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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Verstärkerschaltung
mit einem Rückkopplungspfad.
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Zunehmend
werden Verstärker
in Umgebungen mit hohen Temperaturschwankungen eingesetzt. Beispielsweise
sind die spezifizierten Temperaturbereiche für Verstärkerschaltungen, die im Automobilbereich
eingesetzt werden zwischen –40°C und 125°C. Dabei
werden Verstärkerschaltungen
benötigt,
die über
einen großen
Temperaturbereich ein konstantes Verstärkungsverhalten zeigen.
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Als
Verstärker
werden häufig
sogenannte Low-Noise-Amplifier bzw. LNAs einzusetzen. Diese LNAs
weisen ein reduziertes Rauschverhalten auf, weshalb sie Signale
verstärken
können,
ohne den Rauschanteil des Signals signifikant zu erhöhen.
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4 zeigt eine mögliche Verstärkerschaltung
mit einem Low-Noise-Amplifier.
Eine Konstant-Stromquelle 1 ist in dieser Schaltung an
einen Kollektor bzw. einen ersten Anschluß eines Stromspiegel-Transistors 3 angeschlossen.
Gleichzeitig ist die Konstant-Stromquelle 1 über einen
Stromspiegel-Widerstand 5 mit einem Steueranschluss bzw,
einer Basis des Stromspiegel-Transistors 3 verbunden. Die
Basis des Stromspiegel-Transistors 3 ist über den
Stromspiegel-Widerstand 5 und einen Eingangs-Widerstand 7 an
eine Basis bzw. einen Steueranschluss eines Eingangs-Transistors 9 angeschlossen,
der zusammen mit dem Transistor 5 den Stromspiegel bildet. Über eine
Querimpedanz 11 ist die Konstant-Stromquelle 1 mit
einem Emitter bzw. einem zweiten Anschluss des Stromspiegel-Transistors 3 sowie
mit Masse verbunden. Ein Emitter bzw. zweiter Anschluss des Eingangs-Transistors 9 ist
mit dem Emitter des Stromspiegel-Transistors 3 leitend verbunden
und an Masse angeschlossen.
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Ein
Eingangs-Anschluss 13 ist mit der Basis des Eingangs-Transistors 9 verbunden
und über
die Widerstände 5, 7 mit
der Basis des Stromspiegel-Transistors 3 gekoppelt . Ein
Kollektor bzw. erster Anschluss des Eingangs-Transistors 9 ist
mit einem Emitter bzw. einem zweiten Anschluss eines Ausgangs-Transistors 15 gekoppelt.
Ein Kollektor bzw. erster Anschluss des Ausgangs-Transistors 15 ist über einen
Ausgangs-Kondensator 17 mit
einem Ausgangs-Anschluss 19 gekoppelt.
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Der
Ausgangs-Anschluss 19 ist über einen ersten Rückkopplungs-Kondensator 21,
einen Rückkopplungs-Widerstand 23 und
einen zweiten Rückkopplungs-Kondensator 25 mit
einer Basis bzw. einem Steueranschluss des Ausgangs-Transistors 15 gekoppelt.
Zugleich ist die Basis des Ausgangs-Transistors 15 über den
zweiten Rückkopplungs-Kondensator 25 und
eine Rückkopplungs-Induktivität bzw. ein
Rückkopplungs-Induktives-Element 27 mit
Masse verbunden.
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Ein
Bias-Anschluss 29 ist mit der Basis des Ausgangs-Transistors 15 leitend
verbunden. Der Kollektor des Ausgangs-Transistors 15 ist über einen Versorgungsspannungs-Widerstand 31 und
eine Versorgungsspannungs-Induktivität 33 mit einem Versorgungsspannungs-Anschluss 35 verbunden.
