DE2108729A1 - Leistungsverstärkerschaltung für den Betrieb in einem oberhalb von 25 MHz liegenden Frequenzbereich - Google Patents

Description

Patentanwalt

Dipl.-Ing. Leo Fleuchaus MI78P-5O8

8 München 71, Meichiorstr, 42

Motorola Inc. 9401 West Grand Avenue Franklin Park, Illinois V.St.A.

Leistungsverstärkerschaltung für den Betrieb in einem oberhalt) von 25 MHz liegenden Frequenzbereich

Die Erfindung betrifft eine Leistungsverstärkerschaltung für den Betrieb in einem oberhalb von 25 MHz liegenden Frequenzbereich.

Bei elektronischen Geräten, wie z. B. Funksendern, führt bekanntlich die Verwendung von Halbleiterbauteilen, wie z. B. Transistoren, als Verstärker zu einer Verringerung der Baugröße und der Leistungsaufnahme, während die Zuverlässigkeit erhöht wird. Die Anwendung mehrerer Transistorverstärkerstufen, um eine hohe Ausgangsleistung zu erzielen, ist jedoch nicht frei von Problemen. Es ist bekannt, mehrere parallel geschaltete Transistoren zu verwenden, wobei jedoch die sehr niedrigen Scheinwiderstandswerte problematisch sind. Dabei müssen die

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1 KopplunKsschaltungen

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Kopplungsschaltungen einen verbaltniamäßig großen Q-Vert beaitsen, um die erwünschte Scheinwideretandaabatimaung zu erhalten. Ea ißt nicht möglich, Breitbandkopplungsachaltungen zu konstruieren. Des weiteren benötigen mit mehreren parallel geschalteten Transistoren ausgestattete Schaltungen weitere Gleichgewichtsbauteile wegen der Abweichungen in den Werten der Transistoren untereinander. Dabei werden verstellbare Abstimmungssteuerteile benötigt, die den Aufwand und die Kosten solcher Schaltungen erhöhen.

Ee ist bekannt, mehrere getrennte Transistorverstärker anzuwenden und die Ausgänge miteinander zu koppeln, um eine erhöhte Leistung zu erhalten. Es ist jedoch schwierig, die Signalphasen der Verstärker konstant zu halten, so daß die Ausgangesignale phasengerecht zusammenaddiert werden, um die maximale Auegangsleistung zu geben.

Bei einem Leistungsverstärker zur Verwendung in einem Punksender ist es erwünscht, eine Verstärkerschaltung vorzusehen.ν die mit verschiedenen Frequenzen über einem verhältnismäßig breiten Frequenzbereich verwendet werden

kann

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kann. Z. B. bei Punksendern für den 150-174-MHz-Bereich ist es erwünscht, diesen Bereich lediglich mit zwei Verstärkerschaltungen zu decken. Dabei sollte ein Mindestmaß an Abstimmungsvorgängen nötig sein, um die jeweilige Frequenz innerhalb des Bereiches des betreffenden Verstärkers zu erreichen.

Wegen dieser und anderer Probleme ist es bis jetzt nicht möglich gewesen, Transistorverstärker mit einem hohen Verstärkungsgrad zu konstruieren, die die gewünschte Bandbreite und Stabilität gewahrleisten. Weiterhin sind die bekannten Schaltungen für solche Anwendungen aufwendig und kostspielig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten, mit mehreren Halbleiterbauelementen ausgestatteten Leistungsverstärker zu schaffen, der Kopplungsschaltungen großer Bandbreite umfaßt, so daß sich der Ver- \ stärker über eine Große Bandbreite verwenden läßt. Dabei soll eine verbesserte Kopplungsschaltung für mehrere Verstärkungsstufen vorhanden sein, um die Schaltung mit einer .3?reiberquelle oder mit einem Verbraucher zu

3 koppeln

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koppeln, und sie soll, eine galvanische Trennung zwischen, den Verstärkerabschnitten aufweisen, so daß sie mit Bezug auf eine elektrische Bezugsquelle innerhalb oder außerhalb des Gleichgewichtszustandes betrieben werden können. Dabei soll eine einfache und billige Kopplungsschaltung für zwei Gegentakttransistorverstärkerabschnitte einen für Jeden Abschnitt vorgesehenen, eng gekoppelten Ferrit-Transformator sowie ein Abstimmungselement für die zwei Transformatoren enthalten.

Gemäß einer Teilaufgabe der Erfindung soll ein Hochleistungsverstärker großer Bandbreite geschaffen werden, der mehrere Transistorverstärkerabschnitte sowie eine mit den Abschnitten zu koppelnde, einfache,in Reihe geschaltete Kopplungsschaltung enthält, so daß die Ströme der zwei Abschnitte phasengerecht kombiniert werden können, um die maximale Ausgangsleistung zu erzielen.

