DE4017263A1 - Schaltungsanordnung auf einer leiterplatte mit einem uebertrager - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung, insbesondere eine Verstärkerschaltung, auf einer Leiterplatte mit einem Übertrager, dessen Anschlüsse mit Leiterbahnen der Leiterplatte verbunden sind.

Schaltunganordnungen dieser Art sind beispielsweise aus der EP-A1-1 34 950 im Zusammenhang mit Hochfrequenz-Leistungsendstufen für Antennen-Verstärker bekannt.

Hochfrequenz-Leistungsendstufen mit einem Ausgang müssen hinsichtlich ihrer Gestaltung und Dimensionierung derart ausgebildet sein, daß die Ausgangsimpedanz dieser Schaltung hoch genug ist, um geforderte Rückflußdämpfungen einhalten zu können. Der Erfindung der vorliegenden Erfindung hat gemäß der nicht vorveröffentlichten DE-OS 39 39 020 vorgeschlagen, für eine Leistungsendstufe einen Anpaßübertrager vorzusehen, um deren Ausgangsimpedanz zu vergrößern und dadurch insofern unabhängig von der Gestaltung der Schaltungsanordnung und der Bemessung der Bauelemente zu werden. Um Wiederholungen zu vermeiden, wird insofern auf die DE-OS 39 39 020 verwiesen.

Bei Leistungsendstufen mit zwei Ausgängen wird die Ausgangsspannung der Leistungsendstufe auf zwei Ausgänge aufgeteilt, so daß an jedem Ausgang jeweils nur die halbe Spannung auftritt. Bei herkömmlichen Schaltungsanordnungen dieser Art ist jeweils ein Übertrager zur Impedanzanpassung und ein Differentialübertrager vorgesehen. Dies bedeutet, daß dann, wenn die Leistungsendstufe zwei Ausgänge aufweist, zwei zusätzliche Bauteile, nämlich die beiden Übertrager, auf der Leiterplatte angebracht werden müssen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung auf einer Leiterplatte mit einem Übertrager zu schaffen, die in derselben Ausführungsform ohne zusätzliche bzw. unterschiedliche Bauelemente sowohl mit einem Ausgang als auch mit zwei Ausgängen und/oder mit unterschiedlicher Wicklungszahl des vorzusehenden Übertragers eingesetzt werden kann.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein und derselbe Übertrager durch Brückenbildung auf vorgegebenen Leitern der Leiterplatte entweder einen Ausgang oder zwei Ausgänge aufweist.

Das erfindungsgemäße Merkmal, auf vorgegebenen Leitern der Leiterplatte im Zusammenhang mit ein und demselben Übertrager Brücken vorzusehen, ist es möglich, ein und dieselbe Schaltungsanordnung auf einfachste Weise lediglich durch Brückenbildung mit einem oder mit zwei Ausgängen zu betreiben, wobei ein und derselbe Übertrager verwendet werden kann. Der Fertigungsaufwand, die Lagerhaltung und der Einsatz derartiger Schaltungsanordnungen wird daher erheblich vereinfacht. Weiterhin sind keine zusätzlichen Übertrager je nach dem vorgesehenen Anwendungsfall erforderlich, wie dies bei herkömmlichen Schaltungsanordnungen dieser Art der Fall ist.

Die erfindungsgemäßen Merkmale ermöglichen darüber hinaus bei einer Leistungsendstufe mit einem Eingang eine optimale, von den Dimensionierungen der Schaltungsanordnung unabhängige Anpassung hinsichtlich der Ausgangsimpedanz und andererseits bei zwei Ausgängen eine einfache Impedanzerhöhung, ohne daß in diesen Fällen ein zusätzliches Anbringen oder ein Entfernen von Bauteilen auf bzw. von der Leiterplatte für die jeweiligen Fälle nötig wäre. Es ist lediglich erforderlich, entweder eine einfache Lötung auf der Leiterplatte vorzusehen, um die Schaltungsanordnung von einer Anwendungsform auf eine andere anzupassen, oder keine Lötung durchzuführen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Übertrager mit einem Ausgang ein Spannungsübertrager und, wie bereits eingangs erwähnt wurde, als Anpaßübertrager für eine derartige Schaltungsanordnung mit einem Ausgang eingesetzt, so daß die Schaltungsanordnung und die Dimensionierung der Bauelemente unabhängig von der Ausgangsimpedanz und damit mit höheren Freiheitsgraden gestaltet bzw. gewählt werden kann.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Übertrager mit zwei Ausgängen ein Differentialtransformator. Im Gegensatz zu herkömmlichen Schaltungsanordnungen dieser Art ist es nicht mehr erforderlich, einen Anpaßübertrager vorzusehen.

