DE1255151C2

DE1255151C2 - Schaltungsanordnung fuer hochfrequenzverstaerker mit einem transistor als verstaerkerelement, dessen arbeitspunkt durch eine regelspannung bestimmt ist

Info

Publication number: DE1255151C2
Application number: DE19651255151
Authority: DE
Priority date: 1965-07-15
Filing date: 1965-07-15
Publication date: 1974-06-20
Also published as: DE1255151B

Description

- Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung für Hochfrequenzverstärker mit einem Transistor als Verstärkungselement, dessen Arbeitspunkt durch eine Regelspannung bestimmt und dem ein auf eine Verstärkerstufe folgendes Übertragungsglied mit Sperrkreischarakteristik vorgeschaltet ist.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ist ursprünglich für den Eingang von transistorisierten ZF-Stufen von Fernsehempfangsgeräten entwickelt worden, doch beschränkt sich die Anwendung nicht darauf. Sie läßt sich mit Vorteil in anderen Fällen verwenden, bei denen ein ähnlicher Zweck zu erfüllen ist.

Die Hochfrequenz-Verstärkerstufen von Empfangsgeräten müssen im allgemeinen geregelt werden,

ίο da sich die Empfangsfeldstärken unter Umständen um mehrere Zehnerpotenzen ändern können. Es ist wünschenswert, daß sich die Empfindlichkeit eines Empfängers im umgekehrten Verhältnis ändert als die Feldstärke, damit die Ausgangsspannung konstant bleibt. Für diese Verstärkungsregelung nutzt man üblicherweise die nichtlinearen Eigenschaften bestimmter Bauelemente, wie Röhren, Transistoren oder Dioden, aus. Eine einer entsprechenden Steuerelektrode zugeführte Regelspannung verändert den

ao Arbeitspunkt auf der nichtlinearen Kennlinie, so daß der Verstärkungsgrad für die Hochfrequenzspannung sich ebenfalls ändert. Neben dieser durch eine Vielzahl von Ausführungen bekannten Methode sind die mechanisch zu bedienenden Abschwächungsglieder

»5 erwähnenswert. Diese sind häufig als Nah-, Fern-Umschalter oder steckbare Anordnung ausgebildet und bestehen aus Widerstandskombinationen. Ihr wesentlicher Nachteil ist darin zu sehen, daß zusätzlich mechanische Elemente erforderlich sind, die zum Teil sehr aufwendig sind, einem Verschleiß unterliegen und auch nicht trägheitslos arbeiten.

Die Verstärkungsregelung von Hochfrequenz-Transistor-Stufen ist im Schrifttum bereits ivielfach behandelt worden.

Da die Steuerkennlinie von Transistoren gegenüber Röhren kurz ist, ergeben sich bei der Regelung von Transistoren besondere Schwierigkeiten. Der Regelumfang ist oft nicht ausreichend, und von bestimmten Eingangsspannungen an aufwärts treten Verzerrungen auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei Schaltungsanordnungen für Hochfrequenz-Verstärker mit einem Transistor als Verstärkerelement, dessen Arbeitspunkt durch eine Regelspannung bestimmt ist, den Regelumfang zu vergrößern. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Kombination folgender Maßnahmen gelöst:

a) Verwendung eines Filtergliedes als Übertragungsglied mit die veränderbare Dämpfung der Nutzsignale bewirkender Sperrkreischarakteristik, das in seinem Längszweig einen Parallelresonanzkreis mit einem Kondensator als Kapazität und einer Induktivität aufweist, die durch zwei als Übertrager mit dem Übersetzungsverhältnis 1:1 und einer Phasendrehung von 180° geschaltete Wicklungen gebildet ist, während der Querzweig des Filtergliedes aus einem als veränderbarer Widerstand wirksamen Zweipol besteht, dessen eine Klemme an den Verbindungspunkt der beiden Wicklungen des Übertragers angeschlossen ist und dessen andere Klemme für Hochfrequenzströme an Masse

b) Verwendung einer spannungsgesteuerten Diode als Zweipol mit veränderbarem Widerstand beim Filtefglied mit Sperrkreischarakteristik;

