DE1766654B1

DE1766654B1 - Begrenzerverstaerkerstufe

Info

Publication number: DE1766654B1
Application number: DE19681766654
Authority: DE
Inventors: Jack Avins; Jack Craft
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1967-06-29
Filing date: 1968-06-28
Publication date: 1972-02-03
Also published as: BE717262A; FR1571140A; GB1177760A; ES370951A1; ES355465A1; NL6809164A; SE352792B; US3467909A; MY7300248A

Description

T I? _1_ T/ _Ι_Ϊ? Γ

If. — i_P1i I\7± I V ht>\& "T" iVoo Ιί,ΐή

20

3°

' 26 — 4l4 " *24 + V_beX6 + 1

wobei F₂₆ der Betrag der ersten Betriebsspannung (Klemme 26), V_bel6 der Ruhespannungsabfall an der Basis-Emitter-Strecke und /_el6 der Emitterruhestrom des zweiten Transistors (16), /_cl4 der Kollektorruhestrom des ersten Transistors (14), K₂₄ der Kollektorwiderstand (24) des ersten Transistors (14) und K₂₈ der Emitterkreiswiderstand (28) des zweiten Transistors (16) sind.

2. Begrenzerverstärkerstufe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis des ersten Transistors (14) an einem Bezugspotential liegt und sein über einen Emitterwiderstand (20) an der zweiten Betriebsspannung (Klemme 22) liegender Emitter mit dem Emitter eines dritten Transistors (12) zusammengeschaltet ist, dessen Kollektor an der ersten Betriebsspannung (Klemme 26) liegt und dessen Basis mit einer Signalquelle (18) verbunden ist, deren Gleichspannungskomponente gleich dem Bezugspotential ist, und daß das Verhältnis von Kollektorwiderstand (24) zu Emitterwiderstand (20) des ersten Transistors (14) durch die Gleichung

■24

■20

bel6

- F

26

V₂₂ + V₁

beU

bestimmt ist, wobei R₂₄ der Kollektorwiderstand (24), R₂₀ der Emitterwiderstand (20) des ersten Transistors (14), F₆^₁₄ die Basis-Emitter-Durchlaßspannung des zweiten Transistors (14) und F₂₂ der Betrag der zweiten Betriebsspannung (Klemme 22) sind.

3. Begrenzerverstärkerstufe nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß die Basis des ersten

60

65 Transistors (14) an einem Bezugspotential liegt und sein Emitter mit dem Emitter eines dritten Transistors (12) zusammengeschaltet ist, dessen Kollektor an der ersten Betriebsspannung (Klemme 26) liegt und dessen Basis mit einer Signalquelle (18) verbunden ist, deren Gleichspannungskomponente gleich dem Bezugspotential ist und daß die zusammengeschalteten Emitter des zweiten und dritten Transistors (14,12) mit dem Kollektor eines vierten Transistors (40) verbunden sind, dessen Emitter die zweite Betriebsspannung (Klemme 22) und dessen Basis eine Vorspannung zugeführt wird.

4. Begrenzerverstärkerstufe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur Basis-Emitter-Strecke des vierten Transistors (40) eine Temperaturstabilisierungsdiode (44) geschaltet ist und die Basis dieses Transistors über einen Basiswiderstand (42) an die erste Betriebsspannung (Klemme 26) geschaltet ist und daß das Verhältnis von Kollektorwiderstand (24) des ersten Transistors (14) zu Basiswiderstand (42) des vierten Transistors (40) durch die Gleichung

^24

R.

'42

- v_he]

•16

- ν.

22

' /n-40

bestimmt ist, wobei F^₄₀ der Ruhespannungsabfall an der Basis-Emitter-Strecke des vierten Transistors (40) ist.

5. Begrenzerverstärkerstufe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur Basis-Emitter-Strecke des vierten Transistors (40) eine Temperaturstabilisierungsdiode (44) geschaltet ist und die Basis dieses Transistors über einen Basiswiderstand (42) an das Bezugspotential angeschlossen ist und daß das Verhältnis von Kollektorwiderstand (24) des ersten Transistors (14) zu Basiswiderstand (42) des vierten Transistors (40) durch die Gleichung

■24

^42

/«16*28-

'26

V₂₂ + V₁

be40

bestimmt ist, wobei V_bei0 der Ruhespannungsabfall an der Basis-Emitter-Strecke des vierten Transistors (40) ist.

6. Begrenzerverstärkerstufe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Emitter des zweiten Transistors (16) über einen unterteilten Emitterwiderstand mit der zweiten Betriebsspannung (Klemme 22) verbunden ist und daß der betriebsspannungsseitige Teilwiderstand (30) durch die Gleichung

ρ (-F₂₂)K₂₈

^K30 — τ/ τ/ τ ρ

bestimmt ist.

