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Hochfrequenz-Transistor-Leistungsverstärker - Dokument DE19604239C2
 
PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE19604239C2 19.09.2002
Titel Hochfrequenz-Transistor-Leistungsverstärker
Anmelder Alps Electric Co., Ltd., Tokio/Tokyo, JP
Erfinder Saito, Ichiro, Soma, Fukushima, JP;
Sugawara, Jun, Soma, Fukushima, JP
Vertreter Klunker, Schmitt-Nilson, Hirsch, 80797 München
DE-Anmeldedatum 06.02.1996
DE-Aktenzeichen 19604239
Offenlegungstag 22.08.1996
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 19.09.2002
Veröffentlichungstag im Patentblatt 19.09.2002
IPC-Hauptklasse H03F 3/24
IPC-Nebenklasse H03F 3/19   H03F 1/30   
IPC additional class // H04Q 7/18  

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft einen Hochfrequenz-Transistor- Leistungsverstärker nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei üblichen tragbaren Kommunikationsgeräten wird ein im Sendeteil des Geräts befindlicher Hochfrequenz-Transistor-Leistungsverstärker von einer Batterie gespeist.

Bei batteriebetriebenen Geräten verhält es sich im allgemeinen so, daß direkt nach einem Erneuern der Spannungsquelle durch Austauschen der Batterie deren Ausgangsspannung höher ist als die Nenn- Ausgangsspannung. Anschließend sinkt die Ausgangsspannung der Batterie allmählich ab, abhängig von der während des Betriebs erfolgenden Belastung der Batterie, so daß die Ausgangsspannung der Batterie der Nenn-Ausgangsspannung entspricht. Die Ausgangsspannung der Batterie sinkt weiter und hat somit einen unterhalb der Nenn- Ausgangsspannung liegenden Wert. Ein batteriebetriebenes Kommunikationsgerät verhält sich in dieser Beziehung genauso wie andere Geräte.

Bei einem tragbaren Kommunikationsgerät ist die Ausgangsleistung eines Sendesignals festgelegt, sie hängt ab vom Vestärkungsfaktor eines in dem Gerät eingebauten Hochfrequenz-Leistungsverstärkers. Auch der Verstärkungsfaktor des Hochfrequenz-Leistungsvertärkers hängt von der Ausgangsspannung der Batterie ab. Ist die Ausgangsspannung der Batterie hoch, ist auch der Verstärkungsfaktor groß. Sinkt die Ausgangsspannung der Batterie, nimmt auch der Verstärkungsfaktor entsprechend ab.

Damit in einem Hochfrequenz-Leistungsverstärker für ein solches Kommunikationsgerät die Ausgangsleistung eines Sendesignals des Geräts stets konstant bleibt, liegt zwischen der Batterie und dem Hochfrequenz-Leistungsverstärker eine Konstantspannungsschaltung, und eine zeitlich sich ändernde Ausgangsspannung der Batterie wird von dieser Konstantspannungsschaltung konstant gehalten. Hierdurch wird die zeitliche Änderung der Ausgangsspannung des Sendesignals eines tragbaren Kommunikationsgeräts unterdrückt.

Fig. 3 ist ein Schaltungsdiagramm eines bereits konzipierten, mit Transistoren aufgebauten Hochfrequenz-Leistungsverstärkers für ein tragbares Kommunikationsgerät.

Gemäß Fig. 3 enthält der transistorisierte Hochfrequenz- Leistungsverstärker eine Verstärkerstufe 31, welche ein hochfrequentes Signal leistungsmäßig verstärkt, eine Vorspannungs-Einstellstufe 32, eine Konstantspannungsschaltung 33 und eine Batterie 34. Die Verstärkerstufe 31 besitzt einen Verstärkungstransistor 35 erster Stufe, einen Verstärkungstransistor 36 nächster Stufe und einen Endstufen- Verstärkungstransistor 37, deren jeweilige Emitter auf Masse liegen. Außerdem ist die Basis des Verstärkungstransistors 35 erster Stufe über einen Kondensator 42(1) und einen Widerstand 42(2) an einen Signaleingangsanschluß 38 angeschlossen, und der Kollektor des Endstufen-Verstärkungstransistors 37 ist über einen Kondensator 46(1) und einen Widerstand 46(2) an einen Signalausgangsanschluß 39 angeschlossen und liegt außerdem über einen Widerstand 46(3) am Ausgang der Konstantspannungsschaltung 33. Der Kollektor des Verstärkungstransistors 35 erster Stufe ist über einen Kondensator 43(1) und einen Widerstand 43(2) an die Basis des Verstärkungstransistors 36 der nächsten Stufe angeschlossen, und der Kollektor des Verstärkungstransistors 36 der nächsten Stufe ist über einen Kondensator 45(1) an die Basis des Endstufen-Verstärkungstransistors 37 angeschlossen, außerdem über einen Widerstand 45(2) an den Ausgang der Konstantspannungsschaltung 33.

