DE2125089B2

DE2125089B2 - Regelbarer verstaerker

Info

Publication number: DE2125089B2
Application number: DE19712125089
Authority: DE
Inventors: Jack Rudolph Flemington NJ. Hiirford (V.St.A.)
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1970-05-19
Filing date: 1971-05-19
Publication date: 1977-04-14
Also published as: GB1343467A; MY7500045A; BE767289A; FR2093538A5; SE360524B; CA954197A; US3673498A; JPS5214949B1; DE2125089C3; NL7106815A; DE2125089A1; AT312715B; ES391332A1

Description

Die Erfindung betrifft einen regelbaren Verstärker für hochfrequente elektrische Signale mit einem ersten Transistor, dessen Basis die zu verstärkenden Signale SS und die Regelspannung zugelührt werden, dessen Emitter mit einem Bezugspotential verbunden ist dessen Kollektor an eine Last angekoppelt ist und dessen Verstärkungsfaktor zwischen einem maximalen und einem minimalen Wert verän derbar ist.

Grundsätzliche Ausführungen zu regelbaren Zwischenfrequenzverstärkern sind im Aufsatz »IC R. F. and I. F. Amplifiers« von K ί e i η m a 11 in Electronics World, Juli 1968 zu Finden. Weiterhin sind in integrierter Schaltung ausgebildete regelbare Zwischenfrequenzverstärker vorgeschlagen und in den DT-Offenlegungsschriften 19 51295 und 20 09 947 beschrieben. Diese vorgeschlagenen Zwischenfrequenzverstärker enthalten mehrere hintereinandergeschaltete Transistorverstärkerstufen, von denen mindestens ein TeU, häufig auch noch zqsfltrHch ein Hochfrequenzvorverstärker, mit einer Regelspannung in ihrer Verstärkung geregelt werden. Die Regelung wirkt so, daß der Signalpegel am Ausgang des letzten Zwischenfrequenzversvarkers unabhängig von der Höhe des Eingangssignalpegels praktisch konstant gehalten wird, solange der Eingangssignalpegei nicht unterhalb einen Grenzwert abfällt Die Änderungen der einzelnen Stufenverstärkungen (Hochfrequenz- und Zwischenfrequenzstufen) werden so aufeinander abgestimmt, daß auch bei verschiedenen Eingangssignalpegeln das Signal-Rausch-Verhältnis im demodufierten Signal möglichst gut ist Zu diesem Zwecke wendet man für die Hochfrequenzverstärkerstufe das Prinzip de* sogenannten verzögerten Regelung an.

Für Verstärker, die relativ hohe Frequenzen, beispielsweise in der Größenordnung von 45 MHz, verarbeiten sollten, benutzt man Kaskodenschaltungen, die unerwünschten Einflüsse der inneren Transistorkapazitäten herabsetzen, welche andernfalls den Betriebs frequenzbereich von Transistoren in Emittergrundschaltung begrenzen.

Bei regelbaren Röhrenverstärkern verwendet man üblicherweise Regelröhren mit einer gleichmäßig gekrümmten /a-L^-Kennlinie, auf welcher der Anodenstromeinsatzpunkt bei relativ großer negativer Gitterspannung liegt. Eine solche Regelkennlinie führt zu geringeren Verzerrungen als eine Kennlinie mit einem relativ scharfen Knick im Stromeinsatzpunkt wie es bei Transistoren der Fall ist. Geregelte Transistoren neigen daher dazu, die geregelten Sign;iK /u verzerren.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Angabe einer transistorisierten Regelschaltung, welche bei Regelung ihres Verstärkungsgrades eine größere Verzerrungsfreiheit des verstärkten Signals als bekannte Transistorregelschaltungen ergibt

Diese Aufgabe wird bei einem Verstärker der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß dem ersten Transistor ein zweiter Transistor, dessen maximaler Verstärkungslaktor kleiner und dessen minimaler Verstärkungsfaktor größer als derjenige des ersten Transistors ist, wirkungsmäßig parallelgeschaltet ist indem der Basis des zweiten Transistors ebenfalls die zu verstärkenden Signale und die Regelspannung zugeführt werden, sein Emitter über einen Gegenkopplungswiderstand mit dem Bezugspotential verbunden und sein Kollektor ebenfalls an die Last angekoppelt ist.

Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet des erfindungsgemäßen Regelverstärkers sind Zwischenfrequenzverstärker, deren Regelbereich sich von relativ hohen Spannungsverstärkungswerten bis zum Wert 1 oder noch darunter erstreckt und die sich in integrierter Form aufbauen lassen wobei die erfindungsgemäße Schaltung auch beim Betrieb mit geringer Verstärkung eine niedrige Rauschzahl aufweist.