Obgleich das erfindungsgemäße Prinzip bei allen Schaltungsanordnungen mit einem Übertrager, insbesondere bei Verstärkerschaltungen einsetzbar ist, ist die Erfindung besonders vorteilhaft bei einer Hochfrequenzverstärkerschaltung und im Zusammenhang damit für eine Hochfrequenz-Leistungsendstufe für Hausanschlußverstärker einsetzbar.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß wenigstens eine Wicklung des Übertragers durch Brückenbildung auf Leitern der Leiterplatte unwirksam ist. Die Anzahl der Wicklungen des Übertragers wird dabei entsprechend der maximal erforderlichen Wicklungszahl der vorgesehenen Anwendungsfälle gewählt. Durch Brückenbildung auf Leitern der Leiterplatte wird dieser Übertrager dann auf die anderen Anwendungsfälle auf einfache Weise angepaßt, bei denen eine geringere Anzahl von Wicklungen erforderlich ist. Es ist also eine feste, bestimmte Anzahl von Wicklungen auf dem Transformator vorgesehen und diese werden je nach der Anwendungsform durch die Brückenbildung aktiv gemacht bzw. außer Funktion gesetzt. Auf diese Weise ist für die verschiedenen Anwendungsfälle nur ein einziger Übertrager erforderlich, der durch einfache Brückenbildung, d. h. durch einen Lötvorgang auf der Leiterplatte, an die jeweiligen Anwendungsfälle anpaßbar ist. Der Herstellungsaufwand, die Lagerhaltung und der Montageaufwand wird daher erheblich reduziert.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß der Übertrager wenigstens eine Wicklung als gedruckte Leitung auf einer Leiterplatte aufweist. Auf diese Weise ist der Übertrager als Leiterplate auf die Leiterplatte der Schaltungsanordnung aufsteckbar und in einem Lötvorgang zusammen mit weiteren Bauelementen der Leiterplatte auf ihr zu befestigen und elektrisch zu verbinden.

Eine weitere vorzugsweise Ausführungsform der Erfindung besteht darin, die Wicklungen des Übertragers als U-förmige gedruckte Leitungen auszubilden, wobei die Anschlüsse der U-förmigen Leitungen mit gedruckten Leitungen der Leiterplatte der Schaltungsanordnungen verbunden sind. Die Wahl der Anzahl der Leitungen und der Ausführungsformen des Übertragers für den jeweiligen Einsatz ist daher sehr einfach.

Vorteilhaft ist es, wenn ein Kern des Übertragers aus permeablem Material einen mittleren Schenkel einer dreischenkligen Leiterplatte umgibt. Diese Ausführungsform der Erfindung ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung im Zusammenhang mit Hausanschlußverstärkern verwendet wird.

Nachstehend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen am Beispiel eines Hausanschlußverstärkers erläutert. Es zeigen

Fig. 1 ein Ersatzschaltbild des Übertragers mit einem Ausgang,

Fig. 2 ein Ersatzschaltbild des Übertragers mit zwei Ausgängen,

Fig. 3 die schematische Darstellung der Leiterbahnen auf der Leiterplatte der Schaltungsanordnung zur Erläuterung des Stromverlaufs;

Fig. 4 der Stromverlauf auf einer Seite des als Leiterplatte ausgebildeten Übertragers;

Fig. 5 der Stromverlauf auf der anderen Seite des als Leiterplatte ausgebildeten Übertragers.

Der in Fig. 1 als Ersatzschaltbild dargestellte Übertrager mit einem Ausgang stellt einen Spannungstransformator dar. Der Eingang 1 ist über eine Wicklung 2 des Übertragers 3 mit einem Ausgang 4 verbunden. Der Eingang 1 liegt weiterhin über zwei Wicklungen 5 und 6 des Übertragers 3 an Masse 7.