Die Vorspannungs-Einstellstufe 32 besitzt einen ersten Vorspannungs- Einstelltransistor 40 und einen zweiten Vorspannungs-Einstelltransistor 41. Der Kollektor des ersten Vorspannungs-Einstelltransistors 40 ist über einen Widerstand 47(1) an die Basis des zweiten Vorspannungs- Einstelltransistors 41 angeschlossen und außerdem über einen Widerstand 47(2) geerdet. Der Emitter des ersten Vorspannungs- Einstelltransistors 40 ist über eine Spule 43(3) und einen Widerstand 43(2) an den Kollektor des Verstärkungstransistors 35 der ersten Stufe angeschlossen, er ist außerdem über einen Widerstand 48(3) an den Ausgang der Konstantspannungsschaltung 33 angeschlossen. Über einen Widerstand 48(1) und einen Widerstand 48(2) ist der Kollektor geerdet, außerdem steht er über den Widerstand 48(1) und einen Widerstand 42(3) mit der Basis des Verstärkungstransistors 35 erster Stufe in Verbindung. Die Basis des ersten Vorspannungs-Einstelltransistors 40 ist über eine Diode 48(5) und einen Widerstand 48(4) an den Ausgang der Konstantspannungsschaltung 33 angeschlossen, außerdem ist sie über einen Widerstand 48(6) und einen veränderlichen Widerstand 48(7) geerdet. Der zweite Vorspannungs-Einstelltransistor 41 ist mit seinem Kollektor über einen Widerstand 47(4) an den Ausgang der Konstantspannungsschaltung 33 angeschlossen, mit seinem Emitter ist er über einen Widerstand 47(3) geerdet, und über einen Widerstand 43(4) ist er an die Basis des Verstärkungstransistors 36 der nächsten Stufe angeschlossen. Über einen Widerstand 45(3) ist der Emitter des Transistors 41 an die Basis des Endstufen-Verstärkungstransistors 37 angeschlossen.

Der Eingang der Konstantspannungsschaltung 33 ist an den Pluspol der Batterie 34 angeschlossen, deren Minuspol ist geerdet. In diesem Beispiel beträgt die Nenn-Ausgangsspannung der Batterie 34 3,6 V, wobei die Anfangs-Ausgangsspannung bei 4,5 V liegt. Die Konstantspannungsschaltung 33 gibt dann eine konstante Spannung von 2,9 V ab, wenn die Eingangsspannung 3,6 V oder mehr beträgt. Dieser bereits konzipierte Hochfrequenz-Transistor-Leistungsverstärker arbeitet wie folgt:

Wenn die Spannung der Batterie 34 von der Konstantspannungsschaltung 33 in eine konstante Spannung von 2,9 V umgesetzt wird und diese Spannung an die Verstärkerstufe 31 und an die Vorspannungs- Einstellstufe 32 gegeben wird, und wenn von einer (nicht gezeigten) Vorstufenschaltung an den Signaleingangsanschluß 38 der Verstärkerstufe 31 ein Hochfrequenzsignal gelegt wird, wird dieses Hochfrequenzsignal durch den Verstärkungstransistor 35 der ersten Stufe zunächst verstärkt und dann von dem Verstärkungstransistor 36 der nächsten Stufe weiter verstärkt, um schließlich von dem Endstufen- Verstärkungstransistor. 37 auf eine vorgeschriebene Leistung endverstärkt zu werden. Das verstärkte Signal wird über den Signalausgangsanschluß 39 auf eine (nicht dargestellte) Antenne gegeben und von der Antenne abgestrahlt.

Hierbei werden innerhalb der Verstärkerstufe 31 der Kollektor des Verstärkungstransistors 36 der nächsten Stufe und der Kollektor des Endstufen-Verstärkungstransistors 37 von der Konstantspannungsschaltung 33 mit der konstanten Spannung direkt als Treiberspannung gespeist. Andererseits wird der Basis und dem Kollektor des Verstärkungstransistors 35 der ersten Stufe, der Basis des Verstärkungstransistors 36 der nächsten Stufe und der Basis des Endstufen-Verstärkungstransistors 37 die Konstantspannung der Konstantspannungsschaltung 33 über die Vorspannungs-Einstellstufe 33 in Form einer als Treiberspannung oder Vorspannung in geeigneter Weise eingestellten Spannung zugeführt.

