DE1082307B

DE1082307B - Device for automatic control of the gain of a high-frequency amplifier equipped with at least one transistor

Info

Publication number: DE1082307B
Application number: DET12770A
Authority: DE
Inventors: James Lyle Nygaard; Roger Robinson Webster
Original assignee: Texas Instruments Inc
Current assignee: Texas Instruments Inc
Priority date: 1955-10-21
Filing date: 1956-10-19
Publication date: 1960-05-25

Description

Einrichtung zur selbsttätigen Regelung des Verstärkungsgrades eines mit mindestens einem Transistor bestückten Hochfrequenzverstärkers Bekanntlich sind die Eingangsfeldstärken der verschiedenen von einem Hochfrequenzempfänger zu empfangenen Sender außerordentlich unterschiedlich. Zum Ausgleich dieser Unterschiede sind die bekannten Empfänger mit einer selbsttätigen Lautstärkeregelungseinrichtung (nachstehend als AGC-Schaltung bezeichnet) versehen. Zu diesem Zweck wird im Demodulator eine negative Regelspannung erzeugt, die der Eingangsspannung proportional ist. Diese Regelspannung wird entweder den Steuerelektroden der `*erstärkungselemente zwecks Reduzierung des Verstärkungsgrades zugeführt, oder sie beeinflußt einen nichtlinearen Widerstand derart, daß hierdurch mit zunehmender Eingangsfeldstärke eine zunehmende Dämpfung des Übertragungsweges bewirkt wird.Device for the automatic regulation of the gain of a with at least one transistor equipped high-frequency amplifier are known the input field strengths of the various to be received by a radio frequency receiver Broadcasters extremely different. To compensate for these differences are the known receiver with an automatic volume control device (hereinafter referred to as AGC circuit). For this purpose a negative control voltage generated, which is proportional to the input voltage. These Control voltage is either applied to the control electrodes of the `* strengthening elements for the purpose of Reduction of the gain applied, or it affects a non-linear Resistance such that as a result, with increasing input field strength, an increasing Attenuation of the transmission path is effected.

Zur Vermeidung einer Übersteuerung der ersten Verstärkerstufe kommt es darauf an, daß die Regelung auf diese Stufe besonders intensiv einwirkt.To avoid overdriving the first amplifier stage it is important that the regulation has a particularly intensive effect on this level.

Während sich nun der Verstärkungsgrad von Elektronenröhren durch Änderung der Vorspannung der Steuerelektrode ohne Nachteile in weiten Grenzen variieren läßt, ist dies bei Transistoren bekanntlich nicht der Fall, da sich diese nicht leistungslos steuern lassen und das insbesondere mit der Änderung der V orspannung eine wesentliche Änderung der Eingangsimpedanz und damit eine Änderung des Verhaltens des Vorkreises bewirkt wird.While now the gain of electron tubes changes by changing the bias voltage of the control electrode can be varied within wide limits without disadvantages, as is well known, this is not the case with transistors, since they are not powerless can be controlled and that especially with the change of the bias an essential Change in the input impedance and thus a change in the behavior of the pre-circuit is effected.

Man hat deswegen vielfach bei Transistorempfängern der anderen genannten Art der Regelung, nämlich mit Hilfe eines regelbaren Widerstandes, den Vorzug gegeben, jedoch läßt sich hierdurch meist keine hinreichend steile Regelcharakteristik erzielen.One has therefore often mentioned the other in transistor receivers Type of regulation, namely with the help of an adjustable resistor, given preference, however, this usually does not allow a sufficiently steep control characteristic to be achieved.

