DE1131275B - Zweistufiger Breitband-Gegentaktverstaerker mit Transistoren - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen zweistufigen Breitband-Gegentaktverstärker mit einer Transistorsteuerstufe in Emitterschaltung und einer Transistorendstufe in Basisschaltung, dessen Steuerstufe mit einem in ihren Emitterkreis eingefügten negativen Rückkopplungskreis und mit einem positiven Rückkopplungskreis versehen ist.

Für verschiedene praktische Anwendungen werden an die Übertragungsqualität der geschilderten Vorrichtungen sehr hohe Anforderungen gestellt, z. B. bei Leitungsverstärkern in Trägerfrequenz-Fernsprechsystemen. Bei solchen Leitungsverstärkern, die gewöhnlich zur Verstärkung eines verhältnismäßig breiten Frequenzbandes z. B. von 6 bis 108 kHz verwendet werden, muß der durch Nichtlinearitäten der Transistorkennlinien hervorgerufene Verzerrungspegel kleiner als 60 db sein, während es weiter erwünscht ist, daß Änderungen in der Übertragungscharakteristik, die durch die Verstärkungskennlinie des Verstärkers und die Durchlaßkennlinie des Filters bedingt sind, über das zu verstärkende Gesamtfrequenzband kleiner sind als einige zehntel von 1 db.

Um über eine große Bandbreite eine sehr konstante und sehr lineare Verstärkung zu verwirklichen, ist erstens der Filtercharakteristik des Breitbandfilters besondere Aufmerksamkeit zu widmen, wobei man zu hochqualitativen Breitbandfiltern gelangt, und zweitens wird dabei noch eine starke Gegenkopplung verlangt. Gerade in der Trägerfrequenztelephonie, bei der von den Breitbandfiltern über den ganzen breitbandigen Durchlaßbereich ein innerhalb weniger zehntel von 1 db konstanter Durchlaßfaktor und steile Dämpfungsflanken verlangt werden, sind diese Breitbandfilter, die mittels hochqualitativer Einzelteile aufgebaut sind, recht kompliziert und umfangreich im Aufbau. Bei Transistorverstärkern für sehr hohe Frequenzen ist es nun bekannt, um eine Beeinflussung der Verstärkungscharakteristik durch die a-Grenzfrequenz des Transistors zu vermeiden, eine Gegenkopplung zwischen der Transistorausgangselektrode und einer -eingangselektrode anzubringen. Weiterhin sind die Grundlagen für die rechnerische Behandlung von Transistorverstärkern mit Reihen- und Parallelrückkopplung bekannt.

Ferner ist es bekannt, zwischen Kollektor und Emitter eine Übertragungsgegenkopplung vorzusehen und einer Transistorvorstufe in Emitterschaltung eine Transistorendstufe in Basisschaltung folgen zu lassen.

Die vorliegende Erfindung bezweckt ebenso, einen Breitbandverstärker mit den für die Trägerfrequenztelephonie geltenden Erfordernissen anzugeben, bei

Zweistufiger Breitband-Gegentaktverstärker mit Transistoren

Anmelder:

N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken,
Eindhoven (Niederlande)

Vertreter: Dr. rer. nat. P. Roßbach, Patentanwalt,
Hamburg 1, Mönckebergstr. 7

Beanspruchte Priorität:
Niederlande vom 26. Juli 1958 (Nr. 229 968)

Johannes Ensink und Johannes Jan Linde,

Hilversum (Niederlande),
sind als Erfinder genannt worden

dem unter Anwendung von Transistoren der Aufbau wesentlich vereinfacht wird, und insbesondere kleine Spulen in der bei der Transistortechnik üblichen Miniaturtechnik anzuwenden, da diese Einzelteile keine hohe Qualität aufzuweisen brauchen.

