DE3306596A1 - Schutzschaltung fuer den eingangstransistor von hochfrequenzverstaerkern - Google Patents

Schutzschaltung fuer den eingangstransistor von hochfrequenzverstaerkern

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DE3306596A1
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transistor
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circuit
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Herbert Dipl.-Ing. 8391 Tiefenbach Steghafner
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Rohde and Schwarz GmbH and Co KG
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Rohde and Schwarz GmbH and Co KG
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F1/00Details of amplifiers with only discharge tubes, only semiconductor devices or only unspecified devices as amplifying elements
    • H03F1/52Circuit arrangements for protecting such amplifiers
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F3/00Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/189High-frequency amplifiers, e.g. radio frequency amplifiers
    • H03F3/19High-frequency amplifiers, e.g. radio frequency amplifiers with semiconductor devices only

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Amplifiers (AREA)

Description

  • Schutzschaltung für den Eingangstransistor von Hochfre-
  • quen zverstärkern Die Erfindung betrifft eine Schaltung zum Schutz des Eingangstransistors eines Hochfrequenzverstärkers vor Uberspannungen.
  • Die Eingangstransistoren von Hochfrequenzverstärkern, die unmittelbar beispielsweise mit einer Antenne verbunden sind, also beispielsweise die Eingangsverstärkerstufe eines Empfängers bilden oder als Verstärkerelement am Fusspunkt einer aktiven Antenne benutzt werden, müssen vor Überspannungen geschützt werden, die beispielsweise durch atmosphärische Entladungen über die Antenne dem Verstärkereingang zugeführt werden. Es ist bekannt, zu diesem Zweck parallel zum Eingang des Transistors eine schnell schaltende Schottky-Diode gegen Masse zu schalten. Diese bekannte Schutzmassnahme ist für hohe Frequenzen beispielsweise über 500MHz nicht mehr brauchbar, da die Sperrschichtkapazität der Schottky-Diode für das hochfrequente Eingangssignal einen Nebenschluss darstellt und dadurch die Eingangsimpedanz des Eingangstransistors in einen unbrauchbaren Bereich transformiert wird, so dass für hohe Frequenzen ein Verstärkungsabfall eintritt.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Schutzschaltung für solche Eingangstransistoren zu schaffen, die diesen Nachteil vermeiden und durch welche der Transistor vor Uberspannungen sicher geschützt ist, ohne dass hierdurch die Verstärkungseigenschaften bei höheren Frequenzen beeinträchtigt werden.
  • Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Schutzschaltung laut Oberbegriff des Hauptanspruches durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Gemäss der Erfindung ist die Schutzdiode nicht mehr parallel zum Verstärkereingang geschaltet sondern vielmehr unmittelbar zwischen Basis und Emitter des zu schützenden Transistors. Je nach Polung und Vorspannung dieser Schutzdiode wird so die Basis-Emitter-Strecke des Transistors vor negativen oder positiven Überpsannungsspitzen geschützt, ohne dass der Sperrschichtkapazitätswert der Schutzdiode die Eingangsimpedanz des Verstärkers für hohe Frequenzen herabsetzt. Der Widerstand der Schutzdiode wird dynamisch vergrössert und stört daher nicht weiter. Die erfindungsgemässe Massnahme ist sowohl für Eingangstransistoren in Emitterschaltung als auch für solche in Kollektorschaltung geeignet. Im allgemeinen-genügt es, die Schutzdiode so zwischen Basis und Emitter des zu schützenden Transistors zu schalten, dass sie durch die Basis-Emitterspannung des Emitters in Sperrichtung vorgespannt ist und so die Basis-Emitter-Strecke vor negativen Spannungsspitzen schützt, da positive Spannungsspitzen über die Basis-Emitter-Strecke abgeleitet werden. Sollte dieser Schutz vor positiven Spannungsspitzen durch den Transistor selbst nicht ausreichen, ist es vorteilhaft, zusätzlich noch eine Schutzdiode so gepolt und so vorgespannt einzuschalten, dass diese Schutz- wirkung vor positiven Spannungsspitzen noch verbessert wird.
  • Bei der erfindungsgemässen Schaltung wirkt die parasitäre Kapazität der Schottky-Diode als StXromgegenkopplung zwischen Emitter und Basis des Transistors und es wird hierdurch noch der überraschesndè Vorteil erzielt, dass in bekannter Weise durch entsprechende Kompensation der Basis-Emitter-Induktivität die Eingangsimpedanz des Verstärkers bei höheren Frequenzen vergrössert wird, der Verstärkungsabfall zu höheren Frequenzen also in einen Bereich verschoben wird, bei dem dieser nicht mehr weiter stört. Es wird also mit ein und derselben Massnahme sowohl ein sicherer Schutz der Basis-Emitter-Strecke des Transistor vor Spannungsspitzen und gleichzeitig eine Verbesserung der Verstärkungseigenschafter bei höheren Frequenzen erzielt, wodurch es erstmals möglich ist, gegen überspannungen geschützte Eingangstransistor.verstärker auch im Frequenzbereich über 500 MHz bis in den Bereich von 1000 MHz und mehr mit einfachen Mitteln zu realisieren. Die erfindungsgemässe Massnahme ist insbesondere füz sogenannte aktive Antennen von Vorteil, bei denen -der Eingangstransistor unmittelbar am Fusspunkt der Antenne eingebaut ist.
  • Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert.
  • Figuren 1 und 2 zeigen die Anwendung der Erfindung bei in Emitterschaltung betriebenen Eingangstransistoren, Figuren 3 und 4 zeigen die Verwirklichung bei in Kollektorschaltung betriebenen Eingangstransistoren.
  • Fig.1 zeigt das Prinzipschaltbild des Fusspunktverstärkers einer aktiven Antenne bestehend aus einem NPN-Transistor 1, dessen Basis B über einen Koppelkondensator 2 unmittelbar mit der Antenne 3 verbunden ist. Der Transistor 1 ist in Emitterschaltung betrieben, das Ausgangssignal wird über einen Koppelkondensator 4 am Kollektor K abgegriffen. Zwischen Basis B und Emitter E des Transistors 1 ist eine Schottky-.
  • Diode 5 geschaltet, der Emitter E liegt über einem Widerstand 6 an Masse' 7. Die Diode 5 ist so gepolt, dass sie durch die Basis-Emitter-Spannung U des Transistors 1 in Sperrichtung vorgespannt ist, d.h. die Kathode der Diode 5 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel mitder Basis B und die Anode mit dem Emitter E des Transistors 1 verbunden.
  • Die Vorspannung der Diode 5 in Sperrichtung verbessert das lineare Verhalten der Schaltung und die Spannungsschwelle, ab der die Diode 5 leitend wird, wird durch diese Vorspannung auf einen vorbestimmten Wert eingestellt. Die Sperrschichtkapazität der Diode 5 wirkt als Stromgegenkopplung zwischen Emitter und Basis und hierdurch wird die Eingångsimpedanz bei höheren Frequenzen vergrössert, der Verstärkungsabfall also zu höheren Frequenzen verschoben. Die Sperrschichtkapazität einer üblichen Schottky-Diode beträgt beispielsweise lpf. Wenn dieser Wert für eine gewünschte Stromgegenkopplung nicht ausreichen sollte, kann es von Vorteil sein, parallel zur Diode noch einen zusätzlichen Gegegenkopplungskondensator 8 zu schalten. Der Widerstand 6 ist entsprechend der gewünschten Gegenkopplung dimensioniert.
  • Über die Diode 5 wird der Transistor vor Beschädigung durch grosse negative Spannungsspitzen geschützt, da für diese negativen Spannungsspitzen die Diode 5 leitend wird und damit die Basis-Emitter-Strecke des Transistors kurzgeschlossen und so vor Zerstörung geschützt wird.
  • Grosse positive Spannungsspitzen werden über die Basis-Emitter-Strecke B-E des Transistors abgeleitet. Wenn dies nicht ausreichen sollte, kann im Sinne der Fig.2 zusätzlich noch eine Schottky-Diode 10 hochfrequenzmässig so parallel zur Basis-Emitter-Strecke B-E geschaltet werden, dass hierdurch zusätzlich positive Uberspannungsspitzen abgeleitet werden.
  • Die Diode 10 ist hochfrequenzmässig über einen Kondensator 12 an die Basis B angeschaltet und über eine Induktivität 13 gleichstrommässig an Masse 7. Sie wird durch die Spannung am EwittNrwiderstand 6 in Sperrichtung vorgespannt.
  • Fig.3 zeigt die Anwendung der Erfindung bei einem NPN-Transistor 1 in Kollektorschaltung. In dieser Grundschaltung wird das Ausgangssignal über den Koppelkondensator 4 am Emit terwiderstand 6 abgegriffen, der Kollektor K wird über einen zusätzlichen Kondensator 14 gleichstrommässig von Masse 7 getrennt. Die Wirkungsweise der Schutzdiode 5 ist die gleiche wie im Zusammenhang mit Fig.1 beschrieben, Gleiches gilt für den zusätzlichen Gegenkopplungskondensator 8. Um zu verhindern, dass negative Spannungsspitzen an die nächstf:öigende nicht dargestellte Verstärkerstufe weitergeleitet werden, ist es vorteilhaft, parallel zum Emitterwiderstand 6 noch eine zusätzliche Schottky-Diode 9 als Schutzdiode zu schalten, Fig.4 zeigt ähnlich wie Fig.2 die Möglichkeit, durch eine zusätzliche entgegengesetzt gepolte Schutzdiode 10 die Schaltung auch vor positiven Spannungen wirksam zu schützen.
  • In den Ausführungsbeispielen sind jeweils NPN-Transistoren benutzt, die erfindungsgemässe Schutzschaltung ist natürlich in gleicher Weise auch für PNP-Eingangstransistoren geeignet es ist dazu nur nötig, jeweils die Kathode und Anode der Schutzdioden 5 bzw. 10 entsprechend zu vertauschen und durch geeignete Massnahmen für die richtigen Vorspannungen zu sorgen. In Fig.1 müsste für einen PNP-Transistor beispielsweise die Diode 5 umgekehrt gepolt werden.
  • Nach der Erfindung wird als Überspannungsableiter eine Diode, vorzugsweise eine Schottky-Diode, benutzt, da solche Dioden sehr schnell schalten, also sehr empfindlich auf Uberspannungen reagiereff. Im Prinzip ist die Erfindung für alle Überspannungsableiter geeignet, die eine entsprechende Empfindlichkeit besitzen und ausserdem eine parasitäre Eigenkapazität besitzen, durch welche die vorteilhafte Stromgegenkopplung erzeugt wird. Gegebenenfalls könnten anstelle der Schottky-Dioden auch entsprechende Funkenstrecken benutzt werden.
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Claims (5)