Diese Mängel zu beseitigen ist Aufgabe der Erfindung.The object of the invention is to eliminate these deficiencies.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur selbsttätigen Regelung des Verstärkungsgrades eines mit mindestens einem Transistor bestückten Hochfrequenzverstärkers, bei dem ein Transistor mittels einer durch Gleichrichtung der Signalspannung gewonnenen und der Steuerelektrode zugeführten Regelspannung geregelt wird. Die kennzeichnende Besonderheit der Erfindung besteht in der Kombination einer solchen Einrichtung mit einer zusätzlichen Regelung in der Weise, daß parallel zum Eingangskreis des Hochfrequenzverstärkers in an sich bekannter Weise ein nichtlinearer Widerstand (Richtleiter) geschaltet ist, der unter der Einwirkung einer Vorspannung steht, die von einem im Ausgangskreis des geregelten Transistors liegenden Widerstand abgenommen wird.The invention relates to a device for automatic Regulation of the gain of a device equipped with at least one transistor High frequency amplifier in which a transistor is rectified by means of a the control voltage obtained from the signal voltage and fed to the control electrode is regulated. The characteristic feature of the invention consists in the combination such a device with an additional scheme in such a way that parallel to the input circuit of the high-frequency amplifier in a known manner a non-linear Resistance (directional conductor) is connected, which is under the action of a bias voltage by a resistor located in the output circuit of the regulated transistor is removed.

Der nichtlineare Widerstand (Richtleiter) kann eine Diode sein. Er kann nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung auch eine p-n-Flächenhalbleiterdiode sein. Durch die gemäß der Erfindung vorgesehene Korn bination zweier AGC-Systeme wird auch, wie später erläutert wird, die mit zunehmender Eingangsamplitude sich einstellende Einschnürung der Bandbreite kompensiert, die für Transistorempfänger charakteristisch ist.The non-linear resistor (directional conductor) can be a diode. He According to another embodiment of the invention, a p-n area semiconductor diode can also be used be. The combination of two AGC systems provided according to the invention also, as will be explained later, that with increasing input amplitude Adjusting constriction of the bandwidth compensates for that for transistor receivers is characteristic.

Im folgenden ist die Erfindung an Hand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert.The invention is exemplified below with reference to the drawing explained in more detail.

Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt aus dem Schaltbild eines HF-Empfängers, bei dem die selbsttätige Verstärkungsregelschaltung gemäß der Erfindung angewendet wird; Fig. 2 ist eine Vorwärtsstromkurve einer typischen p-n-Flächenhalbleiterdiode, aufgetragen als Funktion der Spannung, so daß die nichtlineare Widerstandscharakteristik ersichtlich ist.Fig. 1 shows a section from the circuit diagram of an RF receiver, in which the automatic gain control circuit according to the invention is applied will; Fig. 2 is a forward current curve of a typical p-n junction semiconductor diode, plotted as a function of voltage, so that the non-linear resistance characteristic can be seen.

In Fig. 1 ist nur der Teil eines HF-Empfängers dargestellt, der notwendig ist, um den Gegenstand der Erfindung zu erläutern. Die an die Transistoren angelegten Spannungen werden nachstehend so bezeichnet, wie sie für n-p-n-Transistoren erforderlich sind. Es können jedoch auch p-n-p-Transistoren an Stelle von n-p-n-Transistoren verwendet werden, sofern die Gleichstrompolaritäten der erwähnten Spannungen umgekehrt werden.In Fig. 1, only that part of an RF receiver is shown that is necessary is to illustrate the subject matter of the invention. The ones applied to the transistors Voltages are referred to below as required for n-p-n transistors are. However, p-n-p transistors can also be used instead of n-p-n transistors can be used if the DC polarities of those mentioned Tensions are reversed.

Die HF-Signale werden von einer Antenne 10 aufgenommen, die beispielsweise als Antennenspule 10 a mit Ferritkern 10 b dargestellt ist. Parallel zur Antenne 10 liegen eine veränderliche Kapazität 11 und eine feste Kapazität 12, so daß ein abstimmbarer Parallelkreis gebildet wird.The RF signals are picked up by an antenna 10, for example is shown as an antenna coil 10 a with a ferrite core 10 b. Parallel to the antenna 10 are a variable capacitance 11 and a fixed capacitance 12, so that a tunable parallel circuit is formed.

