FR2552956A1

FR2552956A1 - Etage d'entree amplificateur et melangeur a transistors pour un recepteur de radio

Info

Publication number: FR2552956A1
Application number: FR8414667A
Authority: FR
Inventors: Rinaldo Graziadei; Michelangelo Lorusso
Original assignee: ATES Componenti Elettronici SpA; SGS ATES Componenti Elettronici SpA
Current assignee: STMicroelectronics SRL
Priority date: 1983-09-29
Filing date: 1984-09-25
Publication date: 1985-04-05
Also published as: DE3435728C2; IT1212776B; JPS60102028A; GB8424549D0; GB2149600B; JPH0648222U; JPH0718180Y2; FR2552956B1; US4704738A; GB2149600A; DE3435728A1; IT8323043A0

Abstract

L'ETAGE D'ENTREE AMPLIFICATEUR ET MELANGEUR A TRANSISTORS D'UN RECEPTEUR RADIO COMPREND UN AMPLIFICATEUR DIFFERENTIEL T1, T4 DONT LE GAIN EST REGLE PAR UNE TENSION PRODUITE PAR UN CIRCUIT DE CONTROLE AUTOMATIQUE DE GAIN AGC ET UN MELANGEUR T5, T11. UN ETAGE ATTENUATEUR T12, T13 AYANT UN COEFFICIENT D'ATTENUATION PREDETERMINE EST MONTE ENTRE LES ENTREES DE L'AMPLIFICATEUR DIFFERENTIEL ET DU MELANGEUR. QUAND LE NIVEAU DU SIGNAL D'ENTREE AUGMENTE AU-DELA D'UNE VALEUR DONNEE, L'AMPLIFICATEUR DIFFERENTIEL EST DESACTIVE ET LE SIGNAL EST TRANSMIS AU MELANGEUR PAR L'INTERMEDIAIRE DE L'ETAGE ATTENUATEUR.

Description

la présente invention concerne des récepteurs de signaux de

radiofréquence, en particulier un étage d'entrée amplificateur et mélangeur à transistors pour un tel récepteur, se prêtant à

la réalisation sous forme de circuit intégré.

La dynamique de l'étage d'entrée d'un récepteur, c'est-àdire la différence entre le niveau maximal et le niveau minimal du signal d'entrée qui peut être acceptée sans que soient introduites des distorsions appréciables, est limitée vers le bas par la sensibilité de l'étage et vers le haut par le fait que la

caractéristique de transfert de cet étage s'écarte de la linéarité.

Pour dimensionner ou modifier de manière simple le circuit de l'étage d'entrée, dans le but d'étendre vers le haut la dynamique d'entrée, on connatt différents systèmes, en particulier 15 celui qui est décrit dans la demande de brevet français

n 82 14843 déposée par la Demanderesse à la date du 31 8 82, qui sera citée ultérieurement dans la présente description Bien

qu'il atteigne de façon optimale le but précité, un tel système présente l'inconvénient qu'il provoque des transitoires pendant 20 lesquels l'étage d'entrée a un fonctionnement non linéaire et il se manifeste des discontinuités dans son gain, phénomènes qui provoquent des distorsions du signal et un abaissement du niveau de celui-ci en sortie En outre, le circuit qui en dérive ne fonctionne pas correctement avec des tensions d'alimentation 25 inférieures à 2 V. Le but de la présente invention est de réaliser un étage d'entrée pour un récepteur de radiofréquence qui ait une dynamique d'entrée élevée, qui fonctionne de manière linéaire et sans discontinuités dans le gain dans tout l'intervalle de variation 30 du signal d'entrée, qui soit très simple en ce qui concerne son circuit et qui fonctionne parfaitement avec des tensions

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d'alimentation inférieures à celles qu'exige la technique connue.

Ce but est atteint, d'après l'invention, par un étage d'entrée comprenant un amplificateur différentiel dont le gain est réglé par une tension produite par un circuit de commande auto5 matique de gain, et un mélangeur Un étage atténuateur, ayant un coefficient d'atténuation prédéterminé, est monté entre les entrées de l'amplificateur différentiel et du mélangeur Lorsque le niveau du signal d'entrée augmente au-delà d'une valeur donnée, l'amplificateur différentiel est désactivé et le signal est

transmis au mélangeur par l'intermédiaire de l'étage atténuateur.

L'invention pourra être mieux comprise à l'aide de la description détaillée suivante de l'une de ses formes de réalisation,

donnée purement à titre d'exemple et, par suite, sans intention

restrictive, en référence aux dessins annexés.

