DE3606700C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen regelbaren HF-Verstärker mit linearer Stellkennlinie.

Zur Realisierung eines AGC-Verstärkers (automatic gain con­ trol), beispielsweise im ZF-Bereich einer Satellitenfunk- Übertragungsanlage, wird ein regelbarer Verstärker benötigt, dessen Stellkennlinie über einen weiten Bereich linear ist. Dies entspringt der Forderung, daß die Abweichung des AGC- Verstärker-Ausgangs nur sehr gering sein darf.

Zur Steuerung regelbarer HF-Verstärker werden üblicherweise PIN-Dioden als Dämpfungsglieder eingesetzt. Die untere Grenz­ frequenz solcher Dioden liegt bei etwa 10 MHz, so daß ihr Einsatz bei Verstärkern niedrigerer Frequenz nicht in Frage kommen kann.

In solchen Fällen kann ein Regelverstärker mit Stromvertei­ lungssteuerung gemäß Fig. 1 günstig eingesetzt werden. Dar­ gestellt ist hier ein Hochfrequenzverstärker mit regelbarer Verstärkung in Emitter-Basis-Schaltung mit einem Eingang für die Regelspannung Ust. Solche Verstärker gibt es auch in Kollektor-Basis-Schaltung, siehe "Hochfrequenz-Anwendungen von Halbleiterbauelementen" von Kovacs, Franzis-Verlag, 1978, ab Seite 268.

Nachteilig ist, daß bei den genannten regelbaren Verstärkern der lineare Stellbereich, in dem die Ausgangsspannung linear von der Eingangsspannung abhängt, auf etwa 6 dB beschränkt ist.

Der vorliegenden Erfindung lag deshalb die Aufgabe zugrunde, einen regelbaren HF-Verstärker mit linearer Stellkennlinie anzugeben, dessen linearer Stellbereich wesentlich größer ist als der herkömmliche Verstärker

Diese Aufgabe wurde durch die Merkmale des Anspruches 1 bzw. 2 gelöst.

Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen enthal­ ten. Der erfindungsgemäße regelbare HF-Verstärker weist die Vor­ teile auf, daß der lineare Stellbereich wesentlich größer ist gegenüber herkömmlichen Verstärkern. Der Aufwand hierfür ist relativ gering, vor allem wenn die Verstärker in monoli­ thischer Technik ausgeführt werden.

Die Erfindung basiert auf der Idee, den Stellbereich zu ver­ größern durch Hintereinanderschaltung (Kaskadierung) zweier Regelverstärker der eingangs genannten Art. Der Nachteil dieser Kaskadierungs-Schaltung ist jedoch, daß ihre Gesamt­ stellkurve nicht linear bleibt, sondern quadratisch wird.

Der Erfindung lag nun der weitere Gedankengang zugrunde, den quadratischen Stellkennlinienanteil durch eine Kennlinie zu kompensieren, die den gleichen quadratischen Stellkennli­ nienanteil enthält. Dies wird erreicht durch eine Parallel- Kaskadenschaltung zweier weiterer Regelverstärker mit densel­ ben Kennlinien, die aber in negativer Abhängigkeit von der Stellspannung angesteuert werden, oder zweier weiterer Re­ gelverstärker, welche dieselben Kennlinien aber mit negati­ ver Steigung aufweisen, und wobei die Differenz der beiden Kaskaden-Ausgangsspannungen gebildet werden. Hierbei entfal­ len die quadratischen Produkte oder werden zumindest wenig von Null verschieden, je nach dem Grade der Übereinstimmung der Steigungsbeträge.

Es folgt nun die Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung anhand der Figuren.

Fig. 1 zeigt einen üblichen regelbaren Verstärker.

Fig. 2 und 3 stellen erfindungsgemäße Verstärkeranordnun­ gen dar.

Fig. 4 zeigt detailliert ein Ausführungsbeispiel zweier kaskadierter Regelverstärker

Fig. 5, 6 und 7 stellen Ausführungsbeispiele von Regelverstärkern mit positiver Steigung dar.

Die Fig. 2 zeigt die Kaskadierung zweier Regelverstärker V 3, V 4 mit positiver Kennliniensteigung und eine Kaskadierung zweier Verstärker V 1, V 2 mit negativer Kennliniensteigung. Alle Verstärker werden mit der Stellspannung Ust angesteuert. Anstelle der Verstärker V 1, V 2 mit negativer Kennlinienstei­ gung können auch Verstärker mit positiver Kennliniensteigung verwendet werden, wenn sie mit einer Stellspannung angesteu­ ert werden, die negativ linear von der Regelgröße abhängt. Nimmt man für die 1. Kaskade einen Stellkennlinienverlauf mit V 1 = A + G × Ust und V 2 = A + G × Ust und für die 2. Kas­ kade einen Stellkennlinienverlauf der Form V 3 = C - K × Ust und V 4 = C - K × Ust an, so sind die Ausgangsspannungen an den Kaskadenausgängen proportional zu

V 1 × V 2 = A² + 2AGUst + G² Ust ² und V 3 × V 4 = C² - 2CKUst + K² Ust ².

Macht man G = K, so fällt bei der Differenzbildung der qua­ dratische Term weg, und es bleibt übrig ein linearer Verlauf der Ausgangsspannung von der Stellspannung Ust, der aber ei­ ne sehr viel höhere Steilheit aufweist als die Kennlinie des einzelnen Regelverstärkers, nämlich Ua proportional -2G(A + C) × Ust und falls A = C Ua proportional -4 AG × Ust.

