DE1186521B

DE1186521B - Transistor mixer with IF feedback

Info

Publication number: DE1186521B
Application number: DEK39625A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Waldemar Moortgat-Pick
Original assignee: KOERTING RADIO WERKE GmbH
Current assignee: KOERTING RADIO WERKE GmbH
Priority date: 1960-01-09
Filing date: 1960-01-09
Publication date: 1965-02-04

Description

Transistor-Mischstufe mit ZF-Rückkopplung Die Erfindung betrifft eine Transistor-Mischstufe, bei der in an sich bekannter Weise eine ZF-Rückkopplung angewendet ist, vorzugsweise als selbstschwingende Mischstufe.Transistor Mixer with IF Feedback The invention relates to a Transistor mixer stage in which an IF feedback is used in a manner known per se is, preferably as a self-oscillating mixer.

Es ist bekannt, bei der mit einer Vakuumtriode arbeitenden selbstschwingenden Mischstufe eine Zwischenfrequenz-Rückkopplung anzuwenden, um den niedrigen Innenwiderstand der Mischstufe zu erhöhen, so daß mit der Triode die gleiche Mischverstärkung und Selektivität erzielt wird wie mit einer Pentode gleicher Steilheit. Die Bedingungen für die Anwendbarkeit einer Rückkopplung sind im Fall der selbstschwingenden Mischstufe mit Vakuumtriode besonders günstig, da die wesentlichen Röhrenexemplarstreuungen der Vakuumtriode, die Steilheitsstreuungen, bereits durch die Selbsterregung auf der höheren Oszillatorfrequenz ausgeglichen werden. Für die von der mittleren Steilheit abhängige zusätzliche Zwischenfrequenz-Rückkopplung ergeben sich daher sehr stabile Verhältnisse, die unter Berücksichtigung der übrigen, geringen Röhrenexemplarstreuungen die Einstellung eines großen Rückkopplungssektors für die ZF und damit die Erzielung einer gleichmäßig hohen Mischverstärkung und Selektion gestatten.It is known that working with a vacuum triode self-oscillating Mixer stage apply an intermediate frequency feedback to the low internal resistance to increase the mixer stage, so that with the triode the same mixer gain and Selectivity is achieved as with a pentode of the same slope. The conditions for the applicability of a feedback are in the case of the self-oscillating mixer stage particularly favorable with vacuum triode, since the essential tube specimen scatter of the vacuum triode, the slope spreads, already arise through self-excitation the higher oscillator frequency can be compensated. For those of the medium steepness dependent additional intermediate frequency feedback therefore results in very stable Ratios that take into account the remaining, low tube specimen scatter the setting of a large feedback sector for the IF and thus the achievement allow a consistently high mix gain and selection.

Ähnlich günstige Verhältnisse liegen auch bei der mit einer Vakuumtriode arbeitenden Mischstufe mit Fremdüberlagerung vor.The conditions with a vacuum triode are similarly favorable working mixer stage with external overlay.

Da der wirksame Innenwiderstand der Vakuumtriode bei hohen Frequenzen nicht allein eine Folge des Durchgriffs ist, sondern wesentlich durch den gegenkoppelnden Einfluß der Gitter-Anoden-Kapazität bestimmt wird, erfolgt die ZF-Rückkopplung üblicherweise durch Bildung einer kapazitiven Brückenschaltung, bei der durch eine entsprechende Oberkompensation der Gitter - Anoden - Kapazität leicht eine Entdämpfung des ZF-Innenwiderstandes bis auf den Wert unendlich erreicht wird. Diese Einstellung, bei der der angeschlossene ZF-Schwingungskreis durch die Mischstufe nicht bedämpft wird, erweist sich in der Serienfertigung als stabil.Because the effective internal resistance of the vacuum triode at high frequencies is not only a consequence of the penetration, but essentially due to the negative feedback If the influence of the grid-anode capacitance is determined, the IF feedback is usually carried out by forming a capacitive bridge circuit in which a corresponding Overcompensation of the grid - anode - capacitance slightly undamped the internal IF resistance until the value infinite is reached. This setting, in which the connected ZF oscillation circuit is not dampened by the mixer stage, turns out to be in the Series production as stable.

