DE68909088T2 - Regelverstärker. - Google Patents

Regelverstärker.

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DE68909088T2 DE89200883T DE68909088T DE68909088T2 DE 68909088 T2 DE68909088 T2 DE 68909088T2 DE 89200883 T DE89200883 T DE 89200883T DE 68909088 T DE68909088 T DE 68909088T DE 68909088 T2 DE68909088 T2 DE 68909088T2
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03GCONTROL OF AMPLIFICATION
    • H03G3/00Gain control in amplifiers or frequency changers
    • H03G3/20Automatic control
    • H03G3/30Automatic control in amplifiers having semiconductor devices
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03GCONTROL OF AMPLIFICATION
    • H03G1/00Details of arrangements for controlling amplification
    • H03G1/04Modifications of control circuit to reduce distortion caused by control

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  • Amplifiers (AREA)
  • Control Of Amplification And Gain Control (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Regelverstärker mit einem ersten und einem zweiten Transistor, deren Hauptstromwege in Reihe liegen, wobei die Steuerelektrode des ersten Transistors mit dem Signaleingang des Regelverstärkers, die Steuerelektrode des zweiten Transistors mit dem Steuereingang des Regelverstärkers und der Kollektor des zweiten Transistors mit dem Ausgang des Regelverstärkers verbunden sind.
  • Solche Verstärker werden für den automatischen Dämpfungsausgleich von Fernsprechkabeln oder in Empfängern von optischen Breitbandsystemen benutzt, um automatisch die Dämpfung abhängig von der Länge und Temperatur optischer Verbindungen in einer optischen Übertragungsanlage zu kompensieren.
  • Ein bekannter Regelverstärker dieses Typs ist beispielsweise in der niederländischen Patentanmeldung Nr. 79 08411 beschrieben. Der Kollektor des zweiten Transistors ist einerseits über einen Widerstand mit dem Ausgang des Regelverstärkers und andererseits über einen Widerstand mit einem Punkt konstanten Potentials verbunden. Der Ausgang des Regelverstärkers ist über die Kollektor-Emitterstrecke eines dritten Transistors an den Emitter des zweiten Transistors angeschlossen. Die Steuerelektrode des dritten Transistors liegt an einer Bezugsspannungsquelle. Die Größe des Steuerbereichs für diesen bekannten Verstärker wird durch die Werte der beiden Widerstände bestimmt und berechnet sich zu
  • wobei A der Steuerbereich, R(1) der Wert des Widerstandes, der mit dem Punkt konstanten Potentials verbunden ist und R(2) der Wert des Widerstandes ist, der mit dem Ausgang des Verstärkers verbunden ist. Der Maximalwert von R(2) ist durch die Kollektorkapazität des zweiten Transistors begrenzt. Diese Kapazität bestimmt außerdem die Maximalfrequenz, bei der der Verstärker noch benutzt werden kann. Ein weiterer Einschränkungsfaktor ist der Minimalwert von R(1). Der mit dem Punkt konstanten Potentials verbundene Widerstand besitzt unvermeidbar eine parasitäre Selbstinduktion, aufgrund derer die Ausgangsspannung des Verstärkers ansteigt, wenn die Frequenz erhöht ist, falls die Impedanz der parasitären Selbstinduktion nicht klein mit Bezug auf R(1) ist. Aufgrund der obigen Feststellungen sind R(1) = 10 ohm und R(2) = 90 Ohm übliche Werte bei einer Maximalfrequenz von etwa 700 MHz. Setzt man diese Werte in den angegebenen Ausdruck (1) ein, so erfährt man, daß der maximale Steuerbereich gleich 20 dB ist.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Maßnahmen bereitzustellen, mit denen die Maximalfrequenz und demgemäß die Bandbreite bei einem Steuerbereich erhöht werden, der von der erforderlichen Bandbreite abhängt. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der erste Transistor durch einen MESFET-Transistor gebildet wird, daß der Kollektor des zweiten Transistors mit dem Eingang einer Stromspiegelschaltung verbunden ist, deren Ausgang auf einer Seite an den invertierenden Eingang eines Komparators und auf der anderen Seite über eine Impedanz an einen Punkt konstanten Potentials angelegt ist, daß der nichtinvertierende Eingang des Komparators mit dem Steuereingang des Regelverstärkers verbunden ist und daß der Ausgang des Komparators mit dem Signaleingang des Regelverstärkers verbunden ist. Die Erfindung soll jetzt mit Bezug auf die Figur beschrieben werden.
  • In der Figur wird der erste Transistor durch einen MESFET- Transistor 5 gebildet, dessen Entladeelektrode mit Masse und dessen Source- Elektrode mit dem Emitter des zweiten Transistors 4 verbunden sind. Der Signaleingang 2 des Verstärkers ist über einen Kondensator 12 mit der Steuerelektrode des dritten Transistors 5 verbunden. Der Steuereingang 1 ist mit der Steuerelektrode des zweiten Transistors und außerdem über den Kondensator 15 mit Masse verbunden. Der Kollektor des zweiten Transistors 4 liegt über einen Kondensator 16 am Ausgang 18 des Regelverstärkers und außerdem über einen Widerstand 17 am Eingang 19 einer Stromspiegelschaltung I, die durch die Transistoren 6 und 7 gebildet wird. Der Eingang 19 der Stromspiegelschaltung I liegt einerseits über den als Diode geschalteten Transistor 6 am Versorgungspunkt (+) und andererseits über einen Kondensator 14 an Masse. Die Basis des Transistors 6 ist mit der Basis des Transistors 7 verbunden, dessen Emitter-Kollektorstrecke zwischen dem Versorgungspunkt (+) und dem Ausgang 20 der Stromspiegelschaltung I liegt. Der Ausgang 20 der Stromspiegelschaltung I ist einerseits über die Reihenschaltung einer Diode 8 und eines Widerstandes 9 mit Masse und andererseits mit dem invertierenden Eingang eines Komparators 10 verbunden.
