DE3306596C2 - Schaltung zum Schutz des Eingangstransistors eines Hochfrequenzverstärkers vor Überspannungen - Google Patents

Abstract

Zum Schutz des Eingangstransistors eines Hochfrequenzverstärkers vor Überspannungen wird zwischen Basis und Emitter des Transistors mindestens eine Diode geschaltet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltung laut Oberbegriff des Hauptanspruches.

Eine Schutzschaltung dieser Art ist bekannt (DE-AS 12 21 241 und NTZ Heft 12, 1961, Seite 606). Der Emitterwiderstand soll hierbei möglichst groß sein, damit eine möglichst große Srombegrenzung bei auftretenden Spannungsspitzen erzielt wird. Eine solche möglichst große Strombegrenzung besitzt den Nachteil, daß bei höheren Frequenzen ein relativ großer Verstärkungsabfall der Verstärkerstufe auftritt.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Schutzschaltung dieser Art so weiterzubilden und zu verbessern, daß der Transistor vor Überspannungen sicher geschützt ist, ohne daß hierdurch die Verstärkungseigenschaften des Verstärkers bei höheren Frequenzen beeinträchtigt werden.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Schutzschaltung laut Oberbegriff des Hauptanspruchs durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst. Eine vorteilhafte Weiterbildung ergibt sich aus dem Unteranspruch.

Durch die erfindungsgemäße Schaltung und deren spezielle Dimensionierung zu einer Stromgegenkopplungsschaltung wird der Verstärkungsabfall für höhere Frequenzen hinausgezögert, da durch die erfindungsgemäße Dimensionierung der Eingangswiderstand erhöht wird. Die zum Schutz vor Überspannungen vorgesehene Diode wird also gemäß der Erfindung gleichzeitig dazu ausgenutzt, eine die Verstärkungseigenschaften des Transistors für höhere Frequenzen positiv beeinflussende Stromgegenkopplung zu erzeugen. Die erfindungsgemäße Maßnahme ist sowohl für Transistoren in Emitterschaltung als auch für solche in Kollektorschaltung geeignet. Positive Spannungsspitzen werden an sich über die Basis-Emitter-Strecke des Transistors abgeleitet. Sollte dieser Schutz vor positiven Spannungsspitzen nicht ausreichen, ist es vorteilhaft, die Zusatzkapa/ität mindestens teilweise durch die Sperrschichtkapazität einer weiteren entgegengesetzt wie die Schutzdiode gepolten Diode zu bilden, durch welche die Schutzwirkung vor positiven Spannungsspitzen noch verbessert wird.

Mit der erfindungsgemäßen Maßnahme ist es erstmals möglich, gegenüber Spannungen geschützte Eingangstransistorverstärker auch im Frequenzbereich über 500MHz bis in den Bereich von 1000 MHz und mehr mit einfachen Mitteln zn realisieren. Die erfindungsgemäße Maßnahme ist insbesondere für 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

F i g. 1 und 2 zeigen die Anwendung der Erfindung bei in Emitterschaltung betriebenen Eingangstransistoren:

F i g. 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 Fdes 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 mit der Basis ßund die Anode mit dem Emitter Fdes 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 zwisehen Emitter und Basis und hierdurch wird die Eingangsimpedanz bei höheren Frequenzen vergrößert, der Verstärkungsabfall also zu höheren Frequenzen verschoben. Die Sperrschichtkapazität einer üblichen Schottky-Diode beträgt beispielsweise 1 pf. Wenn dicser Wert für eine gewünschte Stromgegenkopplung nicht ausreichen sollte, kann es von Vorteil sein, parallel zur Diode noch einen zusätzlichen Gegenkoppplungbkondensator 8 zu schalten. Der Widerstand 6 ist entsprechend der gewünschten Gegenkopplung dimensio-

niert. 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-Strekke des Transistors kurzgeschlossen und so vor Zerstörung geschützt wird.

Große positive Spannungsspitzen werden über die Basis-Emitter-Strecke Β—Ε des Transistors abgeleitet. Wenn dies nicht ausreichen sollte, kann im Sinne der Fig. 2 zusätzlich noch eine Schottky-Diode 10 hochfrequenzmäßigso parallel zur Basis-Emitter-Strecke B—E geschaltet werden, daß hierdurch zusätzlich positive Überspannungsspitzen 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 sind durch die Spannung am Emitterwiderstand 6 in Sperrichtung vorgespannt.

F i g. 3 zeigt die Anwendung der Erfindung bei einem NPN-Transistor 1 in Kollektorschaltung. In dieser Grundschaltung wird das Ausgangssignal über den Koppelkondensator 4 am Emitterwiderstand 6 abgegriffen, der Kollektor K wird über einen zusätzlichen Kondensator 14 gleichstrommäßig von Masse 7 ge-

trennt. Die Wirkungsweise der Schutzdiode 5 ist die gleiche wie im Zusammenhang mit F i g. 1 beschrieben. Gleiches gilt für den zusätzlichen Gegenkcpplungskondensaior 8. Um zu verhindern, daß negative Spannungsspitzen an die nächstfolgende nicht dargestellte Verstär- kerstufe v/eitergeleitet werden, ist es vorteilhaft, parallel zum Emitterwiderstand 6 noch eine zusätzliche Schottky-Diode 9 als Schutzdiode zu schalten.

F i g. 4 zeigt ähnlich wie F i g. 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- is 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 bei- spielsweise 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 Überspannungen reagieren. 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 Schott- ky-Dioden auch entsprechende Funkenstrecken benutzt werden.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

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Claims (2)

Patentansprüche:

1. Schaltung zum Schutz des Eingangstransistors (I) eines Hochfrequenzverstärkers vor Oberspannungen mit einer zwischen Basis (B) und dem über einen Widerstand (6) an Masse geschalteten Emitter (E) des Transistors geschalteten Schutzdiode (5), dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur Schutzdiode (5) noch eine Zusatzkapazität (8, 10) geschaltet ist und der Emitterwiderstand (6) sowie die Parallelschaltung von Sperrschichikapazität der Schutzdiode (5) und Zusatzkapazität (8,10) so dimensioniert sind, daß für höhere Frequenzen eine den Eingangswiderstandswert erhöhende Stromgegenkopplung auftritt

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzkapazität teilweise durch die Sperrschichtkapazität einer weiteren entgegengesetzt wie die Schutzdiode (5) gepolten Diode (10) gebildet ist.