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Der
Stromspiegel-Transistor 3 und der Eingangs-Transistor 9 sind
in einer sogenannten Common-Emitter-Anordnung angeordnet, so dass
ein Strom, der von der Konstant-Stromquelle 1 an dem Stromspiegel-Transistor 3 in
die Schaltung eingespeist wird, annähernd so hoch ist wie ein Strom
an dem Kollektor des Eingangs-Transistors 9. Der Stromspiegel-Widerstand 5 und
der Eingangs-Widerstand 7 sind hochohmig ausgelegt, so
dass sie Rückwirkungen
von Signalschwankungen an dem Eingangs-Transistor 9 auf den Stromspiegel-Transistor 3 vermindern. Über den
Strom aus der Konstant-Stromquelle 1 kann der Arbeitspunkt
des Eingangs-Transistors 9 eingestellt werden.
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Der
Eingangs-Transistor 9 ist mit dem Ausgangs-Transistor 15 in
einer Kaskodenschaltung zwischen den Versorgungsspannungs-Anschluss 35 und
Masse geschaltet.
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An
dem Versorgungsspannungs-Anschluss 35 liegt ein Versorgungsspannungspotential
an, während
an dem Bias-Anschluß 29 gegebenenfalls über eine
hier nicht gezeigte Impedanz eine Bias-Vorspannung anliegt.
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Ein
Wechselspannungs-Signal wird an dem Eingangs-Anschluss 13 angelegt,
und von der aus dem Eingangs-Transistor 9 und dem Ausgangs-Transistor 15 bestehenden
Kaskoden-Schaltung verstärkt.
Das durch die Kaskoden-Schaltung verstärkte Signal wird an dem Ausgangs-Anschluss 19 abgegriffen,
wobei die Ausgangs-Kapazität 17 u.
a. dazu dient, mögliche
Gleichanteile aus dem Wechselspannungs-Signal an dem Ausgangs-Anschluß herauszufiltern.
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Über den
Strom aus der Konstant-Stromquelle 1 wird der Arbeitspunkt
und die Verstärkung der
Kaskodenschaltung zunächst
vordefiniert. Die Kaskodenschaltung, die Versorgungsspannungs-Induktivität 33 und
der Versorgungsspannungs-Widerstand 19 sind in Reihe zwischen
dem Versorgungsspannungs-Anschluss 35 und Masse geschaltet,
wobei die Versorgungsspannungs- Induktivität 33 dazu dient,
die bei der Verstärkung
einer am Eingang angelegten Wechselspannung auftretenden Rückwirkungen
auf den Versorgungsspannungs-Anschluß 35 herauszufiltern.
Außerdem
kann der Arbeitspunkt und die Verstärkung der Kaskodenschaltung über das
an dem Bias-Anschluss 29 anliegende Potential eingestellt
werden.
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Außerdem wird über den
ersten Rückkopplungs-Kondensator 21,
den Rückkopplungs-Widerstand 23 und
den zweiten Rückkopplungs-Kondensator 25 das
an dem Ausgangs-Anschluss 19 anliegende Potential an die
Basis des Ausgangs-Transistors 15 zurückgeführt, so dass das Verstärkungsverhalten
des Ausgangs-Transistors 15 stabilisiert wird, um damit
beispielsweise einen Stabilitätsfaktor,
der größer als
1 ist, z. B. in einem Frequenzbereich bis zu 10GHz, zu erhalten.
Die Rückkopplungs-Induktivität 27 stellt
für das
hochfrequente Wechselstrom-Signal in dem Rückkopplungsnetzwerk eine hohe
Impedanz dar.
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Der
Versorgungsspannungs-Widerstand 31 dient unter anderem
zur Stabilisierung der aus dem Eingangs-Transistor 9 und
dem Ausgangs-Transistor 15 bestehenden Kaskoden-Schaltung.
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Die
in 4 gezeigte Verstärkerschaltung verstärkt eine
an dem Eingangs-Anschluss 13 anliegende Wechselspannung.
Das verstärkte
Wechselspannungs-Signal liegt an dem Ausgangs-Anschluß 19 an. Über den
Wert des von der Konstant-Stromquelle 1 gelieferten
Gleichstroms wird der Arbeitspunkt und damit die Verstärkung der
Verstärkerschaltung
voreingestellt. Ferner wird die Verstärkung der Verstärkerschaltung
von einem an die Basis des Ausgangs-Transistors 15 rückgekoppelten
Anteil des Wechselspannungs-Signals an dem Ausgangs-Anschluß 19 beeinflußt bzw.
geregelt. Die Verstärkung der Verstärkerschaltung
kann durch eine geeignete Wahl der Rückkopplung variiert werden.