Es ist ferner bekannt, auch bei der selbstschwingenden Mischstufe mit Transistor die zuvor erwähnte ZF-Rückkopplungs-Brückenschaltung anzuwenden. In der Praxis ist diese Schaltung jedoch bei Transistoren nicht brauchbar, und zwar aus folgenden Gründen: 1. Bekanntlich streut bzw. schwankt die Kollektor-Basis-Kapazität bei Transistoren etwa um den Faktor 10 mehr als die Gitter-Anoden-Kapazität bei Röhren als Funktion der Exemplare bzw. der Schwingamplitude über den Empfangsbereich.It is also known to use the aforementioned IF feedback bridge circuit also in the self-oscillating mixer stage with transistor. In practice, however, this circuit cannot be used with transistors, for the following reasons: 1. It is known that the collector-base capacitance in transistors scatters or fluctuates by a factor of about 10 more than the grid-anode capacitance in tubes as a function the specimens or the vibration amplitude over the reception area.

z. Beim Transistor ist im Gegensatz zur Röhre durch das Vorhandensein eines Ohmschen Basiswiderstandes eine wesentliche Ohmsche Komponente des dynamischen Innenwiderstandes vorhanden, deren Wert von der Größe der Kollektor-Basis-Kapazität abhängt und welcher als dämpfender Leitwert am ZF-Kollektor-Kreis in Erscheinung tritt.z. In contrast to the tube, the transistor is due to its presence an ohmic base resistance is an essential ohmic component of the dynamic Internal resistance present, the value of which depends on the size of the collector-base capacitance and which appears as a damping conductance on the ZF collector circuit occurs.

3. Bei Anwendung- der von der Röhre her bekannten Brückenschaltung würde folgendes auftreten.3. When using the bridge circuit known from the tube the following would occur.

a) Ein Transistor mit großer Kollektor-Basis-Kapazität verursacht wegen 2 eine starke Bedämpfung des ZF-Kollektor-Kreises und damit eine an sich schon geringe Verstärkung, die weiter dadurch verringert wird, daß die große Kollektor-Basis-Kapazität auch noch eine Verminderung der ZF-Rückkopplung bewirkt.a) A transistor with a large collector-base capacitance caused because of 2 a strong damping of the ZF collector circuit and thus one in itself low gain, which is further reduced by the large collector-base capacitance also causes a reduction in the IF feedback.

b) Ein Transistor mit kleiner Kollektor-Basis-Kapazität verursacht wegen 2 nur eine geringe Bedämpfung des ZF-Kollektor-Kreises und damit eine an sich schon hohe Verstärkung, die weiter - unter Umständen bis zum Schwingeinsatz - dadurch erhöht wird, daß die kleine Kollektor-Basis-Kapazität auch noch eine stärkere ZF-Rückkopplung zur Folge hat.b) A transistor with a small collector-base capacitance caused because of 2 only a slight attenuation of the IF collector circuit and thus one in itself already high amplification, which further - possibly up to the point of use of vibrations - thereby is increased so that the small collector-base capacitance also results in a stronger IF feedback has the consequence.

c) Bei ein und demselben Transistor ergeben sich in analoger Weise wie bei a) und b) derartig ungünstige Verhältnisse infolge der unvermeidlichen Schwankung der Oszillatoramplitude bei Veränderung der Empfängerabstimmung über einen Wellenbereich, weil die Größe der (mittleren) Kollektor-Basis- Kapazität bekanntlich vom Wert der (mittleren) Kollektor-Basis-Spannung abhängt.c) In the case of one and the same transistor, this results in an analogous manner as in a) and b) such unfavorable conditions as a result of the inevitable fluctuation the oscillator amplitude when the receiver tuning changes over a wave range, because the size of the (middle) collector base Capacity is known depends on the value of the (mean) collector-base voltage.

d) Bei schwankender Speisespannung treten diese Verhältnisse besonders nachteilhaft in Erscheinung. Bei der häufigen Anwendung des Transistors in Empfangsgeräten mit Batteriebetrieb besteht naturgemäß die Forderung nach einer vom Wert der Batteriespannung möglichst unabhängigen Verstärkung. Die Anwendung der bekannten ZF-Rückkopplungs-Brückenschaltung in der Mischstufe bewirkt aber infolge der unter a) und b) aufgezeigten Zusammenhänge genau das Gegenteil.d) These conditions occur particularly when the supply voltage fluctuates disadvantageous in appearance. With the frequent use of the transistor in receiving devices with battery operation there is naturally a requirement for one of the value of the battery voltage as independent reinforcement as possible. The application of the well-known IF feedback bridge circuit in the mixing stage, however, as a result of the relationships shown under a) and b) exactly the opposite.

