DE1095885B

DE1095885B - Multi-stage broadband transistor amplifier

Info

Publication number: DE1095885B
Application number: DEB48000A
Authority: DE
Inventors: Brian Stanley Helliwell
Original assignee: British Telecommunications PLC
Current assignee: British Telecommunications PLC
Priority date: 1957-03-01
Filing date: 1958-02-27
Publication date: 1960-12-29

Description

DBUTSCHESDBUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf mehrstufige lineare Breitband-Transistorverstärker, insbesondere Mehrkanalverstärker für Trägerfrequenzsysteme.The invention relates to multistage linear broadband transistor amplifiers, particularly multichannel amplifiers for carrier frequency systems.

Wie allgemein bekannt ist, bieten Transistorverstärker verschiedene Vorteile etwa hinsichtlich des Raumbedarfes und des Stromverbrauches. Obgleich sich einige Eigenschaften des Transistors mit denen der Elektronenröhre vergleichen lassen, ergeben sich doch besondere Schwierigkeiten, wenn ein Transistorverstärker für ein sehr breites Frequenzband ausgelegt werden soll, etwa zur Verwendung in Trägerfrequenzsystemen für 120 Kanäle. Es sind auch bereits zweistufige Transistorverstärker mit Transformatorkopplung im Eingang und Ausgang bekannt, die über beide Stufen gegengekoppelt sind.As is well known, transistor amplifiers offer various advantages, for example in terms of space requirements and power consumption. Although some properties of the transistor differ with those of the Let compare electron tubes, but there are particular difficulties when a transistor amplifier to be designed for a very wide frequency band, for example for use in carrier frequency systems for 120 channels. There are already two-stage transistor amplifiers with transformer coupling Known in the input and output, which are fed back across both stages.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gegenüber bekannten Verstärkern wesentlich verbesserten Breitbandverstärker mit Transistoren zu schaffen, der besonders als Mehrkanalverstärker für Trägerfrequenzsysteme mit beiderseitiger Anpassung an verhältnismäßig niedrige Widerstände, z. B. Kabelwiderstände, geeignet ist. Der mehrstufige lineare Breitband-Transistorverstärker nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß jede Stufe aus zwei RC-gekoppelten Transistoren mit starker Gegenkopplung jeweils vom zweiten zum ersten Transistor besteht und daß die einzelnen Stufen untereinander sowie Eingang und Ausgang des Verstärkers über Abwärtstransformatoren gekoppelt sind.The invention is based on the object of providing a broadband amplifier with transistors, which is significantly improved compared to known amplifiers, which is particularly useful as a multi-channel amplifier for carrier frequency systems with mutual adaptation to relatively low resistances, e.g. B. cable resistors is suitable. The multi-stage linear broadband transistor amplifier according to the invention is characterized in that each stage consists of two RC- coupled transistors with strong negative feedback from the second to the first transistor and that the individual stages are coupled to one another and the input and output of the amplifier via step-down transformers.

Die einzelnen Verstärkerstufen können durch die Gegenkopplung so ausgelegt werden, daß ihre Stromverstärkung jeweils gleich Eins ist. Die Verstärkerstufen sind aber durch Abwärtstransformatoren gekoppelt, so daß dadurch trotzdem ein wesentlicher Stromgewinn erzielt wird. Die einzelnen Verstärker bilden in diesem Falle Anpassungsschaltungen zwischen den Transformatoren mit der Stromverstärkung Eins.The individual amplifier stages can be designed by the negative feedback so that their current gain is always equal to one. The amplifier stages are coupled by step-down transformers, so that a substantial gain in electricity is achieved in spite of this. The individual amplifiers in this case form matching circuits between the transformers with the current amplification One.

Bei geeigneter Wahl der Bauelemente ist es möglich, mit zwei Verstärkerstufen, die jeweils gleiche Transistorpaare enthalten, eine Verstärkung von 28 db zu erreichen. Zweckmäßigerweise arbeitet der erste Transistor jedes Paares in Basisschaltung und der zweite Transistor in Emitterschaltung. Dies ist jedoch nicht wesentlich, und in bestimmten Fällen kann es zweckmäßig sein, für beide Transistoren die Emitterschaltung zu wählen.With a suitable choice of the components, it is possible to use two amplifier stages, each with the same transistor pairs included to achieve a gain of 28 db. The first transistor expediently works of each pair in common base and the second transistor in common emitter. However, this is not the case essential, and in certain cases it can be useful to use the emitter circuit for both transistors to choose.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert.The invention is explained in more detail with reference to the drawing.

