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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf Niederspannungsverstärker
und insbesondere, obwohl nicht ausschließlich auf Niederspannungsverstärker zur
Verwendung in Funktelefonen.
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Die Nachfragen nach der Verarbeitungsfähigkeit
von großen
Signalen in Funktelefonen und insbesondere Zellulartelefonschaltungen
wie rauscharme Verstärker
und Mischer wachsen an, während die
Versorgungsspannungen, mit denen sie betrieben werden sollen, abnehmen.
Vor ein paar Jahren waren zum Beispiel Batteriespannungen von 4,8
Volt üblich,
während
heute Zellulartelefonschaltungen eventuell bei einer Versorgung
von 2,7 Volt arbeiten sollen.
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Die niedrigere Versorgungsspannung
kann es schwieriger machen, Schaltungen zur Verarbeitung von großen Signalen
mit Standardkonfigurationen von integrierten Mischerschaltungen
zu entwerfen, wie Gilbert-Zellen, die gewöhnlich eine Anzahl von aktiven
Bauelementen erfordern, die zwischen den Versorgungsschienen aufgestapelt
werden sollen, so daß sie
stromeffizient sind. Diese aktiven Bauelemente können zum Beispiel die Transistoren
des Eingangssverstärkers
aufweisen, mit dessen Hilfe unausbalancierte oder einseitige, empfangene
Hochfrequenzsignale verstärkt
und phasengeteilt werden, um die ausbalancierten oder Differenzstromsignale bereitzustellen,
die zum Antreiben der Transistoren der Mischerzelle erforderlich
sind.
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Die EP-A-0584870 zeigt in ihrer 2 einen Transkonduktanzverstärker, der
eine Basis- und Emitterschaltung aufweist, die eingerichtet sind,
um ein einseitiges Eingangs signal zu empfangen und Differenzstromsignale
an ihren Kollektor-Elektroden bereitzustellen. Jedoch ist dieser
Verstärker
kein Niederspannungsverstärken
und die vorliegende Erfindung versucht einen Niederfrequenzverstärker zu schaffen,
der verbesserte oder vergleichbare Übertragungsmerkmale hat, jedoch
bei niedrigeren Spannungen betreibbar ist als dieser Verstärker aus
dem Stand der Technik.
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Die US-A-5365192 beschreibt eine
integrierte Hochfrequenzverstärkerschaltung
mit einem einseitigen Eingang oder Differenzeingang, die einen ersten
Transistor in einer Emitter-Konfiguration aufweist, der mit einem
zweiten Transistor in einer Basis-Konfiguration gekoppelt ist.
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Nach einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung
wird ein Niederspannungsverstärker
mit Differenzstromausgängen
und einem einseitigen Eingang geschaffen, umfassend erste und zweite
Transistoren, die zum Empfang von Signalen von besagtem Eingang
in Basisschaltungs- bzw. Emitterschaltungs-Konfiguration angeschlossen
sind, und Mittel zur Durchlaßvorspannung
der Basis-Emitter-Verbindungen besagter Transistoren, wobei die
Differenzausgänge
von den Kollektor-Elektroden der ersten und zweiten Transistoren
abgeleitet werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannungsmittel derart eingerichtet
sind, daß die
Emitter-Elektroden der ersten und zweiten Transistoren so betrieben
werden können,
daß sie
im wesentlichen aus einem Potential einer Zentralspeiseleitung des
Verstärkers
liegen.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der
vorliegenden Erfindung ist der erste Transistor so verbunden, daß er Signale
von dem Eingang in Basis-Konfiguration durch eine Impedanz empfängt, wobei
der zweite Transistor so verbunden ist, daß er Signale von dem Eingang
in einer Emitter-Konfiguration durch einen Kondensator empfängt.
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Die Kondensatoren wirken als Wechselstromblock,
der es deshalb ermöglicht,
daß die
Basis-Spannung des in der Basis-Konfiguration
verbundenen Transistors unabhängig
von der Basis-Spannung des in Emitter-Konfiguration verbundenen
Transistors ist. Dies ermöglicht
eine höhere
Spannungshöhe über dem
Verstärker
und sorgt für
eine Linearität
und Verstärkung
von Basisschaltungs/Emitterschaltungsverstärkern aus dem Stand der Technik.
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Die Mittel zur Durchlaßvorspannung
der Basis-Emitter-Verbindung des ersten und der zweiten Transistoren
kann einen dritten Transistor umfassen, der in einer Stromspiegelschaltungs-Konfiguration verbunden
ist.