  1. Patentansprüche Schaltung zum Schutz des Eingangstransistors eines Hochfrequenzverstärkers vor Überspannungen, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass zwischen Basis (B) und Emitter (E) des Transistors (1) mindestens eine Diode (5,10), insbesondere eine Schottky-Diode, geschaltet ist.
  2. 2. Schaltung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t, dass die Diode (5) so zwischen Basis (B) und Emitter (E) des Transistors (1) geschaltet ist, dass sie durch die Basis-Emitter-Spannung (U) des Transistors (1) in Sperrichtung vorgespannt ist und so den Transistor vor negativen Uberspannungsspitzen schützt.
  3. 3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, dass die Diode (10) zwischen Basis (B) und Emitter (E) des Transistors (1) so geschaltet und so vorgespannt ist, dass sie die Basis-Emitter-Strecke des Transistors (1) vor positiven über spannungsspitzen schützt.
  4. 4. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass parallel zum Emitterwiderstand (6) eine zusätzliche Diode (9) geschaltet ist.
  5. 5. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass parallel zur Diode (5,10) ein zusätzlicher Gegenkopplungskondensator (8) geschaltet ist.
DE19833306596 1983-02-25 1983-02-25 Schaltung zum Schutz des Eingangstransistors eines Hochfrequenzverstärkers vor Überspannungen Expired DE3306596C2 (de)

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DE3306596C2 DE3306596C2 (de) 1985-03-07

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9948247B2 (en) 2015-07-16 2018-04-17 Nxp B.V. RF amplifier

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1221291B (de) * 1965-01-23 1966-07-21 Telefunken Patent UEberlastungsschutzeinrichtung fuer mehrstufige transistorisierte Verstaerker, insbesondere fuer Traegerfrequenz-Leitungsverstaerker

Patent Citations (1)

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Title
"NTZ", H.12, 1961, S.606 *

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US9948247B2 (en) 2015-07-16 2018-04-17 Nxp B.V. RF amplifier

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