DE3125200A1

DE3125200A1 - "zwischenfrequenzverstaerker mit rueckfuehrungs-stabilisierung fuer fernsehzwecke"

Info

Publication number: DE3125200A1
Application number: DE19813125200
Authority: DE
Inventors: Jack Rudolph Flemington N.J. Harford
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Licensing Corp
Priority date: 1980-06-26
Filing date: 1981-06-26
Publication date: 1982-03-04
Also published as: AU7198781A; JPS5744311A; IT8122498A0; DE3125200C2; CA1170730A; GB2079079A; IT1136892B; FR2485847B1; ATA286481A; AU544121B2; US4342005A; AT383448B; GB2079079B; FR2485847A1; JPS6335122B2

Description

RCA Docket No. 74957A
US Serial Number 163,144
filed 26. Juni 1980

Zwischenfrequenzverstärker mit Rückführungsstabilisierung für Fernsehzwecke

Die Erfindung bezieht sich auf Zwischenfrequenzverstärker

für Fernsehzwecke und betrifft insbesondere einen mehrstufigen Zwischenfrequenzverstärker, bei welchem zwei Techniken

der Verstärkungsregelung vorteilhafterweise kombiniert sind, so daß man ein hochverstärkendes System erhält, welches zur

Gleichspannung oder -Stromstabilisierung einen vereinfachten Rückführungszweig benutzt.

In einem üblichen Fernseh-Zwischenfrequenzverstärkerteil
sind normalerweise mehrere Verstärkerstufen in Reihe geschaltet, um eine hohe Verstärkung für das Zwischenfrequenzsignal zu ergeben, welches von einer Tuner- und Mischschaltung zugeführt wird. Da das empfangene ZF-Signal unterschiedliche Signalstärken haben kann, werden generell eine oder mehrere
Verstärkerstufen in ihrem Verstärkungsgrad geregelt, so
daß die letzte ZF-Verstärkerstufe ein Signal im wesentlichen konstanter Stärke an den Videodemodulator liefert.

Jedoch wird die Verstärkung der geregelten Stufe oder Stufen

üblicherweise mittels einer Vorwärts- oder Rückwärtsregelung verändert, und dabei verschieben sich zwangsläufig die Arbeitspunkte der Verstärkerstufen, wenn die in diesen fließenden Gleichströme sich ändern. Diese Gleichstrom-Arbeitspunktverschiebungen übertragen sich auf die nachfolgenden Stufen im Verstärker, wenn diese galvanisch miteinander gekoppelt sind, was derzeit üblicherweise der Fall ist. Das führt dann ■711 iitTiarwilnscfa + Ptl ünr1cirunrf^Dn flor- Λ rlio I + spunk-)'» Ί(=τ~ tianhfrjirjonden Stufen, weil die sich verändernden Gleichströme durch die hintereinander geschalteten Verstärkerstufen weitergeleitet werden. Außerdem verursachen die Gleichströme Änderungen im Gleichspannungspegel des verstärkten Signals, welche den Betrieb des Videodemodulators nachteilig beeinflussen können. Es ist daher erwünscht, daß der ZP-Verstärker so geregelt wird, daß Arbeitspunktverschiebungen der Verstärkerelemente, vermieden werden.

Nach den Prinzipien der hier zu beschreibenden Erfindung ist ein Zwischenfrequenzverstärker vorgesehen, bei welchem die Verstärkungsregelung durch Veränderung der Wechselstromimpedanzen veränderbarer Impedanzeinrichtungen durchgeführt wird, welche als Last- oder Emittergegenkopplungsimpedanzen für die verstärkenden Transistoren geschaltet sind.. Den veränderbaren Impedanzeinrichtungen werden veränderbare Verstärkungsregel-Gleichströme zur Veränderung ihrer Impedanz zugeführt. Praktisch die gesamten Regelgleichströme fließen durch die veränderbaren Impedanzeinrichtungen in Stromwegen, die von den verstärkenden Transistoren getrennt verlaufen, und dabei vermeidet man eine Veränderung des Arbeitspunktes der Verstärkertransistoren. Weil die Arbeitspunkte der verschiedenen Stufen während der Verstärkungsregelung im wesentlichen unbeeinflußt bleiben, können die einzelnen Stufen so ausgelegt werden, daß sie bei optimalen, im wesentlichen unveränderbaren Vorspannungspunkten arbeiten.

