FI75953B - Foerstraekningsreglerad foerstaerkare foer en televisionsmottagare. - Google Patents

Description

TTii^Tl KUULUTUSJULKAISU Π C η π τ

®8μ? [β] Π1) UTLÄGGNINGSSKRIFT f O JOO

(51) Kv.lk.Vlnt.CI.4 Η 03 G 3/30

SUOMI-FINLAND

(Η) (21) Patenttihakemus - Patentansökning 800709 (22) Hakemispäivä - Ansökningsdag 07.03.80

Patentti· ja rekisterihallitus (23) Alkupäivä - Giitighetsdag 0 7.03.80

Patent* och registerstyrelsen (41) Tullut julkiseksi - Biivit offentiig 17.09.80 (44) Nähtäväksipanon ja kuul.julkaisun pvm.- 29 04.88

Ansökan utlagd och utl.skriften publicerad (86) Kv. hakemus - Int. ansökan (32)(33)(31) Pyydetty etuoikeus - Begärd prioritet 16.03.79 USA(US) 021324 (71) RCA Corporation, 30 Rockefeller Plaza, New York, New York, USA(US) (72) Jack Rudolph Harford, Flemington, New Jersey, USA(US) (74) Oy Kolster Ab (54) Vahvistuskertoimeltaan säädetty vahvistin televisiovastaanotinta varten -Försträkningsreglerad förstärkare för en televisionsmottagare Tämä keksintö kohdistuu vahvistukseltaan säädettyyn vahvistimeen televisiovastaanotinta varten, joka vahvistin on tarkoitettu vahvistamaan signaaleja, joiden taajuus ylittää 1 MHz ja johon kuuluu ensimmäinen transistori, joka käsittää kanta-, emitteri-ja kollektorielektrodit ja joka on kytketty yhteisemitterimuotoon; kantaelektrodiin kytketty tulosignaalilähde; kollektorielektrodiin kytketty kuormitusimpedanssi; emitterielektrodin ja vertailupoten-tiaalipisteen väliin kytketty, myötäsuuntaan esijännitetty PIN-diodi; ja vahvistuksen säätöjännitelähde, joka on kytketty ensimmäiseen transistoriin siten, että transistorin ja PIN-diodin esi-jännitettä voidaan vaihdella samanaikaisesti.

Tässä yhteydessä kuvattua keksintöä voidaan soveltaa joko erillisen piirin muodossa tai integroidun piirin muodossa riippuen käyttäjän tarpeista ja mielihaluista. Termi integroitu piiri, kuten 2 75953 sitä tässä yhteydessä käytetään, viittaa yksikkötyyppiseen tai monoliittiseen puolijohdelaitteeseen tai -lastuun, mikä vastaa toisiinsa kytkettyjen aktiivisten ja passiivisten piiriosien kytkentää.

Jotta vahvistin olisi käyttökelpoinen signaalin käsittelyjärjestelmässä, kuten välitaajuusvahvistimessa televisiovastaanottimessa, täytyy vahvistukertoimeltaan säädetyn vahvistimen kyetä käsittelemään laajaa sisääntulosignaalien aluetta. Tämän vahvistimen tulee kyetä oleellisesti vahvistamaan hyvin heikkoja si-sääntulosignaaleja, mutta sen täytyy myös toimia vahvistuskertoi-men säädön perusteella, niin että hyvin voimakkaita sisääntulo-signaaleja käsitellään lineaarisesti eikä aikaansaada vääristynyttä ulostulosignaalia.

Tämä lineaarisen vahvistamisen päämäärä laajalla sisääntulosignaalien toimialueella monimutkaistuu transistorin epälineaaristen siirto-ominaisuuksien johdosta. Tämä siirto-ominaisuus, toisin sanoen kollektorivirran käyrä kantaemitterijännitteen funktiona, on eksponentiaalinen, ja tämän johdosta minkä tahansa pisteen kaltevuus tällä siirtofunktion ominaiskäyrällä on myös eksponentiaalinen. Tästä seurauksena ulostulosignaalissa esiintyy vääristymää, kun signaali tuodaan transistorin kannalle. Hyvin pieniä signaaleja varten tämä vääristymä on kuitenkin siedettävissä, koska pienet lisäykset siirto-ominaiskäyrää pitkin ovat likimääräisesti lineaarinen funktio eikä vääristymä ole voimakasta. Mutta sitä mukaa, kun sisääntulosignaali tulee suuremmaksi tämä likimääräistys ei enää pädekään ja muodostuu suurempia vääristymä-määriä. Television välitaajuusvahvistimessa tällainen suurten signaalien toiminta saattaa johtaa amplitudivääristymiin sekä risti-modulaatio- ja keskeismodulaatiosäröön, kun erilaiset signaalien kantoaallot ja niiden sivukaistat ovat keskenään vuorovaikutuksessa.

Suurten signaalien särö transistorivahvistimessa voidaan pitää siedettävissä rajoissa rajoittamalla sitä signaalitasoa, joka tuodaan transistorin kannalle. Kuten on kuvattuna US-paten-tissa nro 3 628 166, on havaittu, että suurin signaalimuutos yh-teisemitterikytketyn integroidun piirin transistorin kantaelektro- 3 75953 dilla tulisi suuruusluokaltaan olla 10 millivolttia, jotta estettäisiin ulostulosignaalin vääristymä. Aikaisemmin tunnettu menetelmä sisääntulosignaalien rajoittamiseksi tälle tasolle on sisään-tulosignaalien vaimentaminen, kun ne ylittävät 10 millivolttia, kuten on kuvattu yllä mainitussa patentissa sekä US-patentissa nro 3 538 448. Sen ilmeisen monimutkaisen piirin lisäksi, joka aikaansaadaan sisällyttämällä säädetty vaimennin vahvistinpiiriin, sisältyy sen käyttöön kuitenkin luonteenomaisesti muitakin haittapuolia. Kun sisääntulosignaalia vaimennetaan, huonontuu vahvistimen signaali-kohinasuhde, koska vahvistimen kohinan taso ei muutu tai saattaa jopa kasvaa kun sisääntulosignaali heikkenee. Lisäksi vaimennuksen lisääminen muuttaa sisääntuloimpedanssia vahvistimessa, mikä saattaa vaikuttaa haitallisesti piirin suodinpiirien kuor-mitusimpedansseihin ja aikaansaada haitallisia vaiheensiirtymiä ulostulosignaaliin. Tämän johdosta saattaa olla tarpeen puskuroida vaimennin käyttämällä ylimääräisiä transistoreita, jotta estettäisiin tämä haitallinen vaikutus viritettyihin piiriosiin. Täten vahvistuskertoimeltaan säädetylle vahvistimelle on toivottavaa, että se kykenisi käsittelemään suuria sisääntulosignaaleja ilman vääristymää ja ilman tarvetta sisääntulosignaalin vaimenti-melle.

Edellä esitetyt ongelmat poistetaan selityksen ensimmäisen kappaleen mukaisella vahvistukseltaan säädetyllä vahvistimella, joka on tunnettu vastuksesta, joka on kytketty rinnakkain PIN-diodin kanssa.

