DE1762133C3 - Abgestimmter Breitbandverstärker mit einer Transistorstufe in Emitterschaltung - Google Patents
Abgestimmter Breitbandverstärker mit einer Transistorstufe in EmitterschaltungInfo
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Description
2(1
,an7 der Stufe mit steigendem Emitterstrom kleiner
■a ™,.R Hip Dämpfung groß sein, und es ergibt sich
«"St ώ!?Ver.uTa£ Verstärkung bei hohem Verstär-101I?^Zeitschrift
»Electronic Engmeering« Febr. 1961 Seite 85, ist an Hand von Fig. 10 ein Niederfrenuenz-Selektivverstärker
diskutiert der zwei Transistoren in Emitterschaltung verwendet, die über eine
positive Rückkopplung miteinander verbunden sind. K ge dieser Rückkopplung befindet sich die Scha tung
ä farn Rande der Eigenschwingung. Der Verstarker hMitzt eine frequenzabhängige Eingangsimpedanz,
wobei nur bei einer bestimmten Frequenz, bei der die
Eingangsimpedanz minimal ist, durch diese ein geringere?
Teil des gesamten Eingangsstromes fheßt als durch Hen Verstärker. Bei allen anderen Frequenzen fl.eßt um
so mehr Strom durch die Eingangsimpedanz, je geringer
ihr Wert ist, so daß dieser Strom fur den Verstarker VeSbeder Erfindung ist es,den schädlichen Einfluß
de/ automatischen Verstärkungsregelung auf die Verstärkungsfaktor/Frequenzcharaktenstik
des Verstar-
Die Erfindung betrifft einen abgestimmten Breitbandverstärker mit einer Transistorstufe in Emitterschaltung,
einer weiteren, mit dem Ausgang der ersten Stufe gekoppelten Transistorstufe in Emitterschaltung und
mit einer automatischen Verstärkungsregelung für den Emitterstrom der ersten Stufe.
Wenn der Emitterstrom eines in Emitterschaltung geschalteten Transistors erhöht wird, dann verringert
sich unter der Voraussetzung, daß ein gewisser Anfangsemitterstrom überschritten wurde, der Verstärkungsfaktor
einer Verstärkerstufe, die den Transistor enthält. Beim Abfall des Verstärkungsfaktors verringert
sich die Ausgangsimpedanz der Stufe, wodurch das Frequerizverhalten des Verstärkungsfaktors des Verstärkers
geändert wird. Diese Änderung kann durch widerstandsbehaftete Dämpfung der Last des Transistors
verringert werden; da jedoch die Ausgangsimpe-
hl)
h) uemao u« —--« gelingt dies dadurch, daß die
Belastung der ersten Stufe einen Schwingkreis enthalt,
mit einer Resonanzfrequenz, die annähernd in der Mitte
des vom Verstärker übertragenen Frequenzbandes lieet und daß die Belastung der zweiten Stufe mittels
einer negativen Rückkopplungsschaltung mit der Basis des Transistors der zweiten Stufe über zumindest einen
Teil der Belastung der ersten Stufe verbunden ist.
Versuche haben gezeigt, daß das Verhalten des Verstärkungsfaktors über der Frequenz bei der
erfindungsgemäßen Schaltung demjenigen aller bisherigen ähnlichen Schaltungen überlegen ist. Auch rechnerisch
läßt sich eine derartige Überlegenheit nachweisen. Geht man beispielsweise von dem bekannten Pnnzipschaitbild
der Abbildung 27, Seite 35, Valvo-Broschiire, »Technische Information für die Industrie«, Sonderdruck
»n-p-Flächentransistoren Kompendium-Teil I«, Februar 1957, aus, das einen zweistufigen Verstarker in
Emitterschaltung zeigt, so ergibt sich folgendes:
Bei dem Verstärkungsfaktor ist die Kennlinie des Verstärkers übermäßig spitz; sie kann mit einem
zusätzlichen ohmschen Widerstand zwar brauchbar «macht werden, jedoch auf Kosten eines hohen
Verlustes an Verstärkung. Wenn man ein Ruckkopplungsnetzwerk
gemäß der Erfindung verwendet, so ergibt sich ein Verlauf der Kennlinie ähnlich denjenigen
mit zusätzlicher ohmscher Dämpfung, jedoch tritt dann ein viel geringerer Verstärkungsverlust auf. Wird noch
zusätzlich Regelspannung an den ersten Transistor gelegt, so ergibt sich ein besonders flacher Verlauf des
Verstärkungsfaktors über der Frequenz.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun ar Hand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigt
Fig. 1 ein Schaltbild eines erfindungsgemaßer Verstärkers, wobei das neue Merkmal eine Impedanz Z
ist, die gestrichelt gezeigt wird,
F i g 2 eine Kurve, die angibt, wie sich de
Verstärkungsfaktor der Stufe in Emitterschaltung mi dem Emitterstrom ändert,
— . - i- 11 v....,n„ r)i<» ^QC Prpniipn7vernaUen de
f I g. J, J UIlU / rvui »».II, »Ji«. — ■ · 1 ■ -■ ·
Verstärkungsfaktors gewisser Verstärker wiedergeben
F i g 4 eine Kurve, die angibt, wie sich di
Ausgangsimpedanz eines in Emitterschaltung geschalt«
ten Transistorverstärker mit dem Emitterstrom änderi
F i g. 6 ein ausführliches Schaltbild eines erfindung!
