DE3738771A1

DE3738771A1 - Verstaerkungseinrichtung fuer unipolare impulsfoermige signale mit einem tastverhaeltnis kleiner als 0,5

Info

Publication number: DE3738771A1
Application number: DE19873738771
Authority: DE
Inventors: Roland Dipl Ing Radius
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1987-11-14
Filing date: 1987-11-14
Publication date: 1988-03-24

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verstärkungseinrichtung für unipolare impulsförmige Signale mit einem Tastverhältnis kleiner als 0,5.

Allgemein bekannt ist, daß ein von einem Impulsgenerator auf eine Hochfrequenzleitung mit dem Wellenwiderstand Z eingekoppelter Impuls der Amplitude u in einem Kurzschluß am Ende dieser Hochfrequenzleitung einen Kurzschlußstrom der Stärke

erzeugt. Die am Kurzschluß entstehenden Reflexionen sind der Amplitude des Impulses entgegengesetzt.

Weiterhin ist aus der DE PS 21 22 292 eine Hochfrequenzleitungstreiberschaltung bekannt, bei der an der Einspeisungsseite der Hochfrequenzleitung als Anpassungsschaltung ein Längswiderstand vorhanden ist, dessen Wert dem Wellenwiderstand entspricht. Dieser Widerstand wird bei Einspeisung einer logischen Eins durch die Diode überbrückt. Bei dieser Hochfrequenzleitungstreiberschaltung ist dafür gesorgt, daß sowohl bei der Einspeisung einer logischen Eins, wie auch bei einer logischen Null am Eingang der Hochfrequenzleitung ein Abschluß mit dem Wellenwiderstand wirksam ist. Dabei setzt sich für den Fall der Einspeisung der logischen Eins der Wellenwiderstand im wesentlichen aus einem nur bei der Einspeisung wirksamen Kollektorwiderstand und dem Durchlaßwiderstand der Diode zusammen. Im Fall der logischen Null wird der Wellenwiderstand im wesentlichen durch den Längswiderstand gebildet. Bei dieser Schaltung geht bei der Einspeisung der logischen Eins, d. h. bei Impulseinspeisung, die Hälfte der Leistung im Abschlußwiderstand am Hochfrequenzleitungsanfang verloren. Im Hinblick auf eine spätere Verstärkung der Impulse ist dieser Leistungsverlust untragbar, da er durch eine zusätzliche Verstärkung in den nachfolgenden Stufen ausgeglichen werden muß. Bei der vorliegenden Anmeldung (Fig. 1) verbraucht die Schaltung aus dem Widerstand (2) und der Diode (3) keine Leistung beim Einkoppeln des Impulses.

In der DE PS 29 07 307 C2 wird eine Anordnung zum Anpassen des Hochfrequenzleitungsanfangs an den Wellenwiderstand der Hochfrequenzleitung beschrieben, die impulsabhängig umgeschaltet wird, so daß während des Einkoppelns des Impulses die Hochfrequenzleitung nur mit einer im wesentlichen innenwiderstandsfreien Spannungsquelle verbunden ist. Während der Impulsdauer wird ein wellenwiderstandsrichtiger Abschlußwiderstand aktiviert, um Reflexionen zu absorbieren. Diese Einrichtung zum Anpassen des Hochfrequenzleitungsanfangs muß aktiv gesteuert werden.

Die vorliegende Erfindung (Fig. 1) verwendet dagegen die wesentlich einfachere passive Schaltung zur Anpassung des Hochfrequenzleitungsanfangs. Weiterhin besteht sie nur aus wenigen Bauteilen und ist damit preisgünstig. Es wird nur ein einziger Transistor (5) in Basisschaltung verwendet. Bei Verwendung gleicher Widerstände am Ein- und Ausgang [Hochfrequenzleitungen (4) und (6)] liegt sein Spannungsverstärkungsfaktor bei eins. Durch das Fehlen von Bauteilen, die aufgrund ihrer parasitären Kapazitäten das Schaltverhalten des Transistors beeinflussen, wird die maximale Verstärkungsbandbreite der Verstärkungseinrichtung nur durch die in Basisschaltung sehr hohe Transitfrequenz des Transistors (5) begrenzt. Damit eignet sich die vorliegende Verstärkungseinrichtung zur Auffrischung oder Verstärkung von Impulsen kürzester Flankenanstiegs- und Flankenabfallzeit.

An den Ausgang des Transistors (5) läßt sich eine weitere erfindungsgemäße Verstärkungseinrichtung aus den Teilen 2, 3, 4, 5, 7 und 8 anschließen, daran eine zweite usw. Durch diese Kaskadierung der Verstärkungseinrichtungen multiplizieren sich die Einzelverstärkungen.

Außerdem kann die vorliegende Verstärkungseinrichtung auch zur Bestimmung der kürzestmöglichen zu verarbeitenden Impulsanstiegszeit eines Transistors verwendet werden. Bei Anlegen eines Impulses mit einer Anstiegszeit, die kürzer ist als die vom Transistor abgegebene Impulsflanke, kann mit einem genügend schnellen Oszilloskop das Impulsverhalten des Transistors gemessen werden.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Eine zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung ergibt sich aus den Unteransprüchen.