Ia fig 1 est un schéma simplifié du circuit d'un étage d'entrée amplificateur et mélangeur du type décrit et représenté

dans la demande de brevet précitée.

La fig 2 est le schéma d*un circuit du type représenté sur

la fig 1, modifié suivant l'invention.

En examinant les figures, sur lesquelles des éléments semblables correspondent aux mêmes symboles de référence, et en particulier la fig 1, on voit que l'étage d'entrée comprend un premier amplificateur différentiel, du type connu comme amplificateur différentiel "cascode" et utilisé couramment dans les étages d'entrée à radiofréquence à large bande Il est constitué par deux paires de transistors npn, T 1, T 2 et T 3, T 4 Les transistors T 1, T 2 de la première paire ont leurs émetteurs raccordés ensemble, à travers une résistance R 1, à la borne négative, représentée par le symbole de masse, d'une source de tension 30 d'alimentation et leurs bases raccordées chacune à une borne d'une source de signaux de radiofréquence, par exemple un transformateur d'antenne, représenté sur le dessin par un enroulement à l'intérieur d'un bloc désigné par RF Les bases de T 1 et T 2 sont en outre raccordées ensemble, en continu, à travers une résistance R 2, au pôle positif d'une source de tension de référence Vrl La base de T 2 est également mise à la masse par l'intermédiaire d'un condensateur C 1, qui constitue un courtcircuit pour le signal d'entrée Les collecteurs de T 1 et T 2

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sont raccordés respectivement aux émetteurs des transistors T 3 et T 4 qui ont à leur tour les bases raccordées ensemble à la borne positive d'une source de tension de référence Vr 2 Un second amplificateur différentiel comprend deux transistors npn T 5 et T 6 dont les émetteurs sont raccordés,respectivement à travers les résistances de linéarisation R 3 et R 4, au collecteur d'un transistor npn T 7 dont l'émetteur est à la masse et qui a la fonction de générateur de courant Les bases de T 5 et T 6 sont raccordées respectivement au collecteur de T 3 et au collexteur 10 de T 4 et toutes les deux à la borne positive +Vcc de la source d'alimentation, respectivement à travers les résistances R 5 et R 6 Un étage d'entrée auxiliaire comprend deux transistors npn T 12 et T 13 dont les bases sont raccordées en commun aux bases de T 3 et de T 4, les collecteurs sont raccordés respectivement aux 15 collecteurs de T 5 et de T 6 et les émetteurs sont raccordés respectivement aux bases de T 1, à travers la résistance R 7, et de T 2 à travers la résistance R 8 Les deux transistors T 12 et T 13 sont connectés suivant le montage à base commune et ont pour cette raison un gain de courant inférieur à l'unité, c'est- à20 dire qu'ils constituent un étage atténuateur pour le signal d'entrée Selon ce qui sera mieux expliqué ultérieurement dans

la présente description, cet étage d'entrée atténuateur est

inactif pour les bas niveaux moyens du signal d'entrée de radiofréquence, tandis qu'il conduit, shuntant l'étage d'entrée am25 plificateur, constitué par le premier et par le second amplificateurs différentiels, lorsque le niveau moyen du signal d'entrée est élevé.

Les entrées du premier amplificateur différentiel, c'està-dire les bases de T 1 et T 2, et les entrées de l'étage atténua50 teur, c'est-à-dire les émetteurs de T 12 et T 13 par l'intermédiaire des résistances R 7 et R 8 respectivement, sont raccordées ensemble, en continu, à une sortie d'un circuit, représenté par un bloc AGC, à la seconde sortie duquel est reliée la base de T 7 Le circuit représenté par le bloc AGC produit deux tensions 35 continues, V 1 et V 2, dont les grandeurs dépendent du niveau du signal de radiofréquence d'entrée Pour représenter cette dépendance, la borne d'entrée du bloc AGO est désignée sur le

dessin par V(RF).

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Deux paires de transistors npn semblables, T 8, T 9 et T 10, T 11, sont raccordées entre elles de manière à former un mélangeur double équilibré: en particulier, les émetteurs de la paire T 8, T 9 sont raccordés ensemble aux collecteurs de T 5 et T 12 et les émetteurs de la paire T 1 O, Tll sont raccordés ensemble aux collecteurs de T 6 et T 13 Les deux bornes d'une première entrée du mélangeur sont constituées, pour les bas niveaux moyens du signal d'entrée de radiofréquence, par les bornes d'entrée du second amplificateur différentiel, c'est-à-dire par 10 les bases des transistors T 5 et T 6; pour les niveaux moyens élevés du signal d'entrée de radiofréquence, elles sont par contre constituées par les bornes d'entrée de l'étage atténuateur, c'est-à-dire par les émetteurs de T 12 et T 13 Les bases de T 9 et T 10, reliées l'une à l'autre, constituent une borne d'une seconde entrée du mélangeur, qui a comme seconde borne le

p 8 le positif +Vcc de l'alimentation.

