DE2649519A1 - Hochfrequenzverstaerker - Google Patents
HochfrequenzverstaerkerInfo
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- H03F3/189—High-frequency amplifiers, e.g. radio frequency amplifiers
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Description
DIpI.-Ing. K. LAMPRECHT • Dr.- Ing. R. B E ETZ Jr.
» DIpI.-Phys. U. HEIDRICH
auch Rechtsanwalt
80OO München 22 - Steinsdorfstr. 1O
TELEFON (089) 22 72O1 - 22 7244 - 29 591O
Telex B22O48-Telegramm Allpatent München
81-26.203p 29. 10. 1976
HITACHI , LTD.,Tokio (Japan)
Hochfrequenzverst ärker
Die Erfindung betrifft einen Hochfrequenzverstärker und insbesondere einen kostengünstigen Hochfrequenzverstärker mit
hoher Güte Q, bei der Abstimmfrequenz und mit ausgezeichneten
Eigenschaften bei einer hohen elektrischen Feldstärke.
Die wichtigsten Faktoren beim Messen der Eigenschaften eines Rundfunkempfängers sind im allgemeinen die Empfindlichkeit,
die Trennschärfe, die Tontreue und die Ausgangsleistung. Mit Hilfe dieser Faktoren kann das Gesamtverhalten des Rundfunkempfängers
bewertet werden. Dabei ist die Empfindlichkeit
ein Maß dafür, wie gut eine Interferenz mit unerwünschten Rundfunkfrequenzen
vermieden und lediglich eine gewünschte Frequenz ausgewählt wird. Da die Anzahl abgestrahlter Rundfunksignale
sehr groß ist und die Empfindlichkeit der Rundfunkempfänger
immer besser wird, um auch sehr schwache Rundfunksignale zu empfangen, ist die Gefahr für die Interferenz
bzw. Störung durch Rundfunksignale mit nahe beieinanderliegenden
Frequenzen immer stärker gegeben. Die Trennschärfe
81-(A18?3-O2)DWF
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hängt hauptsächlich von der Kennlinie, der Schaltungsart und
der Anzahl der Abstimm- bzw. Resonanzkreise ab. Die Trennschärfe
ist im allgemeinen umso besser, je größer die Güte des einzelnen Abstimmkreises und je höher die Anzahl der verwendeten
Abstimmkreise ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Hochfrequenzverstärker anzugeben, der eine ausgezeichnete Trennschärfe aufweist, wobei
die Anzahl der Abstimmkreise nicht erhöht werden muß, und wobei die Güte des Abstimmkreises durch eine einfache und kostengünstige
Schaltungsanordnung verbessert werden kann.
Vor der Beschreibung der eigentlichen Erfindung sei zunächst ein bereits entwickelter Hochfrequenzverstärker näher
erläutert. Fig. 1 zeigt einen Hochfrequenzverstärker mit einem Transistor 4, der über einen Widerstand 13 an eine Stromversorgungsquelle
3 angeschlossen ist, um den Einfluß eines Abblockkondensators 12 auf einen LC-Abstimmkreis 11 zu verhindern.
Wegen der Begrenzung des durch den Widerstand 1J>
eingespeisten Ruhestroms läßt sich der für eine Kreuzmodulation optimale Ruhestrom oder eine optimale Kollektorspannung des Transistors
nicht einstellen. Nachteilig an dem bereits entwickelten Verstärker nach Fig.l sind somit die Interferenz bzw. Störung bei
hoher elektrischer Feldstärke und die Kreuzmodulation.
Eine Äquivalenzschaltung des Abstimmkreises nach Fig. 1 ist in Fig. 2 dargestellt; dabei haben die eingezeichneten Bauelemente
folgende Bedeutung: R4. = Ausgangswiderstand des
Transistors 4, C, = Kapazität eines Kondensators 9, und L, = Induktivität einer Spule 10. Die Blindwiderstände eines
Koppelkondensators 14 und des Abblockkondensators 12 (gegebendurch
1/M1Cr5 und 1/t-^Cp) seien als ausreichend klein angenommen.