Zur Stabilisierung der Arbeitspunkte der Verstärkerstufen in den ZF-Verstärkern wegen Änderungen, wie sie durch die vorerwähnten Gleichstromverschiebungen auftreten, ebenso wie gegenüber temperaturbedingten Verschiebungen und Schwankungen der Charakteristiken zwischen einzelnen Verstärkern ist generell ein Gleichspannungsrückführungszweig zwischen die erste und die letzte Verstärkerstufe gekoppelt. Die Kompliziertheit dieses Gleichspannungs- oder Gleichstromrückführungszweiges hängt von der Größe der Gleichstromkorrektur ab, welche die Verstärker für einen stabilen Betrieb benötigen. Bei einigen ZF-Verstärkern, wie etwa dem in der integrierten Fernseh-ZF-Schaltung TDA254 0 verwendeten, ist die Gleichspannungsverstärkung des ZF-Verstärkers und der Rückkopplungsschleife relativ niedrig. Dies kann dazu führen, daß bei bestimmten Betriebsbedingungen bei niedriger Verstärkung die Gleichstromrückkopplung nicht ausreicht. Um den erforderlichen Rückkopplungsgrad zu erhalten, ist ein getrennter Verstärker in seine eigne Rückkopplungsschleife an den Ausgang der letzten ZF-Stufe gekoppelt. Dieser Verstärker sorgt für den erforderlichen Rückkopplungsgrad für das ZF-System, welches einen Sperr- oder Verriegelungszustand verhindert, wie er bei Kanalumschaltungen auftreten kann. Gemäß der Erfindung enthält der ZF-Verstärker einen Gleichstrom- oder Gleichspannungsrückkopplungszweig, welcher keinen solchen Rückführungsverstärker benötigt, weil sich die Arbeitspunkte der Verstärkerstufen bei der Verstärkungsregelung verändern. Wegen des Fehlens des Rückführungsverstärkers werden auch keine Störungen (Rauschen) durch einen solchen Verstärker in die verstärkten ZF-Signale eingebracht.

Die einzige Figur der beiliegenden Zeichnung zeigt einen dreistufigen ZF-Verstärker, der gemäß der Erfindung aufgebaut ist.

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In dieser Figur sind drei ZF-Differenzverstärkerstufen 1, und 200 in Kaskade geschaltet, und zwischen der dritten Stufe 200 und der ersten Stufe 100 verläuft ein Rückkopplungszweig 300. Die drei Stufen werden durch von einer Regelschaltung zugeführte Regelströme in ihrer Verstärkung geregelt, und eine Vorspannungsschaltung 70 liefert Vorspannungen für das System.

Über Eingangsanschlüsse 32 und 34 werden ZF-Gegentaktvideosignale zugeführt, die auf die Basen von Puffertransistoren 50 und 52 der ersten Stufe 1 gekoppelt werden. Die Kollektoren der Puffertransistoren 50 und 52 sind an die Vorspannungsschaltung 70 angekoppelt und ihre Emitter sind jeweils mit den Basen von Verstärkertransistoren 10 und 12 gekoppelt. Die Vorspannung der Emitter-Basis-Strecken der Transistoren 5 0 und 10 sowie 52 und 12 erfolgt über Widerstände 54, 56 und 58. Ein Gleichstromrückschluß nach Masse für die Emitter der Transitoren 10 und 12 verläuft über Widerstände 66, 67 und 69 und einen Pinch-Widerstand 68. Der Pinch-Widerstand 68 dient auch der Stabilisierung von Stromverstärkungsschwankungen in den Transistoren der ersten Stufe, welche bei einer Massenherstellung der Verstärker in integrierter Schaltung zwischen den einzelnen Exemplaren auftreten können.

Die Wechselstrom-Emitterimpedanz der Transistoren 10 und 12 wird durch einen Widerstand 62 und einen Anhebungskondensator 64 bestimmt, welche in Parallelschaltung zwischen den Emittern der Transistoren liegen. Jeder Verstärkertransistor 10 oder 12 hat eine Lastixnpedanz mit einem zwischen den Kollektor des betreffenden Transistors und die Vorspannungsschaltung 7 0 geschalteten Widerstand 18 oder 20 und ein veränderbares Impedanzelement. Der Kollektor des Transistors 10 ist an die Basis eines veränderbaren Impedanzelementes 14 und der Kollektor des Transistors 12 an die Basis eines ver-

änderbaren Impedanzelementes 16 angeschlossen. Die veränderbaren Impedanzelemente 15 und 16 sind mit Kollektoren an ein Bezugspotential (Masse) angeschlossen, und ihren zusammengeschalteten Emittern wird von der Regelschaltung 40 über einen Widerstand 22 Regelstrom zugeführt.

Die Ausgangssignale an den Kollektoren der Verstärkertransistoren 10 und 12 sind galvanisch mit den Basen von Puffertransistoren 150 und 152 der zweiten Verstärkerstufe 100 gekoppelt. Die zweite Verstärkerstufe 100 ist in ähnlicher Weise wie die erste Verstärkerstufe 1 aufgebaut, und ihre entsprechenden Schaltungselemente sind mit denselben Bezugsziffern, jedoch gegenüber der ersten Stufe um 100 erhöht, bezeichnet. Die zweite Stufe 100 unterscheidet sich von der ersten Stufe, indem sie keinen Anhebungskondensator oder Pinchwiderstand enthält. Zwischen den Emitterwiderstand 169 und Masse ist eine in Durchlaßrichtung gepolte Diode 170 geschaltet, die mit den Verstärker-und Puffertransistoren in der zweiten Stufe zusammenwirkt, um den Kollektoren der Transistoren 10 und 12 einen Gleichspannungsanteil von 3V, zu Vorspannungs- und Temperaturstabilisierungszwecken zuzuführen. Man kann sehen, daß der Kollektor des Transistors 10 durch die Basis-Emitter-Übergänge der Transistoren 150 und 110 und den Halbleiterübergang der Diode 170 gleichvorgespannt werden. Entsprechend wird der Kollektor des Transistors 12 durch die Basis-Emitter-Übergänge der Transistoren 152 und und den Halbleiterübergang der Diode 170 gleichvorgespannt.