A la seconde entrée du mélangeur est raccordé un oscillateur, représenté par un bloc OS sur le dessin, dont la fréquence est variable en fonction de la fréquence du signal syntonisé dans le bloc RF, de façon bien connue des spécialistes et, par

suite, ni décrite, ni représentée sur le dessin.

La base et le collecteur de T 8, le collecteur de T 10 et la base de Tll sont raccordés à la borne d'alimentation +Vcc et les collecteurs de T 9 et Tll, unis l'un à l'autre, constituent 25 la sortie de l'étage mélangeur et sont raccordés, à travers un filtre passe-bande FT, à l'entrée d'un étage amplificateur à fréquence intermédiaire, représenté par le bloc IF sur la figure. Le fonctionnement du circuit décrit ci- dessus est le sui30 vant Un signal de radiofréquence, syntonisé dans le bloc RF, est amplifié, lorsqu'il présente un bas niveau moyen, dans l'étage d'entrée amplificateur constitué par les deux amplificateurs différentiels (T 1-T 4; T 5, T 6), puis introduit dans le mélangeur (T 8- T 11) Dans le mélangeur, le signal de radiofréquen35 ce est combiné avec le signal provenant de l'oscillateur OS, appliqué à la seconde entrée du même mélangeur, d'o il résulte qu'à la sortie du mélangeur est présent un signal de radiofréquence complexe, comprenant deux composants qui ont unefr&quence

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égale à la somme et à la différence entre la fréquence du signal d'entrée et la fréquence de l'oscillateur OS Ce signal est convenablement filtré dans le filtre FT, amplifié dans l'amplificateur, puis traité finalement dans d'autres circuits du récepteur, non représentés sur le dessin. Les gains du premier et du second amplificateurs différentiels sont réglés automatiquement par le circuit AGC au moyen des deux tensions continues V 1 et V 2 dont les grandeurs dépendent du niveau moyen du signal d'entrée de radiofréquence La tension 10 V 1 agit sur le premier amplificateur différentiel en modifiant la polarisation des bases des deux transistors T 1 et T 2; la tension V 2 agit sur le second amplificateur différentiel en faisant varier la conduction du transistor T 7 et, par suite, le courant fourni par celui-ci au circuit En particulier, quant le niveau moyen du signal d'entrée augmente, les tensions V 1 et

V 2 diminuent, ce qui fait que, comme on peut le constater facilement, les courants d'émetteur des transistors des deux amplificateurs différentiels et, par suite, les gains de ceux-ci diminuent également.

Les résistances R 7 et R 8 sont dimensionnées de telle manière que les transistors T 12 et T 13 ne conduisent pas tant que la tension V 1 appliquée par le circuit AGC aux entrées du premier amplificateur différentiel est encore assez élevée pour garantir une réponse linéaire de celui-ci Quand le niveau du signal d'entrée est assez élevé pour provoquer, par l'intermédiaire du circuit AGC, une nouvelle réduction de la tension V 1, les transistors T 12 et T 13 commencent à conduire, en shuntant entre entrée et sortie le circuit formé par le montage en cascade du premier et du second amplificateurs différentiels L'effet de shunt augmente avec l'élévation du niveau du signal, tandis que le gain des deux amplificateurs différentiels en cascade diminue, jusqu'à ce que ces derniers restent complètement inactifs et que le signal soit introduit dans le circuit du mélangeur uniquement à travers les deux transistors T 12 et T 13 Comme on l'a vu, les 35 deux transistors T 12 et T 13 constituent un étage atténuateur pour le signal d'entrée qui peut donc atteindre des niveaux, même très élevés, sans subir de distorsions Dans la pratique, de tels niveaux sont limités par les conditions de polarisation

et, en particulier, par les tensions de référence Vrl et Vr 2.

Toutefois, lorsqu'on adopte la solution décrite ci-dessus, quand il se produit des variations de niveau du signal qui provoquent la désactivation de l'un des étages d'entrée, le dispositif 5 a un comportement non linéaire, ce qui introduit des distorsions dans le signal; il se produit en outre une discontinuité dans le

gain qui comporte un abaissement de niveau du signal en sortie.