Im Gegensatz zu der eingangs geschilderten Technik der Breitbandverstärker beschreibt die Erfindung einen anderen Weg, nämlich erstens wird ein Breitbandfilter vorgeschlagen, das bereits den verlangten Durchlaßbereich und die verlangten steilen Dämpfungsflanken enthält, aber noch nicht den strengen Erfordernissen des Durchlaßfaktors im Durchlaßbereich genügt. Filtertechnisch ist der Aufbau eines derartigen Breitbandfilters, bei dem in der Nähe des Dämpfungsbereiches ein Abfallen des Durchlaßbereiches zugelassen ist, besonders einfach, insbesondere läßt sich ein derartiges Filter mit Miniaturspulen realisieren. Um bei dieser Sachlage noch die strengen Erfordernisse des Durchlaßfaktors im Durchlaßbereich zu erfüllen, wird gemäß der weiteren Erfindung eine Kompensation oder Egalisierung durchgeführt, die zur Erzielung der gewünschten Breitband- filtercharakteristik weitgehend unabhängig von sich ändernden Betriebsbedingungen sein muß, insbesondere von Änderungen in der Gegenkopplung, was auf einfachste Weise durch die in dem kennzeichnenden Merkmal des Hauptanspruchs angegebenen Maßnahm men erzielt worden ist.

Die Erfindung besteht darin, daß der positive Rückkopplungskreis in Reihe mit dem im Kollektorkreis

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der Steuerstufe gelegenen Ausgangskreis eine frequenzabhängige Impedanz enthält, die über einen Reihenwiderstand mit der Emitterelektrode verbunden ist, und daß dieser Reihenwiderstand wenigstens in dem zu übertragenen Frequenzband größer ist als die in dem Emitterkreis liegende negative Rückkopplungsimpedanz.

Gemäß der Erfindung wird ein neuer Weg zur Konstruktion von Transistorbreitbandverstärkarn an-

die Filter 3, 7 bzw. 10, 11 die Trennung dieser Frequenzbänder herbeiführen.

Bei der dargestellten Ausführungsform ist der Transistorverstärker 5 ein Gegentaktverstärker, der 5 einen Steuerverstärker enthält, der durch die Transistoren 12, 13 in gemeinsamer Emitterschaltung gebildet wird, wobei jede der Kollektorelektroden mit der Primärwicklung eines Ausgangstransformators. 14, 15 verbunden ist. Die Speisespannung der Basislkd d Ti 12 13 id i i

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gegeben, und zwar besteht diese neue Konstruktion io elektroden der Transistoren 12, 13 wird einem zwiaus zwei Schritten, nämlich erstens dem Bau eines sehen der Minusklemme 16 und der Plusklemme 17 Breitbandfilters mit dem verlangten Durchlaßbereich einer Speisespannungsquelle eingeschalteten Span- und den steilen Dämpfungsflanken, aber noch nicht nungsteiler 18 entnommen, während die Emitter- und mit den strengen Erfordernissen des Durchlaßfaktors Kollektorelektroden der Transistoren 12, 13 an die im Durchlaßbereich, und zweitens einer darauffolgen- 15 Plusklemme 17 bzw. die negative Spannungsklemme den, von den Betriebbedingungen unabhängigen 16 der Speisespannungsquelle angeschlossen sind.
Egalisierung der Breitbandfiltercharakteristik in ein- Über den Sekundärwicklungen der Transformato-

fachster Weise, wobei dieser Konstruktionsweg in ren 14, 15 tritt die verstärkte Ausgangsspannung des einem vollständig neuen Aufbau eines Breitbandver- Steuerverstärkers auf, der einen Transistorendverstärkers resultiert, der sich durch seine besondere 20 starker mit zwei in Gegentakt geschalteten Transisto-Einfachheit auszeichnet. Insbesondere wird es hier- ren 19, 20 in gemeinsamer Basisschaltung steuert, durch ermöglicht, einen derartigen Breitbandverstär- wobei die Kollektorelektroden mit den Enden der ker in Miniaturtechnik auszubilden. Aber darüber Primärwicklung des Ausgangstransformators 6 verhinaus zeigt sich dieser Breitbandverstärker vor allem bunden sind. Zur Speisung der Transistoren 19, 20 für die Trägerfrequenztelephonie noch besonders vor- 25 ist zwischen den einander zugewendeten Enden der teilhaft, denn die negativen und positiven Rückkopp- Sekundärwicklungen der Transformatoren 14,15 eine lungswege zeigen eine derartige Unabhängigkeit von- durch einen Kondensator 21 überbrückte Reiheneinander, daß gemäß weiterer Ausbildung der Erfin- schaltung von zwei Widerständen 22, 23 angebracht, dung die negative Rückkopplung zu gleicher Zeit für deren Verbindungspunkt an die positive Spannungsdie frequenzabhängige Kabelegalisierung angewendet 30 klemme 17 der Speisespannungsquelle angeschlossen werden kann. Zusätzlich gibt die erfindungsgemäße ist, während die Kollektor- und Basiselektroden mit