Tämän keksinnön periaatteiden mukaisesti aikaansaadaan vahvistuskertoimeltaan säädetty vahvistin, joka kykenee käsittelemään laajaa sisääntulosignaalitasojen aluetta ilman sisääntulosignaalin vaimentamisen tarvetta. Eräässä edullisen pidetyssä suoritusmuodossa yhteisemitterikytkettyyn vahvistinrakenteeseen on järjestetty transistori, johon sisältyy PIN-diodi säädettävänä impedanssina emitteripiirissä. Sisääntulosignaali ja vahvis-tuskertoimen säätöjännite tuodaan transistorin kannalle. Sitä mukaa kuin sisääntulosignaalin taso kasvaa vahvistuskertoimen säätöjännite pienentyy, minkä vaikutuksesta aikaansaadaan li- 4 75953 säys PIN-diodin oleellisesti vastustyyppisessä impedanssissa, minkä arvolla on vakinainen verrannollisuusriippuvaisuus pienentyvään vahvistukertoimen säätö jännitteeseen (toisin sanoen lineaarinen riippuvaisuus käytettäessä puolilogaritmistä artimeettista kuvaajaa). Transistorivahvistimen vahvistuskerroin pienentyy tämän vaikutuksesta. Suurilla sisääntulosignaalin tasoilla PIN-dio-din impedanssi muodostaa suuren vastustyyppisen komponentin kytkettynä rinnakkain suuren reaktiivisen (toisin sanoen pienen ka-pasitanssiarvon) komponentin kanssa tämän transistorin emitteril-lä, mikä täten aikaansaa oleellisen vahvistuskertoimen pienennyksen. PIN-diodin korkea impedanssi suurten signaalien aikana sallii PIN-diodin kuluttaa sisääntulosignaalin ne jännitteet, jotka ylittävät tietyn maksimiarvon, jonka sallitaan kuluvan kantaemit-teriliitoksen yli yhteisemitterikytketyssä transistorissa, mikä täten sallii tämän vahvistimen käsitellä sisääntulosignaaleja, jotka ylittävät sellaiset, jotka transistori yksinään pystyy nimellisarvoillaan käsittelemään ilman vääristymää. Tällä vahvistimella on vahvistuskertoimen säätöalue, joka on 12 desibeliä parempi kuin mitä on yksinkertaisella yhteisemitterikytketyllä transistorivah-vistimella ja on kuusi desibeliä parempi kuin mitä on yhteisemitterikytketyllä transistorilla, jolla on tavanomainen PN-diodi emitteri-impedanssina. Tämä PIN-diodilla säädetty vahvistin aikaansaa myös signaali-kohina-arvon, joka on kaksinkertainen PN-diodi-vahvistimeen verrattuna ja neljä kertaa parempi kuin mitä se on yksinkertaisella yhteisemitterikytketyllä vahvistimella.

Ideaalitapauksessa tulisi PIN-diodilla vahvistuskertoimel-taan säädetyn vahvistimen edullisessa suoritusmuodossa olla puhtaasti vastustyyppinen impedanssi, jotka moduloidaan tasajännitteisellä esivirralla, joka tälle diodille tuodaan. Näin olisi asianlaita, mikäli PIN-diodin itseisjohtava I-kerros olisi puhtaasti intrinsinen eikä sisältäisi mitään epäpuhtauskuljettimia. Ei ole kuitenkaan teknillisesti mahdollista valmistaa PIN-diodia, jolla olisi täysin puhdas I-kerros, koska epäpuhtauksia väistämättä tulee mukaan I-kerrokseen diffuusiomenettelyn aikana. PIN-diodin im-pedanssiominaisuuksissa on tämän johdosta pieni kapasitiivinen kom- 5 75953 ponentti, joka vaihtelee funktiona I-kerroksen aineen puhtausluon-teesta ja tämän laitteen geometriasta. Ongelma, että saadaan minimiinsä tämä elimen kapasitanssi, on erityisesti tärkeä, kun PIN-diodi valmistetaan osana integroitua piiriä, koska tyypillisillä integroidun piirin puolijohdeaineilla on huonot intrinsiset ominaisuudet ja sen valmistamiseen sisältyy yleensä useita diffuu-siovaiheita.

Mikäli PIN-diodin impedanssiominaisuuksilla on suuri ka-pasitiivinen komponentti, on sillä alhainen impedanssi estosuun-taisesti esijännitettyinä ja tämän johdosta alentunut impedanssi-moduloinnin alue. Kun PIN-diodi on voimakkaasti myötäesijännitetty, sen vastusarvo on pieni ja sen impedanssi määräytyy virtuaalisesti pelkästään vastustyyppisen komponentin perusteella. Kuitenkin kun PIN-diodin myötäsuuntaista esijännitettä pienennetään sen vastuksen lisäämiseksi, sen kapasitanssi pienentyy pienentyvän esivirran mukana, kunnes saavutetaan piste, jossa loiskapasitans-si tulee oleellisesti vakinaiseksi esivirran edelleen pienentyessä. Tämä pisteen jälkeen PIN-diodin kapasitiivinen reaktanssi Xc pysyy oleellisesti vakiona ja tulee sen jälkeen yhä lisääntyvästi hallitsemaan PIN-diodin impedanssin vastustyyppistä komponenttia. Tämä impedanssin reaktiivinen komponentti kytkeytyy rinnakkain vastuskomponentin kanssa muodostaen suurtaajuussignaaleille impedanssin, mikä on pienempi kuin mitä vastustyyppinen komponentti yksinään aikaansaa.

Oheisissa piirustuksissa nähdään:

Kuvio 1 havainnollistaa osittain lohkokaavion muodossa ja osittain kytkentäkaaviona keksinnön mukaista vahvistuskertoimel-taan säädettyä vahvistinta.

Kuvio 2 havainnollistaa graafisesti vahvistuskertoimen pienentymiskykyä kuvion 1 vahvistimessa.

Kuvio 3a havainnollistaa kaavamaisesti yhteiseraitterikyt-kettyä vahvistinta.

Kuvio 3b havainnollistaa kaavamaisesti yhteisemitterikyt-kettyä vahvistinta, jonka emitteripiirissä on diodi.

Kuvio 3c havainnollistaa kaavamaisesti yhteismitterikyt-kettyä vahvistinta, johon sisältyy tämän keksinnön periaatteet.

« 75953

Kuvio 4a havainnollistaa poikkileikkauskuvantoa uudesta PIN-diodista.

Kuvio 4b havannollistaa yläkuvantoa kuvion 4a PIN-diodista.

Kuvio 5 havainnollistaa osittain lohkokaavion muodossa ja osittain kytkentäkaaviona television välitaajuusvahvistinta, johon tämä keksintö sisältyy.

Viitaten nyt kuvioon 1, siinä esitetään vahvistuskertoimel-taan säädetty vahvistin 100, joka on valmistettu tämän keksinnön periaatteiden mukaisesti. Tässä suoritusmuodossa käytetään vahvistinta 100 vahvistamaan television välitaajuista (I.F.) signaalia, joka syötetään IF-signaalilähteestä 150. Tämä vahvistimen 100 vahvistuskerroin on säädettävissä vahvistuskertoimen säätöjän-nitteellä, joka syötetään vahvistuskertoimen säätöjännitteen syöttölähteestä 140 vastuksen 102 kautta.

IF-signaali ja vahvistuskertoimen säätöjännite tuodaan emitteriseuraajaksi kytketyn puskuritransistorin 104 kannalle. Transistorin 104 kollektori on yhdistetty syöttöjännitteen (B+) syöttölähteeseen ja I.F.-signaali ja vahvistuskertoimen säätö-jännite kehitetään transistorin 104 emitterille oleellisesti samassa muodossa kuin mitä ne esiintyvät kantaelektrodilla ja vähennettynä transistorin kanta-emitterijännitepudotuksella. Kuor-mitusvastus 106 on yhdistetty transistorin 104 emitteriltä vertailu jännitteen syöttölähteeseen (maahan). Transistorin 104 tehtävänä on muuntaa IF-signaali sekä vahvistuskertoimen säätöjännite suuresta impedanssista pienemmälle impedanssille.

IF-signaali ja vahvistuskertoimen säätöjännite transistorin 104 emitterillä syötetään transistorin 110 kannalle. Transistori 110 on järjestetty yhteisemitterivahvistinrakenteeksi ja sen kollektori on yhdistetty B+ syöttöön kuormitusvastuksella 116 ja sen emitteri on yhdistetty maahan PIN-diodin 112 ja vastuksen 114 rinnakkainyhdistelmällä. PIN-diodin 112 anodi on yhdistetty transistorin 110 emitterille ja sen katodi on yhdistetty maahan. Vahvistetut IF-signaalit kehitetään transistorin 110 kollektorille.

PIN-diodissa 112 on I eli intrinsinen, suuren ominaisvastuksen omaava puolijohdekerros sijoitettuna kahden voimakkaasti seostetun P-tyypin ja N-tyypin aineen kerroksen väliin. Tällai- 7 75953 sille PIN-diodeille on tunnusomaista hyvin pitkä vähemmistökuljet-timien elinikä. Suurilla taajuuksilla (esim. yhden megahertsin kohdalla riippuen sisäisen kerroksen paksuudesta ja puhtaudesta) tämä diodi oleellisesti lakkaa toimimasta tasasuuntaajana, kun sillä on myötäsuuntainen esijännite, ja sillä on lineaarisesti muuttuvan vastuksen ominaisuudet vastusarvon vaihdellessa kääntäen verrannollisena tasavirtaa olevaan esivirtaan. Tämän lisäksi, toisin kuin normaalilla PN-diodilla, on PIN-diodilla hyvin pieni ominaiskapasitanssi. Täten, vaikkakin kapasitiivinen reaktanssi tavanomaisen PN-diodin PN-liitoksen yli olevan kapasitanssin vas-kutuksesta lähestyykin suhteellisen pientä arvoa, kun PN-diodiin syötettyä jännitettä pienennetään, ovat vaihtelut PIN-diodin korkeassa kapasitiivisessa reaktanssissa riittävän pieniä ollakseen merkityksettömiä verrattuna PIN-diodin impedanssin alhaisempaan vastus-tyyppiseen komponenttiin useissa piirisovellutuksissa.