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In
Verstärkerschaltungen
bzw. LNA-Konzepten, wie sie in 4 gezeigt
sind, wird eine einfache Common-Emitter-Struktur eingesetzt. Um
den Stromverbrauch in mobilen Systemen zu minimieren, werden dort
die LNAs mit konstantem Strom versorgt, um somit einen nahezu temperaturunabhängigen Gesamtstromverbrauch
zu erhalten.
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Nachteilig
an der in 4 gezeigten
Verstärkerschaltung
ist, dass diese mit einem konstanten Strom versorgt wird, wodurch
die Verstärkung
bzw. der Gain des Verstärkers über der
Temperatur variiert. Diese Variation ist in manchen Anwendungen unerwünscht bzw.
zu groß.
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Natürlich bestünde in der
in 4 gezeigten Verstärkerschaltung
die Möglichkeit,
die Verstärkung bei
einer Temperaturerhöhung über eine
Erhöhung des
konstanten Stroms aus der Konstant-Stromquelle 1 nachzuregeln.
Dies ginge jedoch mit einem erhöhten
Stromverbrauch der Verstärkerschaltung
einher, was insbesondere bei batteriebetriebenen Anwendungen nachteilig
ist.
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Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Verstärkerschaltung
zu schaffen, bei der die Temperaturabhängigkeit der Verstärkung reduziert
ist.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Verstärkerschaltung
gemäß Anspruch
1 gelöst.
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Die
vorliegende Erfindung schafft eine Verstärkerschaltung mit einem Verstärker-Eingang,
einem Verstärker-Ausgang,
einem Steueranschluss zum Einstellen einer Verstärkung der Verstärkerschaltung
und einem Rückkopplungspfad
zwischen dem Verstärker-Ausgang
und dem Steueranschluss, wobei eine Einrichtung mit variabler Impedanz
in den Rückkopplungspfad
geschaltet ist, deren Impedanz von einer Temperatur abhängt, so
dass eine Variation der Verstärkung
abhängig
von der Temperatur reduziert ist.
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Der
Kerngedanke der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Element
dessen Impedanz in Abhängigkeit
von der Umgebungs-Temperatur
variiert in einen Rückkopplungspfad
einer Verstärkerschaltung
zu schalten, so dass die Variation der Verstärkung in Abhängigkeit
von der Temperatur reduziert ist. Somit lässt sich eine Rückführung eines
Verstärker-Ausgangs-Signals
an einen Steuer-Anschluss einer Verstärkerschaltung, an dem die Verstärkung eingestellt
wird, in Abhängigkeit
von der Temperatur verändern.
Die Rückführung des
Verstärker-Ausgangs-Signals
kann von dem Element mit temperaturabhängiger Impedanz so beeinflusst
werden, so dass die Temperaturabhängigkeit der Verstärkerschaltung
reduziert ist.
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Dadurch
dass eine temperaturabhängige
Impedanz in den Rückkopplungspfad
geschaltet ist, lässt
sich die Temperaturabhängigkeit
der Verstärkerschaltung
in dem spezifizierten Temperaturbereich, beispielsweise in einem
Bereich von –40°C bis 90°C, in dem
diese eingesetzt werden kann, verringern. Durch die Verringerung
der Temperaturabhängigkeit der
Verstärkerschaltung
lassen sich beispielsweise die temperaturbedingten Toleranzen einer
Schaltung, in der die Verstärkerschaltung
mit reduzierter Temperaturabhängigkeit
eingesetzt wird, vermindern.