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Gemäß einem dritten Aspekt der
vorliegenden Erfindung wird ein Niederspannungsverstärker zur
selektiven Bereitstellung von Differenzstrom-Ausgangssignalen aus
einer oder mehreren von wenigstens zwei verstärkten Stufen als Reaktion auf
an einen einseitigen, den Verstärkerstufen
gemeinsamen Eingang angelegte Signale geschaffen, dadurch gekennzeichnet,
daß jede
Verstärkerstufe
umfaßt:
einen Verstärker
nach Anspruch 1, wobei die Emitter-Elektroden von wenigstens zwei
der besagten ersten Transistoren über ein gemeinsames erstes
induktives Element mit dem Eingang verbunden sind und die Emitter-Elektroden
von wenigstens zwei der besagten zweiten Transistoren über ein
gemeinsames zweites induktives Element mit einer negativen Speiseleitung
verbunden sind, und wobei die Differenzausgänge einer Verstärkerstufe
von den Kollektor-Elektroden der ersten und zweiten Transistoren dieser
Stufe abgeleitet sind.
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Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung werden nun nur beispielhaft mit Bezugnahme auf die beiliegenden
Zeichnungen beschrieben:
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1 zeigt
einen Niederspannungsverstärker
gemäß den ersten
und zweiten Aspekten der vorliegenden Erfindung; und 2 zeigt einen Niederspannungsverstärker gemäß den ersten,
zweiten und dritten Aspekten der vorliegenden Erfindung.
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Mit Bezugnahme auf 1 bildet ein Niederspannungsverstärker mit
ersten, zweiten und dritten Transistoren 1, 2 und 3 die
Eingangsstufe für
eine Mischerstufe mit den Transistoren 4, 5, 6 und 7.
Ein Hochfrequenzeingangssignal wird zwischen einem Eingangsanschluß 8 und
einer gemeinsamen negativen Speiseleitung oder Schiene 9 angelegt.
Eine Batterie 10, die zum Beispiel 2, 7 Volt
bereitstellt, kann zwischen der Leitung 9 und der positiven
Speiseleitung 11 verbunden sein.
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Der Eingangsanschluß 8 ist über ein
erstes induktives Element mit der Emitter-Elektrode des ersten Transistors 1 und über einen
ersten Kondensator 13 mit der Basiselektrode des zweiten
Transistors 2 verbunden, Hochfrequenzrückführungen zu der Leitung 9 werden über einen
zweiten Kondensator 14 von der Basiselektrode des ersten
Transistors 1 und über
ein zweites induktives Element 15 von der Emitterlektrode
des zweiten Transistors 2 vervollständigt.
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Eine direkte Stromversorgung des
ersten und zweiten Transistoren 1 und 2 wird durch
die vorliegenden Spannungsmittel geschaffen, die eine Stromspiegelschaltung-Konfiguration
aufweisen, die durch eine Stromquelle 16 und einen dritten
Transistor 3 mit dem ersten, zweiten und dritten Vorspannungswiderständen 17, 18 und 19 gebildet
werden, welche die Kollektorschaltung des dritten Transistors 3 mit
den Basis-Elektroden
des ersten bzw. zweiten Transistoren 1 und 2 und
dem dritten Transistor 3 verbinden. Die Werte dieser Widerstände können gewählt werden,
um die erforderlichen Werte des Stromflusses durch die ersten und
zweiten Transistoren
1 und 2 festzusetzen, wodurch
deren begrenzte Stromverstärkungen
kompensiert werden. Den zweiten Widerstand 18 stellt auch
ein Maß für die Hochfrequenzisolation
der Vorspannungsanordnung von den Hochfrequenzsignalen bei den Basis-Elektroden des zweiten
Transistors 2 bereit, während
der erste Kondensator 13 einen Gleichstromblock zur Vorspannung
bei der Basis-Elektrode des zweiten Transistors 2 bereitstellt.
Ein direkter Stromweg zu der Leitung 9 für den Emitter-Strom
des ersten Transistors 1 ist über ein induktives Element
oder eine Hochfrequenzdrossel zwischen dem Eingangsanschluß 8 und
der Leitung 9 vorgesehen, der Blindwiderstand dieser Drossel 20 wird
beim Entwurf des Anpassungsnetzwerks berücksichtigt, welches in der
Regel bei dem Eingangsanschluß 8 vorgesehen
ist.
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Es wird erfaßt werden, daß für Hochfrequenzsignale
der erste Transistor 1 als Basisschaltungs-Konfiguration
verbunden ist, während
der zweite Transistor 2 als Emitterschaltungs-Konfiguration
verbunden ist, so daß als
Reaktion auf ein Hochfrequenzsignal bei dem Eingangsanschluß 8 Differenzstromsignale
von den Kollektor-Elektroden der ersten und zweiten Transistoren 1 und 2 bereitgestellt
werden, um die Mischerschaltung 4, 5, 6 bzw. 7 anzutreiben.