Gemäß einer weiteren Teilaufgabe der vorliegenden Erfindung soll ein Leistungsverstärker geschaffen werden, der mehrere getrennte Verstärkerabschnitte besitzt, die Je ein oder mehrere Halbleiterelemente umfassen, wobei die

4- Ausgänge

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Ausgänge der Verstärkerabschnitte parallel geschaltet sind, um ein Ausgangssignal zu geben, das im wesentlichen der Summe der maximalen Aussignale sämtlicher Geräteteile entspricht.

Biese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine der genannten Kopplungsschaltungen mehrere Breitbandtransformatoren umfaßt, die je einen Ferrit-Kern und eine erste und eine zweite eng gekoppelte Wicklungseinrichtung .auf einem Kern besitzen, wobei die erste Wicklungseinrichtung der jeweiligen Transformatoren mit einem der Verstärkerabschnitte gekoppelt ist, und daß eine Reihenschaltung sämtliche Zweitwicklungseinrichtungen aller Transformatoren sowie zur Abstimmung der Transformatoren dienende Reaktanzeinrichtungen umfaßt, und daß die andere der genannten Kopplungsschaltungen mehrere Breitbandtransformatoren umfaßt, die mit den genannten Verstärkerabschnitten gekoppelt sind, so daß die Transformatoren der ersten und der zweiten Kopplungsschaltungen eine Gleichstromtrennung der genannten Verstärkerabschnitte vorsehen und die Signale darin phasengleich sindi,., ■,,■-.;,...:,.

5 Gemäß

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Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfin-^ dung ist ein Hochleistungshalbleiterverstärker vorgesehen, der sich für eine Anwendung als Leistungsverstärker in einem Funksender eignet. Der beschriebene Verstärker wird in einem Punksender für den Betrieb in dem 150-174MHz-Bereich und in einem Funksender für den Betrieb in dem 25-54-MHz-Bereich verwendet. Der Leistungsverstärker umfaßt mehrere Breitbandgegentakttransistorverstärkerabschnitte. Die Abschnitte sind mit einer Trüben-Schaltung und über !Transformatoren mit einer Ausgangsschaltung gekoppelt, so daß eine galvanische Trennung, gegeben ist. Die Transformatoren besitzen Ferrit-Kerne und eng gekoppelte Wicklungen, um eine sich über große Bandbreiten erstreckende wirksame und stabile Betriebsart zu erzielen und um die Phase der Signale in den zwei Verstärkerabschnitten zu steuern, so daß sich die Ausgangssignale wirksam kombinieren lassen. Mindestens eine der Kopplungsschaltungen für die Verstärkerabschnitte ist durch eine !Reihenschaltung dargestellt, die mit den zwei Abschnitten gekoppelte Wicklungen der Transformatoren sowie eine einstellbare Abstimmungsreaktanz umfaßt. Es ist lediglich nötig, diese einstellbare Reaktanz und

eine

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eine einstellbare Beaktanz der Treiberstufe dee Verstärkers einzustellen, um den Verstärker für den Betrieb bei einer Frequenz in einem großen Frequenzband vorzubereiten; 12 MHz in dem 15O-174MHz-Bereich und 6 MHz in dem 25-5OMHz-Bereich. Die Beihenkopplungsschaltung kann am Eingang oder am Ausgang der Verstärkerabschnitte vorgesehen sein. Sie umfaßt die Wicklungen der Kopplungstransformatoren. Die Beihenkopplungsschaltung an den Eingängen der Verstärkerabschnitte läßt sich mit einer Parallelkopplungsschaltung an den Ausgängen der Verstärkerabschnitte, die die primären Wicklungen der Breitbandtransformatoren zwischen dem Bezugspotential und einer Ausgangsverbindung parallel verbinden, verwenden. Durch die enge Kopplung der Schaltung und ein entsprechendes Insgleichgewiehtbringen der Gegentaktabschnitte wird erreicht, daß die Stabilität erhöht wird und die Signale der zwei Abschnitte eng beieinander gehalten werden, so daß sie phasengetreu kombiniert werden können. Dabei wird die maximale Leistungsfähigkeit der Transistoren beider Gegentaktabschnitte wirksam ausgenutzt, um die Ausgangsleistung des Verstärkers zu geben.