Auf den Ferritkern -10 b ist eine zweite an die Spule 1Ga gekoppelte Spule 13 gewickelt, deren eines Ende mit Masse verbunden ist, während das andere über einen Blockkondensator 14 zur Basis b des Transistors 15 geleitet ist. Die Spule 13 hat eine kleinere Anzahl von Windungen als die Spule 10a, um eine Impedanzanpassung zwischen der hohen Impedanz des auf Resonanz abgestimmten Parallelkreises und der niedrigeren Eingangsimpedanz der Basis des Transistors 15 zu bewirken. Der Transistor 15 dient als HF-Verstärker und als Mischstufe. Seinem Emitter e wird über eine Leitung 16a die Schwingung eines überlagerungsoszillators (nicht dargestellt) zugeführt. Das zweikreisige Bandfilter 16 ist auf die Zwischenfrequenz von beispielsweise 455 kHz abgestimmt. Über die Primärwicklung dieses Bandfilters wird dem Kollektor c des Transistors 15 die positive Spannung der Spannungsquelle B+ zugeführt.A second one is coupled to the coil 1Ga on the ferrite core -10b Coil 13 wound, one end of which is connected to ground, while the other is conducted via a block capacitor 14 to the base b of the transistor 15. the Coil 13 has a smaller number of turns than coil 10a for impedance matching between the high impedance of the resonance tuned parallel circuit and the to cause lower input impedance of the base of transistor 15. The transistor 15 serves as an RF amplifier and as a mixer. Its emitter e is via a line 16a is supplied with the oscillation of a local oscillator (not shown). The two-circuit band filter 16 is set to the intermediate frequency of 455, for example kHz tuned. The collector c of the transistor 15 is supplied with the positive voltage of the voltage source B +.

Die Zwischenfrequenzsignale aus dem Transistor 15 ,werden über das Bandfilter 16 an die Basis des Transistors 17 geführt, welcher die erste Zwischenfrequenzv erstärkerstufe des Empfängers darstellt. Der Transistor 17 hat, ebenso wie. der Transistor 15, eine niedrigere Eingangsimpedanz. Die Eingangsleitung zu seiner Basis b ist daher zwecks Impedanzanpassung mit einem entsprechenden Abgriff der Sekundärspule des Transformators 16 verbunden. Der n-p-n-Transistor 17 ist so vorgespannt, daß die Emitterspannung des Transistors 17 negativ, die Spannung des Kollektors dagegegen positiv in bezug auf die Basis ist. Die weiteren nicht dargestellten Stufen des Empfängers sind in üblicher Weise ausgebildet. Sie enthalten unter anderem einen Detektor, der neben den Hörfrequenzsignalen eine negative Gleichspannung erzeugt, die dem empfangenen Signalpegel proportional ist. Diese Spanung wird als Regelspannung über die Leitung 18 und die damit in Reihe liegende Sekundärspule des Bandfilters 16 an die Basis des Transistors 17 angelegt. Der Nebenschlußkondensator 19 dient zur Glättung der Regelspannung.The intermediate frequency signals from transistor 15 are transmitted via the Band filter 16 led to the base of transistor 17, which the first intermediate frequency represents the gain level of the recipient. The transistor 17 has, as well as. the Transistor 15, a lower input impedance. The input line to its base b is therefore for the purpose of impedance matching with a corresponding tap on the secondary coil of the transformer 16 connected. The n-p-n transistor 17 is biased so that the emitter voltage of transistor 17 is negative, the voltage of the collector on the other hand is positive about the base. The other stages of the not shown Receiver are designed in the usual way. They contain, among other things, one Detector that generates a negative DC voltage in addition to the audio frequency signals, which is proportional to the received signal level. This voltage is called the control voltage via the line 18 and the secondary coil of the band filter which is in series therewith 16 applied to the base of transistor 17. The shunt capacitor 19 is used to smooth the control voltage.