Der erfindungsgemäße Verstärker zeigt ein wesentlich gleichmäßigeres Regelverhalten als übliche regelbare Transistorverstärker, da der scharfe Kennlinienknick des ersten Transistors von der in dessen Betriebsbereich praktisch konstanten und niedrigeren Verstärkung des zweiten Transistors überdeckt wird. Die geringere Verstärkung des zweiten "transistors wird durch die Gegenkopplung im Emitterkreis bewirkt, welche den verzerrungsfreien Aussteuerbereich des zweiten Transistors vergrößert.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung besteht ,jarin, daß dem ersten Transistor zwei hintereinandergescnaltete Eimtterfblgertransistoren vorgeschaltet sind ?^: and die zu verstärkenden Signale zusammen mit der 5f Regelspannung der Basis des ersten Emitterfolgertransistors zugeführt werden, dessen Emitter außerdem mit der Basis des zweiten Transistors verbunden ist, die - weiterhin über einen Widerstand an eins Schaltung zi>r p* !Erzeugung einer vergrößerten Regelspannung ange- % schlossen ist Ein Vorteil dieser Schaltungsanordnung % besteht darin, daß die Basis-Emitter-Kapazität des \' ersten Emitterfolgertransistors zusammen mit dem an die Basis des zweiten Transistors angeschlossenen Widerstand einen Spannungsteiler bildet, dessen TdI- _; verhältnis sich über die Regelspannung beeinflussen läßt da die Basis-Emitter-Sperrschichtkapazität dieses Transistors abhängig von der Höhe der Basis-Emitter-Sperrspannung ist, als welche die der Basis dieses Transistors zugeführte Regelspannung im Bereich sehr hoher Eingangssignalpegel wirkt; der erste Emitterfolgertransistor ist dann gesperrt, und die Signalübertragung erfolgt nurmehr über den erwähnten Spannungsteiler.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die Kollektoren des ersten und zweiten Transistors jeweils über die Emitter-Kollektor-Strecken eines in Basisgrundschaltung betriebenen Transistors mit der Last verbunden sind und daß die am Kollektor des zweiten Transistors wirksame Ablc^;-tungskapazitat kleiner als diejenige des ersten Transistors ist. Hierbei sind zwei paralielgeschaltete Kaskodenschaltungen vorgesehen, die ein vorteilhafteres Hochfrequenzverhalten zeigen, und der erste Transistor liefert mit seiner größeren Fläche, welche die größere Kapazität mit sich bringt, bei höherem Ruhestrom einen größeren Verstärkungsbeitrag.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß statt zweier getrennter Transistoren in Basisgrundschaltung ein Transistor mit zwei Emittern verwendet ist, an welche die Kollektoren des ersten und zweiten Transistors angeschlossen sind. Eine derartige Schaltung eignet sich besonders gut zur Ausbildung als regelbarer Zwischenfrequenzverstärker in integrierter Form.

Die Zwischenfrequenzsignale und die Regelspannung werden den Basen des ersten und zweiten Transistors so zugeführt, daß bei niedrigen Signalpegeln der erste Transistor mit maximaler Verstärkung arbeitet und die mit ihm gebildete Kaskodenschaltung somit eine relativ große regelbare Verstärkung beiträgt. Durch diesen hohen Verstärkungsbeitrag ist die Verstärkung der Gesamtschaltung groß. Mit ansteigendem Signalpegel wird die Verstärkung des ersten Transistors allmählich auf Null heruntergeregelt, so daß in der Gesamtkaskodenschaltung zunehmend nur mehr der zweue Transistör wirksam bleibt und die Spannungsverstärkung praktisch 1 wird. Der für die Regelung ungünstige scharfe Kennlinienknick des ersten T resistors, der zu den unerwünschten Signalverzerrungen führt, wird durch die praktisch konstante Verstärkung des zweiten Transistors überdeckt, so daß er sich nicht mehr so stark auswirkt. Der zweite gegengekoppelte Transistor liefert nämlich ein unverzerrtes Signal, dessen Anteil im Gesamtsignal bei heruntergeregeltem ersten Transistor erheblich überwiegt. Insbesondere sind die Größe und Geometrie des ersten und zweiten Transistors so gewählt, daß ein relativ großer Verstärkungsbereich erzielt wird und daß bei kleinen Verstärkungsgraden dem in Basisgrundschaltung betriebenen Transistor mit zwei Emittern nur eine relativ kleine kapazitive Belastung auferlegt wird.

Die Erfindung ist im folgenden anhand der Darstellungen eines Ausruhrungsbeispiels näher erläutert Es zeigt

Fig. 1 die Schaltung des erfindungsgemäßen Regelverstärkers in einem Fernsehempfänger und

Fig.2 einen Ausschnitt aus einem integrierten Schaltungsplättchen zur Veranschaulichung der tatsächlichen Ausbildung des erfindungsgemäßen Regelverstärkers.

In Fig. 1 ist mit dem gestrichelten Rechteck 10 ein monolithisches integriertes Halbieiterplättchen schematisch dargestellt Das Plättchen 10 besitzt eine Vielzahl von als Kontaktflächen ausgebildeten Anschlüssen (Ti - Tu) längs den äußeren Kanten. Ober diese Anschlüsse werden die Verbindungen zwischen der auf dem Plättchen 10 angeordneten Schaltung und äußerer/ Elementen hergestellt Das Plättchen 10 enthält einen ersten ZF-Verstärker 12, einen zweiten und dritten ZF-Verstärker 14, einen Videodemodulator 16, einen ersten Videoverstärker 18, eine getastete Regelspan nungsquelle 20 zur Erzeugung der normalen Regelspannung und eine Schaltung 22 zur Gewinnung der verzögerten Regelspannung für die HF-Verstärkerstu fe.