Fig. 1 zeigt das schematische Schaltbild eines zweistufigen Verstärkers nach der Erfindung. Dabei sei vorausgesetzt, daß jeweils der erste Transistor jeder Verstärkerstufe in Basisschaltung arbeitet.Fig. 1 shows the schematic circuit diagram of a two-stage amplifier according to the invention. Be there provided that the first transistor of each amplifier stage operates in common base.

Fig. 2 zeigt ein ausführliches Schaltbild einer Ver-Fig. 2 shows a detailed circuit diagram of a

Mehrstufiger Breitband -Transistorverstärker Multi-stage broadband transistor amplifier

Anmelder:Applicant:

BritishBritish

Telecommunications Research Limited,
Taplow, Buckinghamshire (Großbritannien)Telecommunications Research Limited,
Taplow, Buckinghamshire (UK)

Vertreter: Dr.-Ing. H. Negendank, Patentanwalt,
Hamburg 36, Neuer Wall 41Representative: Dr.-Ing. H. Negendank, patent attorney,
Hamburg 36, Neuer Wall 41

Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 1. März 1957Claimed priority:
Great Britain March 1, 1957

Brian Stanley Helliwell, Taplow, BuckinghamshireBrian Stanley Helliwell, Taplow, Buckinghamshire

(Großbritannien),
ist als Erfinder genannt worden(Great Britain),
has been named as the inventor

stärkerstufe, in der beide Transistoren in Emitterschaltung arbeiten.stronger stage in which both transistors work in common emitter circuit.

Der in Fig. 1 dargestellte Verstärker wird beispielsweise von einer Quelle mit einer Impedanz von 200 Ohm gespeist und ist durch eine Last von 200 Ohm (dies ist ein typischer Wert für Kabel) abgeschlossen. Das Eingangssignal wird über den Transformator Ti? 1, der ein Übersetzungsverhältnis von 2: 1 bei einer sekundären Impedanz von 50 Ohm hat, an die erste Stufe des Verstärkers angelegt. Die Eingangsimpedanz dieser Verstärkerstufe setzt sich aus dem Eingangswiderstand des Transistors T1 von 5 Ohm und dem hierzu in Serie geschalteten Widerstand von 45 Ohm zusammen. Die Stromverstärkung des Transistors Tl in Basisschaltung beträgt an sich g = 1, während die Verstärkung des Transistors T 2 in Emitterschaltung g = 20 beträgt. Das gesamte Ausgangssignal des Transistors T2 von z.B. 26 db wird zum Eingang des Transistors T1 gegengekoppelt mit dem Erfolg, daß die resultierende Verstärkung des Transistors T1, T 2 g= 1 ist. Durch diese hohe Gegenkopplung werden bekanntlich die Oberwellen stark herabgesetzt, so daß die Verzerrungen sehr gering sind. Der im Ausgangskreis des Transistors T 2 liegende Abwärts-Transformator Ti? 2 mit einem Übersetzungsverhältnis von 10 :1 und einer Sekundärimpedanz von 50 Ohm speist über einen 45-Ohm-Widerstand den Tran-For example, the amplifier shown in Fig. 1 is fed from a source with an impedance of 200 ohms and is terminated by a load of 200 ohms (this is a typical value for cables). The input signal is via the transformer Ti? 1, which has a transformation ratio of 2: 1 with a secondary impedance of 50 ohms, is applied to the first stage of the amplifier. The input impedance of this amplifier stage is composed of the input resistance of the transistor T1 of 5 ohms and the resistance of 45 ohms connected in series for this purpose. The current gain of the transistor T1 in the base circuit is actually g = 1, while the gain of the transistor T 2 in the common emitter circuit is g = 20. The entire output signal of the transistor T2 of, for example, 26 db is fed back to the input of the transistor T1, with the result that the resulting gain of the transistor T1, T 2 g = 1. As is known, this high level of negative feedback greatly reduces the harmonics, so that the distortions are very low. The step-down transformer Ti located in the output circuit of the transistor T 2? 2 with a transmission ratio of 10: 1 and a secondary impedance of 50 ohms feeds the tran-