PIN-diodin ominaisuuksia voidaan edullisesti käyttää hyväksi vahvistuskertoimeltaan säädetyssä vahvistimessa 100, jotta aikaansaataisiin vääristymätön vahvistuskertoimen säätö laajalla sisääntulosignaalitilojen alueella, mikä tekee tarpeettomaksi sarjakytkettyjen ja ohittavien vaimentimien tarpeen suurten signaalien aikana.

Kun tuodaan hyvin heikko IF-signaali vahvistimeen 100, on toivottavaa käyttää vahvistinta suurella tai maksimimääräisellä vahvistuksella. Tämä toteutetaan tuomalla hyvin korkea vahvistuskertoimen säätöjännite vahvistimeen 100 vahvistuskertoimen säätö-jännitteen syöttölähteestä 140. Tämä IF-signaali ja vahvistuskertoimen säätöjännite siirretään transistorin 110 kannalle transistorilla 104, minkä vaikutuksesta transistori 110 toimii suurivah-vistuksisessa tilassa. Transistori 110 reagoi suureen vahvistuksen-säätöjänniteeseen johtamalla suuren tasavirran kollektoriemitteri-virtatiensä kautta. Tämä tasav.irta muodostaa myötäesijännitteen PIN-diodille, minkä vaikutuksesta diodilla on alhainen vastus-tyyppinen impedanssi. Transistorilla 110 on täten alhainen emitte-ri-impedanssi verrattuna kuormitusvastuksefin 116 ja se vahvistaa voimakkaasti heikkoa kantaelektrodillaan olevaa IF-signaalia.

8 75953

Sitä mukaa kuin signaalinsyöttölähteestä 150 tuodun IF-sig-naalin voimakkuus kasvaa, vahvistuskertoimen säätöjännite, joka tuodaan jännitteensyöttölähteestä 140, pienentyy. Pienentyvä vahvistuskertoimen säätöjännite pienentää transistorin 110 tasavirta-tyyppisen esivirran johtavuutta PIN-diodiin 112, mikä täten lisää sen vastusarvoa. Riippuvaisuus pienentyvän tasavirtatyyppisen esivirran ja PIN-diodin 112 vastusarvon välillä on vakio hyvin laajalla esivirta-arvojen alueella, mikä takaa lineaarisen riippuvaisuuden transistorin 110 vahvistuskertoimen pienentymisen ja vahvistuskertoimen säätöjännitteen pienentymisen välille. Tämä tämän keksinnön ominaisuus on erityisen tärkeä, kun vahvistinta 100 käytetään vakionopeuksisena automaattisena vahvistuksen säätöjärjestelmänä, jossa lineaarinen vahvistuksensäätö on tärkeä järjestelmän vaatimus .

Sitä mukaa kuin IF-sisääntulosignaali transistorin 110 kannalla kasvaa, pienenee IF-signaalijännite yhtä voimakkaasti transistorin 110 myötäesijännitetyn emitteriliitoksen dynaamisen resistanssin re PIN-diodin PIN-liitoksen vaikutuksesta. Vastus re lisääntyy jatkuvasti tämän vahvistuskertoimen pienentymisvaiheen aikana sitä mukaa kuin transistorin 110 transkonduktanssi gm pienentyy. Kun IF-sisääntulosignaali transistorin 110 kannalla saavuttaa likimää-rin 20 millivoltin tason, on transistorin vastus re saavuttanut maksimisuuruisen halutun arvonsa, minkä jälkeen ulostulosignaaliin syntyy vääristymää, koska edelleen tapahtuva lisäykset r0:n arvossa johtavat transistorissa 110 signaalimuutoksiin, jotka ylittävät 10 millivolttia. Tässä kohtaa se emitterivirran komponentti, jonka vastus 114 johtaa, stabilisoi transistorin 110 transkonduktanssin gm, mikä täten estää edelleen tapahtuvat lisäykset re:n arvossa.

Koska re pidetään tässä kohdassa vakiona vastuksen 114 johtaman emitterivirran avulla, mikään tämän jälkeinen lisäys IF-signaalin tasossa ei joudu transistorin 110 kanta-emitteri-liitoksen yli, vaan se joutuu vaikuttamaan PIN-diodin 112 yli. PIN-diodi 112 tulee tällöin määritteleväksi vahvistuskerrointa pienentäväksi osaksi sen ottaessa osalleen signaalin lisäkasvun.

Kun IF-sisääntulosignaalin taso transistorin 110 kannalla ylittää arvon 20 millivolttia, on vahvistuskertoimen säätöjännite 9 75953 transistorin 110 kannalla pienentynyt edelleen, mikä johtaa jatkuvaan pienentymiseen PIN-diodin 112 tasavirtatyyppisessä esivir-rassa ja lisäkasvuun PIN-diodin vastusarvossa. Tämän PIN-diodin välitaajuista impedanssia lisätään edelleen kasvavien IF-signaa-litasojen mukana, kunnes transistorin 110 kannalla oleva 40 milli-voltin signaali jakaantuu siten, että transistorin 110 yli muodostuu 10 millivoltin signaalin pudotus ja jäljellä oleva 30 milli-volttia signaalista on PIN-diodin 112 yli. Koska PIN-diodi lakkaa olemasta tehokas tasasuuntaaja välitaajuuksilla ja koska transistori 110 ei ota osakseen enempää kuin sen maksimiraja 10 millivolt-tia, ei transistorin 110 kollektorilla oleva ulostulosignaali vääristy transistorin kannalla olevan 40 millivoltin signaalitason vaikutuksesta.

Kuten yllä on kuvattu, on vastuksen 114 tehtävänä siirtää IF-signaalin kuormitusta PIN-diodille 112 sen jälkeen, kun kannalta emitterille liitos transistorin 110 kanta-emitteriliitos on saavuttanut vääristymistä vapaan rajatason, joka on 10 millivoltin signaalinmuutos. Ilman vastusta 114 pyrkisi IF-sisääntulosignaali olemaan yhtä voimakkaasti transistorin 110 sekä PIN-diodin 112 yli, mikä rajoittaisi vahvistimen 20 millivoltin sisääntulosignaaliin ilman vääristymää. Nyt on kuitenkin mahdollista käyttää vastusta 114, jotta saavutettaisiin verrannollinen signaalin kuormitus transistoriin 110 sekä PIN-diodiin 112, niin että korkeammilla sisään-tulosignaalin tasoilla edellä mainittu 40 millivolttia voidaan käsitellä ilman vääristymää. Esim. kun valitaan vastus 114 siten, että pidetään transistorin 110 vastusarvo re ja PIN-diodin 112 impedanssi vakiossa 1:9 suhteessa, voidaan IF-signaalin tasoja aina jopa 100 millivolttiin saakka käsitellä ilman vääristymää. 10 millivoltin signaali jakaantuu tällöin siten, että 1 millivoltti esiintyy transistorin 110 yli ja yhdeksän millivolttia esiintyy PIN-diodin 112 yli. 50 millivoltin signaali jaetaan vahvistimessa, jolloin 5 millivolttia esiintyy transistorin 110 yli ja 45 millivolttia esiintyy PIN-diodin 112 yli; ja 100 millivoltin maksimisignaalilla saadaan 10 millivolttia esiintymään transistorin 110 yli ja 90 millivolttia PIN-diodin 112 yli. Täten voidaan nähdä, että vahvisti- 10 75953 men 100 signaalinkäsittelykapasiteetti on lisättävissä, kun valitaan oikein piirin komponentit ja esijännitteen muodostus.

Vahvistuskertoimen säätöjännite on havainnoilletamistapauk-sessa esitetty tuotuna transistorin 110 kannalle kuviosta 1 vastuksen 102 sekä transistorin 104 kanta-emitteritien kytkennän kautta. Kuitenkin voidaan vahvistuskertoimen säätöjännite tuoda transistorille 110 sekä PIN-diodille 112 millä tahansa tavalla, mikä samanaikaisesti aikaansaa näiden kahden elimen vahvistuskertoimen säädön biasoinnin. Vahvistuskertoimen säätöjännite voidaan esimerkiksi tuoda PIN-diodin katodille. Tässä rakenteessa tulisi PIN-dio-din katodin olla ohitettu kondensaattorilla maahan näillä IF-sig-naalin taajuuksilla.