In einem m<t dem Plättchen 10 ausgestatteten Fernsehempfänger werden trägermodulierte Fernsehsignale von einer Antenne 24 empfangen und einem Abstimmteil 26 zugeführt, der in bekannter Weise eine HF-Verstärkerstufe und einen Frequenzumsetzer in den üblichen Funktionen enthält. Der HF-Verstärker des Abstimmteils 26 ist auf eine bekannte Weise in seiner Verstärkung regelbar und ist mit der nachstehend beschriebenen Regelschaltung kompatibel.

Die verstärkten Zwischenfrequenzsignale werden über ein frequenzselektives Netzwerk 28 und einen Zwischenfrequenz-Eingangsanschluß 7Ί des Schaltungsplättchens 10 auf den ersten ZF-Verstärker 12 gegeben. Ein zweites außerhalb des Plättchens 10 liegendes frequenzselektives Netzwerk 30 ist zwischen den Ausgang des ZF-Verstärkers 12 und den Eingang zweier weiterer ZF-Verstärker 14 über die Anschlüsse T₃ und F₄ des Plättchens geschaltet.

Die verstärkten ZF-Ausgangssignale des dritten und vierten Z F-Verstärkers 14 werden auf den Videodemodulator 16 gekoppelt der aus den Zwischenfrequenzsignalen die Bild- und Synchronisiersignale gewinnt. Das Ausgangssignal des Videodemodulator 16 wird in dem ersten Videoverstärker 18 verstärkt und über den Anschluß Γ5 des Plättchens auf die weiteren üblichen Schaltungen zur Verarbeitung des Fernsehsignals gekoppelt, die sich außerhalb des Plättchens 10 befinden.

Der Videoverstärker 18 liefert außerdem negative Synchronisierimpulse enthaltende Signale an die getastete Regelspannungsquelle 20. Ferner werden ihr über den Anschluß Te des Plättchens Tastimpulse aus einer Tastin:pulsquelle 32, bei der es sich um den (nicht gezeigten) Horizontalendtransformator des Fernsehempfängers handeln kann, zugeführt. Die Regelspannungsquelle 20 wird über den Anschluß T₈ auf ein außerhalb liegendes Siebglied 34 gekoppelt, das einen Widerstand 36 mit einem parallelgeschalteten Kondensator 38 enthält und über die in Reihe geschalteten Widerstände 40 und 42 mit einer Spannungsquelle B+ verbunden ist. Der Ausgang des ZF-Verstärkers 12 ist

über das zweite selektive Netzwerk 30 auf seinen Eingang (d.h. Ober den gemeinsamen Anschluß der Widerstände 40 und 42) gegengekoppelt

Die gesiebte Regelspannung wird über einen Widerstand 44 dem Eingangsanschluß Ti des ZF-Ver- s stärkers 12 zugeführt und bestimmt dessen Verstärkung. Dem H F-Verstärker des Abstimmteils 26 wird über die Schaltung 22 und den Anschluß Ti₀ eine verzögerte Regelspannung zugeführt Außerhalb des Plättchens 10 befindet sich eine Spannungsquelle (z. B. B+) mit einem parallelgeschalteten veränderbaren Widerstand 46, dessen Abgriff über einen Widerstand 48 und den Anschluß Γι ι mit der Schaltung 22 zur Einstellung des Einsatzpunktes der verzögerten Regelung verbunden ist iS

Die Teile des Plättchens 10 für hohe und niedrige Signalpegel sind jeweils mit Erdanschlüssen Ti bzw. T₉ versehen. Über den Anschluß T₂ wird die Betriebsspannung B+ zugeführt die hier 11 Volt beträgt Der ZF-Verstärker 12 wird über ein mit dem Anschluß T₂ to verbundenes dynamisches Störschutzfilter 50 mit einer verhältnismäßig rauschfreien Betriebsspannung versorgt, das an den Schaltungspunkten 52 und 54 im wesentlichen gleiche, jedoch gegenseitig entkoppelte Spannungen liefert zj

Im Schaltungsplättchen 10 werden die von dem ersten selektiven Netzwerk 28 gelieferten Zwischenfrequenzsignale und die von dem Siebglied 34 an dem Anschluß 7ΐ zugeführte Regelspannung direkt auf die Basis eines Eingangstransistors 56 gegeben, dessen Kollektor am Punkt 54 liegt Der Emitter des Transistors 56 ist mit der Basis eines folgenden als Emitterfolger geschalteten Transistors 58 verbunden. Die Basis-Emitter-Kapazität 56d des Transistors 56 ist in gestrichelten Linien eingezeichnet Sie ändert sich für starke Eingangssigna-Ie als Funktion der Regelspannung und dient in Verbindung mit dem zwischen dem Emitter des Transistors 56 und Erde wirksamen Widerstand als Dämpfungsglied. Zwischen den Emitter des als Emitterfolger geschalteten Transistors 58 und Erde ist ein Belastungswiderstand 60 geschaltet Die am Belastungswiderstand 60 auftretenden Signale werden auf die Basis eines mit seinem Emitter geerdeten Transistors 62 gegebea Der Kollektor dieses Transistors ist mit einem Emitter eines Doppelemittertransistors 64 verbunden. Der Kollektor des Transistors 64 liegt über einen Gleichstromweg durch das zweite selektive Netzwerk 30 an der Betriebsspannung B+.