Ces inconvénients peuvent théoriquement être évités par un réglage précis des paramètres qui définissent les lois d'extinction 10 et d'allumage des deux étages d'entrée, mais la dispersion des valeurs des paramètres des composants du circuit, que l'on observe en cas de production en série des circuits intégrés, rend inévitables les inconvénients précités, ce qui fait qu'une telle

précision au projetage devient vaine.

Le fonctionnement d'un circuit du type représenté sur la fig 1, lors des variations de niveau du signal en entrée qui amènent à privilégier l'un ou l'autre parcours du signal, est considérablement amélioré, d'après l'invention, par l'addition de quelques composants Comme le montre la fig 2, ces composants 20 consistent en deux résistances, désignées par R 9 et R 10, et en une source de tension de référence Vr 5 Dans le montage représenté sur la fig 2, les deux transistors T 12 et T 13 de l'étage d'entrée atténuateur ont leurs émetteurs reliés à la masse, respectivement à travers les résistances R 9 et R 10, et leurs bases raccordées ensemble à la borne positive de la source de tension de référence Vr 3 La valeur de la tension de référence Vr 3 et le dimensionnement des résistances R 9 et R 10 sont tels que les jonctions base-émetteur des transistors T 12 et T 13 de l'étage atténuateur soient polarisées en direct, ce qui fait que ces transistors sont 30 toujours allumés et, en conséquence, fonctionnent en classe A. Cet étage a donc un coefficient d'atténuation prédéterminé et constant Lorsque le niveau du signal d'entrée est encore assez bas, ce signal est amplifié par l'étage d'entrée à gain élevé, constitué par les deux amplificateurs différentiels en cascade, 35 tandis que l'étage d'entrée auxiliaire atténue un signal déjà

bas, ce qui fait que son action est négligeable.

Iorsqu'augmente le niveau moyen du signal d'entrée, le circuit AGC réduit les tensions V 1 et V 2 et il se produit donc une

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diminution du gain de l'étage d'entrée amplificateur, jusqu'à la désactivation de celui-ci pour des signaux d'entrée très élevés.

Le signal d'entrée est donc introduit dans le circuit du mélangeur uniquement à travers l'étage atténuateur, ce qui fait que ce signal peut atteindre des niveaux même très élevés évidemment dans des limites compatibles avec les conditions de polarisation sans subir de distorsions Comme on l'a vu, cet étage d'entrée est toujours allumé et fonctionne dans des conditions d'atténuation prédéterminées, d'o il résulte qu'il ne se manifes10 te pas de phénomènes non linéaires, ni de discontinuités dans le gain, dans les phases dans lesquelles l'étage amplificateur est interdit et seul reste allumé l'étage atténuateur On évite ainsi les distorsions de signal et les abaissements de niveau en sortie qui se manifestaient dans les transitoires d'activation

(ou de désactivation) de l'atténuateur.

Il convient de noter en outre que le circuit selon l'invention, représenté sur la fig 2, est particulièrement avantageux par le fait qu'il permet d'utiliser des tensions d'alimentation inférieures à celles qui sont nécessaires pour le fonctionnement 20 du circuit de la fig 1 On peut analyser de la manière suivante

les éléments qui conditionnent les valeurs des tensions d'alimentation dans les circuits représentés sur les fig 1 et 2.

La tension continue V 1, produite par le bloc AGC, est déterminée au projetage de telle manière qu'à l'augmentation du 25 niveau du signal d'entrée, elle passe d'une valeur maximale égale à 2 VBE environ, à laquelle correspond le gain maximal du premier étage différentiel, à une valeur minimale égale à 1 VBE

environ, à laquelle correspond la désactivation de cet étage.

Les résistances R 7 et R 8, dans le montage de la fig 1, sont 30 dimensionnées de manière à maintenir inactifs les transistors T 12 et T 13, tant que le niveau du signal d'entrée n'est pas suffisamment élevé Quand les transistors T 12 et T 13 sont en conduction, il résulte d'un tel dimensionnement une chute de tension dont la valeur se situe aux alentours de 1 VYBE dans chacune des 35 deux résistances R 7 et R 8.

la conséquence en est que la source de référence Vr 2 doit fournir une tension de valeur voisine de 3 VBE pour que les transistors T 12 et T 13 puissent conduire D'autre part, la

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tension d'alimentation doit être suffisamment supérieure à la tension de la source de référence Vr 2 pour compenser les chutes de tension inévitables dans les différents maillons individuels du circuit de la fig 1 et contenant la source -Vr 2 et la source 5 d'alimentation Par un dimensionnement approprié des composants du circuit, résistances et transistors, et en portant, en cas

de nécessité, le point de fonctionnement au repos des transistors à la limite de la zone active, voisine de la saturation, la tension d'alimentation peut être contenue dans des valeurs d'envi10 ron 2 V, mais, pour un fonctionnement correct du circuit récepteur, on ne peut pas descendre au-dessous de ces valeurs.