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Die Güte Q-, des Abstimmkreises ist wie folgt definiert:
1 +
Rt
Rt
Fig. 3 zeigt, wie die Güte Q1 verbessert werden kann, indem
eine veränderliche Spule 15 des LC-Abstimmkreises 11 derart
angezapft wird, daß der Ausgangswiderstand des Transistors 4 vergrößert wird. Allerdings ist es sehr schwierig und kostspielig,
eine Anzapfung für eine derartige veränderliche Spille (auch Hochfrequenzspule genannt) herzustellen.
Demgegenüber verwendet die Erfindung einen Hochfrequenzverstärker,
bei dem eine als Stromzuführungselement dienende Hochfrequenzdrossel zur Einstellung eines optimalen Ruhestroms
bei hoher elektrischer Feldstärke an den Kollektor eines Verstärkertransistors angeschlossen ist. Ein erster Kondensator
ist hochfrequenzmäßig parallel zur Hochfrequenzdrossel geschaltet, die über einen zweiten Kondensator an einen LC-Abstimmkreis
angeschlossen ist, wobei die Resonanzfrequenz der Hochfrequenzdrossel mit dem ersten Kondensator ausreichend
tiefer als jene des LC-Abstimmkreises gewählt ist, um einen
Einzel-Abstimmkreis beizubehalten, wobei die Ausgangsimpedanz
des Verstärkertransistors durch den ersten und zweiten Kondensator gleichzeitig derart erhöht wird, daß die Güte des
LC-Abstimmkreises möglichst hoch ist, so daß die Trennschärfe
durch eine einfache und kostengünstige Schaltungsanordnung verbessert werden kann.
Durch die Erfindung kann ein Interferenzsignalpegel gegenüber dem bereits entwickelten Hochfrequenzverstärker um etwa
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20 dB im Zweisignal-Interferenzverhältnis oder -Störabstand
in bezug auf Funkstörungen und verschiedene Modulationskennlinien verbessert werden. Außerdem ist die erfindungsgemäße
Schaltungsanordnung vereinfacht und es ist keine veränderliche Spule mit Anzapfung erforderlich. Somit kann der erfindungsgemäße
Hochfrequenzverstärker auch äußerst kostengünstig aufgebaut v/erden.
Durch die Erfindung wird also ein Hochfrequenzverstärker mit hoher Trennschärfe und mit einfachem und kostengünstigem
Aufbau angegeben. An den Kollektor eines Verstärkertransistors ist eine Hochfrequenzdrossel angeschlossen, die zur Stromzuführung
dient und den Verstärkertransistor bei einer hohen elektrischen Feldstärke mit einem optimalen Ruhe- bzw. Vorstrom
versorgt. Hochfrequenzmäßig parallel zur Hochfrequenzdrossel liegt ein erster Kondensator, der über einen zweiten Kondensator
mit einem LC-Abstimmkreis verbunden ist. Die Resonanzfrequenz
der Hochfrequenzdrossel mit dem ersten Kondensator wird ausreichend niedriger als jene des LC-Abstimmkreises
gewählt, um einen Einzel-Abstimmkreis beizubehalten, während der Ausgangswiderstand des Verstärkertranssitors durch den
ersten und zweiten Kondensator gleichzeitig derart vergrößert wird, daß eine hohe Güte gewährleistet ist.
Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Pig. I einen bereits entwickelten Hochfrequenzverstärker;
Fig. 2 die A'quivalenzschaltung des Hochfrequenzverstärkers
nach Fig. 1;
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Fig. J5 einen Hochfrequenzverstärker mit höherer Güte als
beira Hochfrequenzverstärker nach Fig. 1;
Fig. 4 und 5 zx-tfei Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen
Hochfrequenzverstärkers; und
Fig. 6 und 7 Äquivalenzsehaltungen der Hochfrequenzverstärker
nach Fig.4 und 5.