Die ZF-Signale werden, ehe sie über das zweite selektive Netzwerk 30 an die nachfolgenden Stufen weitergegeben werden, durch eine Kaskodenverstärkerstufe hoch verstärkt Der Transistor 62 hat eine verhältnismäßig hohe maximale Steilheit g_m die als Funktion der vom Anschluß Γι zugeführten Regelspannung verändert werden kann. In der dargestellten Schaltung wird die Verstärkung des Transistors 62 durch Verminderung der seiner Basis vom Anschloß 7Ί aber die Transistoren 56 and 58 zugefuhrten positiven Vorspannung verkleinert

Der Emitter des Eingangstransistors 56 ist außerdem mit der Basis eines Transistors 66 direkt verbunden und der Kollektor des Transistors 66 ist mit dem zweiten Emitter des Transistors 64 verbunden. Zwischen die Basis des Transistors 66 und Erde ist ein Vorspannungsteiler aus den Widerständen 68 und 70 geschaltet, an 6s dessen Abgriff der Emitter des Transistors 66 liegt Die Widerstände 68 and 70 sind so ausgewählt, daß der Transistor 66 immer dann leitet, wenn auch der Transistor 62 leitet, daß aber der Transistor 66 leitend bleibt, wenn der Transistor 62 sperrt Der Transistor 66 ist im Verhältnis zum Transistor 62 kleinflächig. Die Transistoren 66 und 64 bilden eine Kaskodenverstärkerstufe mit geringer Verstärkung (z. B. mit dem Verstärkungsfaktor 1).

Für steigenden Eingangssignalpegel wird eine zusätzliche Verstärkungsabsenkung des gesamten HF- und ZF-Verstärkersystems dadurch erhalten, daß man erstens den Verstärkungsfaktor des H F-Verstärkers im Abstimmteil 26 verändert, zweitens die Steilheit des Transistors 56 verändert und drittens für eine weitere Signaldämpfung beim Betrieb des Transistors 56 sorgt. Dies sei im folgenden erläutert

Der Emitter des Eingangstransistors 56 ist mit der Schaltung 22 für die verzögerte Regelung verbunden, und zwar über einen Widerstand 74 mit der Basis des Transistors 72. Der Eingang (Basis-Emitter-Strecke) des Transistors 72 liegt dem Eingang des Transistors 66 im wesentlichen parallel und wird mit Hilfe eines Spannungsteilers aus den Widerständen 76 und 78 vorgespannt Der Kollektor des Transistors 72 erhält seine Bestriebsspannung über den Anschluß Tu von den Widerständen 46 und 48 und der Betriebsspannungsquelle B+. Die Vorbetriebsspannung für den Transistor 72 wird so gewählt daß er bei nur schwachem oder fehlendem Signal sich vollständig im Sättigungszustand befindet

Ein als Emitterfolger geschalteter Transistor 80 koppelt den Kollektor des Transistors 72 auf die Basis eines Doppelemittertransistors 82. Die Kollektoren der Transistoren 80 und 82 sind mit dem Punkt 54 verbunden, der ihnen die Betriebsspannung zuführt Wenn der Transistor 72 beim Fehlen eines Signals oder beim Vorhandensein eines schwachen Signals voll leitend ist dann wird der Transistor 82 in nichtleitendem Zustand gehalten.

Ein Emitter des Transistors 82 ist über einen Widerstand 84 mit den Basiselektroden der Transistoren 58 und 66 verbunden. Der andere Emitter des Transistors 82 liegt an einem Spannungsteiler aus den Widerständen 86 und 88. Der Widerstand 84 bewirkt in Verbindung mit der Kapazität 56d eine Dämpfung bei starken Signalen. Der Widerstand 84 schließt ferner für mittlere und starke Signale die Gegenkopplungsschleife zur Basis des Transistors 72. Bei mittleren und starken Signalen verringert die zugeführte Regelspannung die Leitfähigkeit des Transistors 72, so daß er aus der Sättigung gerät Die Kollektorspannung des Transistors 72 steigt dann an, wodurch die Transistoren 80 und 82 leitend werden. Der Spannungsteiler 86, 88 ist so bemessen, daß bei einem bestimmten Wert dei Regelspannung (entsprechend einem bestimmten ZF- Signalpegel) ein weiterer Transistor 90 leitend wird und eine verzögerte Regelspannung an den Abstimmteil 2C gelangen läßt Dem Transistor 90 ist ein Basiswiderstand 92, ein Emitterwiderstand 94 und ein Netzwerk 9f zum Umsetzen des KoUektorspamiungspegels zugeord net

Die in F ig. I gezeigte getastete Regelspanmmgsquel Ie 20 ist so ausgebildet, daß der KoBektorstrom de Transistors 98 den Kondensator 38 des Siebgliedes 3< entlädt, wenn der Aasgangspegel des Videoverstärker 18 einen vorbestimmten Wert überschreitet Dii Verkleinerung der Regelspannung hat zur Folge, dal die Vstng der entsprechenden ZF- and HF-Ver Stärkerelemente vermindert wird. Falls der Videoaus gspegd unter den gewünschten Wert absinkt, (wa