Aufbau und Betriebsweise der ersten und zweiten Verstärkerstufe 1 und 100 ist im einzelnen in der gleichlaufenden US-Patentanmeldung Nr. 143 032 beschrieben, welche am 23. April 1980 unter der Bezeichnung "VARIABLE LOAD IMPEDANCE GAIN-CONTROLLED AMPLIFIER" eingereicht worden ist. Dort ist erläutert, daß der Verstärkungsgrad der Verstärkerstufen durch

Veränderung der Spannung und damit des Stromes verändert wird, welche den veränderbaren Impedanzelementen 14, 16 und 114,116 zugeführt wird. Bei maximaler Verstärkung wird den Elementen wenig oder gar kein Strom zugeführt, und ihre Basis-Emitter-Wechselstromimpedanz ist relativ hoch. Die Impedanz liegt parallel zu einem jeweiligen Kollektorlastwiderstand 18, 20, 118 oder 120, und die Gesamtimpedanz bestimmt die Lastlinie (Arbeitsgrade) des Verstärkers. Wenn die Amplitude des den Verstärker zugeführten ZF-Signals anwächst, dann steigt der den veränderbaren Impedanzelementen von der Regelschaltung zugeführte Strom ebenfalls. Dies führt zu einer Abnahme der Basis-Emitter-Impedanz der Elemente, da in ihren Basis-Emitter-Bereichen Ladung gespeichert wird. Die sinkende Impedanz der Elemente führt zu einer Verringerung der Kollektorimpedanz der Verstärkertransistoren 10, 12, 110 und 112, welche ihre Lastlinien in Richtung niedrigerer Verstärkung verschieben. Wenn die Verstärkerstufen einen Zustand völlig herabgesetzter Verstärkung einnehmen, dann hat der den veränderbaren Impedanzelementen zugeführte Strom einen maximalen Wert, der in der Größenordnung einiger mA liegt. Die Hauptstromwege für den von der Regelschaltung 40 zügeführten Strom verlaufen durch die Emitter-Kollektor-Strecken der veränderbaren Impedanzelemente 14, 16, 114 und 116. Es fließt somit praktisch kein Regelgleichstrom von der Regelschaltung in die Kollektoren der Verstärkertransistoren 10, 12, 110 und 112. Die Gleichvorspannung der Verstärkertransistoren bleibt daher praktisch konstant, wenn die Verstärkungsregelbereiche der Verstärkerstufen durchlaufen werden.

Die Kollektoren der Verstärkertransistoren 110 und 112 der zweiten Stufe sind jeweils galvanisch an die Basen von Pufferverstärkern 25 0 und 252 der dritten Verstärkerstufe 200 angeschlossen. Den Kollektoren der Puffertransistoren 250 und wird von der Vorspannungsschaltung 70 Vorspannung zugeführt, und ihre Emitter liegen über Widerstände 254, 256 und 258 an Masse. Die Emitter der Puffertransistoren 250 und 252 sind

auc:h an Bason dur Vo 11; L U rker L run s i ü Lu tu η 310 b~w. :->i2 an geschlossen.

Die Kollektoren der Verstärkertransistoren 210 und 212 liegen jeweils über Lastwiderstände 218 bzw. 220 an der Vorspannungsschaltung 70. Die Emitter der Verstärkertransistoren 210 und 212 liegen über Widerstände 262, 264 und 266 an Masse. Zwischen dem Widerstand 266 und Masse ist eine in ''UF^Upß'Jv^'iny ggpglt*· nin«ie ?70 ^p§r-\^l^[^i_t ai§ feine ähnliche Funktion wie die Diode 170 ausübt und mit den Puffer-und Verstärkertransistoren 250, 252, 210 und 212 zusammenwirkt, um den Kollektoren der Verstärkertransistoren 110 und 112 der zweiten Stufe einen Ruhegleichspannungsanteil

von 3V, zuzuführen.
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Zwischen die Emitter der Transistoren 210 und 212 ist ein Widerstand 260 geschaltet. Die Emitter dieser Transistoren sind auch jeweils mit den Basen veränderbarer Impedanzelemente 214 bzw. 216 verbunden, deren Kollektoren an Masse geführt sind und deren Emittern von der Regelschaltung 40 über einen Widerstand 222 Verstärkungsregelstrom zugeführt wird.