  • Der Ausgang der Komparators 10 liegt über einen Widerstand 11 an der Steuerelektrode 3 des ersten Transistors 5 und außerdem über einen Kondensator 13 an Masse. Der nichtinvertierende Eingang des Komparators 10 ist an den Steuereingang 1 des Regelverstärkers angeschaltet.
  • Die Leistungsverstärkung des Regelverstärkers nach der Erfindung ist durch die Beziehung
  • U(o) / U(i) = g.R (2)
  • gegeben, wobei U(o) die Ausgangsleistung und U(i) die Eingangsleistung des Regelverstärkers, g die Transkonduktanz des MESFET-Transistors 5 und R der Wert des Widerstandes 17 sind. Die Transkonduktanz kann abhängig von der Drain-Source-Spannung des Transistors 5 geändert werden und ist durch die Beziehung
  • 15 g = dI(d) / dU(gs) (3)
  • gegeben, wobei I(d) der Drain-Strom über den Hauptstromweg des Transistors 5 und U(gs) die Gate-Source-Spannung des Transistors 5 sind. Die Drain- Source-Spannung des Transistors 5 wird mittels der Steuerspannung U(r) eingestellt und ist etwa 0,7 V niedriger als diese Steuerspannung. Die Spannung von 0,7 V entspricht der Übergangsspannung über der Basis- Emitterdiode des Transistors 4. man erkennt, daß mit sich ändernder Drain- Source-Spannung des Transistors 5 und mit konstanter Gate-Source-Spannung des Transistors 5 der Drain-Strom des Transistors 5 sich ebenfalls ändert. Der Drain-Strom des Transistors 5 wird außerdem durch die Abschnürspannung dieses Transistors bestimmt. Diese Abschnürspannung zeigt starke Schwankungen, so daß für jeden MESFET-Transistor eine unterschiedliche Einstellung erforderlich ist. Dieser Umstand macht es unmöglich, die Vorspannungseinstellung des Transistors 5 mittels einer einfachen Rückkopplungsschleife zu verwirklichen.
  • Die Vorspannungseinstellung des Transistors 5 wird bei dem Ausführungsbeispiel der Erfindung daher mit Hilfe der Stromspiegelschaltung I, des Komparators 10, der Diode 8 und der Impedanz 9 verwirklicht. Die Gate-Spannung des Transistors 5 ist jetzt durch den Drain-Strom des Transistors 5 sowie die Steuerspannung am Eingang 1 des Regelverstärkers bestimmt. Der Transistor 5 wird auf den linearen Teil seiner Kennlinie eingestellt, den sogenannten Widerstandsbereich. In diesem Bereich gilt in guter Näherung:
  • U(ds) / I(d) = R (3)
  • wobei R angenähert von der Gate-Source-Spannung abhängt. Es wird ein spezieller Wert für R gewählt und dieser Wert ist auch der Wert des Widerstandes 9. Dadurch wird die Beziehung zwischen dem Strom über den und der Spannung am Widerstand 9 gleich der Beziehung zwischen dem Strom und der Spannung des Hauptstromweges für den Transistor 5 und diese Beziehung wird mittels des Komparators 10 und der Stromspiegelschaltung I auf gleichem Wert gehalten. Eine Steuerspannung U(r) wird an den Steuereingang 1 des Regelverstärkers angelegt. Dadurch wird die Drain-Source-Spannung des Transistors 5 gleich U(r) - 0,7 V, wobei 0,7 V gleich der Basis- Emitterspannung des Transistors 4 ist. Die Steuerspannung U(r) liegt auch am Ausgang 20 der Stromspiegelschaltung I, da der Komparator 10 dafür sorgt, daß die Spannung zwischen seinen beiden Eingängen (+ und -) gleich 0 V ist, und zwar aufgrund der Rückkopplungsschleife zwischen 20 und den Bauteilen I, 17, 4, 5, 11 und 10. Die Spannung über dem Widerstand 9 ist dann gleich U(r) - 0,7 V, wobei 0,7 V die Übergangsspannung der Diode 8 ist. Die Spannung über dem Widerstand 9 ist demgemäß gleich der Drain- Source-Spannung des Transistors 5. Es fließt jetzt ein Strom I'(d), der gleich dem Quotienten von U(ds) und R ist, vergleiche Gleichung (3), über den Widerstand 9. Dieser Strom wird mittels der Stromspiegelschaltung I als Drain-Strom I(d) gespiegelt und ist gleich dem Strom I'(d) über den Widerstand 9. Der Komparator 10 legt eine Vorspannung an das Gate 3 des Transistors 5, derart, daß die Beziehung (3) unabhängig vom Wert der Abschnürspannung des Transistors 5 erfüllt ist.
  • Grundsätzlich kann die Verstärkung des Regelverstärkers bis auf eine Verstärkung von 0 zurückgeregelt werden, da die Transkonduktanz für U(ds)-> 0 ebenfalls gegen 0 geht. In der Praxis zeigt sich, daß dann die Bandbreite kleiner wird. Ein Regelbereich von 25 dB mit einer 3 dB- Bandbreite von 1,5 GHz dürfte mit dem Regelverstärker nach der Erfindung erreichbar sein. Es gibt keine definierte untere Grenze für die Verstärkung. Die untere Grenze wird durch die Verstärkung bestimmt, bei er die Abweichung von der Übertragungsfunktion als gerade zulässig angesehen wird. Die obere Grenze für die Verstärkung wird durch das Produkt der Transkonduktanz und den Wert des Widerstandes R bestimmt, vergleiche Gleichung (2).
  • Optimale Werte für die Widerstände und Kondensatoren sind beispielsweise:
  • R(9) = 140 Ohm
  • R(11) = 50 Ohm
  • R(17) = 50 Ohm
  • C(12) = C(13) = C(14) = C(15) = C(16) = 10 nF.