Fig. 4 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Wie dargestellt ist, ist die Basis eines Hochfrequenzverstärker
tr ans is tors 4 an einen Eingang 1 angeschlossen, gleichzeitig über einen Widerstand 5 geerdet, und über den
Widerstand 5 und einen Kondensator 12 wechselstrommäßig und
über einen Widerstand 6 gleichstrommäßig an eine positive Spannung 3 angeschlossen. Der Emitter des Transistors 4 ist
über die Parallelschaltung aus einem Widerstand 7 mit einem Kondensator 8 geerdet. Der Kollektor ist über eine Hochfrequenzdrossel
19 an die positive Spannung J>
und über einen Kondensator 21 an einen Ausgang 2 angeschlossen. Zwischen dem
Verbindungspunkt der Spule I9 mit dem Kondensator 21 und Erde
liegt ein Kondensator 2O.E3naiscler Parallelschaltung eines
Trimmer-Kondensators 16 mit einer veränderlichen Spule I7
bestehender K!-Abstimmkreis liegt zwischen dem Ausgang und
Erde.
Die Hochfrequenzdrossel I9 ist in der Schaltungsanordnung
nach Fig. 4 derart gewählt, daß ihr Gleichstromwiderstand
ausreichend klein ist, und daß ihre Induktivität wesentlich kleiner als jene der veränderlichen Spule I7 ist. Der Blindwiderstand
des Kondensators 12 ist derart niedrig gewählt, daß der Kondensator 20 hochfrequenzmäßig parallel zur Spule I9
geschaltet ist. Die Kapazität des Kondensators 20 sei derart,
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daß eine Resonanzfrequenz f„ der Spule I9 mit dem Kondensator
ausreichend niedriger ist als eine Resonanzfrequenz f, des LC-Abstimmkreises 18 (88 bis I08 MHz). Es wurde experimentell
festgestellt, daß die Resonanzfrequenzen f^ und fp beim
Abgleich des LC-Abstimmkreises 18 folgende Bedingung erfüllen sollen: 100 f2 C f 1.
Die Widerstände, Kapazitäten und Induktivitäten der in Fig.
dargestellten Bauelemente seien in dem bevorzugten Ausfuhrungs beispie1
nach Fig.4 wie folgt gewählt:
Spule 19: Gleichstromwiderstand =0,5 bis 1 -A-, Induktivität =8,2 /UH,
Kondensator 20: 33 pF,
Kondensator 21: 6 pF,
Kondensator 21: 6 pF,
Kondensator 16: 25 pF,
Widerstand 5: 3,3 k _A_ ,
Widerstand 6: 10 k -iT_ ,
Widerstand 7: Ik ,0_ ,
Kondensator 8 : 0,004? /UF, und
Kondensator 12: 0,01/Uf'.
Mit den genannten Bauelementen und der angegebenen Schaltungsanordnung
kann der Transistor 4 beim Anlegen einer Versorgungsspannung
über die Spule I9 an seinen Kollektor mit einem bei hoher elektrischer Feldstärke optimalen Vorstrom
versorgt werden, da der Gleichstromwiderstand der Spule I9 ausreichend
niedrig ist.
Fig.5 zeigt ein weiteres AusfUhrungsbeispiel der Erfindung
mit einem Feldeffekttransistor (abgekürzt FET) 22 als Verstärkertransistor. In diesem Fall ist das Gatter G des FET 22
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einerseits an den Eingang 1 und andererseits über den Widerstand 5 an Erde angeschlossen; die Quelle S ist geerdet
und die Senke D ist über die Spule 19 an die Spannungsquelle
3 einerseits und über den Kondensator 21 an den Ausgang 2 andererseits angeschlossen. Die übrigen Verbindungen
sind mit denen in Fig. 4 identisch und die einzelnen Werte der Bauelemente betragen:
Spule 19: Gleichstromwiderstand = 0,5 bis IJX3 Induktivität
=8,2 /UH,
Kondensator 20: 15 pF,
Kondensator 21: 2 pF,
Kondensator 16: 22 pP,
Wider stand 5: 100 k JX. ,
Kondensator 12: 0,01 /UP, und
Resonanzfrequenz des LC-Abstimmkreises: 88 bis 108 MHz.