7. Begrenzerverstärkerstufe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Transistoren und Widerstände in an sich bekannter Weise in einer integrierten Schaltung ausgebildet sind.

Die Erfindung betrifft eine Begrenzerverstärkerstufe mit einem ersten Transistor, dessen Kollektor

über einen Kollektorwiderstand an einer ersten Betriebsspannung liegt und dessen Basis-Emitter-Strecke durch eine Signalquelle angesteuert wird, ferner mit einem zweiten Transistor, der als Emitterfolger geschaltet ist und mit seiner Basis unmittelbar an den Kollektor des ersten Transistors angeschlossen ist und dessen Emitter über eine galvanische Verbindung mit einem zu einer Ausgangsklemme führenden Emitterkreiswiderstand an eine zweite Betriebsspannung geführt ist.

Es ist eine mit Röhren aufgebaute Begrenzerschaltung bekannt, bei welcher zwei Röhren mit ihren Kathoden zusammengeschaltet und über einen Kathodenwiderstand an eine negative Spannung gelegt sind. Dem Gitter der ersten Röhre, welche als Kathodenfolger arbeitet, wird ein Eingangssignal zugeführt, das über den gemeinsamen Kathodenwiderstand auf die Kathode der zweiten, in Gitter-Basis-Schaltung betriebenen Röhre gekoppelt wird. Die Anoden beider Röhren sind über je einen Widerstand an Masse gelegt. Von der Anode der zweiten Röhre wird das Signal dem Gitter einer nachgeschalteten Kathodenfolgerröhre zugeführt, deren Anode über einen Widerstand eine positive Spannung zugeführt wird und deren Kathode über ein Potentiometer an Masse liegt. Vom einstellbaren Schleifer des Potentiometers kann die Ausgangsspannung mit einer einstellbaren Amplitude abgenommen werden. Die Bemessung der Schaltung ist dabei so getroffen, daß die Kathodenfolgerröhre gesperrt ist, wenn die zweite, als Begrenzerröhre wirkende Röhre leitet, und umgekehrt. Ferner ist die bekannte Schaltung für einen Betriebsfrequenzbereich bis 120 kHz ausgelegt.

Gegenüber dieser bekannten Schaltung besteht die Aufgabe der Erfindung in der Angabe einer symmetrisch arbeitenden, mit Transistoren aufgebauten Begrenzerstufe für eine wesentlich höhere Betriebsfrequenz. Ferner sollen die Ruhepotentiale an den Signaleingangs- und -ausgangsklemmen gleich sein, damit sich mehrere derartige Stufen ohne Zwischenschaltung von Koppelkapazitäten unmittelbar hintereinanderschalten lassen. Die besondere Problematik bei mit hohen Frequenzen arbeitenden Transistorbegrenzerstufen besteht in der Auswirkung der kapazitiven Belastung am Emitter des nachgeschalteten Emitterfolgers: Wenn nämlich der Emitterfolger mit einer Signalhalbwelle angesteuert wird, welche den ihn durchfließenden Strom herabsetzt und welche sich schneller ändert, als sich die am Emitter des Transistors wirksame Belastungskapazität entladen kann, dann wird der Emittertransistor in den Sperrzustand gesteuert, so daß er nicht mehr als Emitterfolger arbeitet und eine Unsymmetrie des Ausgangssignales verursacht. Wegen der ganz anderen Vorspannungsverhältnisse bei Elektronenröhren treten die Probleme der kapazitiven Belastung eines Emitterfolgers bei der bekannten Röhrenschaltung überhaupt nicht auf, da die Differenz der Gittervorspannung im Arbeitspunkt zur Sperrspannung einige Volt beträgt, während diese Spannungsdifferenz bei einem Transistor ganz erheblich geringer ist. Während ferner ein Begrenzertransistor bereits mit einer Kollektor-Basis-Spannung in der Größenordnung der Basis-Emitter-Abschaltspannung des Emitterfolgetransistors bereits zufriedenstellend arbeitet, würde bei einer Röhrenschaltung eine Spannung in der Größenordnung von 5 bis 10 Volt zwischen Anode und Gitter, welche der Sperrspannung der Gitter-Kathoden-Strecke einer Kathodenfolgerröhre entspricht, keineswegs ausreichend sein, um die Röhre vernünftig zu betreiben. Ein einfacher Austausch zwischen Röhren und Transistoren ist somit im vorliegenden Falle nicht möglich.

Bei der Entwicklung integrierter Schaltungen treten zahlreiche Probleme auf. So sind beispielsweise Koppelkapazitäten zwischen aufeinanderfolgenden Stufen Widerstands- und kapazitätsgekoppelter Verstärker manchmal unerwünscht. Selbst kleine Koppelkapazitäten benötigen nämlich in integrierten Schaltungen eine beträchtliche Fläche, und kleine Koppelkapazitäten begrenzen nicht nur den unteren Frequenzbereich des Verstärkers, sondern auch den oberen und damit die Verstärkung bei der gewünschten Signalfrequenz; außerdem wird der Frequenzbereich am oberen Ende auch durch die schaltungsmäßig parallelliegenden Streukapazitäten, welche bei der Ausbildung integrierter Kondensatoren auftreten, begrenzt.

