DE3223229A1

DE3223229A1 - Hochfrequenzverstaerker

Info

Publication number: DE3223229A1
Application number: DE19823223229
Authority: DE
Inventors: Laszlo 8058 Oberding Götz; Hermann 8000 München Kowatsch
Original assignee: Texas Instruments Deutschland GmbH
Current assignee: Texas Instruments Deutschland GmbH
Priority date: 1982-06-22
Filing date: 1982-06-22
Publication date: 1983-12-29
Also published as: DE3223229C2; EP0099464A1; EP0099464B1; US4531097A; JPS5947817A; DE3367710D1

Description

TEXAS INSTRUMENTS
DEUTSCHLAND GMBH
Haggertystraße 1
8050 Freising

Unser Zeichen: T 3474

Hochfrequenzverstärker

Die Erfindung bezieht sich auf einen Hochfrequenzverstärker mit zwei eine Differenzverstärkerstufe bildenden Eingangstransistoren, zwischen deren Emittern eine zur Veränderung des Verstärkungsfaktors durch einen Steuergleich strom veränderliche Impedanz eingefügt ist.

Ein solcher Hochfrequenzverstärker befindet sich in der im Handel erhältlichen integrierten Schaltung SN 94180 der Firma Texas Instruments. Dieser bekannte Hochfrequem verstärker wird zum Verstärken von Videosignalen, also von Signalen mit relativ hohen Frequenzen eingesetzt. Zwischen die Ermitter der als Differenzverstärkerstufe geschalteten Eingangstransistoren sind zwei Dioden so eingefügt, daß ihre Anoden jeweils an einen Emitter angeschlossen sind, während ihre Katoden miteinander verbunden sind. Die miteinander verbundenen Katoden sind an einen Anschlußstift der integrierten Schaltung geführt.

Schw/Ma '

Diesem Anschlußstift kann ein Steuergleichstrom zugeführt werden, der die beiden Dioden in Durchlaßrichtung durchfließt. Abhängig von der Größe des Steuergleichstroms haben die Dioden jeweils einen bestimmten Durchlaßwiderstand, so daß mittels des den Katoden der Dioden zugeführten Steuergleichstroms die zwischen den Emittern der die Differenzverstärkerstufe bildenden Eingangstransistoren wirksame Impedanz geändert werden kann. Da sich durch Ändern der zwischen den Emittern wirksamen Impedanz auch der Verstärkungsfaktor der Differenzverstärkerstufe ändert, kann mit Hilfe eines einem Anschlußstift der integrierten Schaltung zugeführten Steuergleichstroms ein gewünschter Verstärkungsfaktor der Differenzverstärkerstufe eingestellt werden.

Der die an die Emitter der Eingangstransistoren angeschlossenen Dioden durchfließende Steuergleichstrom durchfließt im bekannten Hochfrequenzverstärker auch die im Emitterkreis dieser Transistoren liegenden Widerstände und beeinflußt so den die Eingangstransistoren durchfließenden Ruhegleichstrom. Der Ruhegleichstrom bestimmt den Arbeitspunkt der Differenzverstärkerstufe und somit auch alle vom Arbeitspunkt abhängigen Parameter. Von besonderer Bedeutung ist dabei die Bandbreite der Verstärkerstufe, die unabhängig von dem gerade eingestellten Verstärkungsfaktor möglichst konstant bleiben sollte. Bei dem bekannten Hochfrequenzverstärker kann dies jedoch nicht erreicht werden, da, wie oben erwähnt, der zur Einstellung des Verstärkungsfaktors zugeführte Steuergleichstrom zu einer Arbeitspunktverschiebung führt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Hochfrequenzverstärker mit einstellbarem Verstärkungsfaktor zu schaffen, dessen Arbeitspunkt unabhängig vom jeweils ein-

gestellten Verstärkungsfaktor ist und der sich gut für eine Herstellung in Form einer integrierten Schaltung eignet.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die veränderliche Impedanz von einer Diodenbrücke gebildet ist, deren Wechselstromanschlüsse an die Emitter der Eingangstransistoren angeschlossen sind und deren Gleichstromanschlüsse an eine Schaltungsanordnung zum Einspeisen des Steuergleichstroms in die Diodenbrücke angeschlossen sind.