In dem für ein batteriebetriebenes tragbares Kommunikationsgerät vorgesehenen Hochfrequenz-Transistor-Leistungsverstärker liegt die Konstantspannungsschaltung 33 zwischen der Batterie 34 und der Verstärkerstufe 31. Wenn diese Konstantspannungsschaltung 33 eingebaut ist, ergibt sich allerdings ein Spannungsabfall innerhalb der Konstantspannungsschaltung 33, so daß entsprechend diesem Spannungsabfall die der Verstärkerstufe 31 zugeführte Betriebsspannung absinkt. Hierdurch ergibt sich das Problem, daß bei diesem Hochfrequenz-Transistors-Leistungsverstärker sich die Lebensdauer der Batterie 34 verkürzt.

Da bei einem solchen transistorisierten Hochfrequenz-Leistungsverstärker der Leistungsverbrauch grundsätzlich groß ist, muß die Kapazität der Konstantspannungsschaltung 33 entsprechend groß bemessen sein. Da außerdem ein relativ starker Strom durch die Konstantspannungsschaltung 33 fließt, wird die Leistungsaufnahme in dieser Schaltung 33 groß. Hierdurch wird die Lebensdauer der Batterie 34 bei diesem Hochfrequenz-Transistor-Leistungsverstärker verkürzt.

In Übereinstimmung mit dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zeigt die JP 59-171204 A eine Verstärkerschaltung, bei der die Subtrahierschaltung die von der Konstantspannungsschaltung ausgegebene Spannung minus einer Spannung über einem Widerstand an einem Batteriespannungsanschluß subtrahiert. Über diesen Widerstand wird außerdem die Batteriespannung als Treiberspannung an den Ausgangsanschluß des Transistors gelegt, während das Subtraktionsergebnis von der Subtrahierschaltung als Steuerspannung an den Eingangsanschluß des Transistors gegeben wird. Die Subtrahierschaltung ist als Operationsverstärker dargestellt.

Aus der WO 94/23491 ist ein Leistungsverstärker mit einer Vorsteuerschaltung bekannt, bei der durch unterschiedliche Einflüsse bedingte Schwankungen der Betriebsbedingungen vermieden werden sollen. Um Schwankungen der Versorgungsspannung zu kompensieren, wird ein Vorspannungspegel mit der Versorgungsspannung verglichen, und das Vergleichsergebnis dient zur Einstellung des Arbeitspunkts eines Operationsverstärkers.

Aus der JP 03-6109 A ist eine Verstärkerschaltung bekannt, bei der ebenfalls durch Temperatureinflüsse und Versorgungsspannungsschwankungen bedingte Einflüsse vermieden werden sollen. Der Kollektorstrom eines Verstärkungstransistors wird erfaßt, und entsprechend dem erfaßten Signal wird die Basis-Emitter-Spannung eines Steuertransistors eingestellt, um der Basis des Verstärkungstransistors den Kollektorstrom des Steuertransistors zur Arbeitspunkteinstellung zuzuführen.

Aus der JP 03-6110 A ist eine Verstärkerschaltung mit Kompensation für Temperaturänderungen und Stromversorgungsschwankungen bekannt, zu welchem Zweck ein veränderlicher Anteil des Kollektorstroms des Verstärkungstransistors ermittelt wird, um dementsprechend die Basis-Emitterspannung eines Steuertransistors zu ändern und dessen Kollektorstrom der Basis des Verstärkungstransistors zuzuführen.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Hochfrequenz-Transistor- Leistungsverstärkers, bei dem die Kapazität und der Leistungsverbrauch einer Konstantspannungsschaltung verringert und die Lebensdauer einer Batterie verlängert, gleichzeitig aber die Leistung eines Sendesignals konstant gehalten werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe besitzt der erfindungsgemäße Hochrequenz- Transistor-Leistungsverstärker die Merkmale des Anspruchs 1.

Die Einrichtung zum Anlegen von Batteriespannung und Steuerspannung an den Ausgangsanschluß bzw. den Eingangsanschluß des Transistors bewirkt folgendes: da die Vorspannungs-Einstellstufe die Batteriespannung empfängt und die Steuerspannung ausgibt, welche sich im umgekehrten Verhältnis zur Änderung der Batteriespannung ändert, gelangt die Batteriespannung als Treiberspannung an die Ausgangselektrode des Transistors in der Hochfrequenz- Leistungsverstärkerstufe, und die Steuerspannung, die von der Vorspannungs-Einstellstufe geliefert wird, gelangt als Vorspannung an eine Steuerelektrode des Transistors, so daß bei hoher Batteriespannung, die von einer gerade eingesetzten, frischen Batterie geliefert wird, eine niedrige Vorspannung an die Steuerelektrode des Transistors geliefert wird, wodurch der Transistor in der Weise gesteuert wird, daß der Stromfluß durch den Transistor relativ gering ist. Wenn hingegen die Batteriespannung gering ist, wie es z. B. nach Verstreichen einer beträchtlichen Betriebsdauer der Fall ist, wird eine hohe Vorspannung an die Steuerelektrode des Transistors geliefert, so daß der durch den Transistor fließende Strom relativ groß ist und der Signalverstärkungsfaktor der Hochfrequenz-Transistor- Leistungsverstärkerstufe nicht beeinflußt wird durch den Betrag der Batteriespannung. Dies ermöglicht, daß der Ausgangspegel eines Sendesignals stets auf einem konstanten Wert gehalten wird. Da außerdem die Konstantspannungsschaltung der Vorspannungs- Einstellstufe zugeordnet ist und das Ausgangssignal der Konstantspannungsschaltung ausschließlich dazu benutzt wird, die Vorspannung für die Steuerelektrode des Transistors bereitzustellen, kann die Konstantspannungsschaltung eine kleine Kapazität bei geringer Stromstärke aufweisen.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Schaltungsdiagramm einer Ausführungsform eines Hochfrequenz-Transistor-Leistungsverstärkers gemäß der Erfindung;