? Weitere

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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Ansprüchen und der Zeichnung hervor. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines für den Betrieb in dem zwischen I50 und I74 MHz liegenden Frequenzbereich ausgelegten, den Leistungsverstärker gemäß der Erfindung enthaltenden Funksenders j

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines für den Betrieb in dem zwischen 25 und 50 MHz liegenden Frequenzbereich ausgelegten, den Leistungsverstärker gemäß der Erfindung enthaltenden Funksenders»

Der erfindungsgemäße Verstärker ist als Teil eines. FM-Funksenders in Fig. 1 abgebildet. Die durch den Schwingkreis 10 erzeugte, gemäß tonfrequenten oder sonstigen modulierten Signalen frequenzmodulierte Trägerwelle wird im Verstärker 11 verstärkt* der. dazu dient, den Schwingkreis von dem Leistungsverstärker zu trennen, und der gesteuert

8 werden

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werden kann, um den Pegel der Signale zu steuern, die zu dem Leistungsverstärker gelangen, um eine Überlastung auszuschalten. Der Ausgang des Verstärkers 11 steht mit dem Leistungsverstärker 12 in Verbindung. Das vollständige Schaltschema äeg Vers.tark.grg igt abggbildit. Das ' Ausgangesignal des Verstärkers 12 wird über ein harmonisches Filter 13 einer Antenne 15 zugeleitet. Wie gezeigt, verbindet ein Schalter 14· das Filter 13 mit der Antenne 15_S um gegebenenfalls den Funksender mit der Antenne eines Empfängers zu verbinden. Der Schalter 14 verbindet den Leistungssenderverstärker mit der Antenne 15· In der strichpunktiert gezeigten Stellung verbindet er Jedoch die Antenne 15 mit einem Empfänger. Es ist möglich, weitere Bauteile, wie z. B. einen Antennenabstimmungskreis und eine auf Leistung ansprechende Schaltung, zwischen den Leistungsverstärker und die Antenne in gewissen Anwendung sf all en einzuschalten.

Bei der tatsächlich gezeigten Schaltung des Leistungsverstärkers 12 fließt das Signal von dem Verstärker 11 en die Basiselektrode eines PNP-Transistors 20, der die Vortreiberstufe· für den Leistungsverstärker bildet.

9 Der

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Der Emitter des Transistors 20 steht mit der A+-Klemme in Verbindung, die das Bezugspotential für den Verstärker darstellt. Diese Klemme ist in erheblichem Maße mit'Masse verbunden. Mit Bezug auf EP-Signale besitzt sie das Potential der Erde. Von der A—Klemme wird negatives Potential über eine parallel geschaltete Drossel 21 und einen Widerstand 22 an die Kollektorelektrode des Transistors 20 geleitet. Das Ausgangssignal wird zwischen der Kollektor- und Emitterelektrode durch eine einen Transformator 24 und einen Abstimmungskondensator 25 enthaltende Schaltung abgeleitet. Der feste Kondensator 26 ist dem Abstimmungskondensator 25 parallel geschaltet. Der Transformator 24 umfaßt zwei parallel geschaltete primäre Wicklungen und zwei parallel geschaltete sekundäre Wicklungen auf einem Perrit-Kern. Um den Scheinwiderstand der Transistoren abzustimmen, müssen die Wicklungen einen niedrigen u Scheinwiderstand aufweisen, was durch eine Parallelschaltung der Wicklungen zustande gebracht werden kann. Um die erwünschte Kopplung zu erzielen, sind die Wicklungen auf dem Kern gleichzeitig aufgewickelt mit einer engen Kupplungswirkung zwischen jeder primären Wicklung und jeder sekundären Wicklung, um'.die

10 Kopplung swirkung

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Kopplungwirkung zwischen den Wicklungen zu erzielen und eine stabile Breitbandbetriebsweise zu gewährleisten. Die Transformatoren dienen auch dazu, die nicht im Gleichgewicht stehende einendige Vortreiberstufe von. der folgenden, im Gleichgewicht stehenden Gegentaktvorantrieb sverstärkeratufe zu verbinden.

Die Treibeifstufe des Leistungsverstärkers 12 umfaßt PHP-Transistoren 30, 31» die in Gegentaktschaltung mit- ™ einander verbunden sind. Sie Emitter der Transistoren 30, 31 stehen mit der A+-Klemme in Verbindung, die, wie oben erwähnt, das Potential von Hasse mit Bezug auf die EP-Signale darstellt. Sie sekundären Wicklungen des Transformators 24 sind mit den Basiselektroden der Transistoren 30, 31 verbunden, um in diesem Bezug gegenphasige Signale zu geben. Die Kondensatoren 33* 3^ stabilisieren die Schaltung und bringen das Ausgangssignal mit den zwei Transistoren ins Gleichgewicht. Sie dienen Jj auch dazu, den Scheinwiderstand auf die Basiselektroden ^:' " abzustimmen. Ein Vorspannungspotential wird von der A+- Klemme durch die Gleichstromversorgungedroseel 33 an die Basiselektrode des Transistors 31 und durch die se-

11 kundären

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kundären Wicklungen dee Transformators 24· an die Basiselektrode des Transistors JO geliefert. A—Potential wird durch die Drossel 37 aa die Kollektorelektrode des Transistors 31 sowie über Drosseln 37» 38 an die Kollektorelektrode des Transistors 30 geliefert.