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c) Verwendung eines Verstärkers am Ausgang des Verteilerverhältnis aus, so daß dadurch die Ampli-

Filtergliedes, der für das Hochfrequenzsignal als tude des Antennensignals in gewünschter Weise gere-

Wechselspannungsverstärker und für die Regel- gelt wird. Diese Schaltungsanordnung besitzt den

spannung als Gleichspannungsverstärker arbeitet, Nachteil, daß das Antennensignal auch bei kleinen

der die verstärkte Regelspannung am Ausgang 5 Signalen, die möglichst ungeschwächt weitergeleitet

eines Siebgliedes an die Diode des Filtergliedes werden sollten, durch den ohmschen Spannungsteiler

abgibt. bedämpft wird. Dieser Nachteil ist als sehr schwerwiegend anzusehen, weshalb derartige Schwundregel-

Der Aufwand für die erfindungsgemäße Schal- schaltungen auch keine Verbreitung gefunden haben, tungsanordnung ist als sehr gering anzusehen. Die io Im Gegensatz dazu wird bei dem erfindungsgemänoch zu erläuternde Funktion betrifft im wesentli- ßen Vorschlag ein Signal mit kleiner Amplitude nachen das Filterglied, dessen Dämpfung sich in Ab- hezu verlustfrei übertragen, da das Ubertragungshängigkeit von der Größe des Widerstandes der glied nicht in der Form eines ohmschen Spannungs-Diode ändert. Der Regelumfang hängt dabei von der teilers ausgebildet ist.

Güte des Sperrkreises, der zu übertragenden Band- 15 Die Erfindung wird nachstehend an Hand von breite und der Widerstandsänderung der Diode ab Prinzipschaltbildern näher erläutert. Es zeigt
und kann durch entsprechende Dimensionierung den F i g. 1 den grundsätzlichen Aufbau eines Sperrverschiedenen Erfordernissen leicht angepaßt wer- kreises mit einer gesteuerten Diode als veränderliden. Mit kleiner werdender Bandbreite. vergrößert chem Widerstand,

sich naturgemäß der Regelumfang, da die Güte des ao Fig. 2 die zu Fig. 1 gehörige Figur für den Fall,

Sperrkreises hierbei größer gewählt wird. Die als daß der Widerstand der Diode einen sehr großen

Übertrager geschalteten Wicklungen sind zweckmä- Wert besitzt, so daß sein Leitwert vernachlässigt wer-

ßigerweise bifilar ausgebildet, um eine feste Kopp- den kann,

lung zu erhalten. F i g. 3 die zweite zu F i g. 1 zugehörende Figur für

Durch die USA-Patentschrift 2 207 796 ist ein FiI- as den Fall, daß der Widerstand der Diode verhältnis-

terglied bekannt mit einem Parallelresonanzkreis und mäßig klein ist, und

einem einstellbaren Widerstand zur Herstellung einer Fig. 4 eine Schaltungsanordnung mit den erfinscharf en Nullstelle außerhalb des Übertragungsbe- dungsgemäßen Merkmalen.

reichs. Der einstellbare Widerstand dient lediglich Zur Erklärung des erfindungsgemäßen Gegenstanzum Feinjustieren des Nullpunktes. Im Gegensatz 30 des erscheint es zweckmäßig, die Wirkungsweise des dazu wird bei der Erfindung die Dämpfung eines in seiner Dämpfung regelbaren Sperrkreises vorweg einen Sperrkreis enthaltenden Filtergliedes, das den darzustellen. Nachstehend wird daher erst eine Be-Übertragungsbereich umfaßt, selbsttätig in Abhän- Schreibung des Sperrkreises gegeben, insbesondere gigkeit von der Größe einer zugeführten Signalampli- auch deswegen, weil die Art seiner Anwendung in tude zwischen angenähert ungeschwächter Übertra- 35 der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung eines gung und einer maximalen Dämpfung der Signale ge- der erfindungsgemäßen Merkmale bildet,
regelt. Als Widerstand hierfür ist ein veränderlicher In Fig. 1 bildet die Induktivität eines bifilar geWiderstand erforderlich, wickelten Übertragers 1 mit dem Kondensator!

Durch die deutsche Auslegeschrift 1105 925 ist einen Parällelkreis 3, der als Sperrkreis für das zu zwar bekannt, den Ubertragungsbereich eines Netz- 40 übertragende Frequenzband wirksam ist. Der Sperrwerkes durch einen veränderlichen Widerstand zu re- kreis 3 liegt zwischen einer Hochfrequenzquelle 4 mit geln, der als Diode ausgebildet ist, doch wird dabei dem Innenwiderstand 5 und einer Verstärkerstufe, nicht die Dämpfung, sondern die Durchlaßbreite ge- dargestellt durch einen Ersatzwiderstand 6. Die entregelt, sprechenden Anschlußklemmen sind mit 12, 13, 14

Nach der Literaturstelle »Wireless Engineer«, 45 und 15 bezeichnet.

Mai 1956, S. 105, sind in Filtergliedern mit Sperrkrei- Der bifilar gewickelte Übertrager 1 besteht aus den sen auch bifilar gewickelte Spulen bekannt, die unter beiden Wicklungen 7 und 8, wobei das Ende der Vernachlässigung ihrer Eigenkapazität als reine Wicklung 7 mit dem Anfang der Wicklung 8 zusam-Übertrager arbeiten. Im Gegensatz zur Erfindung mengeschaltet ist und den Verbindungspunkt 9 mit wird hier innerhalb eines breiten Übertragungsberei- 50 dem durch eine Diode 10 dargestellten veränderliches unveränderbarer Dämpfung eine scharfe Null- chen Widerstand bildet. Die an den Anschlüssen 16, stelle erzeugt, deren Lage durch einen Sperrkreis im 17 zugeführte Regelspannung U₁ verändert in ge-Querzweig bestimmt ist. Bei der Erfindung liegt aber wünschter Weise den Widerstandswert der Diode 10, der Sperrkreis im Längszweig, und an Stelle des Ein Siebkondensator 11 verhindert Rückwirkungen Sperrkreises im Querzweig ist die Diode als regelba- 55 der Hochfrequenz auf die nicht dargestellte Regelrer Widerstand angeordnet mit dem Ziel, die Dämp- Spannungsquelle.

fung des Filtergliedes über seinen gesamten Übertra- Der Übertrager 1 wirkt als Induktivität für den

gungsbereich hinweg zu regeln. Sperrkreis 3 und je nach Größe des Widerstandswer-

Durch die deutsche Patentschrift 690 807 ist eine tes der Diode 10 als Übertrager. Die Zusammen-Schwundregelschaltung bekanntgeworden, bei der 60 hänge lassen sich leicht durch die in Fig. 2 und3

eine Eingangsverstärkerstufe gleichfalls als Gleich- dargestellten beiden Extremfälle überblicken. F i g. 2

und Wechselspannungsverstärker ausgenutzt wird. gilt für den Fall, daß der Widerstand der Diode 10

Dabei ist der Eingangsverstärkerstufe ein Antennen- einen sehr großen Wert besitzt, so daß sein Leitwert

kreis mit einem ohmschen Spannungsteiler vorge- vernachlässigt werden kann. Dies tritt dann ein, schaltet. Der ohmsche Spannungsteiler besitzt einen 65 wenn die Regelspannung U₁ negativer wird und die

stromabhängigen Widerstand, über den der Katho- Diode sperrt. Die Wicklungen? und8 des Übertra-

denstrom der Verstärkerröhre fließt. Eine Änderung gers 1 bilden hierbei eine reine Induktivität. Das be-

des Kathodenstromes wirkt sich auf das Spannungs- deutet, daß bei dieser Regelspannung U₁ das zu

übertragende Frequenzband im Verhältnis des Resonanzwiderstandes zum Verbraucherwiderstand 6 an den Klemmen 14, 15 abgeschwächt auftritt. Mit positiver werdender Regelspannung U₁ verkleinert sich der Widerstand der Diode 10. Die Wicklungen 7 und 8 wirken dadurch als Übertrager mit einem Übersetzungsverhältnis von annähernd 1:1.

Die von den Klemmen 12, 13 zu den Klemmen 14, 15 übertragene Spannung kann man sich jetzt aus zwei Anteilen bestehend denken. Zur Erläuterung dafür dient Fig. 3. In dieser Figur ist der Diodenwiderstand als Widerstand dargestellt und mit 18 bezeichnet. Die Übertragung des Frequenzbandes erfolgt zu einem Teil über den Parallelkreis, wobei keine Phasenänderung auftritt. Hinzu kommt die Übertragung durch den Übertrager 1 mit einer Phasendrehung von 180°. Die Größe der übertragenen Amplitude durch den Übertrager 1 hängt annähernd von dem Widerstandsverhältnis zwischen der Wicklung? und dem Widerstand. 18 ab. Der Spannungsabfall über den Widerstand 18 schwankt entsprechend der sich bei veränderlicher Regelspannung U₁ ändernden Größe des Widerstandes 18.

Bei vernachlässigbar kleinem Widerstand 18 würde die gesamte Eingangsspannung an den Klemmen 12, 13 über den Übertrager 1 übertragen werden. Die Schaltung würde in diesem Fall das Frequenzband ungeschwächt" durchlassen. Der andere Extremfall tritt bei einem endlichen Widerstand 18 dann ein, wenn die Größen der übertragenden Amplituden vom Parallelkreis 3 und vom Übertrager 1 gleich sind. Da beide Werte zueinander eine Phasenverschiebung von 180° besitzen, löschen sich hierbei die Amplituden aus. Bei entsprechender Dimensionierung des Schaltungsäufbaues läßt sich durch eine Regelspannung U₁ ein genügender Regelumfang erzielen, worunter das Verhältnis von Eingangsamplitude zu abgeschwächter Amplitude zu verstehen ist; Es ist erkennbar, daß die Verhältnisse idealisiert dargestellt sind. Zum Beispiel tritt auch eine Phasendrehung durch den Kondensator 2, die Wicklung 8 und den Widerstand 18 ein.

F i g. 4 zeigt eine Schaltungsanordnung mit den erfindungsgemäßen Merkmalen. Die Schaltungsanordnung gehört zu einem ZF-Verstärker eines Fernsehempfängers. Die Bezugszeichen der vorangegangenen Figuren sind beibehalten worden, sofern es sich dabei um schon beschriebene Elemente handelt. Der Sperrkreis ist einer ersten.'. Eernseh-ZF-Stufe vorgeschaltet. Die ZF-Stufe besteht aus¹ einem Transistor 19, dem die Betriebsspannung + U über einen durch einen Kondensator 28 abgeblockten Arbeitswiderstand 27 zugeführt wird. Über den Widerstand 29 erhält die Basis des Transistors 19 eine aus der sogenannten getasteten Regelstufe gewonnene Regelspannung U₂ zugeführt. Für die Regelspannung U₂ ist der Transistor 19 als Gleichspannungsverstärker wirksam. Aus dem Kollektorkreis wird nach einem Siebglied mit den Kondensatoren 20, 21 und 11 und den Induktivitäten 22 und 23 die Regelspannung U₁ für

den Sperrkreis gewonnen. Die zweckmäßige Größe für die Regelspannung U₁ wird durch die Widerstände 24 und 25 mitbestimmt. Gleichzeitig dient der Transistor 19 als Verstärker für das ZF-Signal. Vom Ausgang des Kollektors überträgt eine Verbindungsleitung 26 das ZF-Signal zu weiteren nicht mit dargestellten Stufen.

Das zur Basis des Transistors 19 geführte ZF-Signal wird vom Kanalwählerausgang induktiv durch die Wicklung 30 eines nicht näher dargestellten Kopplungsnetzwerkes über die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung geführt. Die Kapazität 2 für den Sperrkreis 3 wird durch die Spulenkapazität des Übertragers 1 gebildet. Die Wirkung des geregelten Sperrkreises in dieser Zusammenschaltung entspricht

völlig der bereits beschriebenen. Der erfindungsgemäße Schaltungsaufbau unterstützt mit geringem Aufwand wirkungsvoll die Verstärkungsregelung, so daß die Gesamtschaltung den durch die großen Eingangsfeldstärkenunterschiede bedingten großen An- f orderungen vollauf genügt.

Zu der Verwendung eines bifilar gewickelten Übertragers in der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung soll noch folgendes bemerkt werden: Ein bifilar gewickelter Übertrager besitzt bekanntlich den Vorteil, daß die Kopplung zwischen den Wicklungen sehr fest ist. Aus diesem Grund erweist sich seine Anwendung in der erfindungsgemäßen Schaltung oft als vorteilhaft. Ebenfalls können auch Übertrager verwendet werden, die nicht bifilar gewickelt sind, sofern in bestimmten Schaltungen ihre Anwendung wünschenswert erscheint.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung für Hochfrequenzverstärker mit einem Transistor als Verstärkerelement, dessen Arbeitspunkt durch eine Regelspannung bestimmt und dem ein auf eine Verstärkerstufe folgendes Übertragungsglied mit Sperrkreischarakteristik vorgeschaltet ist, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

a) Verwendung eines Filtergliedes als Übertragungsglied mit die veränderbare Dämpfung der Nutzsignale bewirkender Sperrkreischarakteristik, das in seinem Längszweig einen Parallelresonanzkreis mit einem Kondensator (2) als Kapazität und eine Induktivität aufweist, die durch zwei als Übertrager (1) mit dem Übersetzungsverhältnis 1:1 und einer Phasendrehung von 180° geschaltete Wicklungen (7, 8) gebildet ist, während der Querzweig des Filtergliedes aus einem als veränderbarer Widerstand wirksamen Zweipol besteht, dessen eine Klemme an den Verbindungspunkt (9) der beiden Wicklungen (7, 8) des Übertragers (1) angeschlossen ist und dessen andere Klemme für Hochfrequenzströme an Masse liegt;

b) Verwendung einer spannungsgesteuerten Diode (10) als Zweipol mit veränderbarem Widerstand beim Filterglied mit Sperrkreischarakteristik;

c) Verwendung eines Verstärkers am Ausgang des Filtergliedes, der für das Hochfrequenzsignal als Wechselspannungsverstärker und für die Regelspannung (U₂) als Gleichspannungsverstärker arbeitet, der die verstärkte Regelspannung (EZ₁) am Ausgang eines Siebgliedes (20, 21, 22) an die Diode (10) des Filtergliedes abgibt.

2. Schaltungsanordnung nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfung des Sperrkreises (3) zwischen annähernd ungeschwächter Übertragung und einem gewünschten maximalen Dämpfungswert durch Änderung der Gleichspannung (CZ₁) regelbar ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungen (7, 8) des Übertragers (1) bifilar gewickelt sind, wobei das Ende der einen Wicklung (7) mit dem Anfang der anderen Wicklung (8) im Anschlußpunkt (9) für die Diode (10) verbunden ist.

4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Kondensator (2) für den Parallelkreis (3) die Eigenkapazität des Übertragers (1) verwendet wird.