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Ferner
vermeidet die Verstärkerschaltung mit
reduzierter Temperaturabhängigkeit
gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ein Nachregeln durch eine Konstant-Stromquelle, die die
Verstärkerschaltung
speist. In solchen Verstärkerschaltungen
dient das Nachregeln bei zunehmender Temperatur dazu, den temperaturbedingten Rückgang der
Verstärkung
zu kompensieren. Dabei muss der Konstant-Strom mit zunehmender Temperatur
auf einen höheren
Wert eingestellt werden. Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung lässt
sich der hohe Stromverbrauch, der durch dieses Nachregeln der Verstärkerschaltung
bei hohen Temperaturen sonst auftreten würde, vermeiden. Damit lässt sich
der Stromverbrauch einer Schaltung, in der die erfindungsgemäße Verstärkerschaltung
eingesetzt wird, reduzieren.
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Darüber hinaus
lässt sich
durch die Reduzierung der Temperaturabhängigkeit der Verstärkerschaltung
eine höhere
Ausbeute in einer Massenfertigung erzielen. Ein größerer Anteil
der in einer Massenfertigung hergestellten Verstärkerschaltungen weist dabei über einen
spezifizierten zugelassenen Betriebstemperaturbereich, in dem die
Verstärkerschaltung
in einem elektrischen Gerät
eingesetzt werden soll, eine Verstärkung auf, die innerhalb der spezifizierten
Toleranzen liegt. Somit ist die Ausbeute bei einer Serienfertigung
der Verstärkerschaltung durch
die Reduzierung der Temperaturabhängigkeit erhöht. Dies
führt gleichzeitig
zu niedrigeren Fertigungskosten.
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Außerdem ermöglicht die
Reduzierung der Temperaturabhängigkeit
der Verstärkung
der Verstärkerschaltung
in einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung einen flexibleren Einsatz der Verstärkerschaltung.
Die Verstärkerschaltung
kann dabei in Anwendungen eingesetzt werden, die für eine hohe
Um gebungstemperatur ausgelegt sind, wie beispielsweise in der Automobilindustrie,
ohne dass nachgelagerte Schaltungselemente die temperaturbedingte
Reduzierung der Verstärkung
kompensieren müssen.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend bezugnehmend auf die
beiliegenden Zeichnungen näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 eine
Verstärkerschaltung
mit reduzierter Temperaturabhängigkeit
gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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2 eine
Verstärkerschaltung
mit reduzierter Temperaturabhängigkeit
der Verstärkung
gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
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3a–3b eine
Gegenüberstellung
von Verstärkungswerten
einer Verstärkerschaltung
mit reduzierter Temperaturabhängigkeit
der Verstärkung gegenüber einer
in 4 gezeigten Verstärkerschaltung; und
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4 eine
herkömmliche
Verstärkerschaltung.
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In
der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
werden gleiche oder gleich wirkende Elemente mit den gleichen Bezugszeichen
versehen. Insbesondere werden Elemente, die zu denjenigen aus 4 gleich
oder gleichwirkend sind, mit dem jeweils gleichen Bezugszeichen versehen,
und die nachfolgende Beschreibung beschränkt sich auf die Darstellung
der Unterschiede zu dem Aufbau nach 4.
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Im
Gegensatz zu der in 4 gezeigten Verstärkerschaltung
ist in einer Verstärkerschaltung
gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung, die in 1 gezeigt
ist, der zweite Rückkopplungs-Kondensator 25 durch
einen Kondensator 37 mit temperaturabhängiger Kapazität ersetzt.
Der erste Rückkopplungs-Kondensator 21,
der Rückkopplungs-Widerstand 23 und
der Kondensator 37 mit temperaturabhängiger Kapazität sind somit
in Serie zwischen den Ausgangs-Anschluss 19 und die Basis
des Ausgangs-Transistors 15 geschaltet.
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Der
Kondensator mit temperaturabhängiger Kapazität 37 ist
dabei beispielsweise so ausgelegt, dass sein Kapazitätswert mit
steigender Umgebungstemperatur bzw. Temperatur zunimmt. Dadurch
sinkt die Impedanz des Kondensators 37 mit temperaturabhängiger Kapazität mit zunehmender Temperatur.