Tämän keksinnön mukainen vahvistuskertoimeltaan säädetty vahvistin on havainnollistamistapauksessa kuviossa 1 esitetty epäsymmetrisenä sisääntulovahvistimena, jotta vahvistettaisiin signaaleja, joita vertaillaan maatasoon. Nyt voidaan muistaa, että kaksi kuviossa 1 esitettyyn tapaan järjestettyä piiriä voidaan kytkeä muodostamaan differentiaalinen vahvistin ohjaamalla niitä komplementäärisillä, vastakkaisvaiheisilla sisääntulosignaaleilla. Tällaisessa järjestelyssä ulostulosignaalit ovat differentiaalises-ti riippuvaisia toisistaan. Nämä kaksi piiriä 100 voidaan järjestää uudestaan, niin että tarvitaan ainoastaan yksi ainoa kytkentä vahvistuskertoimen säätöjännitteen syöttölähteeseen 140 kytkemällä kahden PIN-diodin katodit suoraan vahvistuskertoimen säätöjännitteen syöttölähteeseen 140. Jännitteen syöttölähde 140 toimi tällöin esivirran syöttölähteenä PIN-diodeille 112 ja kahdelle push-pull-ohjatulle transistorille 110. Kaksi emitterivastusta 114 on jatkuvasti kytkettynä maahan. PIN-diodien katodien tulisi tässä rakenteessa olla ohitettu välitaajuussignaalien maadoittamista varten. Nämä kuvion 1 vahvistuskertoimeltaan säädetyn vahvistimen 100 ominaisuudet eivät ole toteutettavissa, kun käytetään normaalia PN-liitosdiodia PIN-diodin 112 tilalla. Ensinnäkin PN-diodin loiska-pasitanssi Cp rajoittaa vahvistimen vahvistuskertoimen pienennyksen toimialuetta PIN-diodiin verrattuna. Kuten jo aikaisemmin on kuvattu, pienentyy vahvistuskerroin vahvistimessa 100, kun emitteri- n 75953 impedanssia lisätään transistorissa 110. Kun tasavirtatyyppinen esivirta PIN-diodille pienentyy, kasvaa tämän PIN-diodin vastusar-vo, mikä täten lisää transistorin 110 emitteri-impedanssia ja pienentää vahvistimen 100 vahvistuskerrointa. Mikäli käytettäisiin normaalia PN-diodia transistorin 110 emitteripiirissä, ei pienentyvä tasavirtatyyppinen esivirta pelkästään lisäisi tämän elimen vastusarvoa, vaan se myös stabilisoisi sen loiskapasitanssi C tietylle tasolle. Tämä kapasitanssi C_ olisi tehokkaasti PN-diodin rinnalla, kuten on esitettynä katkoviivoilla piirretyllä kondensaattorilla Cp kuviossa 1. Välitaajuuksilla loiskapasitanssi aikaansaa diodin vastustyyppisen impedanssin rinnalle reaktiivisen impedanssin, joka on arvoltaan kääntäen verrannollinen taajuuteen f ja kapasitanssiin C ja joka voidaan ilmaista lausekkeella

Xc = 1/2 (f f C

Nettotuloksena PN-diodin lisääntyvästä vastustyyppisestä impedanssista ja stabilisoidusta reaktiivisesta impedanssista on transistorin 10 emitterin ja maan välissä oleellisesti vakio impedanssi, joka ei enää aikaansaa vahvistimen 100 vahvistuskertoiraen pienentymistä edelleen. Tämä ilmiö on havainnollisesti kuviossa 2, missä PIN-diodivahvistimen 100 vahvistuskertoimen pienentyminen sitä mukaa kuin tasajännitteen etujännitevirta pienentyy, on esitettynä umpiviivalla 120. Katkoviiva 122 havainnollistaa poikkeamaa lineaarisesta vahvistuskertoimen pienentymisestä, minkä aikaansaa normaalin PN-liitosdiodin käyttäminen PIN-diodin 112 sijaan. Nyt voidaan todeta, että katkoviivan 122 edustama vahvistuskertoimen pienentyminen voidaan aikaansaada myös, mikäli PIN-diodin 112 impedanssilla on oleellinen kapasitiivinen reaktansin komponentti.

Lopuksi voidaan todeta, että vahvistuskertoimeltaan säädetty vahvistin 100 aikaansaa kolmen desibelin parannuksen signaali-kohina-suhteessa, kun asiaa verrataan toisiin yhteisemitterivah-vistimiin. Viitaten nyt kuvioon 3a, siinä on esitetty transistori 130, joka on kytketty yhteisemitterirakenteeseen ja jonka emitter! on yhdistetty maahan ja kollektori on yhdistetty kuormitusvas-tukseen RL. Sisääntulosignaali Es£g tuodaan kantaelektrodille. Jo 12 75953 aikaisemmin esitetyistä syistä voidaan nyt olettaa, että transistori 130 kykenee käsittelemään maksimisuuruisen sisääntulosignaalin 10 millivolttia silti aikaansaamatta vääristynyttä ulostulosignaalia kuormitusvastukseen RL. Kun Es^g on maksimitasoltaan 10 milli-volttia, transistori toimii minimisuuruisella vahvistuskertoimella sen dynaaminen emitterivastus re on maksimiarvossaan remax. Tätä analyysiä varten r___v normalisoidaan arvoltaan 100 ohmin suurui-seksi.

Signaali-kohinatehotaso transistorivahvistimessa voidaan lausua ensimmäisenä likiarvona lausekkeella

S/N = (Esig)2/RktB

missä R on vahvistimen vastuksien kokonaismäärä, k on Boltzmannin vakio, T on absoluuttilämpötila ja B on tämän vahvistimen kaistanleveys. Kuten on sinänsä tunnettua, ovat vastukset ensisijaisia kohinan muodostajia piirissä. Vertailutarkoituksia varten on piirin vastuksien summa kuviossa 3a, 3b ja 3c esitettyjen vahvistimien kohina-arvon tarkka esitys. Myöskin ne vastukset, jotka ovat luonteenomaisia kaikille kolmelle vahvistimista, kuten kuormitusvastus RL, jakaantunut kannan sisäinen vastus r^ ja ohmiset kosketusvastukset, voidaan olettaa kussakin kuviossa vakioiksi ja jättää huomiotta vertailutarkoituksia ajateltaessa. Samoin voidaan jättää k, T ja B olettaa kussakin kuviossa vakioiksi ja ne voidaan jättää huomiotta vertailulaskelmia suoritettaessa. Yllä olevaa lausetta käytettäessä havaitaan kuvion 3a piirin signaali-kohina-tehotason olevan (Egig)2/r = (10 mv)2/100 = 100/100 =1

Viitaten nyt kuvioon 3b, havaitaan transistori 130 kytketyksi yhteisemitterirakenteeksi PN-liitosdiodin 132 kanssa, joka on kytketty transistorin 130 emitteriltä maahan. Yhtenäisyyden vuoksi oletetaan diodin 132 olevan valmistettu samantyyppisestä puoli-johdeaineesta ja geometrialtaan samanlaiseksi kuin transistori 130 13 75953 ja että sillä täten on dynaaminen, myötäsuuntainen vastusarvo rj-j, joka sopii yhteen transistorin 130 emitterivastuksen kanssa. Tämän johdosta, kun transistori 130 on minimivahvistuksella, iDmax on yhtä suuri kuin remax, joka on suuruudeltaan 100 ohmia.

Kuvion 3b piiri eroaa kuvion 3a piiristä siinä suhteessa, että siinä käytetään kahta PN-liitosta sisääntulon kantaelektrodin ja maan välillä, nimittäin transistorin 130 kantaemitteriliitos ja diodin 132 liitos. Nämä kaksi liitosta lisäävät piirin signaa-linkäsitelykykyä 10 millivoltin tasosta 20 millivolttiin, koska sisääntulosignaali jakaantuu tasan näiden kahden liitoksen yli.