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sistor T3 der zweiten Verstärkerstufe. Diese Stufe mit den Transistoren T3 und T4 ist wie die erste Stufe mit den Transistoren T1 und T2 aufgebaut, so daß ihre resultierende Stromverstärkung wiederum g· == 1 ist. Der abschließende Transformator TRZ hat ein Abwärtsübersetzungsverhältnis von 5:1 und eine Sekundärimpedanz von 200 Ohm, so daß die gesamte Stromverstärkung der beiden Verstärker stufen und ihrer zugeordneten Transformatoren gleich 25 oder 28 db ist, weil die Stromübersetzungsverhältnisse der Transformatoren TT?2 und Ti?3 und damit die Stromverstärkung durch die zu ihren Primärwicklungen parallel geschalteten 5-kOhm-Widerstände halbi,ert werden.sistor T3 of the second amplifier stage. This stage with the transistors T 3 and T 4 is constructed like the first stage with the transistors T1 and T2 , so that its resulting current gain is again g · == 1. The final transformer TRZ has a step-down ratio of 5: 1 and a secondary impedance of 200 ohms, so that the total current gain of the two amplifier stages and their associated transformers is equal to 25 or 28 db because the current ratios of the transformers TT? 2 and Ti? 3 and thus the current gain through the 5 kOhm resistors connected in parallel to their primary windings are halved.

Fig. 2 zeigt das ausführliche Schaltbild einer solchen Verstärkerstufe. Das Eingangssignal I wird über den Widerstand Rl angelegt, der in bezug auf die Eingangsimpedanz groß ist und so die Schaltung gegenüber Änderungen der angelegten Spannung stabilisiert. Das Ausgangssignal des Transistors T 5 wird vom Kollektor über den Kondensator C2 der Basis des Transistors 7^6 zugeführt. Durch die Verbindung des Emitters des Transistors T 6 über den Kondensator C3 mit dem Eingang des Verstärkers wird eine 100%ige Gegenkopplung geschaffen. Die Stromverstärkung über beide Transistoren wird somit gleich Eins. Das Ausgangssignal Null wird vom Kollektorkreis des Transistors T 6 abgenommen und über den Transformator Ti? 4 der nächsten Verstärkerstufe zugeführt.Fig. 2 shows the detailed circuit diagram of such an amplifier stage. The input signal I is applied across the resistor Rl , which is large in relation to the input impedance and thus stabilizes the circuit against changes in the applied voltage. The output signal of the transistor T 5 is fed from the collector via the capacitor C 2 to the base of the transistor 7 ^ 6. By connecting the emitter of the transistor T 6 via the capacitor C3 to the input of the amplifier, 100% negative feedback is created. The current gain across both transistors is thus equal to one. The output signal zero is taken from the collector circuit of the transistor T 6 and via the transformer Ti? 4 is fed to the next amplifier stage.

In der Praxis kann es zweckdienlich sein, über einen veränderbaren Widerstand eine geringe Mitkopplung vorzusehen, so daß beispielsweise durch an sich bekannte Steueranordnungen eine automatische Verstärkungsregelung ermöglicht wird, ohne daß die Hauptvorzüge des Verstärkers dabei zerstört werden oder die Schaltung instabil wird. Die Mitkopplung kann zweckmäßig vom Kollektorkreis von T6, beispielsweise von der oberen Klemme von Ti? 4 abgeleitet werden, indem ein kleiner Widerstand zwischen diesen Punkt und die Eingangsseite des KondensatorsCl gelegt wird.In practice it can be useful to provide a small positive feedback via a variable resistor so that, for example, control arrangements known per se enable automatic gain control without the main advantages of the amplifier being destroyed or the circuit becoming unstable. The positive feedback can expediently from the collector circuit of T6, for example from the upper terminal of Ti? 4 can be derived by placing a small resistor between this point and the input side of the capacitor C1.