Insgesamt kann festgestellt werden, daß die Verwendung der bekannten ZF-Brückenschaltung bei einer Transistormischstufe praktisch keinen nennenswerten Effekt zuläßt. Wenn man über größere Stückzahlen von Transistorexemplaren bzw. unter den in der Praxis gegebenen variablen Betriebsbedingungen Schwierigkeiten in Form von unzulässigen Verstärkungsschwankungen und eventuelle Selbsterregung ausschließen will, so ergibt sich mit der ZF-Rückkopplungs-Brückenschaltung nur ein völlig unwesentlicher Gewinn, der ihre Anwendung nicht rechtfertigt.Overall, it can be said that the use of the known IF bridge circuit in a transistor mixer stage is practically no noteworthy Effect. If you have larger numbers of transistor copies or under Difficulties in the form of the variable operating conditions given in practice exclude from impermissible gain fluctuations and possible self-excitation want, the IF feedback bridge circuit results in only a completely insignificant one Profit that does not justify their application.

Diese Nachteile werden nun erfindungsgemäß dadurch vermieden, daß die ZF-Rückkopplung nach Art der bekannten Huth-Kühn-Rückkopplungsschaltung dadurch bewerkstelligt wird, daß die Basis über eine die ZF-Rückkopplung bewirkende Induktivität für den ZF-Wechselstrom und über eine Kapazität für die Oszillatorfrequenz an Masse liegt, daß der Emitter über eine für die Zwischenfrequenz einen Kurzschluß und für die Oszillatorfrequenz eine ausreichende Impedanz darstellende Induktivität für Wechselstrom an. Masse liegt und daß die Empfangsfrequenz entweder über eine Koppelkapazität zusammen mit der Oszillatorfrequenz dem Emitter (A b b. 1 und 2) oder separat über eine Koppelkapazität der Basis (A b b. 3) zugeführt wird.These disadvantages are now avoided according to the invention in that the IF feedback in the manner of the known Huth-Kühn feedback circuit thereby it is achieved that the base via an inductance causing the IF feedback for the IF alternating current and a capacitance for the oscillator frequency to ground lies that the emitter has a short circuit for the intermediate frequency and for the oscillator frequency has an inductance representing sufficient impedance for AC power on. Ground and that the receiving frequency is either via a coupling capacitance together with the oscillator frequency to the emitter (A b b. 1 and 2) or separately via a coupling capacitance of the base (A b b. 3) is fed.

Die Wirkungsweise der von der Röhren-Schaltungstechnik her geläufigen Huth - Kühn - Rückkopplungsschaltung . beruht bekanntlich darauf, daß über die Gitter-Anoden-Kapazität ein um 90° gegenüber der Anodenwechselspannung voreilender Rückkopplungsstrom auf der Gitterseite eine induktive Impedanz durchfließt und damit eine um insgesamt 180° gegenüber der Anodenwechselspannung in der Phase gedrehte Rückkopplungsspannung am Gitter erzeugt, die zur Entdämpfung des Anodenschwingungskreises benutzt wird.The mode of action of the tube circuit technology familiar Huth - Kühn - feedback circuit. is known to be based on the fact that the grid-anode capacitance a feedback current leading by 90 ° compared to the anode alternating voltage the grid side an inductive impedance flows through and thus a total Feedback voltage rotated 180 ° with respect to the anode alternating voltage in phase generated on the grid, which is used to undamp the anode oscillation circuit.