Arvon 20 millivolttia yläpuolella esiintyy vääristymää, kun sekä transistorin 130 että diodin 132 signaalinkäsittelykyky ylitetään, ja diodin tasasuuntaustoimintaa. Täten havaitaan kuvion 3b signaali-kohina-tehosuhteen olevan verrannollinen lausekkeeseen (Esig)2/R = (20 mv) 2/ (200-Γ2, + 100ft ) = 400/200 =2

Voidaan nähdä, että kuvion 3 b piirin signaali-kohina-arvo on kaksinkertainen kuvion 3a piirin arvoon verrattuna eli muodostaa 3 desibelin parannuksen.

Viitaten nyt kuvioon 3c, transistori 130 on kytketty yhteis-emitterivahvistinrakenteeksi, jossa on PIN-diodi 134 ja emitteri-vastus Re kytkettynä rinnakkain transistorin 130 emitterin ja maan väliin. Kuten on selitetty kuvion 1 yhteydessä, kuluttaa emitteri-vstus Rg tietyn komponentin transistorin 130 emitterivirrasta, mikä takaa, että tämän transistorin dynaaminen emitterivastus re ei ylitä haluttua maksimiarvoa, joka tässä esimerkissä on 100 ohmia minimivahvistuksen aikana. Jäljellä oleva virta, jonka transistori 130 aikaansaa, muodostaa myötäesijännitteen PIN-diodille 134, niin että sen vastusarvo lähestyy emitterivastuksen RE arvoa. Tässä esimerkissä on RE suuruudeltaan 700 ohmia ja PIN-diodin vastus on minimivahvistuksella (maksimisuuruinen signaali) 525 ohmia, mikä aikaansaa rinnakkaiskytkennälle nettovastuksen 300 ohmia. Kuvion 3c piiri pystyy täten käsittelemään 40 millivoltin sisääntulosig-naalin, ja alenee verrannollisena transistorin 130 ja emitterivastuksen yli ollen 10 millivolttia transistorin 130 yli ja 30 milli-volttia 300 ohmin suuruisen emitterivastuksen yli. PIN-diodi ei 14 75953 aikaansaa mitään vääristymää käsitellessään 30 millivoltin signaalin pudotusta sen huonojen tasasuuntausominaisuuksien ansiosta.

Kun nämä arvot sijoitetaan signaali-kohinatehotason lausekkeeseen, saadaan tulokseksi (Esig)2/R = (40 mv)2/(100 + 300) = 1600/400 = 4 Täten voidaan nähdä, että PIN-diodivahvistimen signaali-kohina-ar-vo on kaksinkertainen PN-diodivahvistimeen verrattuna ja nelinkertainen yksinkertaiseen yhteisemitterivahvistimeen verrattuna. Tämä PIN-diodivahvistin aikaansaa täten kolmen desibelin suuruisen signaali-kohinasuhteen parannuksen, kun sitä verrataan PN-diodivahvistimeen ja kuusi desibeliä paremman tuloksen kuin yksinkertaisella yhteisemitterivahvistimella saadaan.

On jo aikaisemmin mainittu, että on tärkeää kuvion 1 esittämälle PIN-diodille 112, että sillä on häviävän pieni kapasitanssiako, jotta sallittaisiin maksimimäärä vahvistuskertoimen pienentymistä vahvistimessa 100. Koska PIN-diodin kapasitiivinen reak-tanssi Χς on funktio sekä kapasitanssiarvosta että taajuudesta, täytyy tämän PIN-diodipiirin toimintataajuus ottaa huomioon määriteltäessä siedettävissä olevan kapasitanssin maksimiarvoa. Uusi PlN-diodi, jolle on tunnusomaista kapasitiivinen komponentti, joka sallii vahvistimen 100 tyydyttävän toiminnan television väli-taajuuksilla ja joka voidaan valmistaa bipolaarisen integroidun piirin osaksi käyttäen tavanomaisia aineita ja valmistamismene-telmiä, on havainnollistettu kuvioissa 4a ja 4b.

Viitaten ensinnä kuvioon 4a on siinä esitettynä poikkileik-kauskuvanto PIN-diodista, joka on valmistettu tämän keksinnön periaatteiden mukaisesti. Tämä PIN-diodi on esitetty osana bipolaa-rista integroitua piirielintä, johon sisältyy puolijohdeaineksen runko-osa 10, joka yleensä on piitä ja joka muodostaa tietyn johta-vuustyypin alustaosan 24 ja lievästi seostetun epitaksikerroksen 12, jonka johtavuustyyppi on vastakkainen. Normaalissa käytännössä ja tässä esimerkkitapauksess alusta 24 on P johtavuustyyppiä ja epitaksikerros 12 on N johtavuustyyppiä.

15 75953

Epitaksikerros 12 on jaettu erillisiin saarekkeisiin 12' ja 12" tavanomaisella P+ tyypin eristysalueella 14. Tämä eristys-alue 14 aikaansaa sähköisen eristyksen epitaksisten saarekkeiden välille integroidussa piirissä, joista kukin yleisesti ottaen sisältää erillisen aktiivin piiriosan. Epitaksisaarekkeen 12' pinna 26 vieressä on useiden suuren varauksenkuljettajatiheyden N+ tyypin aineella diffusoidut alueet 16 ja 18. Samoin epitaksisaarekkeen 12' pinnan 26 vieressä on keskitettynä vyöhykkeiden 16 ja 18 väliin on kolmas diffusoitu alue 20, joka suuren varauksenkul jetta jatiheyden P+ tyypin ainetta. Alueet 16 ja 18, jotka on N+ tyypin aineesta ovat erossa alueesta 20 epitaksikerroksen vyöhykkeillä, kuten on osoitettu nuolilla 22 ja 23. N+ tyypin alueet on kytketty sähköisesti yhteen metallisella johtimella 30, joka joutuu kosketuksiin N+ tyypin vyöhykkeiden kanssa aukkojen kautta, jotka ovat epitaksikerroksen 12 pinnan 26 päällä olevassa eriste-kerroksessa 28, joka on piidioksidia. Erillinen metallisoitu johdin (mitä ei ole esitetty) kulkee myös eristävän kerroksen 28 läpi mahdollistaen ulkopuolisen liitoksen P+ tyypin alueeseen 20.

Kuvion 4a PIN-diodi muodostuu P+ tyypin aineen kerroksesta 20, epitaksiaineksen 12' kerroksesta I ja N+ tyypin aineksen N kerroksista 16 ja 18. Myötäsuuntaisen esivirran kulku PIN-diodis-sa tapahtuu P+ tyypin alueelta 20 kahdelle N+ tyypin alueelle 16 ja 18, kuten on osoitettu nuolilla 22 ja 23.

Ideaalitapauksissa tulisi olla toivottavaa, että I kerroksen ainesta olisi todella puhdasta, se tahtoo sanoa, että siinä ei olisi lainkaan epäpuhtauksia niin, että sillä olisi virtuaalisesti ääretön vastus. Mikäli saataisiin todella puhdas I kerros, vaihtelisi elimen kapasitanssi vähiten myötäsuuntaisen esivirran pienetessä, mikä täten sallisi alhaisen myötäsuuntaisen impedanssin sekä korkean estosuuntaisen impedanssin. Käytännössä PIN-dio-dissa ei ole olemassa todella puhdasta intrinsiittikerrosta, koska ei ole ollut teknillisesti mahdollista ylläpitää intrinsiitti-vastusarvoa I kerroksessa koko diodin käsittelyn ajan. Tyypillisessä tapauksessa I kerros on lievästi seostettu, jolloin vastus-arvo on likimäärin 1 000 ohmisenttimetriä. Nyt on kuitenkin ha- 1. 75953 vaittu, että tämän keksinnön mukainen PIN-diodi pystyy käyttämään tätä I kerrosta varten tavanomaista bipolaarista integroidun piirin epitaksiainesta, jolla on tyypillisesti vastusarvot väliltä yhdestä kuuteen ohmisenttimetriä.