Der Ausgangskreis des TreiberVerstärkers ist zwischen den Kollektorelektroden der Transistoren 30, 31 geschaltet. Dieser Kreis umfaßt die primären Wicklungen der Transformatoren 40 und 4-1, die mit dem einstellbaren Kondensator 4-2 reihengeschaltet sind. Die Transformatoren 40, 4-1 können den gleichen Aufbau wie der Transformator 24· aufweisen und einen Ferrit-Kern und parallel geschaltete, ineinander gewickelte primäre und sekundäre Wicklungen aufweisen. Die zwischen die Kollektoren der Transistoren 30 und 31 einerseits und die A+-Klemme geschaltete Kondensatoren 39 andererseits erhöhen die Stabilität des Verstärkungsgrades und erzeugen ein Gleichgewicht zwisehen den Seiten der Gegentaktschaltung. Diese Kondensatoren arbeiten ebenso mit den Leitungsinduktivitäten zusammen, die bei den infrage kommenden Scheinwiderstand pegeln und Frequenzen da-zu dienen,' Ab Stimmung s-

12 abschnitte

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abschnitte zwischen den Transistoren 30 und 31 einerseits "und den Transformatoren 40, 41 andererseits zu bilden.

Der Ausgangsleistungsverstärker ist als zwei Gegentakttransistorverstärteerabschnitte aufgebaut. Die sekundären Wicklungen des Transformators 40 liefern 'Treibfepsignale an die Basiselektroden der Transistoren 44, 45, die zur m Bildung eines ersten GegentakttransistorLeistungsverstärkerabschnittes gekoppelt sind. Die Emitterelektroden der PHP-Transistoren 44, 45 stehen mit dem A+-Potential in derselben Weise in Verbindung, wie für die Transistoren 30, 31 beschrieben. ■■· Ein weiterer Filterkondensator 43 ist zwischen der A+-Leitung und Erde verbunden. Über den Widerstand 46 und die Drossel 47 wird Vorspannungspotential von der A+-Potentialquelle an die Basiselektrode des Transistors 45 sowie über die sekun- -

dären Wicklungen des Transformators 40 und die Basiselektrode des Transistors 44,geliefert. Der feste Kondensator 48 ist über die parallel geschalteten sekundäre Wicklung des Transformators 40 gesÖÜaltet, um letztere zu stabilisieren und abzustimmen. Feste Kondensatoren

13 und

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und 50 sind zwischen den Basiselektroden und den Emitterelektroden der Transistoren 44-, 4-5 geschaltet, um eine stabile Betriebsart und Gleichgewicht zu erzielen. Meßinstrumentverbindungsanechlüsse in den Verstärkerabschnitten sind abgebildet, werden aber nicht beschrieben, da sie keinerlei Einfluß auf den Betrieb der Schaltung ausüben.

Das Ausgangssignai des ersten Gegentaktverstärkerabschnittes wird zwischen den Kollektorelektroden der Transistoren 44, 4-5 über den Transformator 54- abgeleitet. Dieser Transformator besitzt drei parallel geschaltete primäre Wicklungen, die je zwischen zwei Kollektorelektroden geschaltet sind. Betriebspotential wird von Klemme PA- über Drossel 52 an die Kollektorelektrode des Transistors 44- geleitet. Im Falle des der Klemue PA- zugeleiteten Potentials ist mit Bezug auf das der Klemme A- geführte Potential eine zusätzliche Filterwirkung vorhanden. Das Kollektorpotential für den Transistor 4-5 wird von der Klemme PA- über die Drossel 52 und die primären Wicklungen des Transformators 54- zugeführt. Die Kondensatoren 56, y?_y 58 und 59 Bind alle feste Konden-

14- sä tor en

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/r

satoren, die, wie oben beschrieben, die Stabilität erhöhen, die Schaltung im Gleichgewicht halten und den Scheinwiderstand abstellen.

Der zweite Gegentaktverstärker des Leistungsverstärkers 12 ist durch die die Transistoren 60, 61 umfassende Schaltung gebildet. Die Basiselektroden dieser Transistoren sind mit den sekundären Wicklungen des Transformators 41 verbunden. Der Kreis dieses zweiten Abschnittes kann mit dem des ersten Gegentaktabschnittes übereinstimmen, wie schon oben beschrieben. Das Ausgangssignal des zweiten Gegentaktabschnittes wird dem Transformator 64 zugeführt, der wie der oben beschriebene Transformator 54 drei parallel geschaltete primäre Wicklungen besitzt. Die Transformatoren 54, 64 sind sehr breitbändig, wobei die Wicklungen auf je einem Ferrit-Kern getragen sind und wobei Jede primäre Wicklung Bit einem Seil der sekundären Wicklung des Transformators eng gekoppelt ist.