fh i der negativen Spannungsklemme 16 bzw. dem Anzapfungspunkt eines zwischen den Klemmen 16, 17 der Speisespannungsquelle eingeschalteten Span-35 nungsteilers 24 verbunden sind. Dabei können die Transistoren 19, 20 des Endverstärkers in Klasse A oder B eingestellt sein.

Fig. 2 zeigt die Übertragungscharakteristik der durch die Filter 3, 7 bzw. 10, 11 und den Transistor40 verstärker 5 gebildeten Vorrichtung, wobei die volle Kurve 25 die Übertragungskennlinie des Frequenzbandes von 6 bis 54 kHz und die volle Kurve 26 die Übertragungskennlinie des Frequenzbandes von 60

q bis 108 kHz darstellen. Es ist aus der Figur ersicht-

kommenden Verkehr das Frequenzband von 60 bis 45 lieh, daß der Übergang von dem Durchlaßbereich er-108 kHz benutzt wird. folgt von 6 bis 54 kHz auf 60 bis 108 kHz, der Filter

Bei dem dargestellten Zweibandverstärker wird 3, 7 bzw. 10, 11 auf den diesen Filtern 3, 7 bzw. 10, das Frequenzband von 6 bis 54 kHz von dem Ader- 11 zugehörenden Dämpfungsbereich mit großer Steilpaar 1 über einen Transformator 2 und ein für dieses heit erfolgt; die Flanksteilheiten in dem dargestellten Frequenzband durchlässiges Filter 3 auf einen Ein- 50 Ausfühxungsbeispiel betragen z. B. 10 db/kHz. Bei gangstransformator 4 eines Transistorverstärkers 5 einer einfachen Ausführungsform der Filter 3, 7, 10, übertragen, während die verstärkten Ausgangssignale 11 tritt in dem Durchlaßbereich dieser Filter nahe des Transistorverstärkers 5 über einen Ausgangs- den Durchlaßgrenzen von 54 und 60 kHz eine transformator 6 und ein für das erwähnte Frequenz- Dämpfungszunahme auf, die bei der dargestellten band von 6 bis 54 kHz durchlässiges Filter 7 einem 55 Ausführungsform z. B. 0,5 db beträgt, wodurch die Transformator 8 zugeführt wird, der an das ab- Übertragungsqualität der Signale in der Nähe der gehende Aderpaar 9 angeschlossen ist. Auf ähnliche Durchlaßgrenzen beeinträchtigt wird.
Weise wird das Frequenzband von 60 bis 108 kHz Um bei einer einfachen Apparatur die Übertra-

von dem Aderpaar 9 über ein für dieses Frequenz- gungsqualität wesentlich zu steigern, ist in den Emitband durchlässiges Filter 10 auf den Eingang des 60. terkreis der Transistoren 12, 13 des Steuerverstärkers Transistorverstärkers 5 übertragen, dessen Ausgangs- eine negative Rückkopplungsimpedanz 27 eingeschalkreis über ein das erwähnte Frequenzband von 60 tet, während an die Emitterelektroden der Transistobis 108 kHz durchlassendes Filter 11 mit dem Ader- ren 12, 13 außerdem ein positiver Rückkopplungspaar 1 gekoppelt ist. Auf diese Weise werden die kreis angeschlossen ist, der zur Egalisierung der Signale für den abgehenden Verkehr im Band von 6 65 Filterkennlinien mit einem in Reihe mit den Ausbis 54 kHz und die Signale für den eintreffenden gangstransformatoren 14, 15 in dem Kollektorkreis Verkehr im Band von 60 bis 108 kHz gemeinsam der Transistoren 12, 13 eingeschalteten, frequenzabdurch den Transistorverstärker 5 verstärkt, während hängigen Kreis, gekoppelt ist. Der frequenzabhängige

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Vorrichtung noch eine wesentliche Vereinfachung in Zweibandverstärkern.