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während eines Fadings im Eingangssignal geschehen wird. Der Übergang vollzieht sich jedoch in einem

kann), dann wird durch den Regelmechanismus die relativ kleinen Bereich, und der Transistor 66 liefert

Impedanz des Transistors 98 erhöht und der Kondensa- einen im wesentlichen verzerrungsfreien überwiegen-

tor 38 auf eine zunehmend positive Spannung den Anteil seines Ausgangsstromes, so daß die

aufgeladen (der Ladestrom fließt vom Pol B+ der 5 nachteiligen Wirkungen einer Verzerrung überdeckt

Betriebsspannungsquelle durch die Widerstände 40 und werden. Der Kaskodenverstärker 64, 66 arbeitet bei

42). Die so erhöhte Regelspannung hat zur Folge, daß jedem weiteren Anwachsen der Signalstärke mit relativ

die Signalverstärkung der entsprechenden Ver- konstanter Signalspannungsverstärkung von im wesent-

stärkungselemente vergrößert wird. liehen dem Wert Eins.

Im folgenden sei das Regelverhalten genauer 10 Bei weiterem Anwachsen des Signalpegels nimmt die beschrieben. Hierzu wird vom Pegel Null der empfange- Regelspannung am Kondensator 38 weiterhin ab. Die nen Signale ausgegangen und ein allmähliches Anstei- Verstärkung des Abstimmteils 26 wird dadurch gen bis auf einen Maximalpegel betrachtet. vermindert, bis der Verstärkungsfaktor des HF-VerWenn kein Signal empfangen wird, arbeiten der stärkers seinen Minimalwert erreicht hat In diesem Abstimmteil 26 und der ZF-Verstärker 12 mit 15 Zustand ist die dem Anschluß Γι zugeführte Regelmaximaler Verstärkung. Erstens lädt sich hierbei der gleichspannung niedrig genug, um die Steilheit des Kondensator 38 auf eine verhältnismäßig hohe positive Eingangstransistors 56 zu beeinflussen, dessen Emitter-Spannung auf, zweitens sind hierbei die Transistoren 56, spannung von der Rückkopplungsschaltung 72, 80, 82 58, 62, 64 und 66 alle für maximale Verstärkung festgehalten wird. Für ein weiteres Anwachsen des vorgespannt und drittens wird hierbei der Transistor 72 20 Signalpegels bleibt die Verstärkung des Abstimmteils 26 in die Sättigung gesteuert. Die Transistoren 80, 82 und auf einem Minimalwert, während die Steilheit des 90 sind gesperrt. Wenn das Empfangssignal anwächst Eingangstransistors 56 verkleinert wird, bis der dann werden die Signale von den dem Demodulator 16 Transistor 56 nicht mehr leitet

vorgeschalteten Verstärkerelementen verstärkt und der In diesem Zustand wirkt die Basis-Emitter-Kapazität

Signalpegel wird in der Regelspannungsquelle 20 25 56c/des Transistors 56, hauptsächlich in Verbindung mit

ermittelt. Wenn ein vorgegebener Videosignalpegel dem Widerstand 84, als Spannungsteiler. Die in

erreicht ist dann beginnt die Regelspannungsquelle 20 Sperrichtung vorgespannte Sperrschichtkapazität 56c/

die an den Anschluß 7i gelieferte Regelspannung zu wirkt als Kapazitätsdiode, deren Kapazität abnimmt,

vermindern. Der Verstärkungsfaktor des Transistors 62 wenn die angelegte Regelspannung weniger positiv

wird daraufhin verkleinert so daß das Videoausgangs- 30 wird.

signal an dem Anschluß T$ auf seinem vorbestimmten Bei den in Frage kommenden Signalfrequenzen (d. h. Wert gehalten wird. Bei niedrigem Pegel der Eingangs- annähernd 50 MHz) reicht diese Kapazitätsänderung signale ist der Transistor 66 leitend. Seine Spannungs- aus, um für sehr hohe Pegel des Eingangssignals eine verstärkung hat jedoch nur den Wert Eins. Daher ist erwünschte Dämpfung herbeizuführen. Die gesamte sein Beitrag zu dem an den Transistor 94 gelieferten 35 Signalspannungsverstärkung des ersten ZF-Verstärkers Signal unbedeutend gegenüber dem Anteil, der von dem zwischen dem Eingangsanschluß T_t und dem Anschluß hochverstärkenden Transistor 62 (z.B. ^_n=0,05 Sie- Ta (dem Eingang des zweiten ZF-Verstärkers 14) wird mens) geliefert wird. Da der Transistor 72 gesättigt ist. unter diesen Umständen auf weniger als Eins verkleiarbeitet außerdem der Abstimmteil 26 mit maximaler nert Es sei auch bemerkt, daß die Verstärkung des Verstärkung. 4° Abstimmteils 26 etwa den Wert 1 hat Daher wird der Wenn der Empfangssignalpegel anwächst und die Rauschabstand des demodulierten Signals von jeder dem Anschluß Γι zugeführte Regelspannung weniger Rauschquelle bis einschließlich des ZF-Verstärkers 12 positiv wird, dann nimmt der Verstärkungsfaktor des beeinflußt Regelschaltungen in Fernsehempfängern Transistors 62 ab. Diese Abnahme machte beispielswei- sind üblicherweise so ausgelegt daß die Amplitude von se für jeweils 20 mV Änderung der Regelspannung 6 dB 45 Spitze zu Spitze der niederfrequenter. Synchronisiersiaus. Wenn die Regelspannung auf einen genügend tiefen gnale am Ausgang des Videodemodulators auf einem positiven Wert abfällt dann kommt der Transistor 72 vorbestimmten Wert gehalten wird. Normalerweise aus seiner Sättigung, wodurch die Transistoren 80 und steht der Spitzenwert der Synchronisierimpulse im 82 leitend werden. Die Transistoren 72, 80 und 82 festen Verhältnis zum maximalen FarbsignalpegeL In wirken dann als Gegenkopplung, welche das Eingangs- s» diesem Fall arbeitet die Regelschaltung so, daß ein signal der Transistoren 66 und 58 (und daher des genügender Rauschabstand sowohl des Leuchtdichte-Transistors 62) zu stabilisieren trachtet Die Vorspan- signals als auch des Farbsignals erhalten wird. Es gibt nungswiderstände 68,70,76 und 78 werden so gewählt jedoch Fälle, in denen dieses Verhältnis leider nicht daß der gewünschte Obergang zwischen den Betriebs- eingehalten wird.