Die Ausgangssignale der zwei Gegentakt1eistungsverstärkerabschnitte erhält man dadurch, daß die sekundären

15 Wicklungen

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Wicklungen 55» 65 der Transformatoren 54· bzw. 64 einer 50 Ohm-Leitung 68 parallel geschaltet sind. Die Wicklung 55 ist über die Reihenschaltung von Erde mit den Kondensatoren 4-3, 67 mit der Ausgangsleitung 68 verbunden, während die Wicklung 65 über eine Reihenschaltung von Erde mit den Kondensatoren 62, 69 mit der Ausgangsleitung 68 verbunden ist. Es ist nötig, daß der Ausgangswiderstand jeder sekundären Wicklung 55» 65 in der Größenordnung von 100 Ohm ist, so daß der Scheinwiderstand der zwei parallelen Wicklungen auf die 50 Ohm-Leitung abgestimmt ist. Diese Anordnung der Scheinwiderstände läßt sich deswegen erhalten, weil die Erderückleitung jeder sekundären Wicklung 55» 65 kurz ist, was die Streuinduktivitäten niedrig hält und die Verwendung von mehr Windungen in den sekundären Wicklungen 55» 65 ermöglicht, um den Scheinwiderstand und die Kopplung zu erhöhen. Die Kombination der Ausgangssignale der zwei sekundären Wicklungen bei dem relativ hohen Scheinwiderstandspegel von 100 0hm ist sehr wichtig, um im Ausgangskreis die Wirkungen von Streureaktanz herabzusetzen, die normalerweise einem Breitbandbetrieb erheblich entgegenwirkt. Deswegen besitzt der Ausgangskreis eine sehr große Band-

16 breite

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breite, so daß Ausgangsabstimmungssteuerteile entbehrlich sind. Durch eine Schaltung mit geerdeten sekundären Wicklungen wird eine bessere Symmetrie zwischen den zwei Verstärkerabschnitten erzielt, was zu einem genaueren Phasenverhältnis der zwei Auagangssignale führt.

Wegen der engen Kopplung und der durch die Transformatoren 24, 40, 41 ermöglichten niedrigen Leckinduktivität und wegen der im Gleichgewicht gehaltenen und stabilen Betriebsart der Gegentaktverstärker wird der Breitbandbetrieb verbessert. Die Phasen der in den Windungen 55 und 65 vorhandenen Signale stimmen miteinander sehr genau überein, so daß die Phasen der Signale zusammenaddiert werden können, um die maximale Leistung in die Leitung 60 zu leiten. Dieses Ausgangssignal wird über Filter 13 der Antenne 15 des Senders, wie oben beschrieben, zugeleitet.

Der Verstärker gemäß Fig. 1 ist für Betrieb in dem 150-174MHz-Bereich ausgelegt. Die Transformatoren 24, 40 und 41 sorgen für den Breitbandbetrieb. Dabei weisen sie Scheinwiderstandswerte von ca. 4-6 0hm auf, um eine einer wirkungsvollen Betriebsweise entsprechende Abstimmung der

Ί7 Transistorstufen

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Transistorstufen zu gewährleisten. Die Transformatoren 54, 64 sind auch sehr breitbändig und besitzen Ausgangsscheinwiderstandswerte von ca. 6 Ohm und Ausgangsscheinwiderstandswerte von ca. 100 Ohm, so daß die parallelen Wicklungen 55 und 65 einen Scheinwiderstandswert von ungefähr 50 Ohm aufweisen, um die Leitung bei der Klemme 68 abzustimmen. Die einzigen zum Eichten des Verstärkere dienenden, einstellbaren Bauteile sind der einstellbare Kondensator 25 in der * Vortreiberstufe und der in der Reihenkopplungsschaltung vorhandene Kondensator 42. Durch eine entsprechende Einregulierung dieser zwei Verstärkerbauteile wird ein stabiler Betrieb bei allen Frequenzen in einem Frequenzband von 12 MHz im Frequenzbereich von 150 bis 174 MHz ermöglicht.

Fig. 2 zeigt einen FM-Sender für den Betrieb im 25-5QMHz-Bereich, wobei ein Leistungsverstärker, der eine zweite Ausführungsform dei vorliegenden Erfindung darstellt, zur Anwendung kommt. Dieser Sender umfaßt einen eine frequenzmodulierte, durch einen Verstärker 76 verstärkte Welle liefernden Schwingkreis 75· Das Signal von dem Verstärker 76 wird dem Leistungsverstärker 78 zugeleitet,

18 der

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der im Schaltschema gezeigt ist und in allen Einzelheiten beschrieben wird. Das Ausgangssignal des Leistungsverstärkers 78 wird über ein harmonisches Filter 80 der Antenne 82 geleitet. Letztere kann über einen Schalter 81, wie oben beschrieben, gekoppelt werden, um einen Empfänger wahlweise mit der Antenne 82 zu verbinden.

