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Verfahren zur Regelung der Verstärkung eines selektiven Hochfrequenztransistorverstärkers
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der Verstärkung eines selektiven
Hochfrequenztransistorverstärkers in Emitterschaltung, bei dem zur Erzielung der
Verstärkungsregelung der Kollektorstrom variiert wird und zwei an verschiedenen
Elektroden anliegende Steuergleichspannungen geändert werden.
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Bekanntlich lassen sich Transistoren in Verstärkerschaltungen dadurch
in ihrer Verstärkung regeln, daß man den Kollektorstrom mit Hilfe der Basisvorspannung
verkleinert. Infolge des Zusammenhangs zwischen Kollektorstrom und Steilheit nimmt
die Verstärkung bei kleinen Strömen ab. Diese Art der Verstärkungsregelung bezeichnet
man als Abwärtsregelung. Bei der Aufwärtsregelung liegt ein ohmscher Widerstand
im Gleichstromkreis des Kollektors; steigert man den Kollektorstrom über den Punkt
maxiimaler Verstärkung hinaus, so nimmt mit steigendem Kollektorstrom und damit
verbundenem Abfall der Kollektorspannung die Verstärkung ebenfalls wieder ab.
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Es ist zur Erzielung einer Regelung einer Hochfrequenztransistorstufe
auch schon bekannt (deutsche Patentschrift 1170 479), sowohl die an der Emitterelektrode
des Verstärkungstransistors als auch die an seiner Basiselektrode anliegende Steuerspannung
gleichzeitig zu variieren, und zwar gegensinnig. Durch beide Steuerspannungsänderungen
soll jedoch nur der Kollektorstrom der Schaltung beeinfiußt werden. Auch hier handelt
es sich somit wie bei dem oben beschriebenen Regelungsfall um eine Abwärtsregelung
durch Änderung des Kollektorstroms.
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Beide Regelarten haben gemeinsam den Nachteil, daß infolge der mit
der Kollektorstrom- und Spannungsänderung verbundenen Änderung der Transistorkapazitäten
und der Innenleitwerke sich die Resonanzfrequenz und die Bandbreite des an den Verstärker
angeschalteten Schwingkreises sehr stark ändern.
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Zur Vermeidung dieses Nachteils ist es bereits bekanntgeworden, bei
mehrstufigen Verstärkern einen Teil der Verstärkerstufen aufwärts und einen zweiten
Teil abwärts zu regeln. Da sich die Transistorkapazitäten bei diesen beiden Regelungsarten
in entgegengesetzter Weise ändern, kompensieren sich die Einwirkungen der Transistorkapazitäten
auf die Schwingkreise. Hierdurch wird die Resonanzfrequenz der Schwingkreise weitgehend
konstant gehalten.
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Nachteilig an dieser bekannten Anordnung ist die Tatsache, daß zur
Kompensation wenigstens zwei Verstärker notwendig sind, die verschieden geregelt
werden. Für die beiden verschiedenen Verstärker sind auch verschiedene Regelspannungen
notwendig. Es ist schon bekannt, der erwähnten unerwünschten Verwerfung der Resonanzfrequenz
des Ausgangskreises eines selektiven Transistorverstärkers bei der Regelung dadurch
zu begegnen, daß man diese Verwerfung mittels zusätzlicher, getrennt anzusteuernder
Schaltelemente kompensiert. Diese Methode ist jedoch relativ aufwendig. Auch ist
es möglich, auf Selektionsmittel bei geregelten Stufen zu verzichten, wodurch jedoch
die Selektivität der Schaltung herabgesetzt wird.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren
zur Verstärkungsregelung zu schaffen, das es ermöglicht, die Resonanzfrequenzänderungen
bei der Verstärkungsregelung auch bei einem einstufigen Transistorverstärker zu
beseitigen, ohne daß hierfür besondere steuerbare Schaltelemente benötigt werden.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß zusammen
mit der Vergrößerung oder Verkleinerung der den Kollektorstrom beeinflussenden einen
Steuergleichspannung die die Emitterkollektorspannung bestimmende Steuergleichspannung
vergrößert oder verkleinert wird.
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In der F i g. 1 der Zeichnung ist die Verstimmung d f der Mittenfrequenz
eines an einem Transistorverstärker angeschalteten Resonanzkreises in Abhängigkeit
von der Kollektor-Emitter-Gleichspannung UCE dargestellt. In den in F i g. 1 dargestellten
Kurven ist der Kollektorstrom 1c Parameter. Man erkennt aus dieser Darstellung,
daß man durch gleichzeitige bestimmte
Änderung der Kollektor-Emitter-Spannung
und des Kollektorstroms die Verstimmung über einen großen Regelbereich zu Null machen
bzw. innerhalb eines sehr schmalen Toleranzbereichs halten kann.