Durch die Anwendung dieser Schaltung auf die Transistormischstufe wird nun im Gegensatz zu den bei der Brückenschaltung gegebenen Verhältnissen folgendes erreicht: a) Ein Transistor mit großer Kollektor-Basis-Kapazität, der wegen Punkt 4, 2 eine große Bedämpfung des ZF-Kreises und damit eine an sich geringe Verstärkung bewirkt, erhält nun dadurch eine Erhöhung der Verstärkung, daß die große Kollektor-Basis-Kapazität eine Vergrößerung der Huth-Kühn-ZF-Rückkopplung zur Folge hat.By applying this circuit to the transistor mixer stage The following is now in contrast to the conditions given in the bridge circuit achieved: a) A transistor with a large collector-base capacitance, which because of point 4, 2 a large attenuation of the IF circuit and thus a low gain per se causes, now receives an increase in the gain that the large collector-base capacitance increases the Huth-Kühn IF feedback.

b) Umgekehrt erhält ein Transistor mit kleiner Kollektor-Basis-Kapazität, der wegen Punkt 4, 2 eine geringe Bedämpfung des ZF-Kollektor-Kreises und damit eine an sich hohe Verstärkung besitzt, nun infolge der kleinen Kollektor-Basis-Kapazität eine schwächere Huth-Kühn-ZF-Rückkopplung als im Falle a), so daß keine unzulässige Verstärkungserhöhung oder gar Selbsterregung eintritt.b) Conversely, a transistor with a small collector-base capacitance, because of point 4, 2 a low attenuation of the IF collector circuit and thus has a high gain per se, now as a result of the small collector-base capacitance a weaker Huth-Kühn IF feedback than in case a), so that no impermissible Gain increase or even self-excitement occurs.

Praktische Versuche mit einer selbstschwingenden UKW-Mischstufe haben ergeben, daß mit stark unterschiedlichen Transistoren hinsichtlich ihrerKollektor-Sperrschichtkapazität und ihrer Oszillatoramplitude dennoch eine Entdämpfung des dynamischen Innenwiderstandes auf den Wert unendlich eingestellt werden kann, ohne daß bei der Serienfertigung die Gefahr der Selbsterregung für die ZF besteht.Have practical experiments with a self-oscillating FM mixer show that with widely different transistors in terms of their collector junction capacitance and their oscillator amplitude still undamping of the dynamic internal resistance can be set to the value infinitely without the need for series production there is a risk of self-excitement for the ZF.

Ganz besonders vorteilhaft wirkt sich die erfindungsgemäße Schaltung aus, wenn im Fall des Batteriebetriebes die Betriebsspannung abnimmt. Trotz starker Zunahme der Kollektor-Sperrschichtkapazität bleibt die Verstärkung der Mischstufe näherungsweise konstant (z. B. bei einer Änderung von 6 auf 4 V).The circuit according to the invention is particularly advantageous off if the operating voltage decreases in the case of battery operation. Despite being strong An increase in the collector junction capacitance remains the reinforcement of the mixer stage approximately constant (e.g. when changing from 6 to 4 V).

Einer Weiterbildung des Erfindungsgedankens entsprechend kann es in besonderen Fällen vorteilhaft sein, daß der Wert der die ZF-Rückkopplung bewirkenden Induktivität einstellbar ist.According to a development of the inventive concept, it can be in In special cases it can be advantageous that the value of the IF feedback is effective Inductance is adjustable.

Die außerordentliche Stabilität der erfindungsgemäßen Schaltung erlaubt bei einstellbarer Rückkopplung ohne Schwierigkeiten eine Entdämpfung des ZF-Ausgangskreises auf Werte, die unter der Leerlaufdämpfung liegen, d. h. eine weitere Verstärkungs- und Selektionserhöhung.The extraordinary stability of the circuit according to the invention allows With adjustable feedback, the IF output circuit can be de-attenuated without difficulty to values that are below the idle damping, d. H. another reinforcement and selection increase.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist die Größe des Kondensators so gewählt, daß dessen Impedanz für die ZF mindestens um den Faktor 3 größer ist als die Impedanz der die 'ZF-Rückkopplung bewirkenden Induktivität.According to a further development of the invention, the size of the capacitor is chosen so that its impedance for the IF is at least 3 times greater than the impedance of the inductance causing the IF feedback.

