DE3606702A1 - Regelbarer hf-verstaerker mit linearer stellkennlinie - Google Patents

Description

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

Zur Realisierung eines AGC-Verstärkers (automatic gain control), 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 Grenzfrequenz 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 Stromverteilungssteuerung gemäß Fig. 1 günstig eingesetzt werden. Dargestellt 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 Kowacs, 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.

Diese Aufgabe wurde durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Optimale Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen enthalten.

Der erfindungsgemäße regelbare HF-Verstärker weist die Vorteile auf, daß der lineare Stellbereich wesentlich größer ist gegenüber herkömmlichen Verstärkern. Der Aufwand hierfür ist relativ gering, vor allem wenn die Verstärker in monolithischer Technik ausgeführt werden.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß durch Hintereinanderschaltung (Kaskadierung) zweier Regelverstärker der eingangs genannten Art zwar der Stellbereich wesentlich vergrößert werden kann, daß jedoch die gesamte Stellkurve nicht linear bleibt, sondern quadratisch wird.

Der Erfindung lag nun die Idee zugrunde, diese quadratische Stellkennlinie durch eine Kennlinie zu kompensieren, bei der die Verstärkung umgekehrt proportional zur Stellspannung ist.

Es folgt nun die Beschreibung der Erfindung anhand der Figuren.

Die Fig. 1 zeigt einen üblichen regelbaren Verstärker.

In Fig. 2 ist die erfindungsgemäße Verstärkeranordnung als Blockschaltbild dargestellt.

Die Fig. 3, 5 und 6 zeigen verschiedene Ausführungsbeispiele für einen Kompensationsverstärker gemäß Anspruch 3, 4 und 5.

In Fig. 2 ist eine Regelschleife erkennbar, welche die erfindungsgemäße Verstärkeranordnung enthält, nämlich die Kaskadierungsschaltung zweier Regelverstärker VG und eines Kompensationsverstärkers VK. Die Reihenfolge der 3 Verstärker ist selbstverständlich nicht auf das Beispiel der Fig. 2 beschränkt, die Reihenfolge ist beliebig wählbar.

In Blockschaltbildbeispiel der Fig. 2 wird die Ausgangsspannung Ua detektiert und mittels eines Treiber-Verstärkers H in eine Stellspannung Ust umgesetzt. Diese Stellspannung wird allen Regelverstärkern zugeführt. Nimmt man an, daß im linearen Stellbereich der beiden eingangsseitigen Regelverstärker die Verstärkung V jeweils linear proportional zur Stellspannung Ust ist, nämlich V = G · Ust, so ergibt sich für die Ausgangsspannung des ersten Verstärkers Uy = G · Ust · Ue und für die Ausgangsspannung des zweiten Verstärkers Ux = G · Ust · Uy oder insgesamt Ux = G ² · Ust ² · Ue, also die behauptete quadratische Abhängigkeit der Ausgangsspannung zweier kaskadierter Regelverstärker von der Stellgröße Ust. Das Regelverhalten des dritten Verstärkers VK ist jedoch umgekehrt proportional zur Stellspannung Ust, also seine Ausgangsspannung sei Ua = Ux · K/Ust. Insgesamt erhält man somit für die Ausgangsspannung Ua = K · G ² · Ust · Ue, d. h. die Ausgangsspannung der Dreier-Kaskade ist insgesamt linear proportional zur Stellspannung Ust und zur Eingangsspannung Ue.

In der Praxis folgen weder die beiden Verstärker VG genau dem Quadrat der Steuerspannung Ust noch die Endstufe genau ihrem Kehrwert. Durch entsprechende Dimensionierung kann jedoch Linearität innerhalb eines sehr weiten Bereiches erzielt werden.

In Fig. 3 ist ein Kompensationsverstärker wiedergegeben, dessen Aufbau dem der Fig. 1 entspricht. Der Unterschied liegt lediglich darin, daß der Regeltransistor T 1 im Differenzverstärkerteil nicht in NPN-Technik wie der gleichstromgekoppelte, HF-verstärkende Transistor T 2 sondern in komplementärer PNP-Technik ausgeführt ist. Wird die Arbeitskennlinie dieses Regel-Transistors T 1 zum einen Teil leicht in den Sättigungsbereich gelegt, so wird angenähert etwa der gewünschte kompensierende Stellkennlinienverlauf erzielt.