Bei hintereinandergeschalteten, direkt gekoppelten Verstärkerstufen wird die an der Ausgangselektrode einer Stufe auftretende Spannung auch der folgenden Stufe zugeführt. Für die Aufrechterhaltung des gewünschten Arbeitspunktes jeder der hintereinandergeschalteten Stufen sind daher aufwendige Vorspannungsnetze erforderlich. Außerdem muß für die Arbeitspunktstabilisierung eine Gleichstromrückkopplung vorgesehen sein. Wenn in einer einzigen integrierten Schaltung eine hohe Verstärkung erreicht werden soll, dann treten in der Rückkopplungsschleife solche Phasenverschiebungen auf, daß die Wahrscheinlichkeit von Schaltungsinstabilitäten vergrößert wird.

Die vorstehend erwähnte Aufgabe der Schaffung eines symmetrisch arbeitenden transistorisierten Begrenzers für hohe Betriebsfrequenzen mit gleichen Ruhepotentialen an den Signaleingangs- und -ausgangsklemmen wird bei einer Begrenzerverstärkerstufe mit einem ersten Transistor, dessen Kollektor über einen Kollektorwiderstand an einer ersten Betriebsspannung liegt und dessen Basis-Emitter-Strecke durch eine Signalquelle angesteuert wird, ferner mit einem zweiten Transistor, der als Emitterfolger geschaltet ist und mit seiner Basis unmittelbar an den Kollektor des ersten Transistors angeschlossen ist und dessen Emitter über eine galvanische Verbindung mit einem zu einer Ausgangsklemme führenden Emitterkreiswiderstand an eine zweite Betriebsspannung geführt ist, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die beiden Betriebsspannungen hinsichtlich der der Basis des ersten Transistors zugeführten Ruhegleichspannung für einen normalen Betrieb des Transistors entgegengesetzt gepolt sind und daß der Emitterkreiswiderstand wesentlich größer als der innere Emitterwiderstand des zweiten Transistors bemessen ist, derart, daß die Basis-Emitter-Strecke dieses Transistors im Betriebsfrequenzbereich von der am Ausgangsanschluß wirksamen Kapazität ausreichend zur Verhinderung eines Sperrens dieser Basis-Emitter-Strecke entkoppelt ist und daß die Schaltungsparameter zur Übereinstimmung der Ruhepotentiale an der Ausgangsklemme und an der Basis des' ersten Transistors so gewählt sind, daß die Gleichung erfüllt ist:

_2S

^lel6 >

5 6

wobei K₂₆ der Betrag der ersten Betriebsspannung, Ausgangskapazität 32 des Verstärkers 10, die in ge- V_bel6 der Ruhespannungsabfall an der Basis-Emitter- strichelten Linien angedeutet ist. Strecke und /_el6 der Emitterruhestrom des zweiten Die nicht dargestellte Betriebsspannungsquelle hat

Transistors, /_cl4. der Kollektorruhestrom des ersten drei Anschlußklemmen für eine erdsymmetrische Transistors, .R₂₄ der Kollektorwiderstand des ersten 5 Speisung mit positiver und negativer Spannung. Transistors und jR₂8 der Emitterkreiswiderstand des Beispielsweise können die Spannungen an den Klemzweiten Transistors sind. men 26 und 22 plus bzw. minus 2,1 Volt gegenüber

Der emitterseitige Teilwiderstand sorgt für eine Masse als Bezugspotential betragen. Entkopplung der an der Signalausgangsklemme wirk- Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird der

samen Kapazität vom Emitter des Emitterfolger- ίο emittergekoppelte Verstärker für einen symmetrischen transistors, so daß auch bei schnellen Signalände- Betrieb dadurch abgeglichen, daß die Basen der rungen, beispielsweise bei einer Betriebsfrequenz von Transistoren 12 und 14 auf praktisch der gleichen 10,7 MHz für den Fall eines Zwischenfrequenzver- Spannung (Massepotential) gehalten werden. Weitere stärkers, die Emitterspannung der Basisspannung Verstärkerstufen der gleichen Schaltung, wie die Vergenügend schnell nachfolgt, so daß ein Sperren des 15 stärkerstufe 10, kann unmittelbar von dieser Stufe Transistors verhindert wird und die Begrenzung angesteuert werden, wenn die Gleichspannung am symmetrisch bleibt. Die angegebene Bemessung sichert Verbindungspunkt der Emitterfolger-Widerstände 28 weiterhin eine Gleichheit der Ruhepotentiale an der und 30 auf Massepotential gehalten wird. In diesem Signaleingangs- und Signalausgangsklemme, so daß Falle sind die emittergekoppelten Verstärker der sich mehrere derartige Stufen ohne weiteres hinter- 20 folgenden Stufen abgeglichen, da die Basen ihrer einanderschalten lassen. Für den Aufbau eines Be- ersten Transistoren gleichstrommäßig auf Massegrenzerverstärkers in integrierter Form ist dies ins- potential liegen.