Die beim erfindungsgemäßen Hochfrequenzverstärker verwendete Diodenbrücke ermöglicht es, die zwischen den Emittern der Eingangstransistoren wirksame Impedanz zu verändern, ohne daß dadurch der zur Herbeiführung der Änderung verwendete Steuergleichstrom durch die Emitterkreise der Eingangstransistoren fließt. Der Arbeitspunkt der von den Eingangstransistoren gebildeten Differenzverstärkerstufe wird daher vom Steuergleichstrom nicht beeinflußt, so daß die Betriebsparameter der Differenzverstärkerstufe unabhängig vom jeweils eingestellten Verstärkungsfaktor sind. Aus diesem Grund eignet sich der erfindungsgemäße Hochfrequenzverstärker besonders gut für die Verstärkung von Signalen mit sehr hohen Frequenzen, bei denen es besonders wichtig ist, daß sich die Bandbreite des Verstärkers nicht ändert, wenn der Verstärkungsfaktor verändert wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert, deren einzige Figur ein Schaltbild des erfindungsgemäßen Verstärkers mit veränderlichem Verstärkungsfaktor zeigt.

Der dargestellte Verstärker enthält eine Differenz-Eingangsstufe mit zwei npn-Transistoren Tt und T2. Die Basis des Transistors T1 bildet den einen Eingang der Verstärkerstufe, und sie ist mit der Eingangsklemme E1 verbunden; die Basis des Transistors T2 bildet den zweiten Eingang der Verstärkerstufe, und sie ist mit der Eingangsklemme E2 verbunden. Zwischen den Kollektor des Transistors T1 und eine Versorgungsspannungsleitung 10 ist ein Widerstand R1 eingeschaltet; auch zwischen dem Kollektor des Transistors T2 und der Versorgungsspannungsleitung 10 befindet sich ein Widerstand R2. Die Versorgungsspannung kann an die Versorgungsspannungsleitung über eine Klemme V_ angelegt werden. Ein Anschluß eines Widerstandes R3 ist mit dem Emitter des Transistors T1 verbunden, und ein Anschluß eines Widerstandes R4 ist mit dem Emitter des Transistors T2 verbunden. Die anderen Anschlüsse der Widerstände R3 und R4 sind gemeinsam mit einem Anschluß eines Widerstandes R5 verbunden, dessen zweiter Anschluß mit einer Masseleitung 20 verbunden ist.

Wie es bei solchen Differenz-Verstärkerstufen bekannt ist, bestimmen die Widerstände R1 bis R5 den Verstärkungsfaktor. Auch mittels einer zwischen die Emitter einzufügenden Impedanz kann der Verstärkungsfaktor beeinflußt werden. Der Widerstand R5 wird relativ hochohmig gewählt, so daß er als Konstantstromquelle wirkt, die den durch die Transistoren T1 und T2 fließenden Ruhestrom bestimmt und somit auch den Arbeitspunkt der Differenz-Verstärkerstufe festlegt.

Mit dem Kollektor des Transistors T1 ist die Basis eines npn-Ausgangstransistors T3 verbunden. Der Kollektor dieses Ausgangstransistors T3 ist mit der Versor-.gungsspannungslextung 10 verbunden, und sein Emitter ist über einen Widerstand R6 mit der Masseleitung 20 verbunden. Der Kollektor des Transistors T2 ist mit der Basis (.iines npn-Ausgangstransistors T4 verbunden, dessen Kollek •tor mit der Versorgungsspannungsleitung 10 verbunden ist und dessen Emitter über einen Widerstand R7 mit der Masseleitung 20 verbunden ist. Der Emitter des Ausgangstransistors T3 ist mit der Ausgangsklemme AT verbunden, und der Emitter des Ausgangstransistors T4 ist mit der Ausgangsklemme A2 verbunden.

Der Verstärker enthält außerdem zwei pnp-Transistoren T5 und T6, deren Basisanschlüsse miteinander verbunden sind. Die Emitteranschlüsse der Transistoren T5 und T6 stehen über Widerstände R8 bzw. R9 mit der Versorgungsspannungsleitung 10 in Verbindung, und beim Transistor T5 ist die Basis mit dem Kollektor verbunden. Der Kollektor des Tran sistors T5 ist außerdem mit einem Steueranschluß ST verbunden .