Eine besonders günstige Ausführung stellt die Fig. 3 dar. Hier werden nur 3 regelbare Verstärker V 1, V 2, V 4 benötigt und ein Summierglied, das jedoch ebenfalls eingespart werden kann und ersetzt werden kann durch eine einfache Verdrahtete-UND- Verbindung. Der Einfachheit halber seien die Kennlinienver­ läufe angenommen zu:

V 1 = A - G × Ust,
V 2 = A - G × Ust und
V 4 = A + G × Ust.

Am Ausgang des rechten unteren Regelverstärkers V 2 entsteht somit eine Ausgangsspannung, die proportional V 1 × V 2 ist nämlich V 1 × V 2 = A² - 2AGUst + G² × Ust ².

Am Ausgang des rechten oberen Regelverstärkers V 4 entsteht eine Ausgangsspannung die proportional V 1 × V 4 ist, näm­ lich V 1 × V 4 = A² - G² × Ust ².

Durch Summenbildung entsteht die Ausgangsspannung des ge­ samten Regelverstärkers zu Ua proportional 2A² - 2A × G × Ust, d. h. dieser Regelverstärker hat eine Stellkennlinie, welche linear abhängig ist von der Stellspannung Ust und eine we­ sentlich höhere Steigung von -2A × G aufweist als der einzel­ ne Regelverstärker mit G.

Die Schaltung weist damit den Vorteil auf, daß die Regelver­ stärkung sehr hoch gewählt werden kann, wodurch eine sehr viel kleinere Abweichung der Ausgangsspannung vom Sollwert erreicht wird.

In den Fig. 5, 6 und 7 sind Ausführungsbeispiele für Re­ gelverstärker V 3, V 4 mit positiver Steigung dargestellt. Regelverstärker V 1, V 2 mit negativer Steigung sind bei­ spielsweise nach Art der Fig. 1 zu realisieren. Beide An­ nahmen stehen unter der Voraussetzung, daß die Stellspan­ nung Ust ein von der Ausgangsspannung Ua positiv proportio­ nal abhängiges Regelkriterium ist. Ist die Stellspannung Ust dagegen negativ linear abhängig von der Ausgangsspannung Ua, so arbeiten die Schaltungen nach Fig. 2 und 3 ebenfalls korrekt, ohne daß eine Änderung durchgeführt werden muß.

In Fig. 4 sind zwei kaskadierte Regelverstärker V 1, V 2 gemäß Fig. 2 oder 3 in Emitter-Basis-Schaltung (vgl. auch Fig. 1) detailliert dargestellt. Ihre linearen Stellkennlinien fal­ len jeweils mit steigender Stellspannung Ust. Selbstverständ­ lich können sie auch als Regelverstärker V 3, V 4 mit steigen­ der Stellkennlinie eingesetzt werden, wenn sie mit einer Stellspannung angesteuert werden, die negativ linear abhän­ gig ist von der Ausgangsspannung Ua.

Claims (5)

1. Regelbarer HF-Verstärker mit linearer Stellkennlinie, da­ durch gekennzeichnet, daß 4 regelbare Verstärker (V 1, . . . V 4) mit jeweils linear von der Stellspannung (Ust) ab­ hängiger Stellkennlinie vorgesehen sind,
daß 2 der Verstärker (V 3, V 4) eine Stellkennlinie mit po­ sitiver Steigung und 2 der Verstärker (V 1, V 2) eine Kenn­ linie mit negativer Steigung aufweisen, wobei die Stei­ gungswerte so gewählt sind, daß das Produkt der positiven Steigungen und das Produkt der negativen Steigungen mög­ lichst gut übereinstimmen, daß jeweils eine Hintereinan­ derschaltung (Kaskade) von 2 Verstärkern der positiven und eine Hintereinanderschaltung von 2 Verstärkern der negativen Kennliniensteigung erfolgt,
daß die Eingänge der beiden Kaskaden zusammengeschaltet sind und den Eingang (Ue) des gesamten Regelverstärkers bilden und
daß die Differenz der Ausgangsspannungen der beiden Kaskaden die Ausgangsspannung (Ua) des gesamten Regelverstär­ kers ist.

2. Regelbarer HF-Verstärker mit linearer Stellkennlinie, da­ durch gekennzeichnet, daß 3 regelbare Verstärker (V 1, V 2, V 4) mit jeweils linear von der Stellspannung verlaufender Stellkennlinie vorgesehen sind,
daß 2 Verstärker (V 1, V 2) eine Stellkennlinie mit negati­ ver Steigung und ein Verstärker (V 4) eine Stellkennlinie mit positiver Steigung aufweisen,
daß die positive Steigung mit einer der negativen Steigun­ gen betragsmäßig möglichst gut übereinstimmt,
daß die Verstärker (V 2, V 4) mit diesen beiden Kennlinien­ Steigungen eingangsseitig an den Ausgang des dritten Re­ gelverstärkers (V 1) gelegt sind und
daß ihre Ausgangsspannungen addiert (+) werden und die Ausgangsspannung (Ua) des gesamten Regelverstärkers erge­ ben.

3. Regelbarer Verstärker nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die regelbaren Verstärker als Bootstrap- Differenzverstärker ausgeführt sind (Fig. 1, Fig. 4), wo­ bei der eine Transistor des Differenzverstärkerteils eine Stellfunktion und der andere die HF-Verstärkungsfunktion aufweist.

4. Regelbarer Verstärker nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Stelltransistor auch die HF-verstärken­ de Funktion und der andere Transistor lediglich eine gleichstrommäßige Funktion bei nahezu konstanter Basis­ einströmung aufweist.

5. Regelbarer Verstärker nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Verstärker mit negativer Stellsteigung in komplementärer Technik zu der der Verstärker mit posi­ tiver Stellsteigung ausgeführt sind und daß der eine Ver­ stärkertyp Emitter-Basis-Schaltung und der andere Verstär­ kertyp Kollektor-Basis-Schaltung oder umgekehrt aufweist.