Tämä voidaan ymmärtää viitaten kuvioon 4b, joka esittää ylä-kuvantoa integroidusta piiristä epitaksikerroksen 12 pinnalla 26. Koska PIN-diodi on elin, jossa on P, I ja N kerrokset, voidaan nähdä, että PIN-diodi muodostuu P+ tyypin alueesta 20, N+ tyypin alueesta 18 ja näiden välissä olevasta epitaksivyöhykkeestä, jota on osoitettu nuolella 22. Eräs mitta-arvo tämän PIN-diodin laadusta on sen (alhaisen) myötäsuuntaisen impedanssin suhde sen (korkeaan) esto-suuntaiseen impedanssiin. Sen jälkeen, kun puolijohdeainesten ominaisuudet P, I ja N kerroksille on määritelty, voidaan myötäsuuntaisen impedanssin ja estosuuntaisen impedanssin suhdetta parantaa ainaostaan muuttamalla sen kerrosten geometriaa. Puhuttaessa vaakasuorasta PIN-diodista, jota yllä on kuvattu, paranee tämä suhde lisättäessä P ja N kerrosten 20 ja 18 pituutta l , mikä pienentää PIN-diodin myötäsuuntaista impedanssia. On kuitenkin havaittu, että P+ tyypin alueen 20 pituuden / lisääminen johtaa PIN-diodin estosuuntaisen impedanssin haitalliseen pienentymiseen. Tämä aiheutuu siitä, että P+ tyypin alueen 20 ja lievästi seostetun epitaksikerroksen 12' välisen liitoksen 32 kapasitanssi lisääntyy sitä mukaa kuin P+ tyypin aluetta 20 pidennetään. Vaikutukseltaan liitoksen kapasitanssi on funktio P+ tyypin alueen 20 pinta-alasta. Tämä lisääntynyt kapasitanssi lisää kapasitiivista reaktanssia Xc, kun PIN-diodi on estosuuntaisesti esijännitetty, aikaansaaden näin pienennyksen estosuuntaisessa impedanssissa.

Tämä lisääntyneen kapasitanssin ongelma ratkaistaan tässä keksinnössä aikaansaamalla toinen N kerros 16, joka on valmistettuna N+ tyypin aineesta, vastakkaiselle puolelle P+ tyypin aluetta 20 N tyypin kerroksesta 18 katsottuna. Tämä toinen N kerros aikaansaa kaksinkertaistuksen sallittavissa olevaan myötäesivirran kulku-määrään tältä P+ alueelta 20 mainittuihin PIN-diodin N kerroksiin, kuten on osoitettu toisella nuolella 23, mikä täten puolittaa elimen minimisuuruisen myötäsuuntaisen resistanssin. Tämän elimen ka- lv V5953 pasitanssi ei muutu, kun järjestetään tämä toinen N+ tyypin alue, koska P+ tyypin alueen 20 pinta-ala ei muutu. Uudella PIN-diodilla on geometriset arvot, jotka ovat verrattavissa muihin bipolaarisiin integroituihin piirielimiin ja se soveltuu täten helposti tyypillisen integroidun piirilastun tehokkaaseen valmistukseen.

Edelleen on havaittuu, että 25 tuhannesosamillin välys P+ ja N+ tyypin alueiden välillä aikaansaa tyydyttävät toimintaominaisuudet käytettäessä NTSC television välitaajuusaluetta suuruudeltaan likimäärin 45 MHz. Kun toimitetaan korkeammilla taajuuksilla, on tämä mitta pienennettävissä ja alhaisempia taajuuksia varten tämä mitta on lisättävissä. Tätä elintä on valmistettu ja kokeiltu NTSC-välitaajuuksilla käyttäen 0,106 mm pituutta P+ ja N+ tyypin alueita varten. P+ tyypin alueen 20 leveyttä varten käytettiin arvoa 0,023 mm ja N+ tyypin alueita 16 ja 18 varten käytettiin leveyttä 0,010 mm.

Television väLitaajuusvahvistin, joka yhdistää sekä vahvis-tuskertoimeltaan säädetyn vahvistimen 100 ominaisuudet että uuden PIN-diodin, on havainnollistettu kuviossa 5. Tämä IF-vahvistin voidaan valmistaa mukavasti yhdelle ainoalle integroidulle piirilas-tulle, missä on kontaktialueet lastun ulkopuolella olevien piiri-komponenttien, singaalinsyöttölähteiden ja tehonsyöttöjen kytkemiseksi .

Kuviossa 5 esitetty piiri vahvistaa IF-signaalinsyöttöläh-teestä 200 tuodut IF-signaalit. Näitä IF-signaaleja kehitetään yleensä sekoittimella televisiovirittimessä ja ne sijaitsevat IF-päästökaistalla, joka on muodostettu ennen IF-vahvistinta olevalla suodinpiirillä. IF-signaalinsyöttölähde 200 on yhdistetty IF-vahvistimeen ulkopuoliseen kosketinnapaan 202. Tämä kosketin-napa 202 on yhdistetty ensimmäisen vahvistimen 300 puskuritransis-torin 302 kannalle. Transistorin 302 kollektori on yhdistetty syöt-töjännitteen (+V) syöttölähteeseen ja sen emitteri on yhdistetty vertailujännitteen syöttölähteeseen (maahan) vastuksella 304. Transistorin 302 emitteri on myös yhdistetty transistorin 306 kannalle. Transistorin 306 emitteri on yhdistetty maahan vastuksen 310 ja myötäsuuntaisesti esi jännitetyn PIN-diodin 308 rinnankytken-nällä. Transistorin 306 kollektori on yhdistetty transistorin 312 18 75953 emitterille ja on viimeksi mainitun kanta yhdistetty +V syöttöläh-teeseen vastuksella 314 ja 610 ja sen kollektori on yhdistetty ulkopuoliseen kosketinnapaan 316. Transistorin 132 kollektori on myös yhdistetty +V syöttöön vastuksen 324 ja jännitteellä säädettävän kapasitiivisen elimen 326 sarjakytkennän avulla, viimeksi mainitun muodostaessa huipun tämän vahvistimen vasteeseen kuvakan-toaallon läheisyyteen heikon signaalin aikana. Transistori 306 ja 312 on järjestetty kaskodikytketyksi vahvistinrakenteeksi ja muodostavat ensimmäisen asteen IF-signaalin säädettyä vahvistamista varten.

Ulkopuolinen viritetty piiri 320 on yhdistetty ulkopuoliseen kosketinnapaan 316 käyttäen vastusta 318. Sitten IF-signaali yhdistetään viritetystä piiristä 320 toisen IF-vahvistimen 330 sisääntuloon ulkopuolisen kosketinnavan 322 kautta. Ulkopuolinen koske-tinnapa 322 on yhdistetty puskuritransistorin 332 kannalle, jonka kollektori on yhdistetty +V syöttöön ja jonka emitteri on yhdistetty maahan vastuksella 334.

Toinen IF-vahvistin 330 on rakennettu samaan tapaan kuin ensimmäinen IF-vahvistin 300 ja muodostuu puskuritransistorista 332, kaskodivahvistimesta, johon sisältyvät transistorit 336 ja 342, PIN-diodista 338, joka on kytketty yhteisemitterikytketyn transistorin 336 emitteriltä maahan, sekä tähän liittyvistä vas-tustyyppisistä komponenteista. Toisen IF-vahvistimen 330 ulostulo yhdistetään transistorin 342 kollektorilta ulkopuoliseen viritettyyn piiriin 350 ulkopuolisen kosketinnavan 346 kautta. Vahvistettu IF-signaali tuodaan sitten viritetyllä piirillä 350 kolmanteen IF-vahvistimeen (mitä ei ole esitetty) siellä edelleen vahvistettavaksi ja tämän jälkeiseen signaalinkäsittelyyn.

IF-vahvistimien 300 ja 330 vahvistuskerroin säädetään käyttäen IF-vahvistuskertoimen säätöjännitettä, joka muodostetaan AGC-säätöjännitteestä, joka aikaansaadaan AGC piirillä 400. Tämä AGC-piiri 400 saattaa olla sitä tyyppiä, joka kehittää AGC-säätöjännitteen, joka vaihtelee verrannollisena ilmaistun videosignaalin tasoon, kuten on kuvattu US-patenttihakemuksessa nro 934 823, jätetty 18. elokuuta 1978, nimitykseltään "Avainnettu AGC-piiri". Tämä 19 75953 AGC-säätöjännite tuodaan kopioivan esijännitepiirin 370 transistorin 372 kannalle käyttäen vastuksien 362 ja 364 sarjakytkentää. Transistorin 372 kollektori on yhdistetty +V syöttöön ja sen emit-teri on yhdistetty transistorin 376 kannalle sekä maahan vastuksella 374. Transistorista 376 on sen emitteri yhdistetty maahan PIN-diodin 358 kautta ja sen kollektori on yhdistetty välitaajuus-AGC:n väylään 360. Tämä välitaajuus-AGC-väylä 360 on yhdistetty transistorin 372 kannalle kondensaattorilla 368 ja vastuksien 362 ja 364 liitoskohtaan vastuksella 366.