Dies führt
dazu, dass mit zunehmender Temperatur die Gesamtimpedanz des aus
dem Kondensator mit der temperaturabhängigen Kapazität 37,
dem ersten Rückkopplungs-Kondensator 21 und des
Rückkopplungs-Widerstands 23 bestehenden Rückkopplungs-Netzwerks
sinkt. Dadurch wird mit steigender Umgebungstemperatur ein höherer Anteil des
Wechselspannungs-Signals an dem Ausgangs-Anschluss 19 an die Basis des
Ausgangs-Transistors 15 zurückgeführt.
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Somit
wird die Rückkopplung
mit zunehmender Temperatur der an dem Ausgangs-Anschluss 19 anliegenden
Wechselspannung an die Basis des Ausgangs-Transistors 17 erhöht. Dies
führt dazu, dass
die Verstärkung
der Verstärkerschaltung
zunimmt. Somit wird eine durch die Temperaturerhöhung beispielsweise reduzierende Änderung
der Verstärkung
der Verstärkerschaltung
durch die erhöhte Rückkopplung über das
Rückkopplungs-Netzwerk kompensiert.
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2 zeigt
eine Verstärkerschaltung
gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung. Die in 2 gezeigte
Verstärkerschaltung
gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung unterscheidet sich von dem in 4 gezeigten
Verstärker
dadurch, dass der zweite Rückkopplungs-Kondensator 25 durch
einen Varaktor 39 bzw. eine Varaktordiode und einen Serien-Kondensator 41 ersetzt
ist. Ein Varaktor 39 ist eine Diode, die im Sperrbetrieb
betrieben wird, und deren Kapazität von der anliegenden Spannung
bzw. Sperrspannung abhängt.
Der Varaktor 39, der Varaktor-Serien-Widerstand 43 und die Rückkopplungs-Induktivität 27 sind
zwischen einen Varaktor-Potential-Anschluss 45 und Masse
geschaltet.
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Anders
ausgedrückt
ergibt sich die in 2 dargestellte Schaltung aus
der in 4 gezeigten Schaltung dadurch, dass in der in 4 gezeigten Schaltung
in dem Rückkopplungsnetzwerk
der zweite Rückkopplungs-Kondensator 25 entfernt
wird und stattdessen zwischen den Rückkopplungs-Widerstand 23 und
die Basis des Ausgangs-Transistors 15 eine Serienschaltung
aus dem Varaktor 39 und dem Serien-Kondensator 41 geschaltet
wird.
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Zwischen
dem Varaktor-Potential-Anschluss 45 und dem Masseanschluss
wird eine Gleichspannung angelegt. Diese Gleichspannung fällt über eine Serienschaltung
aus dem Varaktor-Serien-Widerstand 43,
dem Varaktor 39 und der Rückkopplungs-Induktivität 27 ab. Die Rückkopplungs-Induktivität 27 stellt
dabei für
die Gleichspannung keine Impedanz dar. Die zwischen dem Varaktor-Potential-Anschluss 43 und
dem Masseanschluss anliegende Gleichspannung teilt sich somit in
einen Spannungsabfall an dem Varaktor 39 und dem Varaktor-Serien-Widerstand 43 auf. Über die
an dem Varaktor-Potential- Anschluss 45 angelegte
Gleichspannung, die auch als Tuningspannung bezeichnet wird, lässt sich
somit die Spannung an dem Varaktor 39 einstellen. Der Varaktor-Potential-Anschluß 45 wird deshalb
im folgenden auch manchmal als Tune-Port bezeichnet.
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Die
an dem Varaktor-Potential-Anschluss 45 angelegte Gleichspannung
wird von einer hier nicht gezeigten temperaturabhängigen Spannungsquelle geliefert,
wobei die gelieferte Gleichspannung beispielsweise mit steigender
Temperatur sinkt. Dies führt
dazu, dass die an dem Varaktor 39 abfallende Spannung mit
steigender Temperatur sinkt. Dadurch steigt die Kapazität des Varaktors 39 mit
steigender Temperatur.
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Der
Varaktor 39 ist dabei mit dem Serien-Kondensator 41 und
mit dem ersten Rückkopplungs-Kondensator 21 in
dem Rückkopplungs-Netzwerk
in Serie geschaltet. Durch das Verhältnis der Kapazität des Serien-Kondensators
zu der Kapazität des
Varaktors lässt
sich das Verhalten des Rückkopplungs-Netzwerks beeinflussen.