Diese Differenzstromsignale werden beim Betrieb mit Signalen eines
Lokaloszillators gemischt, die an den Anschlüssen 21 und 22 anliegen und
Zwischenfrequenzausgangssignale von den über Kreuz gekoppelten Kollektorelektroden
der Mischertransistoren 4 und 7 liegen an einer
Lastschaltung an, die induktive Lastelemente 23 und 24 und
eine Filterschaltung umfaßt,
die einen Widerstand 25 und einen Kondensator 26 aufweist.
Differenzausgangssignale bei Zwischenfrequenzen können von
den ersten und zweiten Ausgangsanschlüssen 27 und 28 genommen
werden.
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Die ersten und zweiten induktiven
Elemente 12 und 15 stellen ein Maß für die induktive
Entartung bereit, obwohl dies für
den Betrieb des Verstärkers nicht
grundlegend ist. Zum Zweck der Vorspannung können die induktiven Elemente 12, 15 und 20 sehr nahe
als Gleichstromkurzschluß angesehen
werden. Die Vorspannungsmittel 3, 16, 14, 15, 12 ermöglichen
es, daß die
Emitter-Elektroden die ersten und zweiten Transistoren 1 und 2 nahe
bei dem Potential der Leitung 9 sind, wodurch der Anteil
der Versorgungsspannung maximiert wird, die für den Rest der Schaltung vorhanden
bleibt, das heißt,
die Mischerstufe und die Lastschaltung, wo die größten Spannungsausschläge erwartet
werden sollen.
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Der Verstärker und der Mischer, die oben
beschrieben sind, können
als integrierter Schaltungschip ausgebildet sein, der durch die
gestrichelte Außenlinie 29 angedeutet
ist. Die Drossel 20 und die Komponenten 23 bis 26 der
Lastschaltung sind außen
vorgesehen, wie gezeigt, oder auf dem Chip.
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Obwohl sie nur ein bevorzugtes Merkmal
der vorliegenden Erfindung sind, können die induktiven Elemente 12 und 15 viel
Platz auf der integrierten Schaltung benötigen, auf welcher sie ausgebildet sind.
Die Erfinder haben herausgefunden, daß diese induktiven Elemente 20 auch
durch mehr als eine oder mehrere weitere Verstärkerschaltungen verwendet werden
können,
die auf der gleichen integrierten Schaltung ausgebildet sind. 2 zeigt einen Niederspannungsverstärker mit
zwei verstärkenden
Schaltungen.
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Mit Bezugnahme auf 2 weist eine erste Verstärkerschaltung
den Verstärker
aus 1 auf, von welcher
Bezugszeichen für ähnliche
Elemente wiederverwendet wurden. Die erste Verstärkerstufe ist mit einem Mischerkern
verbunden, welcher durch die Transistoren 4 bis 7 wie
in 1 gebildet wird. Eine
zweite Verstärkerstufe
wird durch vierte, fünfte und
sechste Transistoren 30, 31 und 32 gebildet,
von denen jeder durch dessen entsprechenden der Vorspannungswiderstände 34, 33 und 35 vorgespannt ist.
Die Basis des vierten Transistors 30 ist mit der negativen
Speiseleitung 9 durch einen dritten Kondensator 26 verbunden,
und die Basis des fünften
Transistors 31 ist mit dem Eingangsanschluß 8 durch
einen vierten Kondensator 37 verbunden. Der Emitter des
vierten Transistors 30 ist mit dem Eingangsanschluß 8 des
ersten induktiven Elements 12 verbunden, welchen er dadurch
mit dem ersten Transistor 1 teilt. Der fünfte Transistor 31 teilt ähnlich das
zweite induktive Element 15 mit dem zweiten Transistor 2.
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Die Kollektorelektroden der vierten
und fünften
Transistoren 30 und 31 bilden die entsprechenden
der Differenzstromeingänge
zu einem zweiten Mischerkern, welcher durch die Transistoren 38, 39, 40 und 41 gebildet
wird. Der zweite Mischerkern ist eingerichtet, um Signale eines
Lokaloszillators an den Eingangsanschlüssen 42 und 43 des
Lokalosziallators zu empfangen. Eine Lastschaltung, die durch die
induktiven Lastelemente 44 und 45 und eine Filterschaltung
gebildet ist, die durch einen Kondensator 46 und einen
Widerstand 47 gebildet ist, ist zwischen dem Ausgang des
zweiten Mischerkerns und der positiven Versorgungsleitung 11 verbunden,
und dritte und vierte Ausgangssignale 48 und 49 sind
auf die gleiche Weise vorgesehen wie die Last- und Filterschaltungsanordnung
des ersten Mischerkerns, der durch die Komponenten 23 bis 28 gebildet
ist.