Der Übertrager gemäß Fig. 1 wird beispielsweise als Anpaßübertrager für eine Hausanschlußverstärker-Schaltung verwendet, wie dies in der DE-OS 39 39 020 im einzelnen beschrieben ist, und auf die hier Bezug genommen wird, um Wiederholungen zu vermeiden. Die am Eingang 1 anliegende Spannung wird auf Grund des Übertragers 3 bzw. des Verhältnisses seiner Wicklungen 2 bzw. 5 und 6 hochtransformiert, so daß am Ausgang 4 eine höhere Spannung auftrifft als am Eingang 1.

Das Ersatzschaltbild von Fig. 2 zeigt den Übertrager 3 als Differentialtransformator mit zwei Ausgängen, nämlich dem ersten Ausgang 4 und dem zweiten Ausgang 8. Der Eingang 1 des Übertragers ist wie beim Ersatzschaltbild gemäß Fig. 1 über die Wicklung 2 mit dem ersten Ausgang 4 verbunden. Der Eingang ist andererseits über eine Wicklung 5 des Übertragers 3 an den zweiten Ausgang 8 gelegt. Der gemäß Fig. 2 als Differentialtransformator geschaltete Übertrager 3 dient dazu, das am Eingang 1 auftretende Signal auf die beiden Ausgänge 4 und 8 aufzuspalten. Diese Schaltungsweise eines Differentialtransformators mit zwei Ausgängen im Zusammenhang mit einem Hausanschlußverstärker ist in der DE-OS 39 39 020 beschrieben, auf die hier Bezug genommen wird.

Fig. 3 zeigt die Leiterbahnen auf der Platine der Schaltungsanordnung zur Beschaltung bzw. Verbindung des Übertragers 3 bzw. dessen Leiterbahnen, die ebenfalls auf einer Leiterplatte 9 ausgebildet sind. Die Übertrager-Leiterplatte 9 mit den gedruckten Leitungen steht senkrecht auf der Leiterplatte 10 der Schaltungsanordnung, also senkrecht zur Zeichnungsebene von Fig. 3.

Fig. 4 zeigt eine schematische Anordnung der Leiterbahnen auf der Übertrager-Leiterplatte 9, die als nach oben geklappt zu denken ist, so daß die Leiterbahnen der Übertrager-Leiterplatte 9 in Fig. 4 dargestellt sind, die sich auf der südlichen Leiterplatten-Seite befinden. Demgegenüber zeigt Fig. 5 die Darstellung der Übertrager-Leiterplatte 3 mit den Leiterbahnen, die sich auf der nördlichen Seite der Übertrager-Leiterplatte 9 befinden.

Die Übertrager-Leiterplatte 9 ist mit entsprechenden (nicht dargestellten) Füßchen in Ausnehmungen auf der Leiterplatte der Schaltungsanordnung auf dieser befestigt. In Fig. 3 sind derartige Ausnehmungen 11 bis 16 schematisch wiedergegeben.

Anhand der Fig. 3, 4 und 5 wird der Stromverlauf auf der Leiterplatte 10 der Schaltungsanordnung bzw. auf der Übertrager- Leiterplatte 9 bzw. deren gedruckten Leitungen wiedergegeben. Dabei wird der Stromverlauf für den Fall, daß der Übertrager mit einem Ausgang, also als Spannungstransformator (vergl. Fig. 1), verwendet wird, mit jeweils einem einfachen Pfeil und der Stromverlauf für den Fall des Übertragers mit zwei Ausgängen, also für den Fall, bei dem der Übertrager als Differentialtransformator verwendet wird (vergl. Fig. 2), mit einem Doppelpfeil dargestellt. Schaltungsteile der Fig. 1 und 2, die denen der Fig. 3, 4 und 5 entsprechen, sind mit denselben Bezugszeichen versehen.