Die Gesamtkapazität
des Rückkopplungs-Netzwerks
nimmt mit steigender Temperatur zu, da ja die Kapazität des Varaktors 39 mit
steigender Temperatur zunimmt. Somit fällt wiederum mit zunehmender
Temperatur die Impedanz des Rückkopplungs-Netzwerks
aus dem ersten Rückkopplungs-Kondensator 21,
dem Rückkopplungs-Widerstand 23,
dem Varaktor 39 und dem Serien-Kondensator 41.
Wie bereits oben erläutert
führt die
mit zunehmender Temperatur sinkende Impedanz des Rückkopplungs-Netzwerks
wiederum dazu, dass die Verstärkung
der Verstärkerschaltung
mit zunehmender Temperatur steigt. Somit lässt sich wiederum eine temperaturbedingte
Reduzierung der Verstärkung
der Verstärkerschaltung
durch eine temperaturabhängige
Impedanz, die in diesem Fall durch den Varaktor 39 gebildet
ist, kompensieren. Dabei wird die Kapa zität des Varaktors über eine
von der Umgebungstemperatur abhängige
Gleichspannung, die an dem Varaktor 39 anliegt, eingestellt.
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3a zeigt
einen Verlauf einer Gleichspannung an dem Varaktor 39.
Diese wird über
die an dem Varaktor-Potential-Anschluß 45 anliegende
Spannung eingestellt. In einem in 3a gezeigten
Graphen ist dabei an einer x-Achse ein Wert der Temperatur in Grad
Celsius aufgetragen, während
an einer y-Achse
die Gleichspannung an dem Varaktor 39, also die Varaktorspannung,
in Volt aufgetragen ist.
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Eine
gestrichelte Linie zeigt dabei einen Verlauf 47 der Varaktor-Spannung
bei einer ersten Simulation, bei der die Varaktor-Spannung über den
gesamten Temperaturbereich von –30°C bis 90°C konstant,
beispielsweise hier auf einem Wert von 1,4 Volt, gehalten wird.
Dieser Verlauf entspricht dem Verhalten der Verstärkerschaltung,
die in 4 gezeigt ist. Das Verhalten der dort dargestellten
Verstärkerschaltung
lässt sich
dabei mittels einer Kapazität des
Varaktors 39 simulieren, wobei sich der Wert der Kapazität des Varaktors 39 über der
Temperatur nicht ändert.
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Eine
durchgezogene Linie erläutert
einen Verlauf 49 der Varaktor-Spannung bei einer zweiten Simulation,
wobei die Varaktor-Spannung von einer Spannung von 2,5 Volt bei
einer Temperatur von –30°C linear
bis auf einen Wert von 0,2 Volt bei einer Temperatur von 90°C absinkt.
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3b zeigt
die Auswirkungen der unterschiedlichen Verläufe der Varaktor-Spannungen,
die in 3a gezeigt sind, auf das Verhalten
der Verstärkerschaltung.
Auf einer x-Achse ist in der 3b wiederum
die Temperatur in einem Bereich von –30°C bis 90°C angetragen, während auf
einer y-Achse die Verstärkung
der Verstärkerschaltung
in dB angetragen ist. Eine gestrichelte Linie in dem in 3b gezeigten
Graphen zeigt einen Verlauf 51 der Verstärkung bei
der ersten Simulation, und damit ein Verhalten der in 4 gezeigten
Verstärkerschaltung über der
Temperatur. Dabei wird die Spannung an dem Varaktor 39 über der
Temperatur konstant gehalten. Eine durchgezogene Linie zeigt einen
Verlauf 53 der Verstärkung
bei der zweiten Simulation, deren Verhalten der Verstärkerschaltung
gemäß dem in 2 erläuterten
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung entspricht. Die Spannung an dem Varaktor 39 wird
mit zunehmender Temperatur gesenkt, wodurch sich die Kapazität des Varaktors 39 mit
steigender Temperatur erhöht.