Kopioiva esijännitepiiri 370 on nimeltään tällainen, koska se säätää sitä esivirtaa, joka syötetään ensimmäiselle ja toiselle IF-vahvistimelle 300 ja 330, ja sillä on geometria, joka on IF-vah-vistimien jäljitelmä. Erityisesti voidaan nähdä, että kopioivassa esi-jännitepiirissä 370 on kanta-emitterijännitteenpudotusta <e vbe> transistorin 372 kannan ja PIN-diodin 378 maadoitetun katodin välille, mikä vastaa samanlaista 3 järjestelyä IF-vahvistimissa. Tämän geometrian yhteensovittamisen ansiosta johdetaan lepotilan virta, joka on syötetty moninkertaiessta ν^β syötöstä 600, transistorilla 376 maahan ja se toistetaan IF-vahvistimien komplemen-täärisissä transistoreissa 306 ja 336 suhteessa, joka määräytyy vastaavien transistoreiden emittereiden pinta-aloista. Esimerkiksi, mikäli näiden kolmen transistorin emittereiden pinta-alat ovat kaikki keskenään yhtä suuria, toistetaan yhden milliampeerin kollektoriemitterivirta transistorissa 376 yhden milliampeerin kollektoriemitterivirtana transistoreissa 306 ja 336. Mikäli transistoreiden 306 ja 336 emittereiden pinta-alat ovat kaksinkertaisia transistorin 376 emitterin pinta-alaan verrattuna yhden milli-ampeerin kollektoriemitterivirta transistorissa 376 toistuu transistoreissa 306 ja 336 kahden milliampeerin kollektoriemitterivirtana kummassakin näistä transistoreista.

Moninkertainen Vfae syöttö 600 toimii virran siirtäjänä välitaa juus-AGC-väyIälle 360. Transistorista 602 on sen kollektori yhdistetty +V syöttöön vastuksella 610 ja emitteri on yhdistetty välitaajuus-AGC-väylään 360 vastuksella 608. Vastus 604 on yhdistetty transistorin 602 kollektorilta sen kannalle ja vastus 606 20 75953 on yhdistetty transistorin 602 kannalta sen emitterille. Kun vastukset 604 ja 606 valitaan siten, että niiden arvot ovat, kuten on havainnollisesti esitetty kuviossa 5, pysyy jännite transistorin 602 emitterillä (ja myös välitaajuus-AGC-väylällä 360) tietyllä tasolla, joka on likimäärin 6 ν^6 verran sen jännitteen tason alapuolella, joka on transistorin kollektorilla. Mikäli ei ole olemassa vahvistuskertoimen säätöjännitettä AGC-piir.istä 400 (toisin sanoen toimitaan maksimivahvistuksella) pidetään jännite välitaajuus-AGC-väylässä 360 likimäärin 3 Vke verran maapotenti-aalin yläpuolella.käyttäen kopioivaa esijännitepiiriä 370. Näissä olosuhteissa se jännite, joka tuodaan yhteiskantakytketyn kaskodivahvistimen transistoreiden 312 ja 342 kannoille on likimäärin 9 Vbe verran maapotentiaalin yläpuolella. Moninkertaisen Vke:n syöttö 600 ylläpitää vakion jännitetason välitaajuus-AGC-väylällä 360 AGC-puuttuessa ja lämpötilavaihteluista huolimatta moduloimalla +V syötöstä vastuksen 610 kautta otettua virtaa. Moninkertaisen V^gSn syöttö 600 ja kopioiva esijännitepiiri 370 on kuvattu yksityiskohtaisemmin toisessa samanaikaisessa US-patentti-hakemuksessa sarjanumero 021 322, nimitykseltään "Lämpötilaa kompensoiva esijännitepiiri", jätetty 16. maaliskuuta 1979.

Välitaajuus-AGC-jännite väylältä 360 tuodaan ensimmäisen välitaajuusvahvistimen 300 transistorin 302 kannalle vastuksien 382 ja 384 sarjakytkennän kautta. Kondensaattori 386 on yhdistetty vastuksien 382 ja 384 liitospisteestä maahan, mikä aikaansaa suo-dineristyksen välitaajuus-AGC-väylälle 360 niille IF-signaaleille, jota ovat transistorin 302 kannalla. Vastaavasti välitaajuus-AGC-jännite tuodaan transistorin 332 kannalle vastuksien 390 ja 392 sarjakytkennän kautta välitaajuus-AGC-väylältä 360. Välitaa-juus-AGC-väylä 360 on eristetty transistorin 332 kannalla olevasta IF-signaalista käyttäen kondensaattoria 394, joka on yhdistetty maasta vastuksien 390 ja 392 liitoskohtaan aikaansaamaan ali-päästösuodatus tässä pisteessä olevalle välitaajuus-AGC-jännitteelle. Välitaajuus-AGC-jännite tuodaan myös virittimen AGC-piiriin 500 käyttäen eristysvastusta 380. Virittimen AGC-piiri 500 reagoi sisääntulossaan olevaan pienentyvään välitaa juus-AGC-jännitteeseen 21 75953 synnyttämällä viivästetyn radiotaajuus-AGC-jännitteen, mikä tuodaan virittimeen televisiovastaanottimessa (mitä ei ole esitetty).

Toiminnan aikana AGC-piiri 400 kehittää AGC-säätöjännitteen, joka on suoraan verrannollinen ilmaistun videosignaalin tasoon. Heikko (tasoltaan alhainen) videosignaali johtaa pienen tason AGC-säätö jännitteen muodostamiseen ja voimakas(tasoltaan korkea) videosignaali johtaa korkean tason AGC-säätöjännitteen muodostamiseen.

Yllä kuvatut lepotilan toimintaolosuhteet, joissa transistorin 376 kollektorivirta toistetaan transistoreissa 306 ja 336, aikaansaavat tietyn jännitteen välitaajuus-AGC-väylälle 360. Kun AGC-säätöjännite tuodaan kopioivaan esijännitepiiriin 370 tästä AGC-piiristä 400, muuttuu tämä lepotilan tilanne transistorin 376 johtaessa lisääntyvän määrän virtaa kollektoriemitterivirtatiensä kautta. Tämä lisääntynyt virran kulku pienentää jännitettä välitaa juus-AGC-väylällä 360, mikä pienentää IF-vahvistimiin 300 ja 330 transistoreiden 302 ja vastaavasti 332 kannoille tuotua esi-virtaa.

Heikon signaalin aikana tuodaan esijännitepiiriin 370 pienitasoinen AGC-säätöjännite, joka aikaansaa vain vähän muutosta transistoreiden 372 ja 376 johtavuuteen. Jännite välitaajuus-AGC-väyIällä 360 on täten korkealla tasolla, joka on likimäärin 3 Vke. Tämä suuritasoinen välitaajuus-AGC-jännite tuodaan IF-vah-vistimiiin 300 ja 330 transistoreiden 302 ja 332 kannoille. Transistorit 302, 306 sekä 332 ja 336 johtavat täten voimakkaasti ja tuodaan suuret tasavirtatyyppiset esivirrat transistorien 306 ja 336 PIN-diodeille 308 ja 338. Nämä suuret esivirrat aikaansaavat PIN-diodeille pienet vastusarvot, mikä täten aikaansaa alhaiset emitterivastuket transistoreille 306 ja 336. Tällöin kasko-divahvistimet 306 ja 312 sekä 336 ja 342 aikaansaavat oleellisen vahvistuksen heikolle IF-signaalille, joka saadaan IF-signaali-lähteestä 200.

Sitä mukaa kuin videosignaalin taso kasvaa vastaanotetun radiotaajuisen televisiomerkin tason kasvaessa, lisääntyy AGC-piirillä 400 kehitetyn AGC-säätöjännitteen taso. Tämä lisääntyvä AGC-säätöjännite aikaansaa lisääntyneen virran kulun vastuksen 22 75953 362 kautta kopioivaan esijännitepiiriin 370 ja välitaajuus-AGC-väylään 360. Oleellisesti kaikki tästä lisääntyneestä virran kulusta viedään välitaajuus-AGC-väylään vastuksella 366 ja sitten maahan transistorilla 376, mikä aikaansaa jännitepudotuksen vastuksen 366 yli. Koska kopioiva esijännitepiiri 370 toimii AGC-pii-ristä 400 tulevan virran perusteella pyrkien ylläpitämään jännitteen tason transistorin 372 kannalla suuruudeltaan likimäärin arvossa 3 Vjje, on jännitepudotus vastuksen 366 yli verrattavissa tähän 3 ν^β pisteeseen ja se aikaansaa välitaajuus-AGC-väyIälle olevan jännitteen putoamisen 3 ν^β tason alapuolelle. Tässä vaiheessa transistori 376 johtaa vastuksen366 kautta oleellisesti kaiken siitä virrasta, joka aikaansaadaan AGC-piirillä 400. Jäljellä oleva osa AGC-piiristä 400 saadusta virrasta tuodaan jäljentävän etujännitepiirin 370 välityksellä transistorin 372 kannalle aikaansaamaan tälle lisääntynyt virran johtavuus.