Fig. 2 ein Kennliniendiagramm, welches die Beziehung zwischen einer Batteriespannung und der Ausgangsleistung eines Sendesignals darstellt, wobei Widerstandswerte eines Widerstands 19 als Parameter dienen; und

Fig. 3 ein Schaltungsdiagramm eines bereits konzipierten Hochfrequenz-Transistor-Leistungsverstärkers.

Fig. 1 ist ein Schaltungsdiagramm einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Hochfrequenz-Transistor-Leistungsverstärkers.

Wie in Fig. 1 gezeigt ist, enthält der Hochfrequenz-Transistor- Leistungsverstärker eine Verstärkerstufe 1 zur Leistungsverstärkung eines hochfrequenten Signals, eine Vorspannungs-Einstellstufe 2, eine Batterie 3 und eine EIN/AUS-Stufe 4, die zusätzlich an den Leistungsverstärker angeschlossen ist. Die Verstärkerstufe 1 besitzt einen Verstärkungstransistor 5 erster Stufe, einen Verstärkungstransistor 6 nächster Stufe und einen Endstufen-Leistungsverstärker 7, deren Emitter jeweils geerdet sind. Die Basis des Verstärkungstransistors 5 erster Stufe ist über einen Kondensator 8(1) und einen Widerstand 8(2) an einen Signaleingangsanschluß 9 angeschlossen, und der Kollektor des Endstufen-Verstärkungstransistors 7 ist über einen Kondensator 10(1) und einen Widerstand 10(2) an einen Signalausgangsanschluß 11 und ist außerdem über eine Spule 10(3) an den Ausgang der Batterie 3 angeschlossen. Ferner ist der Kollektor des Verstärkungstransistors 5 erster Stufe über einen Kondensator 12(1) und eine Spule 12(2) an die Basis des Verstärkungstransistors 6 nächster Stufe angeschlossen, und der Kollektor des Verstärkungstransistors 6 der nächsten Stufe ist über einen Kondensator 13(1) an die Basis des Endstufen- Verstärkungstransistors 7 und ferner über eine Spule 13(2) an den Pluspol der Batterie 3 angeschlossen.

Außerdem ist die Vorspannungs-Einstellstufe 2 mit einem ersten Vorspannungs-Einstelltransistor 14, einem zweiten Vorspannungs- Einstelltransistor 15 und einer Konstantspannungsschaltung 16 ausgestattet. Der Kollektor des ersten Vorspannungs-Einstelltransistors 14 ist über einen Widerstand 17(1) an die Basis des zweiten Vorspannungs-Einstelltransistors 15 angeschlossen und ist ferner über einen veränderlichen Widerstand 17(2) geerdet. Von dem ersten Vorspannungs-Einstelltransistor 14 ist der Emitter über eine Spule 12(3) und eine Spule 12(2) an den Kollektor des Verstärkungstransistors 5 erster Stufe angeschlossen und steht ferner über einen Widerstand 18(3) mit dem Ausgang der Konstantspannungsschaltung 16 in Verbindung. Über Widerstände 18(1) und 18(2) ist der Kollektor geerdet, über einen Widerstand 18(4) und eine Spule 8(3) ist der Kollektor an die Basis des Verstärkungstransistors 5 der ersten Stufe angeschlossen. Die Basis des ersten Vorspannungs-Einstelltransistors 14 ist über eine Diode 20(2) und einen Widerstand 20(1) an den Ausgang der Konstantspannungsschaltung 16 angeschlossen, über einen Widerstand 20(3) ist sie an die EIN/AUS- Stufe 4 des Hochfrequenz-Leistungsverstärkers angeschlossen, und sie ist außerdem über einen Widerstand 19 an den Pluspol der Batterie 3 angeschlossen. Von dem zweiten Vorspannungs-Einstelltransistor 15 ist der Kollektor über einen Widerstand 17(4) an den Pluspol der Batterie 3 angeschlossen, der Emitter ist über einen Widerstand 17(3) geerdet und liegt außerdem über eine Spule 12(4) an der Basis des Verstärkungstransistors 6 der nächsten Stufe, und liegt über eine Spule 13(3) an der Basis des Endstufen-Verstärkungstransistors 7. Der Eingang der Konstantspannungsschaltung 16 ist an den Pluspol der Batterie 3 angeschlossen.

