DE3606702C2 - - 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 Frequenzen 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 herkömmlicher Verstärker.

Diese Aufgabe wurde durch die Merkmale des Anspruches 1 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 beruht auf der Erkenntnis, daß durch Hinter­ einanderschaltung (Kaskadierung) zweier Regelverstärker der eingangs genannten Art zwar der Stellbereich wesentlich ver­ größert 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 Figu­ ren. 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 Ausführungsbei­ spiele für einen Kompensationsverstärker gemäß Anspruch 3, 4 und 5.

In Fig. 2 ist eine Regelschleife erkennbar, welche die er­ findungsgemäße Verstärkeranordnung enthält, nämlich die Kas­ kadierungsschaltung zweier Regelverstärker VG und eines Kom­ pensationsverstärkers VK. Die Reihenfolge der 3 Verstärker ist dabei beliebig wählbar.

In Blockschaltbildbeispiel der Fig. 2 wird die Ausgangsspan­ nung Ua detektiert und mittels eines Treiber-Verstärkers H in eine Stellspannung Ust umgesetzt. Diese Stellspannung wird allen Regelverstärkern zugeführt. Nimmt man an, daß im li­ nearen Stellbereich der beiden eingangsseitigen Regelver­ stärker 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 Ausgangsspan­ nung zweier kaskadierter Regelverstärker von der Stellgrö­ ße Ust. Das Regelverhalten des dritten Verstärkers VK ist jedoch umgekehrt proportional zur Stellspannung Ust, also seine Ausgangsspannung sei Ua = Ux · K/Ust. Insgesamt er­ hält 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 Eingangs­ spannung 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 je­ doch Linearität innerhalb eines sehr weiten Bereiches er­ zielt 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 Dif­ ferenzverstärkerteil nicht in NPN-Technik wie der gleich­ stromgekoppelte, HF-verstärkende Transistor T 2 sondern in komplementärer PNP-Technik ausgeführt ist. Wird die Arbeits­ kennlinie 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) detail­ liert dargestellt. Ihre linearen Stellkennlinien fallen je­ weils mit steigender Stellspannung Ust, und ihr Ausgang ZF′ ist Eingang der nachfolgenden kompensierenden Regelverstär­ kerstufe 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 Tran­ sistor T 4, dessen Basis über einen Widerstand von der steu­ ernden Regelspannung Ust gespeist wird.

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

In Fig. 6 ist ein Regelverstärker in Kollektor-Basis-Schal­ tung gezeichnet, bei dem wie in Fig. 5 der das HF-Signal verstärkende Transistor T 5 gleichzeitig auch der Regeltran­ sistor 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, ge­ kennzeichnet durch die Hintereinanderschaltung (Kaskadie­ rung) zweier regelbarer Verstärker (VG) mit jeweils li­ nearer Stellkennlinie, wobei die Ansteuerung proportio­ nal zur Stellspannung (Ust) erfolgt, und durch die Hin­ tereinanderschaltung eines dritten regelbaren Verstärkers (VK), der eine Stellkennlinie aufweist, bei der die Ver­ stärkung (V) umgekehrt proportional zur Stellgröße (Ust) verläuft.

2. Regelbarer Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die regelbaren Verstärker als Bootstrap- Differenzverstärker ausgeführt sind.

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 Differenzverstär­ kerteils die HF-Verstärkungsfunktion und der andere Tran­ sistor (T 1) die Regelfunktion ausübt, indem seiner Basis die Stellspannung (Ust) zugeführt wird, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Stelltransistor (T 1) als Komplementär­ typ (PNP) zum Verstärkertransistor (NPN, T 2) ausgeführt ist.

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 Verstärkungsfunktion ausübt und daß der andere Tran­ sistor (T 3) lediglich eine gleichstrommäßige Funktion bei konstanter Basiseinströmung ausübt.

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

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