besondere von Vorteil, da man den für die Aus- Eine vorentwickelte Stufe ist in F i g. 2 dargestellt,

bildung von Koppelkondensatoren erforderlichen Sie war für Fernsehempfänger vorgesehen und ar-Platz auf dem Schaltungsplättchen einsparen kann. 25 beitet bei niedrigeren Frequenzen als der erfindungs-Die Erfindung ist im folgenden an Hand der Dar- gemäße Verstärker. Ein Vergleich der beiden Verstellungen von Ausführungsbeispielen näher erläutert. stärkerstufen zeigt, daß die erfindungsgemäße Stufe Es zeigt gemäß F i g. 1 zusätzlich einen Widerstand 28 im

F i g. 1 ein Schaltbild einer erfindungsgemäßen Emitterkreis des Emitterfolger-Transistors 16 enthält. Begrenzerverstärkerstufe, 30 Bei dem Verstärker nach F i g. 2 betrug das Ver-

F i g. 2 eine Begrenzerverstärkerstufe ohne Trenn- hältnis der Widerstände 24 und 20 zur Stabilisierung widerstand zwischen Emitter und Ausgangsspannungs- gegen Temperatur- und Versorgungsspannungskapazität, Schwankungen 2:1. Bei der Erfindung ist dieses Ver-

F ig. 3 einen in integrierter Form aufgebauten hältnis aus noch zu erläuternden Gründen etwas anders Zwischenfrequenzverstärker mit Demodulator für pha- 35 gewählt.

senmodulierte Wellen und F i g. 3 zeigt ein Schaltbild eines Verarbeitungs-

F i g. 4 eine abgewandelte Ausführungsform der kanals für eine phasenmodulierte Welle bei Frequenzerfindungsgemäßen Begrenzerverstärkerstufe. modulationsempfängern; diese Schaltung kann in Die in F i g. 1 dargestellte Schaltung zeigt eine integrierter Bauweise ausgeführt sein. Der gestrichelte Gleichspannungsverstärkerstufe 10, welche eine 40 Kasten 300 veranschaulicht schematisch ein monoGrundstufe für integrierte Schaltungen sein kann. lithisches Halbleiterschaltungsplättchen für die Ver-Die Verstärkerstufe 10 enthält drei Transistoren 12, Wendung als Zwischenfrequenzverstärker des Emp- 14 und 16, die als emittergekoppelter Verstärker fängers. Das Plättchen hat an seinem Umfang mehrere geschaltet sind, der einen Emitterfolger ansteuert. Kontaktflächen, über welche die Verbindungen herin dem emittergekoppelten Verstärker ist der Tran- 45 gestellt werden können. Beispielsweise können über sistor 12 in Kollektorgrundschaltung geschaltet und die Kontaktflächen 302 und 304 des Plättchens 300 steuert den in Basisgrundschaltung geschalteten Tran- die frequenzmodulierten Signale zugeführt werden, sistor 14. Der Basis des Transistors 12 werden die Die Abmessungen des Plättchens können in der Signale von einer Signalquelle 18, welche nicht not- Größenordnung von 1,5 mm² oder noch weniger wendigerweise ein Bestandteil der integrierten Schal- 50 betragen.

tung sein muß, zugeführt. Die Kopplung zwischen Die von einer geeigneten Signalquelle, beispiels-

den Transistoren 12 und 14 erfolgt über eine direkte weise der Mischstufe des Frequenzmodulationsemp-Emitterverbindung über den Widerstand 20, welcher fängers kommenden frequenzmodulierten Signale werzwischen die Emitter der Transistoren 12 und 14 den zwischen dem Anschluß 306 und Masse zu- und den negativen Anschluß 22 der Betriebsspan- 55 geführt und über einen Kondensator 308 auf eine nungsquelle geschaltet ist. Die Basis des Transistors 14 Resonanzschaltung 310 gegeben, welche auf die Zwiist an ein Bezugspotential, beispielsweise Masse, schenfrequenz von 10,7 MHz abgestimmt ist. Die geschaltet. Zwischen den Kollektor des Transistors 14 Resonanzschaltung 310 und der Koppelkondensator und eine positive Klemme 26 mit der Betriebsspannung 308 werden im dargestellten Beispiel extern an das ist ein Lastwiderstand 24 geschaltet. Die am Wider- 60 Plättchen über die Kontaktflächen 302 und 304 anstand 24 auftretenden verstärkten Signale werden geschlossen.