Außerdem enthält die EIN/AUS-Stufe 4 des Hochfrequenz-Transistor- Leistungsverstärkers einen Schalttransistor 21 in Emitterschaltung. Die Basis des Schalttransistors 21 ist über einen Widerstand 22 an einen Schaltsignal-Eingangsanschluß 23 angeschlossen, der Kollektor ist über einen Widerstand 20(3) an die Basis des ersten Vorspannungs- Einstelltransistors 14 angeschlossen. Auch bei dieser Ausführungsform beträgt die Nenn-Ausgangsspannung der Batterie 3 3,6 V, ihre Anfangs- Ausgangsspannung beträgt 4,5 V. Auch gibt die Konstantspannungsschaltung die konstante Spannung von 2,9 V aus, wenn die Eingangsspannung 3,6 V oder mehr beträgt.

Der Hochfrequenz-Transistor-Leistungsverstärker gemäß dieser Ausführungsform arbeitet wie folgt:

Wenn die Spannung der Batterie 3 direkt und über die Vorspannungs- Einstellstufe 2 an die Verstärkerstufe 1 gelegt und ein positives Signal an den Schaltsignal-Eingangsanschluß 23 der EIN/AUS-Stufe 4 gelegt wird, wird der Schalttransistor 21 eingeschaltet, und die Vorspannungs- Einstellstufe 2 gelangt in den aktiven Zustand, um die vorgeschriebene Vorspannung an die Verstärkerstufe 1 zu liefern, wie im folgenden detailliert erläutert werden soll. Wenn daher ein Hochfrequenzsignal von einer (nicht gezeigten) Vorstufenschaltung an den Signaleingangsanschluß 9 der Verstärkerstufe 1 gelegt wird, wird dieses Hochfrequenzsignal zunächst durch den Verstärkungstransistor 5 der ersten Stufe verstärkt, wird anschließend von dem Verstärkungstransistor 6 der nächsten Stufe verstärkt, und wird schließlich von dem Endstufen- Verstärkungstransistor 7 auf eine vorbestimmte Leistung verstärkt. Das verstärkte Signal wird über den Signalausgangsanschluß 11 an eine (nicht gezeigte) Antenne gegeben und von der Antenne abgestrahlt.

Wenn andererseits ein negatives Signal oder ein Signal mit Referenzpotential an den Schaltsignal-Eingangsanschluß 23 gegeben wird, wird der Schalttransistor 21 ausgeschaltet, und die Vorspannungs- Einstellstufe 2 gelangt in den nichtaktiven Zustand, so daß die Zufuhr der Vorspannung an die Verstärkerstufe 1 unterbunden wird. Selbst wenn also ein Hochfrequenzsignal von der (nicht gezeigten) Vorstufenschaltung an den Signaleingangsanschluß 9 der Verstärkerstufe 1 gelegt wird, wird dieses Hochfrequenzsignal weder von der Verstärkerstufe 1 verstärkt noch von der Antenne gesendet.

Fig. 2 ist ein Kennliniendiagramm, welches die Beziehung zwischen der Spannung der Batterie 3 und der Ausgangsleistung des Sendesignals angibt, wobei verschiedene Widerstandswerte des Widerstands 19 als Parameter angegeben sind.

In Fig. 2 ist auf der Ordinate die Ausgangsleistung des Sendesignals und auf der Abszisse die Spannung der Batterie 3 aufgetragen.

Unter Bezugnahme auf Fig. 1 in Verbindung mit Fig. 2 soll im folgenden der Betrieb der Vorspannungs-Einstellstufe 2 nach dieser Ausführungsform erläutert werden. Im Betriebszustand gelangt das positive Signal an den Schaltsignal-Eingangsanschluß 23, und die Vorspannungs-Einstellstufe 2 befindet sich im aktiven Zustand.