arten stattfindet, bevor der Transistor 62 seine 55 Beispielsweise kommt es bei der Massenfertigung von

Leitfähigkeit vertiert Farbfernsehempfängern vor, daß die Frequenzselekti- Jedes weitere Anwachsen des Signalpegels und die vität (d. h. die Bandpaß-Kennlinien) der HF- und

resultierende Abnahme der Regelspannung hat eine ZF-Verstärkerstufen von den gewünschten Nennwerten

sehr kleine Änderung der Verstärkung der Kaskoden- abweicht Die relativen Amplituden der niederfrequen-

verstärker 62,64,66 zur Folge. Der Transistor 98 leitet 60 ten Signalkomponenten (Synr pulse und

daher stark, so daß die Regelspannung am Kondensator Leuchtdichtesigaal) und der hochfrequenten Signal-

38 schneller vermindert wird. Da die Transistoren 80 komponenten (Farbsignale) des demoduüerten Vkieo-

und 82 leitend sind, gelangt eine Regelspannung nach signals sind daher nicht korrekt Außerdem liegen diese

Teilung an den Widerständen 86 und 88 und Umsetzung Signalkomponenten in der Frequenz so weh unan-

durch das Netzwerk 96 an den HF-Verstärker des 6s der, daß unterschiedSche Sende- und Erapfangsbedm-

Abstimmteils 26. Der Transistor 62 durchläuft einen gungen ein falsches Verhältnis rarer Amplituden Verzerrungen verursachenden Zustand niedriger herbeifuhren können. Dieses Problem kann durch Verstärkung, wenn er in den Sperrzustand gesteuert Mehrwegereflexionen, durch unterschiedliche Kabefim-

pedanzen bei Drahtübertragung, durch Änderung der Antennenimpedanz usw. verursacht werden. So kann z. B. die Farbsignalkomponente des Empfangssignals mit zu geringer Verstärkung verarbeitet werden, weil sie bezüglich der Komponenten niedrigerer Frequenzen, auf welche die Regelschaltung anspricht, zu klein ist. Wenn das Empfangssignal verhältnismäßig stark ist, aber das Farbsignal im Verhältnis zum Leuchtdichtesignal geschwächt ist, setzt die Regelschaltung die Verstärkung so weil herab, daß der Rauschabstand des Leuchtdichtesignals zwar brauchbar ist, derjenige des Farbsignals jedoch unvertretbar klein ist In vielen modernen Fernsehempfängern sind die Farbsignalverstärker mit einer eigenen automatischen Verstärkungsregelung ausgestattet, die das Farbsignal auf voller Amplitude hält, selbst wenn seine Amplitude im Ausgangssignal des Videodemodulator vermindert ist. Falls der Rauschabstand der diesen Farbsignalverstärkern zugeführten Farbsignale unvertretbar klein ist, dann erscheint beim Empfang einer Farbsendung auf dem Bildschirm ein durch das Rauschen hervorgerufenes unerwünschtes farbiges »Schneien«.

Um diese bei den oben beschriebenen Bedingungen auftretenden Schwierigkeiten zu beseitigen und um in einem Empfänger mit automatischer Verstärkungsregelung außerdem einen verhältnismäßig großen Bereich an Signalpegeln verarbeiten zu können, muß der Einfluß aller Rauschenergiequellen in der Signaiverstärkerkette hinter der Eingangsstufe auf das verstärkte Signal möglichst klein sein. Diesen Problemen muß bei einem geregelten integrierten ZF-Verstärker besondere Beachtung geschenkt werden, weil der Verstärkungsbereich und die verarbeitbaren Maximalamplituden bei den einzelnen Stufen begrenzt ist

Anhand von F i g. 2 sei der Aufbau eines integrierten Schaltungsplättchens 10 erläutert, mit dem die Rauschprobleme gemeistert werden. Das Plättchen 10 besteht aus p-ieitendem Halbleitermaterial, vorzugsweise Silizium und ist mit einer η-leitenden epitaktischen Schicht versehen. N-leitende Kollektorzonen für die Transistoren können dann durch Diffusion von ρ+ -Begrenzungszonen durch das η-leitende Material zur p-leitenden Unterlage gebildet werden.