Die Transistoren T5 und T6 bilden zusammen einen sogenann ten "Stromspiegel" bekannter Art. Ein solcher Stromspiege enthält einen Eingangstransistor und einen Ausgangstransistor, deren Basen zusammengeschaltet sind und deren Emitter entweder direkt oder über Widerstände mit einer gemeinsamen Schaltungsklemme (Masse oder Versorgungsspannung) verbunden sind. Beim Eingangstransistor sind die Basis und der Kollektor miteinander verbunden. Ein Stromspiegel hat die Eigenschaft, daß der über den Kollektor-Emitter-Kreis des Ausgangstransistors fließende Strom in einem vorbestimmten Verhältnis zu dem über den Kollektor-Emitter-Kreis des Eingangstransistors geschickten Strom

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steht. In der dargestellten Schaltung ist der Transistor T5 der Eingangstransistor und der Transistor T6 der Ausgangstransistor des Stromspiegels. Der durch den Kollektor-Emitter-Kreis des Transistors T5 fließende Strom wird durch einen dem Steueranschluß ST zugeführten Steuerstrom bestimmt, und im Kollektor- Emitter-Kreis des Transistors T6 fließt ein Strom, der in einem vorbestimmten Verhältnis zu dem im Kollektor-Emitter-Kreis des Transistors T5 fliessenden Strom steht. In der dargestellten Schaltung ist angenommen, daß die Widerstände R8 und R9 gleich groß sind, was zur Folge hat, daß die durch die Kollektor-Emitter-Kreise der beiden Transistoren T5 und T6 fließenden Ströme ebenfalls gleich groß sind. Unter der Annahme, daß durch den Transistor T5 der Steuerstrom I_orp fließt, fließt bei

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gleichen Widerständen R8 und R9 im Kollektor des Transistors T6 ein Strom I¹ _crT1/ der gleich dem Steuerstrom I_ctT1 ist.

Mit dem Kollektor des Transistors T6 ist der Kollektor eines npn-Transistors T7 verbunden, der zusammen mit einem npn-Transistor T8 einen weiteren Stromspiegel bildet. Beim Transistor T7 ist der Kollektor mit der Basis verbunden, und dieser Transistor bildet den Eingangstransistor des Stromspiegels. Seine Basis ist mit dem den Ausgangstransistor dieses weiteren Stromspiegels bildenden Transistor T8 verbunden. Die Emitter der Transistoren T7 und T8 sind über gleiche Widerstände R10 und R11 mit der Masseleitung 20 verbunden. Dieser zweite Stromspiegel hat die Wirkung, daß der im Kollektor-Emitter-Kreis des Transistors T8 fließende Strom 12 wegen der Gleichheit der Widerstände R10 und R11 den gleichen Wert wie der im Kollektor-Emitter-Kreis des Transistors T7 fließende Strom hat, also gleich dem Strom I'_ST ist.

* * ■* * * uv ■«« mm

Die Schaltung enthält einen dritten Stromspiegel, der vom Transistor T5 und von einem pnp-Transistor T9 gebildet wird. Dieser Transistor T9 ist der Ausgangstransistor des dritten Stromspiegels. Die Basis des Transistors T9 ist mit der Basis des Transistors T5 verbunden, und sein Emitter ist über einen Widerstand R12 mit der Versorgungs Spannungsleitung 10 verbunden. Der Widerstand R12 hat der gleichen Wert wie der Widerstand R8. Dieser dritte Stromspiegel hat die Wirkung, daß der im Kollektor-Emitter-Kreis des Transistors T9 fießende Strom 11 gleich dem im Kollektor-Emitter-Kreis des Transistors T5 fließende Steuerstrom I ist.

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Mit dem Kollektor des Transistors T8 ist der Anschlußpunkt 30 einer Diodenbrücke 31 verbunden, und mit dem KoI lektor des Transistors T9 ist ein weiterer Anschlußpunkt 32 dieser Diodenbrücke verbunden. Die zwei weiteren Anschlußpunkte 33 und 34 der Diodenbrücke 31 sind mit dem Emitter des Transistors T1 bzw. mit dem Emitter des Transistors T2 verbunden. Die Dioden D1, D2, D3 und D4 sind in der Diodenbrücke so gepolt, daß der in der Kollektorleitung des Transistors T9 fließende Strom über die Diode brücke zur Kollektorleitung des Transistors T8 fließen kann. Die Anschlußpunkte 30 und 32 sind die Gleichstroman Schlüsse, an denen bei Verwendung der Diodenbrücke 31 als Vollweg-Gleichrichter ein Gleichstrom abgegriffen.werden kann, wenn an die beiden anderen Anschlüsse 33 und 34, die Wechselstromanschlüsse, ein Wechselstrom angelegt wir