Wenn die Batteriespannung VB der Batterie 3 an die Vorspannungs- Einstellstufe 2 gelegt wird, wird die Batteriespannung VB durch die Konstantspannungsschaltung 13 zu einer konstanten Spannung gemacht, und die konstante Spannung V2,9 mit dem Wert 2,9 V wird am Ausgang der Konstantspannungsschaltung 16 bereitgestellt. Von dem ersten Vorspannungs-Einstelltransistor 14 erhält der Emitter die konstante Spannung V2,9 über den Widerstand 18(3), seine Basis erhält die konstante Spannung V2,9, die von dem Widerstand 20(1), der Diode 20(2) und dem Widerstand 20(3) geteilt wird, und über den Widerstand 19 die Batteriespannung VB. Da an dem ersten Vorspannungs-Einstelltransistor 14 die Emitterspannung abhängig von der konstanten Spannung V2,9 auf im wesentlichen konstanter Spannung gehalten wird, während die Basisspannung eine Überlagerungsspannung VSUM von im wesentlichen konstantem Spannungswert ist, abhängig von der konstanten Spannung V2,9 und der sich abhängig von der Batteriespannung VB ändernden Spannung, wird die Kollektorspannung VC16 als Kollektorspannung des ersten Vorspannungs-Einstelltransistors 14 erzeugt, die sich abhängig von der Batteriespannung VB ändert. Auch die sich ändernde Kollektorspannung VC16 wird über den Widerstand 17(1) an die Basis des zweiten Vorspannungs-Einstelltransistors 15 gegeben, und am Emitter des zweiten Vorspannungs-Einstelltransistors 15 wird die Emitterspannung VE17 erzeugt, die von der Batteriespannung VB abhängt. Die variierende Kollektorspannung VC16 wird über die Widerstände 18(1) und 18(4) und die Spule 8(3) an die Basis des Verstärkungstransistors 5 der ersten Stufe gelegt, und die sich ändernde Emitterspannung VE17 wird über die Spule 12(4) an die Basis des Verstärkungstransistors 6 der nächsten Stufe gelegt, außerdem gelangt sie über die Spule 13(3) an die Basis des Endstufen-Verstärkungstransistors 7.

Wenn bei diesem Ausführungsbeispiel eine Batteriespannung VB von 3,6 V der Nenn-Ausgangsspannung der Batterie 3 entspricht, werden die Widerstandswerte des. Widerstands 20(5) und des Widerstands 20(7) derart bestimmt, daß die Überlagerungsspannung VSUM eine vorbestimmte Spannung wird, beispielsweise 2 V, und anschließend wird durch die Kollektorspannung des ersten Vorspannungs-Einstelltransistors 14, welche dann erhalten wird (und im folgenden als Standardkollektorspannung VC16S bezeichnet wird), jeder Widerstandswert der Widerstände 18(1) und 18(2) derart eingestellt, daß die Basisvorspannung des Verstärkungstransistors 5 der ersten Stufe die vorgeschriebene Spannung VB5 wird, und ferner wird durch die dann erhaltene (und als Standardemitterspannung VE17S bezeichnete) Emitterspannung des zweiten Vorspannungs-Einstelltransistors 15 jeder Widerstandswert des Widerstands 17(1), des veränderlichen Widerstands 17(2), und des Widerstands 17(3) derart eingestellt, daß die Basisvorspannung des Verstärkungstransistors 6 der nächsten Stufe zu einer vorgeschriebenen Spannung VB6 wird und die Basisvorspannung des Endstufenverstärkungstransistors 7 zu einer vorgeschriebenen Spannung VB7 wird.

Wenn die Einstellung dieser Widerstandswerte durchgeführt wird, ist, falls die Spannung VB der Batterie 3 unmittelbar nach deren Austausch den Wert 3,6 V oder darüber aufweist, die Kollektorspannung VC16 des ersten Vorspannungs-Einstelltransistors 14 geringer als die Standardkollektorspannung VC16S, da die Überlagerungspannung VSUM höher ist als die vorgeschriebene Spannung von beispielsweise 2 V und der Kollektorstrom des ersten Vorspannungs-Einstelltransistors 14 gering ist. Gleichzeitig ist die Emitterspannung VE17 des zweiten Vorspannungs- Einstelltransistors 15 niedriger als die Standardemitterspannung VE17S. Deshalb wird die Basisvorspannung des Verstärkungstransistors 5 der ersten Stufe niedriger als die vorgeschriebene Spannung VB5, und außerdem werden die Basisvorspannung des Verstärkungstransistors 6 der nächsten Stufe und die Basisvorspannung des Endstufenverstärkungstransistors 7 niedriger als die vorgeschriebene Spannung VB6 bzw. die vorgeschriebene Spannung VB7.

Da also die Basis jedes der Verstärkungstransistoren 5, 6 und 7 der ersten Stufe, der nächsten Stufe und der Endstufe, welche die Verstärkerstufe 1 bilden, über die Basisspannungs-Einstellstufe 3 die Basisvorspannung erhalten, wobei die Spannung VB der Batterie 3 einem die Nennspannung übersteigenden Wert entspricht und die Größe der Basisvorspannung in umgekehrtem Verhältnis zu dem Wert absinkt, wird die Zunahme des Verstärkungsfaktors der Verstärkerstufe 1 aufgrund der Tatsache, daß die Spannung VB der Batterie 3 höher als die Nenn- Ausgangsspannung ist, aufgehoben durch die Abnahme der an die Basen der Verstärkungstransistoren 5, 6 und 7 der ersten, der nächsten und der Endstufe gelieferten Basisvorspannung, so daß die Ausgangsleistung des in der Verstärkerstufe 1 erhaltenen Sendesignals unabhängig von der Überschußkomponente der Spannung VB der Batterie 3 konstant wird.