Der Verstärker 78 umfaßt eine Treiberstufe mit einem HPN-Transistor 85. Das Signal von dem Verstärker 76 wird der Basiselektrode des Transistors 85₉ dessen Emitterelektrode mit dem A—Potential verbunden ist, zugeführt. Vorspannung wird von dieser Klemme an die Basiselektrode des Transistors 85 über den Widerstand 87 und die Spule 88 geleitet. Der Widerstand 86 dient dazu, eine Hitkopplung im Transistor 85 zu vermindern und die Stabilität des Treib erverstärkers zu verbessern. Die Betriebsenergie wird von der A+-KLemme über die Drossel 90, 91 an die Kollektorelektrode des Transistors 85 geführt. Die Kondensatoren 92, 93 arbeiten mit den Drosseln 90» 91 zusammen, um den Verstärker von der Energiequelle zu trennen, wobei der Kondensator 93 für eine Umleitung für BF-Ströme sorgt und der Kondensator 92 bei niedrigeren

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Frequenzen wirksam ist. Der Dämpfungswiderstand. 94- ist über ■f&e- Drossel 90- verbunden, um ihren Q«Wert herabzusetzen. Der Widerstand 95 und der Kondensator 96 sorgen für eine Gegenkopplung von der Kollektor- auf die Basiselektrode des Transistors 95· Der Kondensator 97 ist zwischen der Kollektor- und ikitterelektrode geschaltet» um eine noch weitergehende Verbesserung in der Stabilität zu gewährleisten.

Das Ausgangssignal der Treiberstufe wird über einen eine Spule 98 und einen einstellbaren Abstimmungskondensator 99 enthaltenden Kreis mit den Transformatoren 100, 101 verbunden, die parallel geschaltet sind. Die Spule ist entbehrlich. Sie kann aber in einerüberlastungsschutzschaltung Verwendung finden. Der Ausgangsstrom wird an A- durch die Verbindungen mit den primären Wicklungen der Transformatoren 100 und 101 an die A—Klemme zurückgeführt. Die Transformatoren 100 und 101 versorgen je einen Gegentakttransistorverstärkerabschnitt, die zusammen das Ausgangssignal des LeistungsVerstärkers liefern.

Die sekundäre Wicklung des Transformators 100 steht mit den Basiselektroden der NPN-Transistören 105 und 106 in

20 Verbindung

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Verbindung. Eine Vorspannung wird der Basiselektrode des Transistors 105 über den Widerstand 108 und die Drossel 109» sowie der Basiselektrode des Transistors 106 über die sekundäre Wicklung des Transformators 10t) geleitet. Die A--Klemme ist in erheblichem Maße an der Versorgungsstelle überbrücktj wobei der Kondensator 10? für eine weitere Umleitung sorgt. Der stabilisierende Widerstand 114 ist zwischen der Basis- und Emitterelektrode des Transistors 105 geschaltet. Die Kollektoreleitroden der Transistoren 105? 106 sind mit A- über die Kondensatoren 112 und 113 verbunden, die für Stabilität sorgen und dazu dienen, die Gegentaktschaltung in dem Gleichgewichtszustand zu halten. Das Ausgangssignal des ersten Gegent'aktab schnitt es wird von dem Transformator 115 abgeleitet, der parallel geschaltete primäre Wicklungen besitzt, die je zwischen der Kollektorelektrode des Transistors 105 und der Kollektorelektrode des Transistors 106 geschaltet sind. Betriebspotential von der Klemme PA+ wird über die Drossel 116 an die Kollektorelektrode des Transistors und über die primären Wicklungen des Transformators 1ΐ|» an die Kollektorelektrode des Transistors 106 geleitet: Es findet eine weitergehende Filtrierung des PA+-Poteniials

21 mit·

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mit Bezug auf das der Antriebsstufe gelieferte A+-Potential statt , wobei jedoch der Wert weitgehend konstant bleibt. Für eine Gegenkopplung sorgt die Verbindung zwischen der Kollektorelektrode des Transistors 105 an seiner Basiselektrode über den Widerstand 110 und dem Kondensator 111, wobei die Stabilität erhöht wird.

Der Transformator 101 ist mit dem zweiten Abschnitt des die Transistoren 12O₉ 121 umfassenden Ausgangsverstärkers verbunden. Die mit diesen zwei Transistoren verbundene Schaltung wird nicht näher beschrieben, da sie der mit den Transistoren 105» 106 verbundenen entspricht. Das Ausgangssignal des zweiten Abschnittes wird dem Transformator 125 zugeführt, wie im Falle des Transformators beschrieben, der parallel geschaltete primäre Wicklungen besitzt. Ein stabilisierender Widerstand ist zwischen den Basis- und Emitterelektroden des Transistors 120 geschaltet. Dabei ist ein Gegenkopplungskreis zwischen der Kollektorelektrode und der Basiselektrode des Transistors 121 geschaltet, um die Stabilität zu erhöhen.