Wie bereits geschildert wurde, ist aufgrund der Verwendun der Stromspiegel sowohl der Strom II als auch der Strom I gleich dem Steuerstrom I_crr,· Dies bedeutet, daß der im Schaltungszweig aus dem Widerstand R12, dem Transistor T9 der Diodenbrücke 31, dem Transistor T8 und dem Widerstand R11 fließende Strom keinen den Ruhestrom durch die Transistoren T1 und T2 beeinflußenden Strom in den Widerstän-

den R3/ R4 und R5 zur Folge hat. Die Größe des in dem genannten Schaltungszweig fließenden Stroms hat somit keinerlei Einfluß auf den Arbeitspunkt der von den Transistoren T1 und T2 gebildeten Verstärkerstufe. Dieser Idealfall wird insbesondere dann erreicht, wenn die Dioden D1 bis D4 gleiche Kennlinien haben, was sich dadurch verwirklichen läßt, daß diese Dioden auf einem gemeinsamen Halbleiterkristall erzeugt werden.

Durch Verändern des durch die Diodenbrücke aus den Dioden D1 bis D4 fließenden Stroms läßt sich der Verstärkungsfaktor der von den Transistoren T1 und T2 gebildeten Verstärkerstufe ändern. Der durch die Diodenbrücke fließende Strom 11 =12 wird durch den an den Steueranschluß ST angelegten Steuerstrom I festgelegt. Wie aus dem Schaltbild ersichtlich ist, durchfließt der Strom die Dioden der Diodenbrücke in Durchlaßrichtung. Bei kleinen Strömen (unter 2 mA) verhalten sich die Dioden wie Widerstände, was zur Folge hat, daß sich mit einer Änderung des die Diodenbrücke durchfließenden Stroms die zwischen den Emittern der Transistoren T1 und T2 wirksame Impedanz ändert, die wiederum für den Verstärkungsfaktor der Verstärkerstufe aus den Transistoren T1 und T2 wesentlich ist. In der dargestellten Schaltung wird durch Beschränkung des die Diodenbrücke durchfließenden Stroms auf kleine Werte (unterhalb von 2 mA) der Teil der Diodenkennlinien ausgenützt, in dem der Diodenstrom eine merkliche Änderung des Durchlaßwiderstandes der Dioden zur Folge hat.

Der durch die Diodenbrücke 31 fließende Strom hat keinen Einfluß auf den in der Verstärkerstufe aus den Transistoren T1 und T2 fließenden Ruhestrom, sondern er verändert lediglich die zwischen den Emittern dieser Transistoren wirksame Impedanz. Aufgrund des unveränderten Ruhestroms bleibt auch der Arbeitspunkt und damit die Bandbreite der Verstärkerstufe unbeeinflußt. Die dargestellte Schaltungsanordnung eignet sich insbesondere zur steuerbaren Verstärkung von Videosignalen, also von Sianalen mit relativ hohen Frequenzen.

Leerseite

Claims

Patentanwälte eurppefirj Fmörrt «Aifoijneiys

München * Stuttgart

??, Juni

TEXAS INSTRUMENTS DEUTSCHLAND GMBH Haggertystraße 1 Freising

Unser Zeichen: T 3474

Patentan s ρ r ü c h ja

.J Hochfrequenzverstärker mit zwei eine Differenzverstärkerstufe bildenden Eingangstransistoren, zwi sehen deren Emittern eine zur Veränderung des Verstärkungsfaktors durch einen St euezql oj chstroin veränderliche Impedanz eingefügt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die veränderliche Impedanz von einer Diodenbrücke (31) gebildet ist, deren Wechselstromanschlüsse (33, 34) an die Emitter der Eingangstransistoren (T1, T2) angeschlossen sind und deren Gleichstromanschlüsse (30, 32) an eine Schaltungsanordnung zum Einspeisen des Steuergleichstroms in die Diodenbrücke (31) angeschlossen sind.
2. Hochfrequenzverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsanordnung zum Einspeisen des Steuergleichstroms zwei Transistoren (T8, T9) enthält, deren Kollektoren jeweils mit einem Gleichstromanschluß (30, 32) der Diodenbrücke (31) verbunden sind, und daß diese Transistoren (T8, T9) die Ausgangstransistoren von zwei Stromspiegeln sind, deren Eingangstransistoren (T5, T7) den Steuergleichstrom empfangen.

Schw/Ma