Der dargestellte Teil des Plättchens enthält einige Transistoren 56,62,64 und 66, die Anschlüsse Ti, T₃ und iq sowie die zu diesen Teile» gehörenden leitenden Verbindungen. Innerhalb jeder Kollektorzone 56c, 62c 64c und 66c wird eine Basiszone 566, 626,646 und 666 aus p-leitendein Material (getüpfelt dargestellt) eindiffundiert Anschließend werden entsprechende Emitterzonen aus η-leitendem Material 56e, 62ft 64ei, 64ez und 66e durch Diffusion gebildet Die Transistoren werden entsprechend dem Schaltbild nach Fig. 1 durch Metallisierungen M miteinander verbunden, weiche Ober einer Oxidschicht aufgetragen sind, die an den Jeweiligen Kontaktstellen der Transistoren und der anderen Bauteile Öffnungen aufweist

Wie es hi Verbindung mh der F i g. 1 erwähnt wurde, ist der Transistor 62 so ausgelegt, daß er bei den verwendeten Zwischenfrequenzen (etwa 45 MHz) eine steuerbare Steilheit mit verhältnismäßig hohem Maximum aufweist Die Hache der Koflektorzone 62c ist verhältnisinäßig groß. Weiterhin ist die Basiszone 626 mit zwei Metallkontakten M versehen, die zu beiden Seiten der Emitterzone 62e liegen, um wie bekannt die gewünschte hohe Verstärkung za erzielen. Dagegen nimmt die Koflektorzone 66c des Transistors 66 eine kleinere Fläche ein. Die eine Kante der Kollektorzone 66c ist durch die Metallisierung M verdeckt, sie fluchtet jedoch mit der entsprechenden Kante des Kollektors 62c. Ferner ist die Basis 666 — mit einem einzigen Kontakt — und auch die Emitterzone 66e verhältnis-

S mäßig klein. Zur Veranschaulichung des Unterschiedes in den Abmessungen (2:1) sind die Bauelemente maßstabsgetreu gezeichnet In Wirklichkeit ist der Anschluß 71 auf dem Plättchen 0,1 mm χ 0,1 mm groß. Der Anschluß T₉ wird durch eine mit der p-leitenden Unterlage verbundene ρ+ -Diffusion gebildet. Die mit dem Anschluß T₉ verbundene Metallisierung M ist außerdem außerhalb des Plättchens mit Erde verbunden, wie es in F i g. 1 gezeigt ist. Die Kapazität zwischen Kollektor und Erde des Transistors 62 ist etwa zweimal so groß wie die entsprechende Kapazität des kleineren Transistors 66. Diese Eigenschaft der Transistoren 62 und 66 ist von besonderer Bedeutung für das oben beschriebene Verhalten der Schaltung bei starken Signalen und niedriger Verstärkung der ZF-Verstärker.

Beim Anwachsen des Empfangssignals wird die vom Siebglied 34 über den Anschluß T₁ zugeführte Regelspannung weniger positiv. Die Verstärkung des Transistors 62 wird kleiner und kann den zum Transistor 66 gehörenden Wert 1 erreichen. Bei dieser Verkleinerung der Verstärkung des Transistors 62 wächst die Emitterimpedanz eines jeden der Transistoren 62 und 64 in entsprechender Weise (z. B. von etwa 10 Ohm bis 1000 Ohm), da die Transistoren 62 und 64 in Serie geschaltet sind. Bei der Betriebsfrequenz (z. B. etwa

45 MHz) beträgt die Kapazität zwischen Kollektor des Transistors 62 und Substrat ebenfalls annähernd 1000 Ohm. Daher fließt ein wesentlicher Teil (annähernd die Hälfte) des vom Transistor 62 gelieferten Signalstroms eher durch dessen Kollektor-Substrat-Kapazität als

durch den Transistor 64. Während dieser Zeit wirkt die Kapazität auch als Emitter-Belastungsimpedanz für das Eigenrauschen des Transistors 64. Die gemeinsame Wirkung der Verkleinerung des dem Transistor 64 zugeführten Signals und des unverminderten Rauschanteils des Transistors 64 verschlechtert den Rauschabstand des ZF-Verstärkers 12, der in diesem Zustand mit einer Verstärkung von etwa 0 dB arbeitet

Um diese zusätzliche Rauschquelle zu beseitigen, ist der zweite Eingangstransistor 66 vorgesehen. Wenn die

Verstärkung des Transistors 62 auf den erwähnten kleinen Wert vermindert wird und dieser Transistor nahezu nichtleitend ist dann nimmt die Änderungsgeschwindigkeit der Verstärkung des ZF-Verstärkers 12 (d. h. Verstärkungsänderung dB/mV der Änderung der

Regelspannung) wesentlich ab. Die Regelschaltung treibt bei wachsendem Signalpegel den Transistor 62 schnell in seinem Sperrzustand heraus.