Pienentynyt välitaajuus-AGC-jännite kiskossa 360 tuodaan IF-vahvistimiin 300 ja 330, mikä aikaansaa pienennyksen tran-sistoreiden 306 ja 336 transkonduktanssissa. Tasavirtatyyppinen esivirta, joka tuodaan PIN-diodeille 308 ja 338 transistoreilla 306 ja vastaavasti 336, pienentyy ja PlN-diodien 308 ja 338 vastusarvo kasvaa. Transistoreiden 306 ja 336 lisääntyneet emitte-ri-impedanssit aikaansaavat pienennyksen kaskodikytkettyjen vahvistimien 306, 312 sekä 336 ja 342 vahvistukertoimissa.

AGC-säätöjännite, joka aikaansaadaan AGC-piirillä 400, jatkaa kasvuaan sitä mukaa kuin videosignaalin taso lisääntyy ja kopioiva esijännitepiiri 370 jatkaa välitaajuisen AGC-jännitteen tason alentamista väylällä 360. Pienentyvä välitaajuus-AGC-jännite jatkaa IF-vahvistimen transistoreiden 306 ja 336 transkon-duktanssin gm pienentämistä ja PIN-diodien 308 ja 338 vastusarvot jatkavat kasvuaan. Kuten on kuvattu kuvion 1 yhteydessä, saavuttaa transistoreiden 306 ja 336 transkonduktanssi g^ lopulta tietyn minimitason, jolla niiden vastaavien dynaamisten emitterivastus-ten re yli on 10 millivolttia IF-signaalista. Tässä pisteessä transistoreiden 306 ja 336 transkonduktanssi gm stabilisoidaan vastuksien 310 ja vastaavasti 340 käyttämällä virralla ja tämän 23 75953 jälkeinen vahvistuskertoimen pienennys toteutetaan lisäämällä edelleen PIN-diodien 308 ja 338 vastusarvoja, mikä sallii jokaisen PIN-diodin yli jopa 30 millivoltin ylimääräisen jännitepudo-tuksen. Lopulta, kun täysi 40 millivoltin IF-signaali tuodaan IF-vahvistimien yli IF-signaalilähteistä 200, on kuljettu IF-vah-vistuskertoimen pienennyksen täyden toimialueen yli ja mikä tahansa tämän jälkeinen vahvistuskertoimen pienennys tapahtuu vi-rittimessä virittänen AGC-piirin 500 viivytetyn säädön alaisena. Täyden IF-vahvistuskertoimen pienennyksen aikana vahvistetaan kytkinnavassa 202 olevaa 40 millivoltin IF-signaalin ensimmäisessä IF-vahvistimessa 300 oleellisesti yksikkömääräisellä jännitevah-vistuskertoimella ja se esiintyy 40 millivoltin signaalina toisen IF-vahvistimen 330 sisääntulossa.

IF-signaalin taso toisen vahvistimen ulostulossa on riittävä ohjaamaan ulostuloimpedanssia, joka muodostuu viritetystä piiristä 350 sekä kolmannen IF-vahvistimen sisääntulosta.

Television välitaajuusvahvistin, joka on esitetty kuviossa 5, on valmistettu ja sitä on koestettu integroidun piirin muodossa käyttäen sitä PIN-diodirakennetta, joka on esitettynä kuvioissa 4a ja 4b diodeja 308, 338 sekä 378 varten. Tällöin havaittiin, että maksimimääräisen vahvistuskertoimen pienennyksen kohdalla pidettiin transistorin 306 vastus re likimäärin 40 ohmin kohdalla sen virran avulla, jonka vastus 310 käytti. PIN-diodin 308 impedanssin havaittiin vaihtelevan arvosta 4,5 ohmia täydellä vahvistimen vahvistuksella arvoon 130 ohmia maksimisuuruisella vahvistuksen pienennyksellä. Täydellä vahvistimen vahvistuksella oli PIN-diodin 308 kapasitanssiarvo häviävän pieni (toisin sanoen PIN-diodilla oli positiivinen vaiheensiirto) ja maksimisuuruisella vahvistuksen pienennyksellä mitattiin PIN-diodin 308 kapasitanssin olevan arvoltaan likimäärin 7 pF.

Claims (7)

24 75953

1. Vahvistukseltaan säädetty vahvistin televisiovastaan-otinta varten, joka vahvistin on tarkoitettu vahvistamaan signaaleja, joiden taajuus ylittää 1 MHz ja johon kuuluu ensimmäinen transistori (110; 306, 336), joka käsittää kanta-, emitteri-ja kollektorielektrodit ja joka on kytketty yhteisemitterimuotoon; kantaelektrodiin kytketty tulosignaalilähde (150); kollektori-elektrodiin kytketty kuormitusimpedanssi (116); emitterielektro-din ja vertailupotentiaalipisteen väliin kytketty, myötäsuuntaan esijännitetty PIN-diodi (112); ja vahvistuksen säätöjännitelähde (140), joka on kytketty ensimmäiseen transistoriin siten, että transistorin ja PIN-diodin (112) esijännitettä voidaan vaihdella samanaikaisesti, tunnettu vastuksesta (114), joka on kytketty rinnakkain PIN-diodin (112) kanssa.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen vahvistin, tunnet-t u toisesta transistorista (312 tai 342 kuviossa 5), joka kytkee kuormitusimpedanssin (320 tai 350) ensimmäisen transistorin (306 tai 336) kollektorielektrodiin, jolloin toinen transistori on järjestetty yhteiskantakytkentään ja ensimmäinen ja toinen transistori (306, 312 tai 336, 342) muodostavat kaskodivahvistimen.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen vahvistin, tunnettu siitä, että ensimmäiseen transistoriin (110) kuuluu myötäsuuntaan esijännitetty kanta-emitterirajapinta, jolloin säädettävän vahvistuksen säätöjännitelähde (140) on kytketty ensimmäiseen transistoriin tämän ja PIN-diodin (112) myötäsuuntaisen esijännityksen säätelemiseksi.

4. Patenttivaatimusten 1-3 mukainen vahvistin, tunnettu siitä, että ensimmäinen transistori (110) on NPN-tran-sistori; että PIN-diodi (112) käsittää ensimmäisen transistorin emitterielektrodiin kytketyn anodin ja vertailupotentiaaliläh-teeseen (maahan) kytketyn katodin; ja että säädettävän vahvistuksen säätöjännitelähde (140) on kytketty ensimmäisen transistorin (306; 336) kannalle.

5. Patenttivaatimusten 1-4 mukainen vahvistin, tunnettu siitä, että vahvistuksen säätöjännite vaihtelee jänni-tealueella, joka käsittää ensimmäisen alueen, jolla ensimmäisen 25 75953 transistorin (110) transkonduktanssi ja PIN-diodin (112) impedanssi vaihtelevat, ja toisen alueen, jolla ensimmäisen transistorin (110) transkonduktanssi on oleellisesti vakio ja PIN-diodin (112) impedanssi vaihtelee.

6. Patenttivaatimuksen 2 mukainen vahvistin, tunnet-t u kolmannesta transistorista (302 tai 332) , johon kuuluu syöttö jännitelähteeseen (+V) kytketty kollektorielektrodi, kantaelektro-di ja emitterielektrodi, jolloin tulosignaalilähde (200) ja vahvistuksen säätöjännitelähde (400) on kytketty kolmannen transistorin kantaelektrodille ja kolmannen transistorin (302 tai 332) emitteri-elektrodi on kytketty ensimmäisen transistorin (306 tai 336) kanta-elektrodille.

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen vahvistin, tunnettu toisesta vastuksesta (304; 334), joka on kytketty kolmannen transistorin (302; 332) emitterielektrodin ja vertailupotentiaalilähteen (maa) välille. 26 75953