Die dritte Verstärkerstufe 200 entspricht in Aufbau und Wirkungsweise einem Verstärker, wie er in der gleichlautenden US-Patentanmeldung Nr. 143 035 beschrieben ist, welche am 23. April 1980 unter der Bezeichnung "VARIABLE EMITTER DEGENERATION GAIN-CONTROLLED AMPLIFIER" eingereicht worden ist. Hierbei umfaßt der Emitterwiderstand jeden Verstärkertransistors den halben Wert des Widerstandes 260 (wegen des komplementären Betriebes der durch Gegentakt-ZF-Signale angesteuerten Verstärkertransistoren) in Parallelschaltung mit der Basis-Emitter-Impedanz eines veränderbaren Impedanzelementes und mit einem weiteren Vorspannungswiderstand. Die veränderbaren Impedanzelemente 214 und 216 können in gleicher Weise aufgebaut sein wie die veränderbaren Impedanz-

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elemente 14, 16, 114 und 116 und haben eine Basis-Emitter-Wechsel stromimpedanz , welche mit Zunahme des ihnen von der Regelschaltung 4 0 zugeführten Stromes abnimmt. Bei maximaler Verstärkung der dritten Verstärkerstufe 200 hat der den veränderbaren Impedanzelementen zugeführte Strom ein Maximum. Dies ergibt eine niedrige Emitterimpedanz der Verstärkertransistoren 214 und 216, so daß man eine relativ niedrige Emittergegenkopplung erhält. Wird der Regelbereich des Verstärkers in Richtung minimaler Verstärkung durchlaufen, dann nimmt der den veränderbaren Impedanzelementen zugeführte Strom ab und die von diesen Elementen dargestellte Wechselstromimpedanz für die Verstärkertransistoren wächst. Damit erhöht sich die Emittergegenkopplung, und der Verstärkungsgrad des Verstärkers verringert sich somit. Wie im Falle der bereits beschriebenen veränderbaren Impedanzelemente verläuft der Hauptstromweg für den von der Regelschaltung 40 zugeführten Regelstrom durch die Emitter-Kollektor-Strecken der Elemente 214 und 216, und damit werden Änderungen der Gleichvorspannung der Verstärkertransistoren 210 und 212 beim Durchlaufen des Regelbereiches des Verstärkers minimal gehalten.

Durch die Verwendung einer kollektorseitigen Verstärkungsregelung über Veränderung der Lastlinie in den beiden ersten Verstärkerstufen und durch Anwendung einer geregelten Emittergegenkopplung in der dritten Stufe wird der für die Verstärkungsregelung benötigte maximale Strom und damit auch der Leistungsverbrauch im ZF-Verstärkersystem herabgesetzt. Der Regelstrom wird den veränderbaren Impedanzelementen der ersten beiden Stufen über einen gemeinsamen Anschluß 42 der Regelschaltung 40 zugeführt. Die Verstärkung dieser beiden Stufen wird herabgesetzt durch Erhöhung des Regelstromflusses. Den veränderbaren Impedanzelementen der dritten Stufe wird Regelstrom über einen getrennten Anschluß 44 zugeführt. Die Verstärkung dieser Stufe wird herabgesetzt durch Verringerung des Regelstromflusses von der Regelschaltung 4 0 zur dritten Stufe. Eine

vorteilhafte Reihenfolge der Verstärkungsregelung für die dargestellte Schaltung ist in der US-Patentanmeldung Nr. 163 143 beschrieben, die am 26. Juni 1980 unter der Bezeichnung "TELEVISION INTERMEDIATE FREQUENCY AMPLIFIER" eingereicht worden ist (Vertreter-Aktenzeichen 74957) .

An den Kollektorlastwideirständen 218 und 220 entsteht ein verstärktes ZF-Signal, welches einen Videodemodulator 400 über Transistoren 301 und 303 von den Kollektoren der Transistoren 210 und 212 zugeführt wird. Die Transistoren 301 und 303 sind als Emitterfolger geschaltet, wobei ihren Kollektoren von der Vorspannungsschaltung 70 Betriebsspannung zugeführt wird und ihre Emitter über Widerstände 304 bzw. 306 an Masse liegen. Diese Transistoren puffern die Lastwiderstände 218 und 220 der dritten Verstärkerstufe 200 gegen die Eingangsimpedanz des Videodemodulators und liefern an ihren Emittern eine niederohmige Quellenimpedanz. Die Emitter der Transistoren 301 und 303 sind auch mit dem Rückkopplungszweig 300 gekoppelt. Die Transistoren 301 und 303 liefern zusammen mit den Transistoren 10, 50, 12 und der ersten Stufe über den Rückkopplungszweig 300 einen Ruhegleichspannungsanteil von 3V, an die Kollektoren der Transistoren 310 und 312.