Fig. 6 zeigt eine Ä'quivalenzschaltung zu den Schaltungsanordnungen
nach Fig.4 und 5, wobei bedeuten: R. = Ausgangsimpedanz
des Verstärkertransistors, Q1, bzw. Cj- bzw. O = Kapazitätswerte
der Kondensatoren 20 bzw. 21 bzx*i. 16, und Lp = Induktivität
der veränderlichen Spule IJ. Die Ä'quivalenzschaltung
nach Fig. 6 kann weiter abgeändert werden, wie Fig. J zeigt.
Eine resultierende Kapazität C7 der Ä'quivalenzschaltung nach
Fig. 6 ist gegeben durch:
C4 .C
C7 = C6
Ein Widerstand R. ' der Äquivalenzschaltung nach Fig. 7
ist durch nachstehende Gleichung beschrieben:
Wenn also Lg nach Fig. 6 ebensogroß ist wie L1 nach Fig. 2,
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HO
ist die resultierende Kapazität C7 nach Fig. β gleich der
Kapazität C1 nach Flg. ?. Eine Güte Q, des LC-Abstimmkreises
18 gemäß der Erfindung berechnet sich zu:
Q = , - P ^ \JjC-, = R. (1 + U1- y * [,I/O, .
lt * W^i - ilt
Daraus folgt, daß die Güte des Abstimmkreises durch geeignete Wahl der Kondensatoren 20 und 21 erhöht und die Trennschärfe
des Hochfrequenzverstärkers verbessert werden kann.
Im Vergleich zu dem bereits entwickelten Hochfrequenzverstärker verbessert der erfindungsgemäße Hochfrequenzverstärker
den Interferenz- bzw. Störsignalpegel um ungefähr 20 dB im
Zweisignal-Interferenzverhältnis oder -Störabstand in bezug auf Funkstörungen und verschiedene Modulationskennlinien.
Außerdem ist die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung sehr
einfach aufgebaut und die veränderliche Spule muß keine Anzapfung aufweisen. Dadurch läßt sich der Hochfrequenzverstärker
äußerst kostengünstig aufbauen.
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Leerseite
Claims (2)
- Patentansprüche\IJ Hochfrequenzverstärker mit einem äusgangsseitigen LC-Parallel-Abstimmkreis,gekennze ichnet durcheine Hochfrequenzdrossel (19) mit ausreichend kleinem Oleichstromwiderstand zwischen der Ausgangselektrode eines Verstärkertransistors (4) und einer Stromversorgungsquelle (3),einen parallel zum Verstärkertransistor (4) geschalteten ersten Kondensator (20) zwischen der Ausgangselektrode und Erde, undeinen zweiten Kondensator (21) zwischen der Ausgangselektrode und dem LC-Parallel-Abstimmkreis (18),xvobei die Resonanzfrequenz des ersten Kondensators (20) mit der Hochfrequenzdrossel (19) ausreichend niedriger als die Resonanzfrequenz des LC-Parallel-Abstimmkreises (18) gewählt ist (Fig.l).
- 2. Hochfrequenzverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daßdie Ausgangselektrode des Verstärkerteransistors (4) der. Kollektor ist,die Hochfrequenzdrossel (19) zum Einspeisen eines Kollektorruhestroms in den Verstärkertransistor (4) dient,der Emitter des Verstärkertransistors (4) hochfrequenzmäßig geerdet ist,der LC-Parallel-Abstimmkreis (18) durch die Parallelschaltung einer Spule (17) mit einem dritten Kondensator (16) dargestellt ist, wobei wenigstens die Induktivität der Spule (17)709818/0827oder die Kapazität des dritten Kondensators (l6) veränderlich ist, undder zweite Kondensator (21) Bestandteil eines Koppelgliedes (7, 8, 21) ist, das den LC-Parallel-Abstimmkreis (18) an den Kollektor und den Emitter des V er star ker tr ans is tors anschließt (Fig. 1).709818/0827
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8230 | Patent withdrawn |