Zunächst wird der Stromverlauf für den Fall beschrieben, bei dem der Übertrager 3 mit einem Ausgang versehen ist, also als Spannungstransformator verwendet wird. Vom Eingang 1 fließt der Strom entsprechend dem einfachen Pfeil über die Leitungen 21 und 22 auf eine Leiterbahn 51 auf der nördlichen Seite der Übertrager-Leiterplatte 9, wie dies in Fig. 5 dargestellt ist. Die Leiterbahn 51 entspricht der Wicklung 2 des in Fig. 1 dargestellten Ersatzschaltbildes. Da die Leitungsbahn 51 der Übertrager-Leiterplatte 9 mit einer Leitung 24 der Schaltungs- Leiterplatte 10 verbunden ist, fließt der Strom weiter über die Leitungen 24, 25, 26 und 27 an den ersten Ausgang 4.

Gleichzeitig fließt der Strom über die Leitung 21 und 23 der Schaltungs-Leiterplatte 10 in die gedruckte Leitung 52, die sich ebenfalls auf der nördlichen Seite der Übertrager-Leiterplatte 9 (vgl. Fig. 5) befindet. Die gedruckte Leitung 52 entspricht der Wicklung 5 des in Fig. 1 dargestellten Ersatzschaltbildes. Der Strom fließt weiter über die Leitungen 28, 29 und 30 der Schaltungs-Leiterplatte 10 in die gedruckte Leitung 41 auf der südlichen Seite der Übertrager-Leiterplatte 9, wie dies Fig. 4 zeigt. Der gedruckte Leiter 41 entspricht der Wicklung 6 des in Fig. 1 dargestellten Ersatzschaltbildes. Der weitere Stromverlauf geht über die Leitung 31 und eine Brücke 32 zum Masseanschluß.

Für die Verwendung des Übertragers 3 als Spannungstransformator mit einem Ausgang ist eine zweite Brücke 33, die die Leitung 29 mit dem zweiten Ausgang 8 verbinden kann, geöffnet, so daß eine Leitung 34 der Schaltung-Leiterplatte 10, die die Leitung 29 mit dem zweiten Ausgang 8 verbindet, leerlaufend ist.

Nachfolgend wird der Stromverlauf auf der Schaltungs-Leiterplatte 10 und der Übertrager-Leiterplatte 9 mit zwei Ausgängen beschrieben, bei der der Übertrager 3 also als Differentialtransformator verwendet wird. Der Stromverlauf ist für diesen Fall als Doppelpfeil dargestellt.

Der Stromverlauf zwischen dem Eingang 1 und dem ersten Ausgang 4 entspricht dem Stromverlauf für die Verwendung des Übertragers 3 mit einem Ausgang bzw. als Spannungstransformator, entsprechend dem Ersatzschaltbild von Fig. 1. Der Stromverlauf erfolgt nämlich über die Leitungen 21 und 22 der Schaltungs- Leiterplatte 10, den Leiter 51 der Übertrager-Leiterplatte 9, der der Wicklung 2 der Ersatzschaltbilder von Fig. 1 und 2 entspricht, und weiterhin über die Leiter 24, 25, 26 und 27 der Schaltungs-Leiterplatte 10 zum ersten Ausgang 4.

Die Verbindung des Eingangs 1 mit dem zweiten Ausgang 8 gemäß des in Fig. 2 dargestellten Ersatzschaltbildes erfolgt über die Leitung 21 und 23 der Schaltungs-Leiterplatte 10 (vgl. Fig. 3), den Leiter 52 auf der Nordseite der Übertrager-Leiterplatte 9, der der Wicklung 5 der Ersatzschaltbilder in Fig. 1 und 2 entspricht, sowie über die Leitungen 28, 29, 34 und die zweite Brücke 33 zum zweiten Ausgang 8. In diesem Falle ist die zweite Brücke verbunden, d. h. leitend, während die erste Brücke 32 nicht verbunden, d. h. nicht leitend ist. Da die erste Brücke 32 - wie gesagt - nicht leitend ist, fließt für den Fall, daß der Übertrager 3 zwei Ausgänge aufweist, kein Strom durch die gedruckte Leitung 41 auf der Südseite der Übertrager-Leiterplatte 9 (vgl. Fig. 4), der der Wicklung 6 von Fig. 1 entspricht. Diese Wicklung 6 läuft daher leer, wenn der Übertrager 9 als Differentialübertrager mit zwei Ausgängen eingesetzt wird.