Wenn die Spannung VB der Batterie 3 etwas niedriger als 3,6 V wird, wird die Überlagerungsspannung VSUM niedriger als die vorgeschriebene Spannung von beispielsweise 2 V, und dann nimmt die konstante Spannung V2,9, die von der Konstantspannungsschaltung 16 geliefert wird, etwas ab, der Kollektorstrom des ersten Vorspannungs- Einstelltransistors 14 nimmt etwas zu, die Kollektorspannung VC16 des ersten Vorspannungs-Einstelltransistors 14 nimmt etwas zu im Vergleich zu der Standardkollektorspannung VC16S, und gleichzeitig wird die Emitterspannung VE17 des zweiten Vorspannungs-Einstelltransistors 15 im Vergleich zu der Standardemitterspannung VE17S etwas angehoben. Wenn daher die Basisvorspannung des Verstärkungstransistors der ersten Stufe im Vergleich zu der vorgeschriebenen Spannung VB5 etwas erhöht wird und die Basisspannung des Verstärkungstransistors 6 der nächsten Stufe sowie die Basisvorspannung des Endstufen-Verstärkungstransistors 7 im Vergleich zu der vorgeschriebenen Spannung VB6 bzw. der vorgeschriebenen Spannung VB7 etwas erhöht werden, wird die Abnahme des Verstärkungsfaktors der Verstärkungsstufe 1 aufgrund der Abnahme der Spannung VB der Batterie 3 gegenüber der Nenn-Ausgangsspannung aufgehoben, und hierdurch wird die Schwankung des Verstärkungsfaktors etwas kompensiert.

Wenn bei dieser Ausführungsform der Widerstandswert des Widerstands 19 variiert wird auf die Werte 7,5 kΩ; 12 kΩ; 15 kΩ und unendlich (keine Verbindung), ändert sich das Ausmaß der Spannungsänderung der Überlagerungsspannung VSUM aufgrund der Schwankung der Spannung VB der Batteriespannung 3, d. h. die Ausgangsleistung des Sendesignals der Verstärkerstufe 1 ändert sich gemäß Fig. 2. Da vorzugsweise die Schwankung der Ausgangsleistung des Sendesignals der Verstärkerstufe 1 möglichst gering gehalten wird, auch wenn sich die Spannung VB der Batterie 3 ändert, wird der Widerstandswert für den Widerstand 19 derart gewählt, daß die Schwankung der Ausgangsleistung des Sendesignals möglichst klein ist; beim vorliegenden Beispiel wird hierzu der Widerstandswert von 12 kΩ gewählt.

Auch bei diesem Ausführungsbeispiel hat der Widerstand 18(3), der an den Emitter des ersten Vorspannungs-Einstelltransistors 14 angeschlossen ist, die Funktion, den Verstärkungstransistor 5 der ersten Stufe und die Konstantspannungsschaltung 16 daran zu hindern, durch einen starken Strom zerstört zu werden, der durch den Kollektor des Verstärkungstransistors 5 der ersten Stufe dann fließt, wenn ein Signal starker Amplitude in den Signaleingangsanschluß 9 eingespeist wird. Wenn der Kollektorstrom des Verstärkungstransistors der ersten Stufe erhöht wird, werden sowohl die Emitterspannung als auch die Kollektorspannung des ersten Vorspannungs-Einstelltransistors 14 wegen des Widerstands 18(3) verringert, und die Abnahme der Kollektorspannung führt zu einer Abnahme der Basisvorspannung des Verstärkungstransistors 5 der ersten Stufe. D. h.: Die Vorspannungsschaltung für den Verstärkungstransistor 5 der ersten Stufe, welche den ersten Vorspannungs-Einstelltransistor 14 enthält, bildet eine Rückkopplungs-Vorspannungsschaltung und hat somit die Funktion, die Gleichstrom-Vorspannung für den Verstärkungstransistor 5 der ersten Stufe zu stabilisieren.

Wenn also bei dieser Ausführungsform die Spannung der Batterie 3 höher ist als die Nenn-Ausgangsspannung, kann, weil die Basisvorspannung jedes der Transistoren 5, 6 und 7 der Verstärkerstufe 1 niedriger gemacht werden kann als die Standard-Basisvorspannung, und eine Zunahme des Verstärkungsfaktors der Verstärkerstufe 1 aufgrund der Spannung der Batterie 3 sehr stark unterdrückt wird, die Ausgangsleistung des Sendesignals von der Verstärkerstufe 1 unabhängig davon konstant gemacht werden kann, daß die Spannung der Batterie schwankt, während gleichzeitig der zusätzliche Verbrauch der Batterie 3 aufgrund einer hohen Spannung der Batterie 3 unterdrückt und damit die Lebensdauer der Batterie 3 verlängert wird.