Um gemäß der Erfindung den zweiten AGC-Kreis zu bilden, wird eine p-n-Flächenhalbleiterdiode 22 im Nebenschluß zu der Antenne 10 und somit im Nebenschluß zu dem abgestimmten Parallelkreis angeordnet, der durch die Spule 10a und die Kondensatoren 11 und 12 gebildet wird. Eine feste Bezugsspannung E2 wird von dem zwischen B-I- und Erde liegenden Spannungsteiler aus den Widerständen 24 und 25 abgenommen und über die Leitung 26 und die Spule 10 a zur Diode 22 geführt. Eine zweite Spannung Ei für die Diode22 entsteht an dem Widerstand20, der zwischen dem Emitter e des Transistors 17 und Erde liegt. Diese Spannung Ei, die durch den Emitterstrom über den Widerstand 20 hervorgerufen wird, wird über die Leitung 27 und den Widerstand 21 an die andere Seite der Diode 22 geführt. Der Parallelkondensator 23 bewirkt eine Glättung der Spannung Ei.In order to form the second AGC circuit according to the invention, a p-n area semiconductor diode 22 in the shunt with the antenna 10 and thus in the shunt to the tuned parallel circuit arranged by the coil 10a and the capacitors 11 and 12 is formed. A fixed reference voltage E2 is provided by the one between B-I- and ground voltage divider removed from resistors 24 and 25 and out via the line 26 and the coil 10 a to the diode 22. A second tension Ei for the diode 22 arises at the resistor 20, which is connected between the emitter e des Transistor 17 and ground. This voltage Ei generated by the emitter current across the resistor 20 is caused, is via the line 27 and the resistor 21 led to the other side of the diode 22. The parallel capacitor 23 causes a smoothing of the tension Ei.

Die Vorspannungen Ei und E2 für die Diode 22 können natürlich auch auf andere Weise erzeugt werden. Voraussetzung ist jedoch, daß Ei an einem Belastungswiderstand eines geregelten Transistors abgegriffen wird. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, daß in dem Transistor eine Verstärkung der normalen AGC-Regelspannung erzielt wird, so daß eine steilere Regelung der Diode 22 erfolgt.The bias voltages Ei and E2 for the diode 22 can of course also generated in other ways. A prerequisite, however, is that Ei is connected to a load resistance a regulated transistor is tapped. This has the advantage that an amplification of the normal AGC control voltage is achieved in the transistor, so that a steeper regulation of the diode 22 takes place.

Die Schaltung arbeitet in folgender Weise: Bei niedrigen Eingangssignalpegeln an der Antenne wird eine kleine AGC-Spannung erzeugt. Der Emitter des Transistors 17 bleibt dabei im Vergleich zur Basis negativ. Hierbei beträgt normalerweise der Emitterstrom etwa 0,5 bis 1,5 mA. Der Widerstand 20 hat einen Wert, der zwischen 470 und 2200 Ohm liegt. Die Spannung E2 wird durch entsprechende Wahl des Spannungsteilerverhältnisses der Widerstände 24 und 25 auf einen etwas niedrigeren Wert als El festgelegt, wobei der genaue Betrag dieses Wertes nicht kritisch ist. Die p-n-Flächendiode 22 ist so geschaltet, daß sie bei E>E2 sperrt und damit praktisch keinen Einfluß auf die Antennenspule ausübt.The circuit works in the following way: At low input signal levels A small AGC voltage is generated on the antenna. The emitter of the transistor 17 remains negative compared to the base. This is usually the Emitter current about 0.5 to 1.5 mA. The resistor 20 has a value between 470 and 2200 ohms. The voltage E2 is determined by the appropriate choice of the voltage divider ratio of resistors 24 and 25 set to a slightly lower value than El, where the exact amount of this value is not critical. The p-n junction diode 22 is switched so that it blocks when E> E2 and thus has practically no effect on the Exercises antenna coil.