Auf diese Weise wird erreicht, daß einerseits die Basis des Transistors für die Oszillatorfrequenz eindeutig auf Masse liegt, was besonders für hohe Frequenzen wesentlich ist, und daß andererseits die ZF-Rückkopplung durch die Induktivität zwischen Basis und Masse definiert bleibt.In this way it is achieved that on the one hand the base of the transistor for the oscillator frequency is clearly on ground, which is especially true for high frequencies is essential, and that on the other hand the IF feedback through the inductance remains defined between base and mass.

Würde man den Kondensator zu groß wählen, so könnte der Fall eintreten, daß die Gesamtimpedanz aus der Parallelschaltung von Kondensator und Induktivität für die ZF kapazitiv wird, so daß an Stelle einer Rückkopplung eine Gegenkopplung auftreten würde. Das würde dem Erfindungsgedanken widersprechen.If one were to choose the capacitor too large, the case could arise that the total impedance from the parallel connection of capacitor and inductance for the IF becomes capacitive, so that instead of feedback, a negative feedback would occur. That would contradict the idea of the invention.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden an Hand der A b b. 1 bis 3 näher beschrieben.Embodiments of the invention are based on A b b. 1 to 3 described in more detail.

A b b. 1 zeigt eine Mischstufe mit Fremdüberlagerung. Dem Emitter des Mischtransistors 1 werden über die Koppelkapazitäten 3 die Oszillatorfrequenz vom Fremdüberlagerer 2 und über die Kapazität 5 die Empfangsfrequenz vom Generator 4 zugeführt. Die Induktivität 6 stellt für die Empfangs- und Oszillatorfrequenz eine ausreichende Impedanz und in Verbindung mit dem Kondensator 7 einen Kurzschluß für die ZF dar. Der Kondensator 9 legt die Basis für die Empfangs- und Oszillatorfrequenz auf Masse. Die Induktivität 10 bildet die für die Huth-Kühn-ZF-Rückkopplung bestimmende Impedanz im Basiskreis. Der Kondensator 11 legt das kalte Ende der Induktivität 10 für Wechselstrom auf Masse. Zur Auskopplung der ZF dient das ZF-Bandfilter mit dem primären Kollektorkreis 14,15 und dem Sekundärkreis 16,17. Die Widerstände 8,13,12 bewirken die Arbeitspunkteinstellung und Stromstabilisierung des Transistors 1.A b b. 1 shows a mixer stage with external superimposition. The oscillator frequency from the external superimposer 2 is fed to the emitter of the mixer transistor 1 via the coupling capacitors 3 and the receiving frequency from the generator 4 is fed to the capacitance 5. The inductance 6 represents a sufficient impedance for the reception and oscillator frequency and, in conjunction with the capacitor 7, represents a short circuit for the IF. The capacitor 9 sets the basis for the reception and oscillator frequency to ground. The inductance 10 forms the impedance in the base circuit that determines the Huth-Kühn IF feedback. The capacitor 11 connects the cold end of the inductance 10 for alternating current to ground. The IF band filter with the primary collector circuit 14, 15 and the secondary circuit 16, 17 is used to decouple the IF. The resistors 8, 13, 12 effect the setting of the operating point and the stabilization of the current of the transistor 1.

A b b. 2 zeigt eine selbstschwingende Mischstufe, bei der Empfangs- und Oszillatorfrequenz wie bei A b b. 1 am Emitter eingespeist werden. Die Einspeisung der Rückkopplung für den Oszillatorschwingungskreis 20,21 erfolgt über den Kondensator 14 in den Anzapf der Oszillatorspule 20. Diese stellt für die ZF einen Kurzschluß dar, so daß der Kondensator 14 zusammen mit der über dem Kondensator 19 geerdeten ZF-Kollektor-Induktivität 15 wie bei A b b. 1 den Primärkreis des ZF-Bandfilters bildet. Der Widerstand 18 dient der Siebung. Die Bedeutung der übrigen Schaltelemente ist die gleiche wie in A b b. 1.A b b. 2 shows a self-oscillating mixer stage in which the receiving and oscillator frequency as in A b b. 1 at the emitter. The feed the feedback for the oscillator circuit 20,21 takes place via the capacitor 14 in the tap of the oscillator coil 20. This represents a short circuit for the IF so that the capacitor 14 is grounded together with the capacitor 19 grounded IF collector inductance 15 as in A b b. 1 the primary circuit of the IF band filter forms. The resistor 18 is used for sieving. The meaning of the other switching elements is the same as in A b b. 1.