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Aus 3b ist
zu erkennen, dass die Verstärkung
der Verstärkerschaltung
gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung bei –30°C einen Wert
von 18 dB einnimmt und damit niedriger ist als bei der herkömmlichen
Verstärkerschaltung,
bei der sie ja einen Wert von 18,5 dB bei einer Temperatur von –30°C hat. Zudem
hat die Verstärkung
der Verstärkerschaltung
gemäß dem in 2 gezeigten
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung bei einer Temperatur von 90°C einen Wert
von 17,4 dB, während
die herkömmliche
Verstärkerschaltung
bei der Temperatur von 90°C
einen Wert von 16,8 dB aufweist. Aus dem in 3b gezeigten
Verlauf der Verstärkung
der Verstärkerschaltung über der
Temperatur ist somit zu erkennen, dass die Temperaturabhängigkeit
der Verstärkung
bei der Verstärkerschaltung
gemäß dem in 2 erläuterten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung reduziert ist.
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Durch
die Einstellung der Spannung an dem Varaktor 39 in Abhängigkeit
von der Temperatur lässt sich
somit die Kapazität
des Varaktors 39 verändern, und
damit, wie oben beschrieben, die Gesamtkapazität des Rückkopplungs-Netzwerks abhängig von
der Temperatur einstellen. Die Gesamtkapazität des Rückkopplungs-Netzwerks steigt
dabei mit zunehmender Temperatur. Dies führt wiederum wie oben beschrieben
zu einer veränderten
bzw. verstärkten Rückkopplung
des an dem Ausgangs-Anschluss 19 anliegenden Ausgangs-Signals
an die Basis des Ausgangs-Transistors 15.
Somit wird die Temperaturabhängigkeit
der Verstärkung
der Verstärkerschaltung
reduziert.
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In
dem in 3b gezeigten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung könnte
die Temperaturabhängigkeit
der Verstärkung
der Verstärkerschaltung
durch eine Erhöhung
der Kapazitätsänderung
der veränderlichen
Kapazität
in dem Rückkopplungspfad,
also durch eine Erhöhung
der Kapazitätsänderung
des Varaktors 39, weiter reduziert werden.
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In
obigen Ausführungsbeispielen
gemäß der vorliegenden
Erfindung ist eine Low-Noise-Amplifier-Schaltung als Verstärkerschaltung
bzw. Hochfrequenz-Verstärker
gezeigt. Beliebige Alternativen sind jedoch jegliche Verstärkerschaltungen,
die einen Rückkopplungspfad
aufweisen, wie beispielsweise Operationsverstärkerschaltungen.
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In
obigen Ausführungsbeispielen
sind die Transistoren in der Verstärkerschaltung als Bipolar-Transistoren
ausgeführt.
Alternativen hierzu sind jedoch auch Feldeffekt-Transistoren, wie
beispielsweise MOS-Transistoren. In obigen Ausführungsbeispielen ist die temperaturabhängige Impedanz
in dem Rückkopplungs-Netzwerk
jeweils eine Kapazität,
deren Kapazitätswert
von der Temperatur abhängt.
Alternativen hierzu sind je doch beliebige Impedanzelemente, deren
Impedanz von der Temperatur abhängig
ist, bzw. in Abhängigkeit
von der Temperatur eingestellt werden kann, wie beispielsweise NTC-Widerstände (Negative-Temperature-Coefficient)-Widerstände oder
PTC-Widerstände (Positive-Temperature-Coefficient)-Widerstände.
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In
obigen Ausführungsbeispielen
der vorliegenden Erfindung ist die Temperaturabhängigkeit der Verstärkung der
Verstärkerschaltung
verglichen mit einem Zustand, bei dem das Element mit temperaturabhängiger Impedanz
beispielsweise fehlt oder das Element eine von der Temperatur unabhängige Impedanz
besitzt, reduziert worden. Denkbar ist jedoch auch die Schaltungselemente,
beispielsweise in dem Rückkopplungspfad,
so zu dimensionieren, dass die Verstärkung der Verstärkerschaltung über der
Temperatur sogar konstant bleibt.