Außerdem ist bei dieser Ausführungsform die Konstantspannungsschaltung 16 in die Vorspannungs-Einstellstufe 2 eingebaut und wird nur dazu verwendet, die konstante Spannung einem Abschnitt zuzuführen, der einen relativ schwachen Strom liefert, beispielsweise in Form der Basisvorspannung für die Verstärkungstransistoren 5, 6 und 7. Aus diesem Grund kann die Konstantspannungsschaltung 16 mit einer geringen Kapazität auskommen und liefert am Ausgang einen relativ schwachen Strom. Dies bedeutet, daß in der Konstantspannungsschaltung 16 nur wenig Leistung verbraucht wird und dementsprechend der Verbrauch der Ladung der Batterie 3 eingeschränkt und folglich die Lebensdauer der Batterie 3 verlängert wird.

Während gemäß obiger Beschreibung die Verstärkerstufe 1 durch drei Verstärkungstransistoren 5, 6 und 7 gebildet wird, ist die Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Verstärkerstufe 1 nicht auf die Verwendung dieser drei Verstärkungstransistoren 5, 6 und 7 beschränkt, sondern man kann auch einen anderen Schaltungsaufbau wählen, solange ein oder mehrere Transistoren verwendet werden.

Wenn die Basisvorspannung für jeden der Transistoren 5, 6 und 7 der Verstärkerstufe 1 niedriger gemacht wird als die Standard- Basisvorspannung, ist die Spannung VB der Batterie 3 nicht auf 3,6 V als Nenn-Ausgangsspannung beschränkt, sondern der Wert kann auf mehr als die Nenn-Ausgangsspannung oder auf einen darunterliegenden Wert eingestellt werden.


Anspruch[de]
  1. 1. Hochfrequenz-Transistor-Leistungsverstärker für den Einsatz in einem batteriebetriebenen, tragbaren Kommunikationsgerät, umfassend:

    eine Hochfrequenz-Leistungsverstärkerstufe (1), die durch einen oder mehrere Transistoren (5, 6, 7) gebildet wird; und

    eine Vorspannungs-Einstellstufe (2), welche die Batteriespannung empfängt und eine Steuerspannung liefert, die sich umgekehrt zur Änderung der Batterie-Ausgangsspannung ändert, wozu die Vorspannungs-Einstellstufe (2) mit einer Konstantspannungsschaltung (16) ausgestattet ist, welche die Batteriespannung empfängt und eine konstante Spannung abgibt, und eine Subtrahierschaltung (14, 18(3), 20(1), 20(2), 19) vorgesehen ist, die die das Subtraktionsergebnis enthaltende Steuerspannung erzeugt,

    wobei die Batteriespannung als Treiberspannung an den Ausgangsanschluß des Transistors (5, 6, 7) und die Steuerspannung als Vorspannung an den Eingangsanschluß des Transistors (5, 6, 7) gegeben wird,

    dadurch gekennzeichnet, daß

    die Subtrahierschaltung, welche die von der Konstantspannungsschaltung (16) ausgegebene konstante Spannung von der Batteriespannung subtrahiert, einen ersten Transistor (14) aufweist, dessen Emitter an den Ausgang der Konstantspannungsschaltung (16) angeschlossen ist, dessen Basis über eine Serienschaltung aus einem ersten Widerstand (20(1)) und einer Diode (20(2)) an den Ausgang der Konstantspannungsschaltung (16) angeschlossen ist, über einen zweiten Widerstand (19) an die Batterie (3) angeschlossen ist, und über einen dritten Widerstand (20(3)) auf Masse legbar ist, und an dessen Kollektor ein zweiter Transistor (15) angeschlossen ist, dessen Emitter über einen vierten Widerstand (17(3)) auf Masse gelegt ist, und der an seinem Emitter die Steuerspannung auf der Grundlage der Kollektorspannung des ersten Transistors (14) erzeugt.
  2. 2. Leistungsverstärker nach Anspruch 1, bei dem die Leistungsverstärkerstufe (1) einen Verstärkungstransistor (5) erster Stufe enthält, dessen Kollektor an den Emitter des ersten Transistors der Subtrahierschaltung angeschlossen ist, und dessen Basis an den Kollektor des ersten Transistors der Subtrahierschaltung angeschlossen ist.
  3. 3. Leistungsverstärker nach Anspruch 2, bei dem ein fünfter Widerstand (18(3)) geringen Widerstandswerts zwischen dem Emitter des ersten Transistors (14) der Subtrahierschaltung und dem Ausgang der Konstantspannungsschaltung (16) liegt.






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