hochfrequenzverstärker der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

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 Fig. 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 U _{G 1}, mit dem der Arbeitspunkt des Feldeffekttransistors für die maximale Verstärkung eingestellt wird. Der Drain-Elektrode D des Feldeffekttransistors wird die Versorgungsspannung U _d 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 U _r , 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 _r am Gate G₂ auf positive Werte eingestellt. Die Diode D₁ ist folglich gesperrt und der Transistor wird in dem durch die Spannungen U _d und U _{G 1} festgelegten Arbeitspunkt betrieben. Der Eingangswellenwiderstand der Verstärkerschaltung ist näherungsweise gegeben durch

wobei Y₂₁ die Steilheit des Transistors T₁ ist.

Zur Reduzierung der Verstärkung wird die Regelspannung U _r zu negativen Spannungswerten hin verändert. Dadurch 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 Regelspannungen 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 Regelspannungen U _r im gesamten Regelbereich auftreten.

Aus der Fig. 2 ergibt sich der Diodenregelstrom I₁ in Abhängigkeit von der Regelspannung U _r für optimale Anpassungen. Die Anpassung ist dabei so definiert, daß das Stehwellenverhältnis kleiner als 1,5 ist. Die in der Fig. 2 dargestellten Meßpunkte geben den Regelstrom I₁ in Abhängigkeit von der Regelspannung U _r an, bei denen bei 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 kΩ 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 Fig. 1 erfolgte auf einen Wellenwiderstand von 50 Ω. Der Widerstand R₁ hatte dabei den Wert von 4,2 kΩ 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.

Claims (6)

1. 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 (U _r ) verbunden ist, so daß bei abnehmender Verstärkung die Diode ab einem bestimmten Wert der Regelspannung stromführend wird, daß der Eingangswiderstand der Schaltung (Z₁) bei maximaler Verstärkung durch geeignete Wahl der Transistorsteilheit bestimmt wird und der mit dem Regelspannungspotential (U _r ) verbundene Widerstand (R₁) so dimensioniert ist, daß der Eingangswiderstand (Z₁) im gesamten Regelbereich der Verstärkung weitestgehend konstant bleibt.

2. Regelbarer Hochfrequenzverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Eingangsanschluß 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.

3. Regelbarer Hochfrequenzverstärker nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem dem Eingangs- und Ausgangskreis des Verstärkers gemeinsamen Gate (G₁) ein Gleichspannungspotential (U _{G 1}) zur Einstellung der maximalen Verstärkung zugeführt wird.

4. Regelbarer Hochfrequenzverstärker nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch seine Verwendung als Mikrowellenverstärker oder als Antennenverstärker.

5. Regelbarer Hochfrequenzverstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch seine Verwendung als UHF-Verstärker oder als ZF-Verstärker.

6. Regelbarer Hochfrequenzverstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch die Integration der Diode D₁ und des Transistors T₁ auf dem gleichen Halbleiterchip.