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In
obigen Ausführungsbeispielen
der vorliegenden Erfindung ist eine Blindimpedanz, deren Wert von
der Temperatur abhängt
in den Rückkopplungspfad,
hier ein Kondensator oder ein Varaktor geschaltet. Der Kondenstaor
oder der Varaktor sind jedoch nur Beispiele von Blindimpedanzen,
deren Impedanz von der Temperatur abhängt. Denkbar sind auch weitere
Blindimpedanzen wie beispielsweise Induktivitäten, bei denen die Impedanz,
beispielsweise über
die Induktivität,
mit der Temperatur verändert
wird.
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In
obigen Ausführungsbeispielen
der vorliegenden Erfindung wird die Kapazität des Varaktors 39 über eine
Gleichspannungsquelle, deren Wert von der Temperatur abhängt, eingestellt.
Die Spannungsquelle bzw. Gleischspannungsquelle weist dabei beispielsweise
eine steuerbare Spannungsquelle auf, die ausgebildet ist, um eine
von einem Steuersignal abhängige
Spannung an dem Varaktor anzulegen, wobei die Verstärker schaltung
z. B. ferner einen Temperaturfühler
aufweisen kann, der mit der Spannungsquelle gekoppelt ist, um als
das Steuersignal ein eine Temperatur anzeigendes Signal zu liefern.
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Denkbar
sind beliebige Anordnungen, die eine an dem Varaktor 39 anliegende
Gleichspannung in Abhängigkeit
von der Temperatur verändern.
So könnte
z. B. ein Temperatursensor so ausgelegt sein, dass er beispielsweise
in einer vorbestimmten Weise bzw. einer vordefinierten Funktion
ein temperaturabhängiges
Spannungssignal liefert, das eine an dem Varaktor anliegende Spannung
einstellt.
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Der
Temperatursensor könnte
beispielsweise ein Messfühler
sein, in dem z. B. ein Thermoelement integriert ist, das eine von
der Temperatur abhängige
Gleichspannung liefert, die beispielsweise noch verstärkt werden
könnte,
und dann an den Varaktor 39 angelegt werden könnte. Auch
könnte
eine Reihenschaltung aus einem Ohmschen Widerstand und einem temperaturabhängigen Widerstand,
wie beispielsweise einem NTC-Widerstand
oder PTC-Widerstand, die an eine Spannung angelegt ist, eine von
der Temperatur abhängige
Spannung zur Einstellung der Kapazität des Varaktors 39 liefern. Die
Spannung könnte
dabei z. B. an dem temperaturabhängigen
Widerstand abgegriffen werden.
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- 1
- Konstant-Stromquelle
- 3
- Stromspiegel-Transistor
- 5
- Stromspiegel-Widerstand
- 7
- Eingangs-Widerstand
- 9
- Eingangs-Transistor
- 11
- Querimpedanz
- 13
- Eingangs-Anschluss
- 15
- Ausgangs-Transistor
- 17
- Ausgangs-Kondensator
- 19
- Ausgangs-Anschluss
- 21
- Erster
Rückkopplungs-Kondensator
- 23
- Rückkopplungs-Widerstand
- 25
- Zweiter
Rückkopplungs-Kondensator
- 27
- Rückkopplungs-Induktivität
- 29
- Bias-Anschluss
- 31
- Versorgungsspannungs-Widerstand
- 33
- Versorgungsspannungs-Induktivität
- 35
- Versorgungsspannungs-Anschluss
- 37
- Kondensator
mit temperaturabhängiger
Kapazität
- 39
- Varaktor
- 41
- Serien-Kondensator
- 43
- Varaktor-Serien-Widerstand
- 45
- Varaktor-Potential-Anschluß
- 47
- Verlauf
der Varaktor-Spannung bei einer ersten Simulati
-
- on
- 49
- Verlauf
der Varaktor-Spannung bei einer zweiten Simula
-
- tion
- 51
- Verlauf
der Verstärkung
bei der ersten Simulation
- 53
- Verlauf
der Verstärkung
bei der zweiten Simulation