Der Emitter des Transistors 64, auf den der Kollektor des Transistors 62 gekoppelt ist erhält daher keinen

Gleichstrom mehr und der mit der KoUektor-Substrat-Kapazität des Transistors 62 verbundene Basis-Emitter-Obergang des Transistors 64 wird von der Schaltung abgetrennt Die kleinere Kollektor-Substrat-Kapazität des Transistors 66 verschlechtert den Rauschabstand

to mcht wie die größere Kollektor-Substrat-Kapazität des Transistors 6Z Der Rauschabstand des Empfängers wird daher verbessert

Die Basis-Emitter-Kapazität des Transistors 56 ändert sich bei Betrieb in Sperrichtong gegenläufig mit

⁶S der angelegten Sperrspannung. Die dazu erforderliche Geometrie des Transistors 56 ist in F i g. 2 dargestellt Die Kapazitätsänderung liegt in der Größenordnung von einigen Pikofarad und bewirkt zusammen mit dem

Widerstand 84 eine Dämpfung der Eingangssignale mit hohem Pegel und verhindert somit eine Übersteuerung des ZF-Verstärkers 12.

!n Abwandlung des dargestellten Beispiels kann der Transistor 64 durch zwei getrennte Transistoren in Basisschaltung ersetzt werden, deren Basen miteinander und deren Kollektoren ebenfalls miteinander verbunden wären, und deren Emitter an die Kollektoren der Transistoren 62 und 66 angeschlossen wären. F.in Transistor mit zwei Emittern benötigt auf dem integrierten Schaltungsplättchen jedoch weniger Platz als zwVi getrennte Transistoren mit jeweils einem Emitter, weil für die Herstellung der ohmschen Kontakte (Verbindungen) zwischen der Metallisierung und der Basis- und Kollektor-Halbleiterzone bei einem Transistor mit zwei Emittern weniger Raum gebraucht wird als bei zwei getrennten Transistoren mit jeweils einem Emitter. Auch spart man auf dem Plättchen den Raum, der zur gegenseitigen Isolierung zweier getrennter Transistoren nötig ist.

Wenn die Betriebsfrequenzen des geregelten ZF-Verstärkers nennenswert tiefer als 45 MHz liegen, dann

brauchen die Transistoren 62 und 66 nicht in Kaskodenschaltung angeordnet zu sein. Die Kaskodenschaltung hält den Einfluß der Kollektor-Basis-Kapazitäten, der Kollektor-Emitter-Kapazitäten und der Kollektor-Substrat-Kapazitäten auf die Bandbreiten der in Emitterschaltung befindlichen Verstärker möglichst gering. Bei tieferen Frequenzen ist der Einfluß dieser Kapazitäten auf die Bandbreiten der Verstärker unbedeutend. In diesem Falle können die Verstärkertransistoren 62 und 66 an eine gemeinsame Last angeschlossen sein (z. B. an die Primärwicklung eines zweikreisigen Übertragers). Die Parallelschaltung der in Emittergrundschaltung angeordneten Transistoren 62 und 66 liefert dann immer noch die gewünschte Regelcharakteristik, was bei den herkömmlichen geregelten Transistorverstärkern nicht der Fall ist. Bei dem in der Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die Regelspannung sowohl dem Transistor 66 als auch dem Transistor 62 zugeführt, wobei die Wirkung auf den Transistor 66 wegen der Gegenkopplung weniger ausgeprägt ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche-,

1. Regelbarer Verstärker für hochfrequente elektrische Signale mit einem ersten Transistor, S dessen Basis die ze verstärkenden Signale und die Regelspannung zugeführt werden, dessen Emitter mit einem Bezugspotential verbunden ist, dessen Kollektor an eine Last angekoppelt ist und dessen Verstärkungsfaktor zwischen einem maximalen und einem minimalen Wert veränderbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß dem ersten Transistor (62) ein zweiter Transistor (64), dessen maximaler Verstärkungsfaktor kleiner und dessen minimaler Verstärkungsfaktor größer als derjenige des ersten Transistors (62) ist, wirkungstuäßig parallelgeschaltet ist, indem der Basis des zweiten Transistors (66) ebenfalls die zu verstärkenden Signale und die Regelspannung zugeführt werden, sein Emitter über einen Gegenkopplungswiderstand (70) mit dem Bezugspotential (Masse) verbunden und sein Kollektor ebenfalls an die Last (30) angekoppelt ist

2. Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß dem ersten Transistor (62) zwei hintereinandergeschaltete Emitterfolgertransistoren (56,58) vorgeschaltet sind und die zu verstärkenden Signale zusammen mit der Regelspannung der Basis des ersten Emitterfolgertransistors (56) zugeführt werden, dessen Emitter außerdem mit der Basis des zweiten Transistors (66) verbunden ist die weiterhin über einen Widerstand (84) an eine Schaltung (22) zur Erzeugung einer vergrößerten Regelspannung angeschlossen ist

3. Verstärker nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß die Kollektoren des ersten und zweiten Transistors (62, 66) jeweils über die Emitter-Kollektor-Strecke eines in Basisgrundschaltung betriebenen Transistors (64) mk der Last (30) verbunden sind und daß die am Kollektor des zweiten Transistors (66) wirksame Ableitungskapazität (66d) kleiner als diejenige des ersten Transistors (62) ist.

4. Verstärker nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß statt zweier getrennter Transistoren in Basisgrundschaltung ein Transistor (64) mit zwei Emittern verwendet ist f>n welche die Kollektoren des ersten und zweiten Transistors (62, 66) angeschlossen sind.