I.
gemäßen Verstärkers.
Die beiden Transistoren TrI und Vr 2 in der
Schaltung gemäß F i g. 1 sind als zwei übliche Emitterfchaltungs-Verstärkerstufen
ausgebildet mit Eingangsklemmen 10 und Ausgangsklemmen ti. Die Schaltung
wird nicht weiter beschrieben, mit der Ausnahme der Belastungen Z\ und Z2, der Anwendung der Verstärkungsregelung
und der Rückkopplungsvorrichtung Z3.
Eine veränderbare Spannung wird über eine Klemme 12 und einen Widerstand Rx an die Basis des Transistors
Tr 1 angelegt. Diese veränderbare Spannung stellt eine Verstärkungsregelung für die erste Stufe dar, da sie die
Basisvorspannung des Transistors Tr 1 und damit seinen Emitterstrom ändert. Fig.2 zeigt, wie der Verstärkungsfaktor
einer typischen Transistorverstärkerstufe, die beispielsweise den Transistor Tr 1 erschließt, mit
dem Emitterstrom sich verringe.-i. Die veränderbare Spannung kann von einer Amplitudensteuerung, beispielsweise
einem Potentiometer, oder von einer Verstärkungsregelungsschaltung stammen.
Soll ein Verstärker als Zwischenverstärker eines Farbfernsehempfängers dienen, dann kann das Frequenzverhalten
seines Verstärkungsfaktors, wie in IF i g. 3 gezeigt, aussehen. Die Ordinatenachse der F i g. 3
zeigt die relative Amplitude der Ausgangssignale bei gegebenen Verstärkungsregelsignalbedingungen an,
nicht jedoch die absolute Amplitude dieser Signale. Eine Linie 13 stellt die Kennlinie dar, die sich ergibt, wenn
kein Verstärkungsregelungssignal angelegt wird, d. h., wenn der Verstärker seine maximale absolute Verstärkung
besitzt. Bei maximalem Verstärkungsregelungssignal ergibt sich eine Kurve 14. Fig.3 zeigt, wie die
Kennlinie sich mit dem Verstärkungsregelungssignal ändert, wobei große Unterschiede in der relativen
Verstärkung an den Seiten des gezeigten Frequenzbandes, insbesondere bei 34,65 MHz, das ist die Frequenz
des 405-Zeilenfernsehträgersignals, und bei 39,5 MHz,
das ist die Frequenz des 625-Zeilenfernsehträgersignals,
auftreten. Diese Änderung in den Kennlinien rührt hauptsächlich daher, daß sich die Ausgangsimpedanz
der ersten Stufe mit dem Emitterstrom ändert. Eine typische Änderung der Ausgangsimpedanz mit dem
Emitterstrom ergibt sich aus F i g. 4. Selbstverständlich können derart große Änderungen in der relativen
Verstärkung bei einem Zwischenverstärker für 625- und 405-Zeilensignale nicht geduldet werden.
F i g. 5 zeigt das Frequenzverhalten der Verstärkung des Verstärkers, wenn die Belastung des ersten
Transistors mit einem Widerstand bedämpft ist, wobei die Kurven 15 und 16 die Kennlinie mit bzw. ohne
Anlegen eines Verstärkungsregelungssignals darstellen. Diese Kennlinien sind eine Verbesserung gegenüber
denjenigen der F i g. 3; doch ist die anzuwendende Dämpfung hoch, da sie vergleichbar sein muß mit der
Ausgangsimpedanz der ersten Stufe, wenn die Verstärkung niedrig ist, d. h., wenn der Emitterstrom hoch ist
(vgl. Fig.4). Somit ist die Stufenverstärkung bei niedrigem Emitterstrom niedrig im Vergleich zu der
Verstärkung ohne Dämpfung.