In Fig. 4 sind zwei kaskadierte Regelverstärker VG nach Fig. 2 in Emitter-Basis-Schaltung (vgl. auch Fig. 1) detailliert dargestellt. Ihre linearen Stellkennlinien fallen jeweils mit steigender Stellspannung Ust, und ihr Ausgang ZF′ ist Eingang der nachfolgenden kompensierenden Regelverstärkerstufe VK gemäß Fig. 3, 5 und 6.

In Fig. 5 ist ebenfalls die Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1 erkennbar. Der Unterschied liegt hier darin, daß nicht der linke Transistor T 3 als Regeltransistor ausgebildet ist, sondern der das Hochfrequenzsignal verstärkende rechte Transistor T 4, dessen Basis über einen Widerstand von der steuernden Regelspannung Ust gespeist wird.

Der linke Transistor T 3 hat lediglich eine gleichstrommäßige Funktion mit konstanter Basiseinströmung. Durch entsprechende Dimensionierung des Basisvorwiderstandes des Regeltransistors T 4 kann ebenfalls eine nichtlineare Stellkennlinie erzielt werden, welche die quadratische Komponente der beiden anderen Regelverstärker VG nach Fig. 2 bzw. Fig. 4 kompensiert.

In Fig. 6 ist ein Regelverstärker in Kollektor-Basis-Schaltung gezeichnet, bei dem wie in Fig. 5 der das HF-Signal verstärkende Transistor T 5 gleichzeitig auch der Regeltransistor ist. Hier trifft im Prinzip dasselbe zu wie bei dem Regeltransistor T 4 nach Fig. 5.

Claims (6)

1. Regelbarer HF-Verstärker mit linearer Stellkennlinie, gekennzeichnet durch die Hintereinanderschaltung (Kaskadierung) zweier regelbarer Verstärker (VG) mit jeweils linearer Stellkennlinie, wobei die Ansteuerung proportional zur Stellspannung (Ust) erfolgt, und durch die Hintereinanderschaltung eines dritten regelbaren Verstärkers (VK), der eine Stellkennlinie aufweist, bei der die Verstärkung (V) umgekehrt proportional zur Stellgröße (Ust) verläuft.

2. Regelbarer Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die regelbaren Verstärker als Bootstrap- Differenzverstärker ausgeführt sind (Fig. 1, Fig. 4).

3. Regelbarer Verstärker nach Anspruch 2, wobei der dritte Verstärker (VK) in Emitter-Basis-Schaltung ausgeführt ist und wobei der eine Transistor (T 2) des Differenzverstärkerteils die HF-Verstärkungsfunktion und der andere Transistor (T 1) die Regelfunktion ausübt, indem seiner Basis die Stellspannung (Ust) zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Stelltransistor (T 1) als Komplementärtyp (PNP) zum Verstärkertransistor (NPN, T 2) ausgeführt ist (Fig. 3).

4. Regelbarer Verstärker nach Anspruch 2, wobei der dritte Verstärker (VK) in Emitter-Basis-Schaltung ausgeführt ist und die Transistoren (T 4, T 3) des Differenzverstärkerteils eine HF-Verstärkungs- bzw. eine Regelfunktion aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß der Stelltransistor (T 4) auch die Vestärkungsfunktion ausübt und daß der andere Transistor (T 3) lediglich eine gleichstrommäßige Funktion bei konstanter Basiseinströmung ausübt (Fig. 5).

5. Regelbarer Verstärker nach Anspruch 2, wobei der dritte Regelverstärker (VK) in Kollektor-Basis-Schaltung ausgeführt ist und wobei die beiden Transistoren (T 5, T 6) des Differenzverstärkerteils eine Stell- bzw. eine HF-Verstärkungsfunktion aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß der Stelltransistor (T 5) auch der die HF-verstärkende Transistor ist und daß der andere Transistor (T 6) des Differenzverstärkerteils lediglich eine gleichstrommäßige Funktion bei nahezu konstanter Basiseinströmung aufweist (Fig. 6).

6. Regelbarer Verstärker nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte regelbare Verstärker (VK) in komplementärer Technik (PNP) zu der (NPN) der beiden anderen Verstärker (VG) und in Kollektor-Basis-Schaltung ausgeführt ist, wenn die beiden anderen Verstärker (VG) Emitter-Basis- Schaltung aufweisen, oder umgekehrt.