Die gedruckte Leitung 42 auf der Südseite der Übertrager-Leiterplatte 9 (vgl. Fig. 4) ist über eine Leitung 35 und die Leitung 27 mit dem ersten Ausgang 4 verbunden, so daß sie für beide Alternativfälle, also sowohl für die Verwendung des Übertragers 3 mit einem Ausgang als auch mit zwei Ausgängen leerläuft und lediglich zur Kompensation dient.

Sowohl auf der nördlichen als auch auf der südliche Seite der Übertrager-Leiterplatte 9 ist am Außenumfang eine Leiterbahn 43 bzw. 53 vorgesehen, die an ihren beiden Anschlüssen mit der Masseleitung der Leiterplattenschaltung 10 verbunden sind, weil die Leiterbahnen des Übertragers 3 wellenwiderstandsrichtig geführt sind.

Vorzugsweise erfolgt die räumliche Anordnung des Übertragers 3 auf der Seite der Schaltungs-Leiterplatte 10, auf der auch die bedrahteten Bauelemente angeordnet sind. Die Brücken und die SMD-Bauteile befinden sich dagegen auf der Lötseite der Schaltungs-Leiterplatte 10. Die Lötung der Brücken kann beispielsweise zusammen mit dem Lötvorgang für das Befestigen der Bauelemente auf der Leiterplatte 10, beispielsweise mit einer Lötwalze, vorgenommen werden.

Um einen mittleren Schenkel 54 der dreischenkligen Leiterplatte 9 des Übertragers 3 befindet sich vorzugsweise ein Ringkern, der jedoch nicht dargestellt ist.

Die Erfindung wurde anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels für einen Hochfrequenz-Leistungsendverstärker beschrieben. Dem Fachmann sind jedoch zahlreiche Abwandlungen und Ausgestaltungen möglich, ohne daß dadurch der Erfindungsgedanke verlassen wird. Es ist möglich, den Übertrager auch mit mehr Wicklungen als dies bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel der Fall ist, auszustatten. Die Ausgangsimpedanz kann daher entsprechend noch weiter erhöht werden. Dies gilt insbesondere dann, wenn die Schaltungsanordnung für niedrigere Frequenzen als 40 MHz vorgesehen ist. Im Niederfrequenz-Bereich ist es sogar möglich, Hunderte von Wicklungen vorzusehen, wenn dies erforderlich sein sollte.

Claims (9)

1. Schaltungsanordnung, insbesondere Verstärkerschaltung, auf einer Leiterplatte mit einem Übertrager, dessen Anschlüsse mit Leiterbahnen der Leiterplatte verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß ein und derselbe Übertrager (3) durch Brückenbildung (32, 33) auf vorgegebenen Leitern (31, 34) der Leiterplatte (10) entweder einen Ausgang (4) oder zwei Ausgänge (4, 8) aufweist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Übertrager mit einem Ausgang ein Spannungsübertrager ist (Fig. 1).

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Übertrager mit zwei Ausgängen ein Differentialtransformator ist (Fig. 2).

4. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsanordnung eine Hochfrequenz-Verstärkerschaltung ist.

5. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsanordnung eine Hochfrequenz-Leistungsendstufe für Hausanschlußverstärker ist.

6. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Wicklung (6 bzw. 41) des Übertragers (3) durch Brückenbildung (32) auf Leitern (31) der Leiterplatte (10) unwirksam ist.

7. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Übertrager (3) wenigstens eine Wicklung (2, 5, 6) als gedruckte Leitung (41, 42, 51, 52) auf einer Leiterplatte (9) aufweist.

8. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungen (2, 5, 6) als U-förmige gedruckte Leiter (41, 51, 52) ausgebildet sind, wobei die Anschlüsse der U-förmigen Leiter (41, 42, 51, 52) mit gedruckten Leitungen (22, 23, 24, 28, 30, 31, 35) der Leiterplatte (10) der Schaltungsanordnung verbunden sind.

9. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kern des Übertragers aus permeablem Material einen mittleren Schenkel (54) einer dreischenkligen Leiterplatte (9) umgibt.