unmittelbar auf die Basis des Transistors 16 geführt, Die Kontaktfläche 302 ist unmittelbar mit einer

der als Emitterfolger geschaltet ist und in seinem ersten Verstärkerstufe 312, welche drei Transistoren Emitterkreis ein Paar in Reihe geschaltete Wider- 314, 316 und 318 enthält, gekoppelt. Die beiden ersten stände 28 und 30 enthält. Der Widerstand 30 wirkt 65 Transistoren 314 und 316 sind mit Widerständen 320 als Lastwiderstand, an dem Ausgangssignale der und 322 zusammengeschaltet und bilden einen emitter-Stufe 10 entstehen. Der Widerstand 28 dient der gekoppelten Verstärker, während der dritte Tran-Trennung des Emitters des Transistors 16 von der sistor 318 mit Hilfe der Widerstände 324 und 326

als Emitterfolger geschaltet ist. Das von der Verstärkerstufe 321 gelieferte Ausgangssignal erscheint am Verbindungspunkt der Widerstände 324 und 326. Die Verstärkerstufe 312 ist unmittelbar an eine gleiche Verstärkerstufe 328 gekoppelt, welche ebenfalls drei Transistoren 330, 332 und 334 enthält. Die ersten beiden Transistoren 330 und 332 sind mit Hilfe eines Paares Widerstände 336 und 338 zu einem emittergekoppelten Verstärker zusammengeschaltet, während der dritte Transistor 334 mit Hilfe der Widerstände 340 und 342 als Emitterfolger geschaltet ist.

Die Verstärkerstufe 328 ist an eine gleiche Stufe 344 gleichspannungsgekoppelt. Der emittergekoppelte Verstärker der Stufe 344 enthält die Transistoren 346 und 348, den Lastwiderstand 350 und den gemeinsamen Emitterwiderstand 352. Der Emitterfolger enthält den Transistor 354 und die in Reihe geschalteten Widerstände 356 und 358, deren Verbindungspunkt die Ausgangsklemme der Verstärkerstufe 344 bildet.

Die Ausgangssignale von der Verstärkerstufe 344 entstehen am Widerstand 358 und werden auf eine Begrenzungsstufe 360 gegeben, welche einen hohen Begrenzungspegel hat und die Transistoren 362, 364 und 366 sowie eine Diode 368 und einen Widerstand 370 enthält. Der Transistor 366 wirkt als Konstantstromquelle für die Begrenzerstufe 360 und ist in bekannter Weise mit Hilfe der Diode 368 temperaturkompensiert. Der Transistor 364 der Stufe 360 ist über eine Kontaktfläche 372 mit der Primärwicklung eines Diskriminatorübertragers 374 verbunden, dessen Sekundärwicklung über ein Paar Kontaktflächen 376 und 378 mit dem Rest der Diskriminatorschaltung 380 verbunden ist. Der Diskriminator 380 ist so abgeglichen, daß er an der Mittelanzapfung der Sekundärwicklung des Übertragers 374 eine Ausgangsgleichspannung liefert, die sich nicht mit dem Signalpegel verändert.

Der Diskriminator 380 ist als Ratio-Detektor aufgebaut, er enthält jedoch nicht den großen normalerweise für die Spitzengleichrichtung erforderlichen Kondensator, welcher sich nicht in integrierter Form herstellen läßt. Die entgegengesetzt gepolten Gleichrichter des Diskriminators 380 sind mit den Bezugsziffern 382 und 384 bezeichnet, während die verteilten Kapazitäten der integrierten Lastwiderstände 386 und 388 eine Siebung der Signalfrequenz und ihrer Harmonischen bewirkt.

Die vom Diskriminator erzeugten demodulierten Signale werden mit Hilfe der dritten Wicklung des Diskriminatorübertragers 374 einem Deemphasiskondensator 390 und einer Tonfrequenzausgangsklemme 392 zugeführt.

Die Schaltung nach F i g. 3 unterscheidet sich von der nach den F i g. 1 und 2 dadurch, daß die Betriebsspannung nicht symmetrisch ist: sämtliche Spannungen der Schaltung sind gegenüber Masse positiv. Zu diesem Zweck ist die positive Klemme der Gleichspannungsquelle, deren Spannung schwanken kann, mit der Kontaktfläche 496 und die negative Erdklemme mit der Kontaktfläche 408 verbunden. Die zwischen den Kontaktflächen 406 und 408 herrschende ungeregelte Spannung wird unmittelbar dem Transistor 362 der hochpegeligen Stufe 360 zugeführt.