Die Erfindung und ihre Vorteile werden an Hand der Figuren näher erläutert.

Fig. 1 zeigt einen Leitungsverstärker nach der Erfindung für Zweibandverkehr, und

Fig. 2 zeigt, zur Erläuterung der Wirkungsweise, einige Übertragungskennlmien des in Fig. 1 dargestellten Leitungsverstärkers.

Fig. 1 zeigt einen Leitungsverstärker für ein Trägerfrequenz-Fernsprechsystem für Zweibandverkehr, wobei für den abgehenden Verkehr z. B. das Frequenzband von 6 bis 54 kHz und für den ein-

Kreis wird dabei durch einen zwischen den Primärwicklungen der Transformatoren 14, 15 liegenden, gedämpften Kreis 28 mit einer Abstimmfrequenz von etwa 57 kHz und einer Kreisgüte Q von etwa 50 gebildet, der über eine Kopplungsspule 29 und Reihenwiderstände 30, 31, die über das ganze zu übertragende Frequenzband wesetlich größer, z. B. zehnmal größer, sind als die negative Rückkopplungsimpedanz 27, mit den Emitterelektroden der Transistoren verbunden ist.

Bei der dargestellten Kombination der geschilderten negativen und positiven Rückkopplungen in dem Transistorverstärker wird unter Aufrechterhaltung der bei Trägerfrequenz-Fernsprechverkehr an den Transistorverstärker zu stellenden Stabilitätsanforderangen eine wesentliche Verbesserung der Übertragungscharakteristik gemeinsam mit einer Verringerung des Verzerrungspegels erzielt, wobei die Verzerrung auf die Nichtlinearitäten der Transistorkennlinien zurückzuführen ist. Bei der angegebenen Kombination der negativen und positiven Rückkopplungen wird eine sehr hohe Ausgangsimpedanz für den Transistorsteuerverstärker 12, 13 erzielt, z. B. von mehr als 0,5 MOhm, wodurch bei der Stromsteuerung des Endverstärkers 19, 20 Signalverzerrungen infolge Änderungen der Eingansimpedanz des Endverstärkers weitgehendst verringert werden. Es ist dabei vorteilhaft, die Belastungsanpassung der Ausgangsimpedanz des Endverstärkers 19, 20 in gemeinsamer Basisschaltungen die Leitungsimpedanz durch Anwendung eines negativen Rückkopplungskreises zu bewerkstelligen, wobei die Kollektorelektroden jedes der Transistoren 19, 20 über einen Widerstand 32 bzw. 33 und einen Trennkondensator 34 bzw. 35 mit dem Emitterkreis des anderen Transistors 20, 10 verbunden ist, da durch diese negative Rückkopplung außerdem die bereits niedrige Eingangsimpedanz des Endverstärkers in gemeinsamer Basisschaltung noch weiter verringert wird; die Eingangsimpedanz des Endverstärkers bei der Stromsteuerung schwankt dabei z. B. zwischen etwa 15 und 25 Ohm.

Gemeinsam mit einem besonders niedrigen Verzerrungspegel von z. B. weniger als 70 db zeigt es sich, daß die Abweichungen der Übertragungscharakteristik über die zu übertragenden Gesamtfrequenzbändex von 6 bis 54 kHz und 60 bis 108 kHz auf ein Mindestmaß, z. B. weniger als 0,1 bis 0,2 db, verringert werden, was aus Fig. 2 ersichtlich ist, wobei die gestrichelt angegebenen Kurven 36 und 37 die Verbesserung der Übertragungscharakteristiken veranschaulichen. Wie gesagt, wird diese Verbesserung der beiden Übertragungscharakteristiken durch Anwendung von lediglich einem gedämpften Kreis erzielt.