Par contre, d'après le principe de l'invention et dans le montage de la fig 2, si l'on dimensionne convenablement les résistances R 9 et R 10, il suffit, pour le fonctionnement des transistors T 12 et T 13, que la source de référence Vr 3 fournisse une tension dont la valeur est de l'ordre de 2 VBE, égale, dans chaque branche de l'étage atténuateur, à la somme de la chute de tension à la jonction base-émetteur du transistor correspondant et de la chute de tension dans la résistance de mise à la 20 masse De manière analogue, si l'on porte le point de fonctionnement au repos des transistors T 1 et T 2 à la limite de la zone active, voisine de la saturation, afin que le premier étage différentiel conduise, il suffit que la source de référence Vr 2

fournisse une tension dont la valeur est de l'ordre de 2 VB.

Ainsi, si l'on dimensionne convenablement les résistances R 5 et

R 6 et si l'on fait également fonctionner les transistors T 3 et T 4 à la limite de la zone active, voisine de la saturation, le système de la fig 2 fonctionne parfaitement avec une tension d'alimentation de l'ordre de 1, 5 V, c'est-à-dire inférieure à 30 celle du circuit de la fig 1.

On notera enfin que l'on peut réaliser une autre forme de réalisation de l'invention en utilisant, au lieu d'un étage atténuateur de structure symétrique, une unique branche atténuatrice Il va de soi qu'une telle solution peut être adoptée quand il est nécessaire de réduire au maximum le nombre des composants et qu'une légère altération du rapport signalbruit est

acceptable.

Il est en outre évident qu'on peut apporter de multiples

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variantes et modifications aux formes de réalisation de l'invention décrite, sans s'eécarter pour autant du cadre de celle-ci.

Par exemple, à la place des transistors npn, on pourra utiliser des transistors pnp et, à la place d'un ou de plusieurs des transistors représentés et décrits comme des transistors bipolaires, on pourra utiliser des transistors à effet de champ.

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Claims

REVENDICATIONS

1 Etage d'entrée amplificateur et mélangeur à transistors pour un récepteur de signaux de radiofréquence, comprenant un ampiificateur différentiel (T 1-T 4) dont les bornes d'entrée différen5 tielle sont raccordées à la sortie d'un générateur de signaux de radiofréquence (RF) et une borne de réglage est raccordée à un circuit de contr 8 le automatique de gain (AGC) du récepteur qui produit au moins une tension (V 1, V 2) variable en fonction du niveau moyen du signal de radiofréquence pour régler automati10 quement le gain de l'amplificateur, et un circuit mélangeur (T 5T 11) dont une première entrée est raccordée aux bornes de sortie différentielle de l'amplificateur différentiel (T 1- T 4), une seconde entrée est reliée à un oscillateur (OS) et une sortie est la sortie de l'étage, caractérisé en ce qu'il comprend un atténua15 teur (T 12, T 13, R 7-R 10) monté entre la sortie du générateur de

signaux de radiofréquence (RF) et le mélangeur (T 5-T 11), cet atténuateur ayant un co:efficient d'atténuation prédéterminé.

2 Etage d'entrée selon la revendication 1, dans lequel la sortie du générateur de signaux de radiofréquence (RF) est un 20 court-circuit pour le courant continu, dans lequel la borne de réglage du gain coincide avec l'une des bornes d'entrée de l'amplificateur différentiel (T 1-T 4) et dans lequel le mélangeur (T 5-Tll) comprend un étage différentiel d'entrée (T 5-T 7), caractérisé en ce que l'atténuateur (T 12, T 13, R 7- R 10) comprend au 25 moins un transistor (T 12, T 13) dont l'émetteur est raccordé, à travers une résistance (R 7, R 8), à la sortie du générateur de signaux de radiofréquence et le collecteur est raccordé à une borne de sortie de l'étage différentiel d'entrée du mélangeur

(T 5-T 7), ce transistor étant en outre raccordé à des éléments de 30 circuit capables de polariser directement sa jonction baseémet eur.