Die sekundären Wicklungen des Transformators. 115» 116

22 sind

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sind miteinander und mit dem Ab Stimmung skondensator 128 und der Spule 129» <iie mit der Ausgangski emme des Filters 80 verbunden ist, in Reihe geschaltet. Die zwei Abschnitte des Verstärkers sind durch die Eingangstransformatoren 100 und 101 von der Gleichstromquelle getrennt. Dabei sorgt die enge Kopplung in diesem Transformator für einen stabilen Breitbandbetrieb. Das Stabilisieren und Iusgleichgewichtbringen der Gegentakt ab schnitte führt zu Signalen im Kreis, die phasenmäßig abgestimmt sind, so daß sie miteinander kombiniert werden können, um die maximale Ausgangsleistung an das Filter 80 zu liefern. Ein zwischen den Kollektorelektroden der Transistoren 105 und 120 geschalteter Widerstand 132 und ein zwischen den Kollektorelektroden der Transistoren 106 und 121 geschalteter Widerstand 134- halten diese Elektroden bei einem Potential, das weitgehend dasselbe ist, um ,zu gewährleisten, daß die Signale in den zwei Verstärkerabschnitt en phasenmäßig übereinstimmen.

Der Sender gemäß Fig. 2 ist für den Betrieb in dem 25-50MHz-Frequenzbereich ausgelegt. Dabei läßt eich eine Betriebsbandbreite bei *«iner beliebigen Frequenz in einem

23 6MHz-Bereich

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6ipZ-Bereieh lediglich durch die Einstellung des Kondensators 99 des Kopplungskreises von der Treiberstufe und dee Kondensators 128 in der Beihenkopplungsschaitung am Ausgang erreichen.

Die IPerrit-Kerne für den Betrieb in diesem !Frequenzbereich besitzen höhere Q-Werte und sorgen für eine bessere Kopplung, so daß die !Transformatoren 100 und 101 die erwünschte Kopplung und Bandbreite mit je einer primären und sekundären Wicklung sorgen, anstelle die parallelen ineinander gewickelten Wicklungen der Transformatoren 24 _f 40 und 41 in dem Verstärker der Fig. 1 anzuwenden. Der Ausgangsscheinwiderstand jedes Verstärkerabschnittes beträgt ca. 6 Ohm. Die die sekundären Wicklungen der Transformatoren 115 und 125 umfassende Eeihenschaltung ist mit einer 50 Ohm-Leitung verbunden, so daß der Ausgangsscheinwiderstand der sekundären Wicklungen der Transformatoren 115 und 125 25 Ohm betragen soll. Dabei sorgen die zwei in Reihe geschalteten Wicklungen für den zur Abstimmung der Leitung benötigten 50 Ohm-Scheinwideratand. Diese benötigt eine Erhöhung des Scheinwiderstands von 6 auf 25 Ohm, d. h. ca. 1;4 durch die Trans-

24 formatoren

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formatoren 115 und 125.

Die oben beschriebenen Schaltungen sind nach ihre» Zu* sammenbau mit guten Ergebnissen in Betrieb genommen worden. Sie sind in Funksender eingebaut worden und besaßen

eine solche Bandbreite, daß gemäß denselben Vorschriften ausgelegte Sender über einen recht großen Bereich mit verschiedenen Frequenzen betrieben werden konnten. Dies führt zu Herstellungskosten, die die Kosten der gemäß anderen Vorschriften gebauten Sender weit unterschreiten.

Gemäß der Erfindung umfaßt ein ale Leistungsverstärker eines Tunksenders einsetzbarer Hochleistung«verstärker mehrere Gegentaktveretärkerabschnitte, die zusammen die gewünschte Ausgangsleistung erzeugen. Die Veratärkerabschnitte sind durch Ferrit-Kerne und ineinander gewickelte Windungen aufweisende Breitbandgegentakttransformatoren gekoppelt. Dies führt zu einer galvanischen Trennung der Abschnitte und ebenso zu einem stabilen Breitbandbetrieb mit einem hohen Verstärkungegrad und hohen Kopplungsgrad sowie zu Signalen in den Gegentaktabschnitten, die einen maximalen Nutzeffekt erzielen. Die Kopplungsschaltuag am

I 25 Eingang

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Eingang oder am Ausgang der Abschnitte umfaßt Wicklungen der Transformatoren, die mit einem einstellbaren Abstimmungsreaktanzelement verbunden sind. Als alternative Möglichkeit können die Sekundärwicklungen parallel geschaltet sein. Der Verstärker eignet sich für den Betrieb über einen breiten Frequenzbereich mit einen Mindestmaß an Einstellungsvorgängen.