Die Spannungsschwankungen der Versorgungsspannung werden durch die Emitter-Basis-Durchbruchsspannung des Transistors 410 ausgeregelt, der mit der Kontaktfläche 406 über einen Widerstand 412 verbunden ist und dessen Kollektor unangeschlossen bleibt. Die mit der Kontaktfläche 406 bzw. dem Transistor 410 verbundenen Transistoren 414 und 416 dienen als Emitterfolger zur Trennung der der Verstärkerstufe 312 zugeführten geregelten Spannung von der den Stufen 328 und 344 zugeführten Spannung. Die Schaltung nach F i g. 3 enthält ferner ein Paar Transistoren 418 und 420 und drei Widerstände 422, 424 und 426, die eine Vorspannungsquelle 428 für die Verstärkerstufen 312, 328 und 344 bilden. Die Vorspannungsquelle 428 erzeugt über dem Widerstand 426 eine Spannung, die halb so groß wie die Versorgungsspannung an dem Ende des Widerstandes 422 ist, welches nicht an den Kollektor des Transistors 420 angeschlossen ist, und diese Spannung ist unabhängig von Temperatur und Versorgungsspannungsschwankungen. Die Stabilität des Arbeitspunktes der Verstärkerstufen 312, 328 und 344 wird durch eine Gleichspannungsrückkopplung über den Widerstand 430 um diese drei Stufen gewährleistet, bei der über die Kontaktfläche 434 ein Uberbrückungskondensator 432 mit dem Widerstand 430 verbunden ist. Die Begrenzerstufe 360 wird dann automatisch auf dem richtigen Betriebspunkt gehalten, da die Rückkopplung um die Verstärkerstufen 312, 328 und 324 die Basisspannung des Transistors 362 auf der Hälfte der vorerwähnten Betriebsspannung hält. Die Begrenzerstufe 360 arbeitet auf diese Weise spannungssymmetrisch, ohne in die Rückkopplungsschleife einbezogen zu sein. Dies ist erwünscht, da die Neigung zu Schwingungen mit der Rückkopplungsschleife durch eine möglichst geringe Stufenzahl verringert wird. Eine geeignete Vorspannung für die Begrenzerstufe 360 ist infolge der Verwendung des Widerstandes 436, der in der Basisrückführung des Transistors 314 liegt und den gleichen Wert wie der in der Basisrückführung des Transistors 360 liegende Widerstand 430 hat, praktisch unabhängig von der Stromverstärkung des Transistors.

über die Kontaktflächen 402 und 304 sind mit dem Widerstand 436 überbrückungskondensatoren 400 und 438 verbunden.

Die in F i g. 3 beschriebene Schaltung enthält vier Verstärkerstufen, welche sich für einen Frequenzmodulationsempfänger eignen, bei dem das dem Verstärker zugeführte Eingangssignal einen geringeren Signalpegel hat, wenn es mit 10,7 MHz von der Mischstufe geliefert wird, als beispielsweise bei einem Fernsehempfänger, wo es mit 4,5 MHz entweder vom Videogleichrichter oder Videoverstärker geliefert wird.

Aus diesen Gründen ist ein dreistufiger Verstärker

für einen Frequenzmodulations-Rundfunkempfänger ungeeignet, und es wird eine vierte Verstärkerstufe benötigt. Es sei nun angenommen, daß die Verstärkerschaltung nach F i g. 3 einen vierstufigen Verstärker von der in F i g. 2 dargestellten Art bedeutet, d. h., daß die Widerstände 324, 340 und 356 in den Stufen 312, 328 bzw. 344 weggelassen sind und daß das Verhältnis der Widerstände 320 und 322, 336 und 338 und 350 und 352 in diesen Stufen immer 2:1 ist. Es hat sich gezeigt, daß eine derartige Anordnung ein übertragungsverhalten zeigt, das etwas schlechter als erwartet ist, weil bei der Zwischenfrequenz von 10,7 MHz die Ausgangskapazität jeder der gemäß F i g. 2 aufgebauten Verstärkerstufen zur Folge haben, daß der Emitterfolger der Stufe bei einem negativ anwachsenden Signal nicht abgeschaltet wird. Das übertragungsverhalten des Emitterfolgers bei positiv

109 586/265

ίο

für die Widerstände in der Verstärkerstufe 344, so tritt die unerwünschte Gleichrichtung stärker auf, jedoch verringert sich andererseits die Wirkung der Ausgangskapazität auf Emitterfolger - Signalspannungsänderungen.