Wenn dann der Signalpegel im Empfängereingang größer wird, so verkleinert sich auf Grund der Regelung der Emitterstrom des Transistors 17 und damit auch die Spannung Ei. Bei einer bestimmten Amplitude des Eingangssignalpegels sinkt die Spannung Ei unter den Wert der festen Spannung E2 ab. Die Diode 22 ist dann in der Vorwärtsrichtung vorgespannt. Je nach der Stärke des Signals und dem Betrag der Spannung E2 wird die Diode 22 mehr oder weniger leitend. Wie aus der in Fig. 2 dargestellten Stromspannungskurve der Diode 22 zu ersehen ist, ist der Strom keine lineare Funktion der Spannung. Die Diode22 hat also, wenn sie nur etwas in der Vorwärtsrichtung vorgespannt ist, noch einen relativ hohen Widerstand. Wenn dagegen der Signalpegel zunimmt und der Arbeitspunkt der Diode 22 an eine höhere Stelle der Kurve verschoben wird, so wird ihr Widerstand niedriger und bewirkt somit eine größere Dämpfung des Schwingkreises 10a, 11, 12.If then the signal level in the receiver input increases, so decrease due to the regulation of the emitter current of the transistor 17 and thus also the Tension egg. The voltage drops at a certain amplitude of the input signal level Ei falls below the value of the fixed voltage E2. The diode 22 is then in the forward direction biased. Depending on the strength of the signal and the amount of voltage E2 becomes the diode 22 more or less conductive. As from the current-voltage curve shown in FIG the diode 22 can be seen, the current is not a linear function of the voltage. So if the diode22 is only slightly forward biased, still a relatively high resistance. If, on the other hand, the signal level increases and the The operating point of the diode 22 is shifted to a higher point on the curve, so will their resistance is lower and thus causes greater damping of the resonant circuit 10a, 11, 12.

Durch diesen von der Diode 22 gebildeten veränderlichen Parallelwiderstand wird nicht nur die Amplitude der stärkeren Signalschwingungen reduziert, sondern auch eine wesentliche Vergrößerung der Bandbreite des Eingangskreises in Abhängigkeit von der Amplitude des empfangenen Signals erzielt. Die letztgenannte Wirkung erweist sich bei einem Transistorverstärker mit Vorspannungsregelung als besonders vorteilhaft. Bei einem derartigen Verstärker tritt nämlich mit steigender Eingangsamplitude in unerwünschter Weise eine Einschnürung der Bandbreite des Vorkreises auf, da die Eingangsimpedanz eines Transistorverstärkers angehoben wird, wenn die Verstärkung durch die Wirkung der Regelspannung reduziert wird. Diese unerwünschte Wirkung wird aber bei dem Gegenstand der Erfindung durch Einwirkung der Diode 22 in der beschriebenen Weise kompensiert.By this variable parallel resistance formed by the diode 22 the amplitude of the stronger signal oscillations is not only reduced, but also also a substantial increase in the bandwidth of the input circuit as a function obtained from the amplitude of the received signal. The latter effect proves is particularly advantageous in a transistor amplifier with bias control. In the case of such an amplifier, in fact occurs with increasing input amplitude undesirably a constriction of the bandwidth of the pre-circuit, since the Input impedance of a transistor amplifier is raised when the gain is reduced by the effect of the control voltage. This undesirable effect will but in the subject matter of the invention by the action of the diode 22 in the described Way compensated.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Device for the automatic control of the gain of a high-frequency amplifier equipped with at least one transistor, in which a transistor is controlled by means of a control voltage obtained by rectifying the signal voltage and fed to the control electrode, characterized by an additional control in such a way that parallel to the input circuit of the high-frequency amplifier a non-linear resistor (directional conductor) is connected in a manner known per se, which is under the action of a bias voltage which is taken from a resistor located in the output circuit of the regulated transistor. 2. Device according to claim 1, characterized in that the non-linear resistor (directional conductor) is a diode. 3. Device according to claim 1, characterized in that the non-linear resistor (directional conductor) is a pn-area semiconductor diode. Documents considered: German Patent No. 726 513; British Patent No. 414,187; "Principles of Transistor Circuits," by Richard F. S hea, New York, 1953, p. 472.