Bei der praktischen Ausführungsform der dargestellten Vorrichtung ist zur gegenseitigen Entkopplung des negativen Rückkopplungskreises 27 und des positiven Rückkopplungskreises. 28 im Steuerverstärker 12, 13 der Kreis 28 mit den Emitterelektroden der Transistoren 12, 13 über die Reihenwiderstände 30, 31 verbunden, die über die ganzen zu übertragenden Frequenzbänder wesentlich, z. B. zehnmal, größer sind als die Impedanz des negativen Rückkopplungskreises. 27; da die Widerstände 30, 31 in bezug auf die negative Rückkopplungsimpedanz 27 groß sind, wird der positive Rückkopplungskreis 28, 29, 30, 31 den negativen Rückkopplungskreis 27 praktisch nicht beeinflussen, während umgekehrt, da die Emittereingangsimpedanz der Transistoren 12, 13 niedriger ist als die Impedanz des negativen Rückkopplungskreises 27, die positive Rückkopplung durch die negative Rückkopplungsimpedanz 27 nicht beeinflußt wird.

Unter Benutzung dieser Eigenschaft der geschilderten Vorrichtung kann in dem dargestellten Transistorverstärker 5 gemeinsam mit der Glättung der Filterkennlinien außerdem eine Glättung der Kabeldämpfung auf einfache Weise herbeigeführt werden, indem die Rückkopplungsimpedanz 27 in dem Emitterkreis der Transistoren 12, 13 als Kabelegalisierungsnetzwerk ausgebildet wird, das bei der dargestellten Ausführungsform aus einer durch einen Widerstand 38 überbrückten Reihenschaltung einer Induktivität 39, eines Kondensators 40 und eines Widerstandes 41 besteht. Die Bemessung sowie die Einstellung des positiven Rückkopplungskreises 28, 29, 30, 31 und die des negativen Rückkopplungskreises 27 sind untereinander unabhängig, wodurch die praktische Ausbildung des Transistorverstärkers besonders einfach ist. Die Möglichkeiten der Anpassung und der einfachen Einstellungen machen den geschilderten Transistorverstärker 5 für Trägerfrequenz-Fernsprechzwecke besonders attraktiv.

Es sei schließlich noch erwähnt, daß bei einer in der Praxis eingehend geprüften Vorrichtung nach Fig. 1 Transistoren 12, 13, 19, 20 des Typs OC 45 oder OC 72 verwendet wurden und die in den Emittern der Transistoren 12, 13 liegende, frequenzabhängige Impedanz sich in dem zu übertragenden Gesamtfrequenzband von 1500 bis 400 Ohm änderte, während die Emittereingangsimpedanz der Transistoren 12, 13 etwa 12 Ohm betrug.

Claims (4)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Zweistufiger Breitband-Gegentaktverstärker mit einer Transistorsteuerstufe in Emitterschaltung und einer Transistorendstufe in Basisschaltung, dessen Steuerstufe mit einem in ihren Emitterkreis eingefügten negativen Rückkopplungskreis und mit einem positiven Rückkopplungskreis versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der positive Rückkopplungskreis in Reihe mit dem im Kollektorkreis der Steuerstufe gelegenen Ausgangskreis eine frequenzabhängige Impedanz (28) enthält, die über einen Reihenwiderstand (30 bzw. 31) mit der Emitterelektrode verbunden ist, und daß dieser Reihenwiderstand wenigstens in dem zu übertragenen Frequenzband größer ist als die in dem Emitterkreis liegende negative Rückkopplungsimpedanz (27).

2. Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die negative Rückkopplungsimpedanz (27) in dem Emitterkreis durch ein frequenzabhängiges Zweipolnetzwerk gebildet wird, das eine Egalisierung der Kabeldämpfung in dem Bereich des zu übertragenden Frequenzbandes herbeiführt.

3. Verstärker nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an die Belastung zwischen den Kollektor- und den Emitterelektroden der Endstufe ein negativer Rückkopplungskreis (32, 34 und 33, 35) angebracht ist.

4. Verstärker nach Anspruch 1, 2 oder 3, der als Leitungsverstärker für Zweibandverkehr ein-

gerichtet und mit Trennfilteni zur Trennung der sich überlagernden Frequenzbänder versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der im Kollektorkreis liegende, frequenzabhängige Kreis durch einen einzigen, gedämpften Parallelkreis (28) gebildet wird, dessen Abstimmfrequenz zwischen den Durchlaßgrenzen der Trennfilter liegt.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 954 431, 961 897, 222, 886 925;

»Philips Technische Rundschau«, 1954, 12, S. 176;

»Funk-Technik«, 1954, Nr. 19, S. 538 bis 540; »Telefunken-Zeitung«, 1955, Nr. 6, S. 95.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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