Die niedrige Eingangsimpedanz und verhältnismäßig hohe Ausgangsimpedanz der Verstärkerstufen ermöglichen es, daß Anforderungen an die Fehlerdämpfung leicht mit abgeschlossenen Schaltungen erfüllt werden können. In der Praxis müssen bei der Schaltung gemäß Fig. 2 auch keine besonderen Vorkehrungen getroffen werden, um die Stabilität selbst bei beträchtlichen Änderungen der Speisespannung sicherzustellen. Wenn der Verstärker für ein breites Frequenzband ausgelegt ist, müssen die Transformatoren im Hinblick hierauf besonders ausgeführt werden, aber für die Transistorstufen selbst sind keine besonderen Vorkehrungen erforderlich.The low input impedance and relatively high output impedance of the amplifier stages allow error attenuation requirements to be met easily with self-contained circuits can be met. In practice, the circuit according to FIG. 2 does not require any special precautions taken to ensure stability even with significant changes in supply voltage to ensure. If the amplifier is designed for a wide frequency band, the transformers must with this in mind, there are none, but there are none for the transistor stages themselves special precautions required.

Es zeigte sich, daß für die Endstufe ein Transistor vom Diffusionstyp insbesondere hinsichtlich der Verzerrungen befriedigende Resultate ergibt,. Soll jedoch der Verstärker für das sehr breite Band eines 120-Kanal-Trägerfrequenzsystems, etwa von 12 bis kHz, ausgelegt werden, so wird als zweiter Transistor jeder Stufe vorteilhafterweise ein Transistor vom Typ 2 N 247 der RCA verwendet.It was found that a transistor of the diffusion type was used for the output stage, particularly with regard to distortion gives satisfactory results. However, if the amplifier is intended for the very broad band of a 120-channel carrier frequency system, from about 12 to kHz, a transistor is advantageously used as the second transistor of each stage of type 2 N 247 of the RCA used.

Es sei darauf hingewiesen, daß die niedrige Eingangsimpedanz der Verstärkerfolie, abgesehen von der Basisschaltung des ersten Transistors, in erster Linie auf der lOOVoigen Gegenkopplung beruht. Es kann daher zweckmäßig sein, wie in Fig. 2 gezeigt, beide Transistoren in Emitterschaltung zu betreiben. Die Vorteile des Verstärkers tiach der Erfindung könnten auch bei Verwendung von mehr als zwei Transistoren für jede Verstärkerstufe erreicht werden; allerdings ist dann eine größere Anzahl anderer Faktoren mit zu beachten, so daß es in den meisten Fällen zweckdienlicher ist, nur zwei Transistoren zu verwenden.It should be noted that the low input impedance of the intensifying screen, apart from the base circuit of the first transistor, based primarily on the lOOVoigen negative feedback. It can therefore be useful, as shown in Fig. 2, to operate both transistors in the emitter circuit. The advantages of the amplifier according to the invention could also be achieved when using more than two Transistors for each amplifier stage can be achieved; however, there is then a greater number of others Factors to consider, so that in most cases it is more appropriate to only use two transistors use.

Claims

Patent claims:

1. Multi-stage linear broadband transistor amplifier, especially multi-channel amplifier for Carrier frequency systems, with adaptation on both sides to relatively low resistances, e.g. B. Cable resistors, characterized in that each stage consists of two i? C-coupled transistors with strong negative feedback from the second to the first transistor and that the individual Steps are coupled to each other and the input and output of the amplifier are coupled via step-down transformers are (Fig. 1).

2. Amplifier according to claim 1, characterized in that the first transistor in each stage Basic circuit and the second in emitter circuit works and that the negative feedback to the collector circuit of the second transistor is taken.

3. Amplifier according to claim 1, characterized in that both transistors in each stage Working emitter circuit and that the negative feedback to the emitter circuit of the second transistor is taken (Fig. 2).

4. Amplifier according to the preceding claims, characterized in that in each Stage an additional positive feedback for the purpose of gain control is provided.

5. Amplifier according to the preceding claims, characterized in that the input each stage is preceded by a series resistor, which is several times greater than the input impedance of the first transistor.

Considered publications:
French patent specification No. 1111 777,
115 430, 1 125 578.

1 sheet of drawings