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Die erste Verstärkerstufe ist zur Verarbeitung von
Signalen ausgewählt,
die an dem Eingangsanschluß 8 durch
das Einschalten der Stromquelle 16 unter Verwendung einer
externen Steuerungsschaltung (nicht gezeigt) angelegt sind. Die
zweite Verstärkerstufe
kann ähnlich
zur Verarbeitung der Signale, die an dem Eingangsanschluß 8 anliegen,
durch Auswahl von seiner Stromquelle 50 durch die gleiche oder ähnliche
externe Steuerungsschaltung (nicht gezeigt) ausgewählt werden.
Welche der ersten und zweiten Verstärkerstufe auch immer gewählt wird, ihre
Leistung wird durch die Ver bindung der ersten und zweiten Transistoren 1 und 2 oder
der vierten und fünften
Transistoren 30 und 31 nicht beeinträchtigt sein,
wie es der Fall aufgrund der hohen Emitterimpedanz dieser Transistoren
sein kann.
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Es wird daran gedacht, daß die Niederspannungsverstärkeranordnung
aus 2 besonders nützlich für Anwendungen
sein wird, in welchen die Verwendung eines Lokaloszillators mit
variabler Frequenz unpraktisch, teuer oder aus einem anderen Grund
unerwünscht
ist. Die Anordnung aus 2 erlaubt
es, zwei unterschiedliche feststehende Lokaloszil- latorsignale
mit feststehender Frequenz mit einem einzelnen Hochfrequenzeingangssignal
zu mischen, indem die Schaltung verwendet wird, die auf einer einzelnen
integrierten Schaltung ausgebildet ist. Es ist sogar möglich, sowohl
die erste als auch die zweite Verstärkerstufe gleichzeitig auszuwählen, wodurch
Ausgangssignale an den Anschlüssen 27 und 28 und
den Anschlüssen 48 und 49 gleichzeitig
bereitgestellt werden. Solche Ausgangssignale würden selbstverständlich von
dem gleichen Eingangssignal abgeleitet werden, würden aber von den Lokaloszillatorsignalen
abhängen,
die an die entsprechenden Lokaloszillatoreingangsanschlüssen 21, 22 und 42, 43 angelegt
sind.
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Wenn nur eine der ersten und der
zweiten Verstärkerstufe
zu irgendeiner Zeit ausgewählt
werden soll, könnte
eine weitere Wiederverwendung von Komponenten durch Verbindung der
Kollektor-Elektroden der Transistoren 4 und 38 und
der Verbindung der Kollektor-Elektroden der Transistoren 7 und 41 erreicht
werden, eine einzige Lastschaltung und eine einzige Filterschaltung
wären dann
erforderliche, um die Zwischenfrequenzausgangssignale von dem ausgewählten der
Mischerkerne bereitzustellen.
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Mit der Anordnung aus 2 ist es möglich, einfach
die erste Verstärkerstufe
mit einer anderen Verstärkung
als die zweite Verstärkerstufe
zu versehen. Obwohl dies auch durch die Herstellung der vierten
und fünften
Transistoren 30 und 31 mit anderen Eigenschaften
als die ersten und zweiten Transistoren 1 und 2 erreicht
werden könnte,
könnten
das erste und zweite induktive Element 12 und 15 auf
die folgende Art verbunden werden, um die gleiche Wirkung zu erzielen.
Wenn zum Beispiel der erste und der zweite Transistor 1 und 2 am äußersten
Ende eines entsprechenden induktiven Elements 12 und 15 mit
fünf Windungen
verbunden sind, und der Eingangsanschluß 8 und die negative
Speiseleitung 9 entsprechend mit den innersten Ende der
induktiven Elemente 12 und 15 verbunden ist, könnte die
zweite Verstärkerstufe
mit einer höheren
Verstärkung
versehen sein, indem der vierte und fünfte Transistor 30 und 31 mit
der vierten oder der dritten Windung der induktiven Elemente 12 und 15 verbunden
werden.
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Ein Fachmann wird es zu schätzen wissen, daß weitere
Verstärkerstufen
und weitere Mischerkerne und Lastschaltungen, falls notwendig, mit
dem Eingangsanschluß 8 auf
die gleiche Art wie die zweite Verstärkerstufe verbunden werden
können.
Jede weitere Verstärkerstufe
erfordert ihr eigenes Vorspannungsmittel, vorzugsweise eine Stromquelle, die
als Stromspiegelschaltungs-Konfiguration wie für die ersten und zweiten Verstärkerstufen,
die in 2 gezeigt sind,
verbunden ist. Diese weiteren Verstärkerstufen könnten die
induktiven Elemente 12 und 15 teilen oder könnten getrennte
induktive Elemente einbeziehen.