A b b. 3 zeigt ebenfalls eine Schaltung mit selbstschwingender Mischstufe, bei der jedoch die Empfangsfrequenz nicht am Emitter, sondern über die Koppelkapazität 25 an der Basis eingespeist wird. An den Empfangsfrequenzkreis 23, 24 ist die Antenne über die Koppelspule 22 angekoppelt. Der aus den Kapazitäten 25 und 9 gebildete Spannungsteiler bewirkt die Anpassung des dynamischen Eingangswiderstandes der Mischstufe an dem Empfangsfrequenzkreis. In der Praxis ist die Kapazität 25 klein gegenüber der Kapazität 9, so daß die im Rahmen der erfindungsgemäßen Lehre bestehende Dimensionierung für die Kapazität 9 und die Induktivität 10 hinsichtlich der für die Oszillatorfrequenz und die Zwischenfrequenz beabsichtigten Wirkungsweise nicht gestört wird.A b b. 3 likewise shows a circuit with a self-oscillating mixer stage, in which, however, the receiving frequency is not fed in at the emitter, but rather via the coupling capacitance 25 at the base. The antenna is coupled to the receiving frequency circuit 23, 24 via the coupling coil 22. The voltage divider formed from the capacitors 25 and 9 adjusts the dynamic input resistance of the mixer to the receiving frequency circuit. In practice, the capacitance 25 is small compared to the capacitance 9, so that the dimensioning for the capacitance 9 and the inductance 10 within the scope of the teaching according to the invention is not disturbed with regard to the mode of operation intended for the oscillator frequency and the intermediate frequency.

Mit der Schaltung nach A b b. 3 erreicht man eine höhere Verstärkung gegenüber A b b. 1 bzw. 2, wenn als Mischstufe ein Transistor verwendet wird, dessen obere Frequenzgrenze wesentlich über der benutzten Empfangsfrequenz liegt, da dann der Eingangswiderstand für die Empfangsfrequenz an der Basis höher ist als am Emitter. Als weiterer Vorteil ergibt sich mit der Schaltung nach A b b. 3 eine bessere Entkopplung zwischen Empfangs- und Oszillatorfrequenz.With the circuit according to A b b. 3 a higher gain is achieved opposite A b b. 1 or 2, if a transistor is used as the mixer, its upper frequency limit is significantly above the receiving frequency used, since then the input resistance for the receiving frequency is higher at the base than at the emitter. Another advantage is obtained with the circuit according to A b b. 3 better decoupling between receiving and oscillator frequency.

Claims

Claims: 1. transistor mixer stage, in which in per se known IF feedback is used, preferably as a self-oscillating mixer stage, characterized in that the IF feedback in the manner of the well-known Huth - Kühn - Feedback circuit is accomplished in that the base via a die IF feedback causing inductance (10) for the IF alternating current and via a Capacitance (9) for the oscillator frequency is connected to ground that the emitter has a a short circuit for the intermediate frequency and a sufficient one for the oscillator frequency Impedance representing inductance (6) for alternating current is connected to ground and that the Receiving frequency either via a coupling capacitance (5) together with the oscillator frequency the emitter (A b b. 1 and 2) or separately via a coupling capacitance (25) of the base (A b b. 3) is fed.

2. transistor mixer according to claim 1, characterized in that that the value of the IF feedback causing inductance (10) is adjustable.

3. transistor mixer according to claim 1 or 2, characterized in that the The size of the capacitor (9) is chosen so that its impedance for the IF is at least is larger by a factor of 3 than the impedance of the IF feedback Inductance (10). Publications considered: German Patent No. 973,943; U.S. Patent Nos. 2,887,574, 2,894,126; Telefunken laboratory notebook, 1958, Vol I, pp 269, 272 and 279; "Telefunken tube messages for industry", No. 580 335; Funkschau, 1959, no. 12, p. 294.