Claims (2)

1. Regelverstärker mit einem ersten (5) und einem zweiten (4) Transistor, deren Hauptstromwege in Reihe liegen, wobei die Steuerelektrode (3) des ersten Transistors mit dem Signaleingang des Regelverstärkers, die Steuerelektrode des zweiten Transistors mit dem Steuereingang (1) des Regelverstärkers und der Kollektor des zweiten Transistors mit dem Ausgang (18) des Regelverstärkers verbunden sind, dadurch gekennzeichnet,
daß der erste Transistor (5) durch einen MESFET-Transistor gebildet wird,
daß der Kollektor des zweiten Transistors (4) mit dem Eingang einer Stromspiegelschaltung (I) verbunden ist, deren Ausgang (20) auf einer Seite an den invertierenden Eingang eines Komparators (10) und auf der anderen Seite über eine Impedanz (9) an einen Punkt konstanten Potentials angelegt ist,
daß der nichtinvertierende Eingang des Komparators mit dem Steuereingang (1) des Regelverstärkers verbunden ist, und
daß der Ausgang des Komparators mit dem Signaleingang (2) des Regelverstärkers verbunden ist.
2. Regelverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die lmpedanz durch die Reihenschaltung einer Diode mit einem Widerstand gebildet ist.
DE89200883T 1988-04-15 1989-04-10 Regelverstärker. Expired - Fee Related DE68909088T2 (de)

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