Das genaue Widerstandsverhältnis für den emittergekoppelten Verstärker zum Ausgleich des zusätzlichen Gleichspannungsabfalls infolge des Emitterfolger-Trennwiderstandes kann durch die folgende i b

E_R-

anwachsenden Signalen wird durch die Vergrößerung der Betriebsfrequenz nicht beeinflußt, so daß die Verstärkercharakteristik des Emitterfolgers unsymmetrisch ist. Diese Unsymmetrie erzeugt eine Gleichrichtungskomponente, die in F i g. 3 unerwünscht ist und noch stärker hervortritt, wenn bis auf die letzten Stufen der Verstärkerkette gleichspannungsgekoppelt wird und durch diese verstärkt wird. Diese verstärkte Komponente wird zusätzlich durch den

Widerstand 430 auf die Basis des Transistors 316 10 Gleichung wiedergegeben werden: der Verstärkerstufe 312 zurückgeführt und führt zu
einer Gesamtwirkung hinsichtlich einer Verschlechterung der Amplitudenmodulationsunterdrückung bei JlL — der Frequenzmodulationsgleichrichtung, insbesondere R_c bei sehr starkem Amplitudenmodulationsgrad. 15

Durch eine Trennung des Emitterfolgertransistors jeder Verstärkerstufe von ihrer Ausgangskapazität, Hierbei ist

wie es die F i g. 1 im Gegensatz zur F i g. 2 zeigt, werden jedoch die Auflade- und die Entladezeit- R_L =

konstanten dieser Stufen wesentlich symmetrischer, so daß hierdurch die Größe der gleichgerichteten Gleichspannungskomponente verringert wird. Hierdurch verringert sich die verteilte Kapazität über den Emitterfolger-Transistoren, und die Amplitudenmodulationsunterdrückung bei hohen Frequenzen wird verbessert.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung im Hinblick auf die Schaltung nach Fig. 2 liegt in folgendem: Dadurch, daß der Lastwiderstand des emittergekoppelten Verstärkers jeder Stufe doppelt so groß ist wie der gemeinsame Emitterwiderstand, ist die am Emitterfolgerausgangswiderstand entstehende Gleichspannung in ihrem Wert gleich der Eingangsbasisspannung des emittergekoppelten Paares. Diese Gleichspannung JÜL

wird zusätzlich gegen Temperatur und Versorgungs- 35 ^c

Spannungsschwankungen stabilisiert. In diesem Fall
ist die Gleichspannung am Kollektor des zweiten
Transistors des emittergekoppelten Verstärkers etwa
0,7 V größer als die Ausgangsspannung, wobei der
Spannungsabfall von 0,7 V die Basis-Emitter-Span- 40
nung des Emitterfolger-Transistors ist. Die Einfügung j γ

des Trennwiderstandes in die Verstärkerstufe nach —p—

F i g. 3 erfordert somit eine Erhöhung der Gleich- ^R

spannung am Kollektor, damit derselbe Spannungsabfall am Ausgangswiderstand aufrechterhalten wird, so daß eine Kaskadenschaltung der Stufen möglich ist. Dies wird durch die Verstärkerstufen der F i g. 1 und 3 durch Verringerung des Wertes des Lastwiderstandes des emittergekoppelten Verstärkers und damit des

_lH,

Lastwiderstand des emittergekoppelten Verstärkers,

R_c = gemeinsamer Emitterwiderstand, Emitterfolger-Trennwiderstand, Emitterfolger-Ausgangswiderstand, hohe Gleichspannung an den Basen der emittergekoppelten Verstärkertransistoren, die Basis-Emitter-Durchlaßspannung des Emitterfolgertransistors, die bei monolithischen integrierten Siliziumschaltungen 0,7 Volt ist.

R₁ = R₀- = E_R =

V_he3 = Das Widerstandsverhältnis
Gleichung

E_R- V

kann auch aus der

(2)

_he

bestimmt werden, bei der V der Spannungsabfall am Emitterfolgertrennwiderstand ist, da gilt

(3)

Der am Kollektor des zweiten Transistors des emittergekoppelten Verstärkers erforderliche Gleichspannungsanstieg ist so gerichtet, daß eine Sperrung dieser Stufe verhindert wird. Dadurch wird eine Abstrahlung harmonischer Schwingungen, welche durch

vorerwähnten Widerstandsverhältnisses 50 die Verstärkerstufe erzeugt werden können, verringert, erreicht, bis die sich daraus ergebende Vergrößerung und die AM-Unterdrückung bei der FM-Demoduder Gleichspannung am Kollektor des zweiten Tran- lation wird verbessert. Wird dem Kontaktbereich 406 sistors der Verstärkerstufe den zusätzlichen Span- in F i g. 3 eine ungeregelte Spannung von plus 5 Volt nungsabfall am Trennwiderstand der Stufe ausgleicht. zugeführt und haben die Bauelemente die einge-Die sich ergebende AM-Unterdrückung überwiegt 55 tragenen Werte, so entsteht am Ausgangsanschluß die leichte Temperaturabhängigkeit und Spannungs- jeder Verstärkerstufe eine Ruhegleichspannung von

etwa 2,1 Volt. Dies ist dieselbe Gleichspannung, wie sie am Basiseingang der Stufe durch die Betriebsspannungsquelle 428 und die Rückführungswider-