26 Pa t entansprüche

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Claims (1)

1. 2188789

   Patentansprüche

   ^.jlieistungsverstärkerschaltung für den Betrieb in einem oberhalb von 25 MHz liegende*), EreoiuenZbereieh mit einer Vielzahl von Verstärkerabschnitten, die je ein in Gegentaktschaltung geschaltetes Iraneistorpaar \ind eine Eingangs- und eine Ausgangsschaltung ™ umfassen, mit einer ersten, mit den Eingängsschaltungen der Verstärkerabschnitte gekoppelten Kopplungsschaltung und einer zweiten, mit den Ausgangsschaltungen geschalteten Kopplungsschaltung, dadurch gekennzeichnet, daß eine der genannten Kopplungsschaltungen mehrere Breitbandtransformatoren umfaßt, die je einen Ferrit-Kern und eine erste und eine zweite eng gekoppelte Wicklungseinrichtung auf einem Kern besitzen, wobei die erste Wicklungseinrichtung der ^: M jeweiligen Transformatoren mit einem der Verstärkerabschnitte gekoppelt ist, und daß eine Reihenschaltung sämtliche Zweitwicklungseinrichtungen aller Transformatoren sowie zur Abstimmung der Transforms-

   2? toren

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   H178P-508

   toren dienende Beaktan ζ einrichtung umfaßt, und daß die andere der genannten Kopplungsschaltungen mehrere Breitbandtransformatoren umfaßt, die mit den genanntes. Yerstärkerabschnitten gekoppelt sind, so daß die Transformatoren der ersten und der zweiten Kopplung··» •ehaltungen eine galvanische Trennung der genannten Terstärkerabschnitte vorsehen und die Signale darin phasengleich sind·

   2. Leistungsverstärkerschaltung nach Anspruch 1, dadurch ;. gekennzeichnet, daß Kondensatoren mit der ersten Vicklungseinrichtung verbunden sind und mit deren Induktivität zusammenarbeiten, um Scheinwiderstandabstimmungsabschnitte zu bilden.

   3· Leistungsverstärkerschaltung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die genannt« einstellbare Reaktanzeinrichtung das einzige Element der Verstärkerschaltung darstellt, das für einen Betrieb bei verschiedenen Frequenzen in einem breiten Frequenzbereich eingestellt werden muß.

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   Μ178Ρ-5Ο8

   4. Leistungsverstärkerschaltung nach Anspruch 1, 2 odtr 3t dadurch, gekennzeichnet daß die Tranaformatoren je einen länglichen Starkem sowie zwei parallel geschaltete primäre Wicklungen und zwei parallel geschaltete, am länglichen Ferrit-Kern angeordnete sekundäre Wicklungen aufweisen, wobei jede prijr£re Wicklung mit den "beiden sekundären Wicklungen eng gekoppelt ist.

   5» Leistungsverstärkerschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche., dadurch gekennzeichnet, daß die genannte erste Kopplungsschaltung die eine genannte Kopplungsschaltung darstellt, daß die erste und die zweite Wicklungseinrichtung der Transformatoren die sekundäre bzw. die primäre Wicklungseinrichtung darstellen, daß die sekundären Wicklungen mit den Eingangsschaltungen der Verstärkerabschnitte verbunden sind, und daß die mit den primären Wicklungen der in der ersten Kopplungsschaltung angeordneten Transformatoren der ersten Kopplungsschaltung gekoppelte einstellbare Reaktanzeinrichtung einen einstellbaren Abstimmt¹ 3kondensator darstellt.

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   6. Leistungsverstärker schaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Treiberverstärker mit der Eeihenschaltung der ersten Kopplungeschaltung gekoppelt ist, um Signale an diese Schaltung zu leiten.

   7· Leistungsverstärkerschaltung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet« daß die zweite Kopplungsschaltung eine weitere Gruppe von Breitbandtransformatoren umfaßt, die Je einen Ferrit-Kern und eine erste und eine zweite eng gekoppelte Vicklungseinrichtung am Kern umfassen, wobei die primären Vicklungseinrichtungen jedes weiteren Transformators mit der Ausgangsschaltung eines der genannten Verstärkerabschnitte verbunden sind, und daß Schaltungseinrichtungen die sekundären Wicklungseinrichtungen der weiteren Transformatoren parallel schalten.

   8. Leistungsverstärkerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet; daß die erste und die zweite Vicklungeeinrichtung der genannten Transformatoren primäre bzw. sekundäre Wicklungen darstellen, daß die primären Wicklungen mit den Auegangsschaltungen der Verstärker-

   30 abschnitt·

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   M178P-5O8

   abschnitte verbunden sind, und daß die Parallelschaltung sekundäre Wicklungen des mit einem einstellbaren Abstimmungskondensator in Reihe geschaltete sekundäre Wicklungen umfaßt»

   9· Leistungsverstärkerschaltung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die andere Kopplungsschaltung mit den Ausgangeschaltungen aller Verstärkerabschnitte gekoppelte Breitbandferrit»Transformatoren umfaßt, wobei ein Treiberverstärker mit der anderen Kopplungeschaltung verbunden ist.

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