Diese Nachteile der in F i g. 1 in ausgezogenen Linien gezeigten Schaltung werden durch die Rückkopplungsvorrichtung Zi, die gestrichelt gezeichnet ist und
zwischen den Belastungen Z\ und Z2 liegt, überwunden.
Die Vorrichtung Zj ist mit Rücksicht auf die Belastungen
Z\ und Z2 derart ausgeführt, daß an die Belastung Zi ein
negatives Rückköpplungssignal angelegt wird, das sich wie folgt ändert: Die Größe des Rückkopplungssignals
ist nraktisch Null, bei minimaler Verstärkung, steigt
Kl
Wl
hr> jedoch mit der Verstärkung an. Dies kann dadurch
erreicht werden, daß die Ausgangsimpedanz des Transistors TrI als Teil eines Spannungsteilers
ausgeführt wird, der eine Rückkopplung an die Basis des Transistors Tr 2 anlegt. Wenn die Ausgangsimpedanz
des Transistors Tr1 fällt, dann verringert sich auch der rückgekoppelte Anteil des Ausgangssignals des Transistors
Tr 2. Besteht die Belastung Z2 aus einem Resonanzkreis, dann befindet sich das Rückkopplungssignal nur bei Resonanzfrequenz nicht in Phase mit dem
Signal an der Basis des Transistors Tr 2. Bei Frequenzen auf der einen oder anderen Seite der Resonanzfrequenz
wird deshalb die Antiphasenkomponente des Rückkopplungssignals, das ist das negative Rückkopplungssignal, kleiner als dasjenige bei Resonanzfrequenz sein,
und die Verstärkung des Verstärkers wird nicht in dem Maße reduziert wie bei der Mittenfrequenz. Somit wird
beim Anlegen der Rückkopplung die Bandbreite des Verstärkers vergrößert.
Ein praktisches Beispiel eines Verstärkers, der eine obenerwähnte Rückkopplungsvorrichtung verwendet,
ist in F i g. 6 gezeigt. Da der Verstärker der F i g. 6 praktisch der Verstärker der F i g. 1 ist, jedoch seine
Elemente ausführlicher zeigt, werden die jleichen Bezugszeichen wie in F i g. 1 verwendet, wo sie die
gleichen Funktionen wahrnehmen. Diejenigen Schaltungsteile, die in widerstandsgekoppelten Zweitransistorverstärkern
üblich sind, werden nicht näher beschrieben. Die Kondensatoren C\ bis Ct, bilden einen
Teil einer Neutralisierungsbrücke.
Eine Induktivität Li und ein Widerstand /?2 bilden eine
Belastung für den Transistor Tr \ entsprechend der Belastung Z\ der F i g. 1. In ähnlicher Weise stellen eine
Induktivität L2 und ein Widerstand Ri eine Belastung
entsprechend Z2 dar. Eine Rückkopplung wird von der Belastung des Transistors Tr 2 zur Belastung TrI
mittels einer Rückkopplungsschaltung, bestehend aus einem Kondensator C% und einem Widerstand Ra,,
hergestellt. Das Rückkopplungssignal von der Induktivität L2, die mit ihrer Eigenkapazität einen Parallelschwingkreis
bildet, entsteht an dem Kondensator Q, dem Widerstand R*, der Induktivität Li und der
Ausgangsimpedanz des Transistors TrI. Die Basis-Emitter-Strecke
des Transistors Tr 2 ist über die Ausgangsimpedanz des Transistors Tr 1 geschaltet, so
daß bei Änderung dieser Impedanz sich der rückgekoppelte Anteil des Ausgangssignals verändert. Bei einer
Ausgangsimpedanz von ungefähr 5 kQ (vgl. F i g. 4) tritt praktisch keine Rückkopplung auf.
Um ein Frequenzverhalten des Verstärkungsfaktors oder der Verstärkung zu erhalten, dessen Bandbreite
sich praktisch nicht mit der Änderung in der Verstärkung ändert, besitzt der die Induktivität L2
einschließende Resonanzkreis eine Güte, die zusammen mit etwa folgenden Stufen dem Verstärker die
gewünschte Kennlinie gibt, wenn der Transistor Tr 1 mit minimaler Verstärkung arbeitet und die Rückkopplung
vernachlässigbar ist. Die Induktivität L2 ist vorgesehen,
um bei Mittenbandfrequenz ein maximales Verstärkerausgangssignal zu ergeben, und die erwähnte Güte ist
derart bemessen, daß sie das Verhalten des Verstärkers bei fehlender Rückkopplung hauptsächlich bestimmt.
Die Induktivität Li, die mit ihrer Eigenkapazität ebenfalls einen Parallelschwingkreis bildet, ist vorgesehen,
damit sich bei Bandmittenfrequenz und unterbrochenem Rückkopplungspfad ein maximales Verstärkerausgangssignal
ergibt, wenn der Transistor TrI bei maximaler Verstärkung liegt.
5 J 6
Der Widerstand Ra wird empirisch ermittelt, damit gelungssignal und die Kurve 18 die Kennlinie bei
sich bei hohem Verstärkungsfaktor und geschlossenem anliegendem Verstärkungsregelungssignal darstellen.
Rückkopplungspfad die gewünschte Ausgangscharakte- Die Anwendung eines größeren negativen Rückkopp-
ristik ergibt. Das Frequenzverhalten der Verstärkung lungssignals bei Bandmittenfrequenz bei fehlendem
bzw. des Verstärkungsfaktors eines Verstärkers, etwa ■-, Verstärkungsregelungssignal gleicht die Kennlinie 17
desjenigen der F i g. 6, ist in F i g. 7 gezeigt, in der die praktisch der Kennlinie 18 an.
Kurve 17 die Kennlinie bei fehlendem Verstärkungsre-
Kurve 17 die Kennlinie bei fehlendem Verstärkungsre-
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
Claims (5)
1. Abgestimmter Breitbandverstärker ..nt einer
Transistorstufe in Emitterschaltung, einer weiteren, mit dem Ausgang der ersten Stufe gekoppelten
Transistorstufe in Emitterschaltung und mit einer automatischen Verstärkungsregelung für den
Emitterstrom der ersten Stufe, dadurch gekennzeichnet, daß die Belastung (Zi, F i g. 1;
Lu C3, R2, Fig.6) der ersten Stufe (TrI) einen
Schwingkreis enthält mit einer Resonanzfrequenz, die annähernd in der Mitt-? des vom Verstärker
übertragenen Frequenzbandes liegt, und daß die Belastung (Z2, F i g. 1; Q, L2, Ri, F i g. 6) der zweiten
Stufe (Tr2) mittels einer negativen Rückkopplungsschaltung (Z3, F i g. 1; Ra, Ck, F i g. 6) mit der Basis des
Transistors der zweiten Stufe (Tr2) über zumindest einen Teil der Belastung (Zi, F i g. 1; Li, C% R2,
F i g. 6) der ersten Stufe (Tr 1) verbunden ist.
2. Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Werte der Elemente derart
gewählt sind, daß die Bandbreite des Verstärkers praktisch bei der Änderung des Verstärkungsfaktors
des Transistors (I) von einem bestimmten Wert bis zum Maximalwert konstant bleibt.
3. Verstärker nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückkopplungsschaltung
derart ausgebildet ist, daß die Größe des negativen Rückkopplungssignals bei vergleichsweise hohen
und tiefen Frequenzen kleiner ist als bei Zwischenfrequenzen, wobei der Verstärkungsfaktor des
Verstärkers bei niedrigen und hohen Frequenzen niedrig im Vergleich zu demjenigen bei Zwischenfrequenzen
ist.
4. Verstärker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Belastung
der weiteren Stufe (Tr 2) ein Schwingkreis (L2,
Rj) mit einer Güte (Q) und einer Resonanzfrequenz ist, die die Bandbreite und deren Mittenfrequenz des
Verstärkers bei niedrigem Verstärkungsfaktor bestimmen.
5. Verstärker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückkopplungsschaltung
einen Kondensator (Cs) und einen in Reihe dazugeschalteten Widerstand (Rj)
besitzt.
Ii
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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GB1707667 | 1967-04-13 | ||
GB1707667A GB1211365A (en) | 1967-04-13 | 1967-04-13 | Improvements in variable-gain amplifiers |
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DE1762133B2 DE1762133B2 (de) | 1972-05-18 |
DE1762133C3 true DE1762133C3 (de) | 1977-11-24 |
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