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In einigen Fällen gelingt es auch, gleichzeitig mit der Mittenfrequenz
f. die Bandbreite b des Schwingkreises konstant zu halten, wie dies im Diagramm
der F i g. 4 an einem Beispiel gezeigt ist.
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Die F i g. 2 zeigt einen Verstärker zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens. Der Verstärkungstransistor ist mit 1 und der an seinem Ausgang angeschaltete
Resonanzkreis mit 2 bezeichnet. Bei Änderung der Verstärkung wird hier sowohl die
an der Klemme 3 als auch die an der Klemme 4 angelegte Gleichspannung UR, bzw. UR,
geändert. Hierdurch wird also gleichzeitig sowohl die Kollektor-Emitter-Spannung
als auch der Kollektorstrom variiert.
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Die beiden Regelspannungen werden in gleicher Richtung geändert, sie
werden also entweder beide gleichzeitig erhöht oder erniedrigt. Die beiden Regelspannungen
UR 1 und UR 2 können aus diesem Grunde von einem gemeinsamen Regelspannungserzeuger
bezogen werden. Sie müssen jedoch je nach Dimensionierung der Schaltung eventuell
verschieden große Spannungsbereiche durchlaufen, wozu man Spannungsteiler einsetzt.
Der zur Temperaturbildung meist notwendige Emitterwiderstand 5 wirkt natürlich durch
die gleichzeitige Stromänderung der Spannungsregelung entgegen, ebenso der Siebwiderstand
6, so daß sich eine Abhängigkeit der wirksamen Kollektorspannung von der Regelspannung
UR= UR 1= UR 2
ergibt. Die Abhängigkeit der Kollektor-Emitter-Spannung UcE
und des Kollektorstroms IC von der Regelspannung UR für den Fall, daß die gleiche
Regelspannung für beide Regelungen verwendet wird, ist in F i g. 3 eingezeichnet.
Der Kurvenverlauf von UCE kann durch Verwendung eines NTC-Widerstands im Basisteiler
des Transistors an Stelle des Emitterwiderstands 5 linearisiert werden. Man kommt
dann zu dem Verlauf U'cE. Auch die Verwendung eines NTC-Widerstands ermöglicht an
Stelle des Emitterwiderstands eine Temperaturkompensation. Man kann auch den Kurvenverlauf
von Ic in F i g. 3 linearisieren, indem man den Anschlußpunkt 4 mit dem Anschlußpunkt
7 verbindet und gleichzeitig den Widerstand 6 vergrößert. Sind beide Kurvenverläufe
UCE und Ic linearisiart, dann ist die Beseitigung des Einflusses der Transistorkapazitäten
auf den Schwingkreis 2 mit Hilfe einer Regelspannung in einfacher Weise möglich.
Besonders enge Toleranzforderung für die Verstimmung d f kann auch die getrennte
Erzeugung der Regelspannungen URi und UR-, notwendig machen. Die Regelspannungen
weisen dann verschiedenen Kurvenverlauf auf.
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Vor allem die Erzeugung der mit größeren Strömen belasteten Regelspannung
UR 1 wird eine Regelspannungserzeugung erfordern, die die notwendige Leistung aufzubringen
vermag. Man kann hierzu beispielsweise einen Transistor in Kollektorschaltung (Emitterfolger)
zwischen Regelspannungserzeuger und Eingang UR 1 einschalten. Bei Vorhandensein
mehrerer Verstärkerstufen genügt es, für alle diese Stufen einen gemeinsamen Emitterfolger
vorzusehen. In diesem Fall erhält man die folgende Aufteilung der Verlustleistung
der Transistoren bei der Regelung: Im Zustand maximaler Verstärkung arbeitet der
Verstärkungstransistor 1 im Punkt maximaler Verlustleistung, und amEmitterfolgerliegt
nur geringe Spannung. Dagegen wird im Zustand geringer Verstärkung des Transistors
1 die Kollektorspannung und der Kollektorstrom des Transistors 1 stark abgesenkt,
und am Emitterfolger liegt ein großer Teil der Betriebsspannung; dieser nimmt also
dann den größten Teil der Verlustleistung auf.