Der Rückkopplungszweig 300 umfaßt zwei Gleichstromwege, je einen für jede Seite der symmetrischen Verstärkerschaltung. Ein Rückkopplungsweg mit in Reihe geschalteten Widerständen 318, 314, 324 und 328 verläuft zwischen dem Emitter des Transistors 301 und der Basis des Transistors 52 der ersten Stufe. Ein zweiter Rückkopplungsweg mit in Reihe geschalteten Widerständen 310, 316, 326 und 330 verläuft zwischen dem Emitter des Transistors 303 und der Basis des Transistors 50.

Der Rückkopplungszweig 300 enthält zwei Entkopplungsschaltungen, welche die verstärkten ZF-Ausgangssignale gegen den Eingang der Stufe 1 entkoppeln. Eine erste Entkopplungsschaltung enthält

Pufferwiderstände 310 und 318 und einen Kondensator 312, und die zweite Entkopplungsschaltung enthält Pufferwiderstände 314 und 316 und Überbrückungskondensatoren 322 und 320. Die Widerstände 310 und 318 isolieren den Ausgang an den Emittern der Transistoren 301 und 303 vom Kondensator 312. Der Kondensator 312 ist über die beiden Gleichstromwege gekoppelt, um die auf diesen Wegen erzeugten komplementären ZF-Signale zu dämpfen. Jegliche restlichen ZF-Signalkomponenten, welche auf den beiden Belägen des Kondensators 312 auftreten, werden dann über die Pufferwiderstände 314 bzw. 316 den Überbrückungs- oder Ableitungskondensatoren 322 und 320 zugeführt. Diese Ableitungskondensatoren leiten jegliche restlichen ZF-Signalkomponenten nach Masse ab. Die Entkoppelschaltungen arbeiten als Tiefpaßfilter für die ZF-Signale und ihre Grenzfrequenzen liegen unterhalb des gewünschten ZF-Signalbereiches, so daß praktisch nur Gleichstromsignale zu den Pufferwiderständen 324 und 326 gelangen. Die Widerstandswerte sind so gewählt, daß die Gleichstromsignale nicht über einen Pegel hinaus gedämpft werden, bei welchem sie den gewünschten Grad der Rückkopplungskompensation in der ersten Stufe 1 ergeben.

Man sieht, daß die Ableitungskondensatoren 322 und 320 jeweils zwischen einen Gleichstromweg und Masse geschaltet sind, während der Kondensator 312 der ersten Entkopplungsschaltung zwischen die beiden Gleichspannungswege gekoppelt ist. Diese Art der Kopplung des Kondensators 312 ist zu bevorzugen, weil die Kondensatoren 322 und 320 ZF-Signale nach Masse ableiten, der Kondensator 312 jedoch nicht. Die durch die Kondensatoren 322 und 320 fließenden ZF-Signale werden durch die Masseebene des Systems abgeführt, bis sie sich gegenseitig auslöschen. Wenn die Massepunkte, zu denen diese Kondensatoren geführt sind, nicht beieinander liegen, dann werden die schädlichen Auswirkungen, welche sich aus der Masseebenenleitung der ZF-Signale ergeben, zum Teil abgeschwächt. Jedoch ist eine benachbarte Anordnung der beiden Kondensatoren 322

und 320 nicht immer möglich, Lnubesondero dann, wenn die Schaltung in integrierter Form aufgebaut wird, wo andere Überlegungen die Plazierung der beiden Kondensatoren bestimmen können. In einem solchen Fall können die ZF-Signale unerwünscht große Flächen der ZF-Masseebene verseuchen und zu einer unerwünschten ZF-Signalkopplung in andere Schaltungsteile über die Masseverbindungen führen. Dieses Problem läßt sich lösen, wenn man einen Kondensator wie den Kondensator 312 zwischen die beiden Gleichspannungswege schaltet, weil bei dieser Koppelschaltung keine ZF-Signale in die Masseebene gekoppelt werden. Gegebenenfalls kann die zweite Koppel.schaltung mit den Widerständen 314 und 316 und den Kondensatoren 322 und 320 bei einer Schaltung gemäß der Darstellung auch entfallen, wenn der gewünschte und von der ersten Entkopplungsschaltung bewirkte Grad der ZF-Signalauslöschung ausreicht.

Mit den Eingangstransistoren 52 und 50 sind über Anschlüsse 334 und 332 und Isolationswiderstände 328 bzw. 330 Pufferwiderstände 324 und 324 gekoppelt. Ein weiterer überbrückungskondensator 333 liegt zwischen den Anschlüssen 332 und 334. Die Isolationswiderstände 328 und 330 isolieren die Eingänge der ersten Verstärkerstufe 1 von dem überbrückungskondensator 333. Dieser bestimmt zusammen mit den Widerständen 324, 314, 318 und 326, 316 und 310 den 3 db Punkt des ZF-Verstärkers und der Rückkopplungsschleife, um die Systemstabilität sicherzustellen.

Bei maximaler Verstärkung haben die ZF-Verstärkerstufen in der dargestellten Schaltung einen Verstärkungsgrad von etwa 60 db. Die Systembandbreite kann mit näherungsweise 100 MHz angenommen werden. Um die Stabilität des Systems sicherzustellen, muß die Phase und Verstärkung des von der dritten zur ersten Stufe zurückgeführten Signals kontrolliert werden, damit keine Schwingungen auftreten. Systemschwingungen

lassen sich vermeiden, solange die Schleifenphasenverzögerung kein gerades Vielfaches von 180° bei irgendeiner Frequenz erreicht, bei der die Schleifenverstärkung gleich oder größer als 1 ist.

Die den Eingangsanschlüssen 32 und 34 zugeführten ZF-Signale erfahren in jeder ZF-Verstärkerstufe eine Phasenumkehr. Hätte das Zwischenfrequenzsystem eine unendlich große Bandbreite, dann lägen die ZF-Signale am Ausgang der dritten Stufe um 180° außer Phase mit den Eingangssignalen und ergäben dann leicht ein Gegenkopplungssignal. Bei einer angenommenen Bandbreitenbegrenzung auf 100 Hz tritt jedoch in den verstärkten ZF-Signalen eine gewisse Phasenverzögerung auf, die bei niedrigen Frequenzen nur einige Grad betragen kann, bei den Zwischenfrequenzen um 50 MHz jedoch 80° und mehr erreichen kann. Die Ausgangs-ZF-Signale erfahren in den EntkopplungsSchaltungen des Rückkopplungsweges noch mehr Verzögerung. Wenn infolge der zusätzlichen Rückkopplungsverzögerung eine Gesamtverzögerung auftritt, die bei irgendeiner Frequenz in der Schleife ein gerades Vielfaches von 180° erreicht, dann wird die Rückkopplung positiv und das System schwingt bei dieser Frequenz.

Der Wert des Kondensators 333 ist zusammen mit den Werten der Widerstände 324, 314, 318 und 326, 316, 310 so gewählt, daß bei einer als die 3 db-Frequenz bezeichnete Frequenz ein Pol liegt. Oberhalb dieser 3 db-Frequenz nehmen die Amplituden höherfrequenter Signalkomponenten mit 6 db pro Oktave oder 2 0 db pro Frequenzdekade ab.Wählt man diese Abnahme größer, also etwa 18 db pro Oktave, dann führt jedes zusätzliche Dezible Dämpfung zu einem proportionalen Anwachsen der Phasenverschiebung des Rückkopplungszweiges, so daß die Phasenverschiebung im Rückkopplungszweig bei höheren Frequenzen schnell 180° erreicht und bei diesen höheren Frequenzen Schwingungen auftreten können.

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Durch die Lage der Pole bei der 3db Frequenz muß sichergestellt werden, daß bei allen Frequenzen oberhalb einer höheren Frequenz, bei welcher die Verstärkung 1 beträgt, und einschließlich des Zwischenfrequenzbereiches von etwa 50 MHz die Verstärkung nicht größer als 1 wird, und dann kann man Phasenverschiebungen in diesem Frequenzbereich vernachlässigen. Zur Veranschaulichung sei angenommen, daß die die Verstärker und den Rückkopplungszweig enthaltende Schleife bei 1 MHz eine Phasenverschiebung von 6° aufweist (zuzüglich den drei Signalinversionen durch die drei Verstärker, welche für alle Frequenzen gilt)- Weiterhin sei angenommen, daß der 3 db-Rückkopplungspol bei 1 kHz liegt, so daß der Amplitudenabfall 6 db pro Oktave oder 20 db pro Dekade beträgt. Dieser Abfall gibt bei 10 kHz somit eine Dämpfung von 20 db, bei 100 kHz von 40 db und bei 1 MHz von 60 db. Frequenzen oberhalb von 1 MHz werden stärker als 60 db gedämpft. Da die maximale Verstärkung der Verstärkerstufen mit 60 db angenommen wurde, hat die Verstärkung des Verstärkers mit der Rückkopplungsschleife bei 1 MHz den Wert 1. Obwohl sich die Verzögerung im Bereich von 1 bis 50 MHz von 60° bis hinauf zu 80° ändert, ist die Rückkopplungsdämpfung über diesen Bereich stärker als 60 db, und damit wird verhindert, daß die Schleifenverstärkung in diesem Bereich 1 oder größer wird. Damit ist ein Kriterium für das Auftreten von Schwingungen, nämlich die Verstärkung 1, nicht erfüllt, und das System schwingt bei Frequenzen in diesem Bereich nicht. Weiterhin beträgt bei Frequenzen unterhalb 1 MHz die Phasenverschiebung des Rückkopplungszweiges 60° oder weniger, und damit wird verhindert, daß Schleifenphasenverschiebungen nicht ein ganzzahliges Vielfaches von 180° erreichen, was die zweite notwendige Schwingungsbedingung wäre. Die Schaltung ist daher bei einer Lage des 3d Poles bei 1 kHz und bei einem Abfall von 6 db pro Oktave stabil.

Im Gegensatz zu dem erwähnten bekannten ZP-Verstärkersystem benötigt der erfindungsgemäße ZF-Verstärker keinen zusätzlichen Verstärker im Rückkopplungszweig 300. Ein solcher zusätzlicher Verstärker war bei der bekannten Schaltung notwendig, weil diese wegen der ausschließlichen Verwendung von Verstärkerstufen mit Emittergegenkopplung eine niedrige Gleichspannungsverstärkung aufweist. Verringert man die Verstärkung dieser Stufen, dann verringert sich auch die Gleichspannungsverstärkung, und deshalb wird ein zusätzlicher Verstärker zur Verstärkung des Gleichstromrückkopplungssignals benötigt. Von den drei Verstärkerstufen der erfindungsgemäßen Schaltung erfolgt nur bei der dritten Stufe eine Verstärkungsregelung über die Emittergegenkopplung. Die Gleichspannungsverstärkung der dritten Stufe wird durch die Emitterwiderstände 26 0, 26 2 und 264 bestimmt, durch welche die dritte Stufe eine hohe Eingangsimpedanz und eine Niederfrequenzverstärkung von etwa 10 db hat. Die erste und zweite Verstärkerstufe, die über Veränderungen der Lastlinie geregelt werden, haben jeweils Gleichspannungsverstärkungen von 20db. Die Gleichspannungsverstärkung der drei hintereinander geschalteten Stufen ist über den gesamten Verstärkungsregelbereich gut konstant und ändert sich über diesen Bereich um nicht mehr als 6 db. Diese Stabilität der Gleichspannungsverstärkung beruht auf der sich nicht ändernden Gleichvorspannung der Verstärkerstufen infolge der Benutzung veränderbarer Impedanzelemente, deren Steuerung bzw. Regelung die" Gleichvorspannung der Verstärkertransistoren nicht beeinflußt.

Leerseite

Claims

PATENTANWÄLTE ΓΙ Γ " 1 Γ :

DR. DIETER V.BEZOLD

DIPL. ING. PETER SCHÜTZ

DIPL. ING. WOLFGANG HEUSLER

MARIATHF.RKSIA-STRASSE 22

Pos ι rACH nftoafto
D-8OOO MUENCHEN 86

ZUGELASSEN BFIM EUROPÄISCHEN PATENTAMT

EUROPEAN PATENT ATTORNEYS MANDATAIRES EN HREVETS EUROPFENS

RCA Docket No. 7 4957A
US Serial Number 16 3,144
filed 26. Juni 1981

TKLFKJN 089/4 70 AO OA TELEX 522 630 TELEGRAMM SOMBCK

Zwischenfrequenzverstärker mit Rückführungsstabilisierung für Fernsehzwecke

Patentansprüche

Λ J Rückführungsstäbilisiertes Zwischenfrequenzverstärkersystem für Fernsehzwecke mit einer automatischen Verstärkungsregelschaltung zur Lieferung eines Verstärkungsregelsignals und mit einer Mehrzahl verstärkungsgeregelter Differenzverstärker, die zur Verstärkung von Zwischenfrequenzsignalen galvanisch in Kaskade geschaltet sind und von denen jeder an die Regelschaltung angeschlossen ist und unter Steuerung durch das Regelsignal seine Verstärkung zu regeln gestattet, von denen ferner der erste der in Kaskade geschalteten Verstärker einen ersten und einen zweiten Transistor in Differenzschaltung enthält, deren Basen mit einem ersten bzw. zweiten Eingangsanschluß gekoppelt sind, und von denen der letzte der in Kaskade geschalteten Verstärker einen dritten

und einen vierten Verstärkertransistor in Differenzschaltung enthält, deren Kollektoren eine erste bzw. zweite Ausgangselektrode des Verstärkersystems bilden, dadurch gekennzeichnet , daß zwischen die erste Ausgangselektrode und den ersten Eingangsanschluß (32) ein erster Gleichstromrückführungszweig (310, 316, 326, 330) geschaltet ist und daß zwischen die zweite Ausgangselektrode und den zweiten Eingangsanschluß (34) ein zweiter galvanischer Rückführungszweig (318, 314, 324, 328) gekoppelt ist, und daß die Spannungsverstärkung jedes der Rückführungszweige über einen Frequenzbereich, welcher Gleichstrom und die Fernsehzwischenfrequenzen einschließt, nicht größer als 1 ist.
2. Verstärkersystem nach Anspruch 1, dadurch

gekennzeichnet , daß die in Kaskade geschalteten Verstärker sowie der erste und der zweite Rückführungszweig eine Verstärker- und Rückführungsschleife bilden, in welcher der erste galvanische Rückführungszweig einen ersten, einen zweiten und einen dritten Widerstand (310, 326, 330) aufweisen, die in Reihe zwischen die erste Ausgangselektrode und den ersten Eingangsanschluß (32) geschaltet sind, in welcher ferner der zweite galvanische Rückführungszweig einen vierten, fünften und sechsten Widerstand (318, 324, 328) aufweist, welche in Reihe zwischen die zweite Ausgangselektrode und den zweiten Eingangsanschluß geschaltet sind, daß ferner zwischen den Verbindungspunkt des zweiten mit dem dritten Widerstand (326, 330) und dem Verbindungspunkt des fünften mit dem sechsten Widerstand (324, 328) ein erster überbrückungskondensator (333) geschaltet ist, um die Schleifenverstärkung bei den Fernsehzwischenfrequenzen kleiner als 1 zu halten, und daß zwischen den Verbiridungspunkt des ersten und zweiten Widerstandes (310, 326) und den Verbindungspunkt des vierten und fünften Widerstandes (318, 324) ein zweiter Überbrückungskondensator (312) geschaltet ist,

der mit dem ersten und dem vierten Widerstand (310, 318) eine Entkopplungsschaltung zur Entkopplung der AusgangseiitikLrodeit vuu den liHnycinybanachlüssen (32, J4) bildet.
3. Verstärkersystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß ein fünfter Transistor (303) mit seiner Basis an die erste Ausgangselektrode und mit seinem Emitter an den ersten Widerstand (318) und den ersten Eingangsanschluß eines Videodemodulators (400) angeschlossen ist, daß ein sechster Transistor (301) mit seiner Basis an die zweite Ausgangselektrode und mit seinem Emitter an den vierten Widerstand (318) und an einen zweiten Eingangsanschluß des Videodemodulators (400) angeschlossen ist und daß der fünfte und sechste Transistor(303, 301) als Puffer zwischen den Ausgangselektroden und den Eingangsanschlüssen des Videodemodulators (400) geschaltet sind.
4. Verstärkersystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Phasenverschiebung um die Verstärker und Rückführungsschleife für Frequenzen, bei denen die Verstärkung der Verstärker und Rückführungsschleife gleich oder größer als 1 ist, im wesentlichen gleich einem ungradzahligen Vielfachen von 180° ist.
5. Verstärkersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Kaskadenschaltung eine erste Verstärkerstufe (1) mit einem ersten und einem zweiten, als Differenzverstärker geschalteten Transistor (10, 12), einen zwischen den Kollektor des ersten Transistors (10) und eine Betriebsspannungsquelle (Vorspannungsschaltung 70) geschalteten ersten Widerstand (80) , durch den ein erster Gleichstrom fließt, ferner einen zweiten, zwischen den Kollektor des zweiten Transistors (12) und eine Betriebsspannungsquelle (Vorspannungsschaltung 70) gekoppelten zweiten Widerstand (20), durch den ein zweiter Gleichstrom

fließt, und eine parallel zu dem ersten und zweiten Widerstand (18, 20) geschaltete Einrichtung (14, 16) enthält, die unter Steuerung durch Änderungen eines ersten Verstärkungsregelstroms die Verstärkung der ersten Verstärkerstufe in entgegengesetztem Sinne wie die Änderungen des ersten Verstärkungsregelstroms bei vernachlässigbaren Beeinflussungen der Größe des ersten und zweiten Gleichstroms verändert und daß eine zweite Verstärkerstufe (200) galvanisch in Kaskade mit der ersten Verstärkerstufe (1) geschaltet ist und einen dritten und vierten, als Differenzverstärker geschalteten Transistor (210, 212), sowie einen zwischen den Emitter des dritten Transistors (210) und einen Signalbezugspotentialpunkt geschalteten dritten Widerstand (263) , durch den ein dritter Gleichstrom fließt, sowie einen zwischen den Emitter des vierten Transistors (212) und einen Signalbezugspunkt geschalteten vierten Widerstand (264), durch den ein vierter Gleichstrom fließt, und eine parallel zu dem dritten und vierten Widerstand (262, 264) geschaltete Einrichtung (214, 216) enthält, die unter Steuerung durch Veränderungen eines zweiten Verstärkungsregelstroms die Verstärkung der zweiten Verstärkerstufe (200) im gleichen Sinne wie die Änderungen des zweiten Verstärkungsregelstroms bei vernachlässigbarer Beeinflussung der Größe des dritten und vierten Gleichstroms verändert, und daß der erste galvanische Rückkopplungszweig zwischen den Kollektor des dritten Transistors (210)■ und die Basis des ersten Transistors (10) geschaltet ist und daß der zweite galvanische Rückkopplungszweig zwischen den Kollektor des vierten Transistors (212) und die Basis des zweiten Transistors (12) geschaltet ist.
6. Verstärkersystem nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Differenzverstärker und der erste und der zweite galvanische Rückkopplungszweig eine galvanische Rückführungs-Verstärker-Schleife aufweisen,

deren Schleifen-Spannungsverstärkung über einen ersten Frequenzbereich, welcher die Fernsehzwischenfrequenzen einschließt, nicht größer als 1 ist und deren Schleifenphasenverschiebung über einen zweiten Frequenzbereich, der zwischen Gleichstrom und dem ersten Frequenzbereich liegt, näherungsweise gleich 180° beträgt.