Ein Ausführungsbeispiel der oben genannten Erfindung wird mit Hilfe der Fig. 1 erläutert:
In der Basis-Emitterstrecke des Transistors (5) fließt näherungsweise der oben beschriebene Kurzschlußstrom. Voraussetzung dafür ist erfindungsgemäß der mehrfach größere Wellenwiderstand der ersten Hochfrequenzleitung (4) im Vergleich zu dem Widerstand der Basis-Emitterstrecke des Transistors (5).

Wie in Fig. 2 dargestellt ist, wird die Basis des Transistors (5) mit einer Stromquelle (gebildet aus den Teilen 7 und 8) so vorgespannt, daß der Arbeitspunkt auf dem Knick in der Kennlinie der Basis-Emitterdiode eingestellt ist. In einer praktischen Ausführung wird die Stromquelle aus einem Widerstand (7) in Serie mit einer Spannungsquelle (8) gebildet. Der Wert des Widerstands (7) sollte sehr viel größer als der Wellenwiderstand Z₁ der ersten Hochfrequenzleitung (4) sein.

Im beschriebenen Ausführungsbeispiel der Verstärkungseinrichtung wird ein npn-Transistor verwendet. Zur Ansteuerung müssen daher negativ gerichtete unipolare Impulse in die erste Hochfrequenzleitung (4) eingespeist werden. Auf der Kollektorseite erzeugt der Transistor (5) an einer zweiten Hochfrequenzleitung (6) mit dem Wellenwiderstand Z₂ im wesentlichen eine Spannung u₂ der Größe

Wird beispielsweise Z₁ gleich Z₂ gewählt, so entspricht dies einer Spannungsverdopplung der Impulsamplitude u₁. Die Reflexionen von dem sehr kleinen Eingangswiderstand des Transistors (5) dürfen erst dann am Anfang der ersten Hochfrequenzleitung (4) bei Widerstand (2) eintreffen, der Impulsgenerator (1) bereits wieder abgeschaltet ist, d. h. wenn der Impuls vollständig in die erste Hochfrequenzleitung (4) eingespeist wurde. Daraus ergibt sich die Bedingung, daß die Verzögerungszeit τ größer sein muß als die halbe Impulsdauer. Durch die Serienschaltung aus dem Widerstand (2) und der Diode (3) wird verhindert, daß der reflektierte Impuls an dem nunmehr hochohmigen Innenwiderstand des Impulsgenerators nochmals reflektiert wird.

Wählt man Z₁ ungleich Z₂, so läßt sich mit der vorliegenden Erfindung auch ein einfacher Übergang zwischen zwei Hochfrequenzleitungen mit unterschiedlichen Wellenwiderständen schaffen, ohne daß die Spannungsverluste auftreten, die bei passiven Transformationsgliedern unvermeidlich sind.

Wegen des Anlaufgebiets in der Kennlinie der Diode (3) wird der wellenwiderstandsrichtige Abschluß erst bei größeren Amplituden der reflektierten Impulse wirksam. Um diesen Mangel zu beheben, wird gemäß Unteranspruch 2 die Diode (3) mit einer geringen Spannung in Leitrichtung vorgespannt, so daß sie beim Einspeisen der Impulse aus dem Impulsgenerator (1) sperrt, beim Eintreffen der reflektierten Impulse jedoch schon bei kleinen Amplituden sicher leitet und die Leitungsanpassung mit dem Widerstand (2) wirksam werden läßt. Damit wird der Einsatzbereich der Verstärkungseinrichtung auf Bereiche mit sehr kleinen Impulsamplituden erweitert.

Claims

1. Verstärkungseinrichtung für unipolare impulsförmige Signale mit einem Tastverhältnis kleiner als 0,5, bestehend aus einem Impulsgenerator (1), der nach dem Einspeisen eines unipolaren Impulses hochohmig wird, an dessen Ausgang einerseits eine Serienschaltung aus einem Widerstand (2) und einer auf Massepotential gelegten Diode (3) liegt, und andererseits eine erste Hochfrequenzleitung (4) mit der Impulsverzögerungszeit τ angeschlossen ist, an deren Ende ein Transistor (5) in Basisschaltung liegt, der mit einem Widerstand oder einer zweiten Hochfrequenzleitung (6) abgeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungszeit τ der ersten Hochfrequenzleitung (4) größer ist als die halbe Impulsdauer des Impulsgenerators (1) und daß der Wellenwiderstand der ersten Hochfrequenzleitung (4) sehr viel größer ist als der Eingangswiderstand des Transistors (5) und daß der Wert des Widerstands (2) zusammen mit dem Durchlaßwiderstand der Diode (3) dem Wellenwiderstand der ersten Hochfrequenzleitung (4) entspricht, wobei die Diode (3) so geschaltet ist, daß sie während des Einspeisens der unipolaren Impulse in Sperrichtung betrieben wird.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Diode (3) mit einer Vorspannung betrieben wird.

3. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Verstärkungseinrichtungen aus den Teilen 2, 3, 4, 5, 7 und 8 hintereinander geschaltet werden und sich im wesentlichen eine Multiplizierung der Einzelverstärkungen ergibt.

4. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenwiderstände der Hochfrequenzleitung (4) und der Hochfrequenzleitung (6) den unterschiedlichen Wellenwiderständen zweier angeschlossener Hochfrequenzleitungen entsprechen, und daß dadurch zwei Hochfrequenzleitungen mit unterschiedlichen Wellenwiderständen aneinander angepaßt werden.