das Verhältnis des Widerstandes 350 des emitter- 60 stände 430 und 436 erzeugt wird, gekoppelten Verstärkers zum gemeinsamen Emitter- F i g. 4 zeigt eine Abwandlung des gleichspannungs-

widerstand 352/1,72. Das gleiche Verhältnis besteht gekoppelten Verstärkers. Ein Vergleich der beiden für die entsprechenden Widerstände 336 und 338 in Stufen zeigt, daß der gemeinsame Emitterwiderstand 20 der Stufe 328 und die Widerstände 320 und 322 in der der F i g. 1 hier durch die Emitter-Kollektor-Strecke Stufe 312. Die absoluten Werte für diese Widerstands- 65 eines Konstantstromtransistors ersetzt ist, dessen

abhängigkeit, welche durch eine Abweichung vom Widerstandsverhältnis 2:1 entsteht, bei weitem. Bei der Verstärkerstufe 344 der F i g. 3 beträgt

gruppen sind jedoch jeweils um den Faktor 3 vergrößert, um den Stromverbrauch der Stufen 312 und zu verringern. Verwendet man niedrigere Werte Basis über einen Widerstand 42 mit der positiven Betriebsspannungsklemme 26 verbunden ist. Ferner ist über den Emitter-Basis-übergang des Transistors 40

zur Temperaturkompensation eine Diode 44 gekoppelt. Die Durchlaßspannung über diesem übergang ist praktisch gleich der entsprechenden Spannung am Basis-Emitter-Ubergang des Transistors 16.

Ebenso wie bei den Verstärkerstufen nach den F i g. 1 und 3 erzeugt die Verstärkerstufe nach F i g. 4 praktisch gleiche Eingangs- und Ausgangsgleichspannungspotentiale, wenn der Emitterfolger-Trennwiderstand 28 vorhanden ist und die Widerstände der emittergekoppelten Verstärker richtig gewählt sind, w Insbesondere ergibt sich dieser Zusammenhang, wenn die folgende Gleichung gilt:

R₁₁

1 -

1 +

Il
R_n

- v_h„

(4)

wobei R_B der Wert des Widerstandes 42 und E die der Klemme 26 zugeführte Betriebsgleichspannung ist, während die Werte R_L, E_R, R, und R₀ den vorerwähnten entsprechen. In Abhängigkeit vom Spannungsabfall I V am Trennwiderstand JR/ des Emitterfolgers

werden die Gleichspannungspotentiale aufrechterhalten, wenn die Gleichung gilt:

R Γ F 4- IV ~\

ΊΓ ^{= 2}\^ι- \

Wenn für eine der Verstärkerschaltungen nach den F i g. 1, 3 oder 4 die geeigneten Widerstandverhältnisse gewählt werden und die Basis-Emitter-Durchlaßspannungen der Transistoren alle gleich sind, läßt sich zeieen, daß

mit

Vc = E-Ve+ W

Vc = Ruhegleichspannung am Kollektor des zweiten Transistors des emittergekoppelten Paares.

Ve = Ruhegleichspannung am Emitter des zweiten Transistors des Paares und
E und I V wie oben.

Anders ausgedrückt läßt sich zeigen, daß
Vc -E_R= V_1n., + I V

ist, wobei Vc.
Größen sind.

Er- V_hl und V die vorerwähnten

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen COPY

Claims

Patentansprüche:

1. Begrenzerverstärkerstufe mit einem ersten Transistor, dessen Kollektor über einen Kollektorwiderstand an einer ersten Betriebsspannung liegt und dessen Basis-Emitter-Strecke durch eine Signalquelle angesteuert wird, ferner mit einem zweiten Transistor, der als Emitterfolger geschaltet ist und mit seiner Basis unmittelbar an den Kollektor des ersten Transistors angeschlossen ist und dessen Emitter über eine galvanische Verbindung mit einem zu einer Ausgangsklemme führenden Emitterkreiswiderstand an eine zweite Betriebsspannung geführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Betriebsspannungen (Klemmen 22, 26) hinsichtlich der der Basis des ersten Transistors (14) zugeführten Ruhegleichspannung für einen normalen Betrieb des Transistors entgegengesetzt gepolt sind und daß der Emitterkreiswiderstand (28) wesentlich größer als der innere Emitterwiderstand des zweiten Transistors (16) bemessen ist, derart, daß die Basis-Emitter-Strecke dieses Transistors (16) im Betriebsfrequenzbereich von der am Ausgangsanschluß wirksamen Kapazität (32) ausreichend zur Verhinderung eines Sperrens dieser Basis-Emitter-Strecke entkoppelt ist und daß die Schaltungsparameter zur Übereinstimmung der Ruhepotentiale an der Ausgangsklemme und an der Basis des ersten Transistors (14) so gewählt sind, daß die Gleichung erfüllt ist: