專利名稱：用于補償放大器的電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及放大器，尤其是一種用于補償有線電視(CATV)放大器的電路，由此擴展了這種放大器的可用頻率范圍。
放大器有眾多的應(yīng)用，例如，用于有線電視(CATV應(yīng)用)。對于有線電視放大器有一個重要的指標(biāo)，就是復(fù)合的三次差拍比(CTB)失真特性。CTB失真是一個三階的失真項，它在有線電視中的所有頻道開通時產(chǎn)生。當(dāng)關(guān)閉一個頻道并在關(guān)閉信道所在的頻率范圍內(nèi)觀察出現(xiàn)的失真的結(jié)果。按理想來說，在該頻率范圍內(nèi)不應(yīng)有信號出現(xiàn)，而其中任何信號的出現(xiàn)都是由于失真造成的，這被稱為CTB失真。
典型的，CATV放大器使用共射—共基線路接法，因為這種線路接法本身可導(dǎo)致極好地CTB特性。但是，這種線路接法會受到穩(wěn)定性方面的問題。此外，在高頻端這種共射—共基結(jié)構(gòu)的CTB特性變壞。
從而，存在著對共射—共基放大器進(jìn)行補償?shù)碾娐返男枨笠愿纳艭TB失真特性同時有極好的穩(wěn)定性和高頻特性。


圖1是早先技術(shù)的推挽式共射—共基放大器的細(xì)節(jié)原理圖；圖2是圖1所示的早先技術(shù)的推挽式共射—共基放大器的一側(cè)的細(xì)節(jié)原理圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的推挽式共射—共基放大器的一側(cè)的細(xì)節(jié)原理圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的推挽式共射—共基放大器的細(xì)節(jié)原理圖。
參考圖1早先技術(shù)的推挽式共射—共基放大器10的細(xì)節(jié)原理圖?？芍獔D1所示的是交流原理圖，直流偏置的細(xì)節(jié)沒有包括在內(nèi)。被略去的偏置元件是用于設(shè)定晶體管電流和電壓的偏置電阻。由于這些元件通常連接交流接地點對設(shè)計好的電路的交流特性的作用可以忽略。因為對于交流接地點而言，對放大器的特性的描述這些元件并不是必需的。
放大器10包括晶體管12，它的集電極連接到晶體管14的發(fā)射極，基極通過變壓器16與輸入端IN相連。晶體管14的集電極通過變壓器18連接到輸出端OUT提供輸出信號。
反饋電路20被連接在晶體管14的集電極和晶體管12的基極之間，其中反饋電路20包括并聯(lián)的元件電阻22和電容器24。
晶體管12的發(fā)射極通過電阻26連接到晶體管28的發(fā)射極。此外，晶體管14的基極通過電阻30連接到晶體管32的基極。
晶體管28的基極經(jīng)由變壓器16連接到輸入端IN。還有，晶體管32的集電極通過變壓器18連接到輸出端OUT。晶體管28的集電極連接到晶體管32的發(fā)射極。
反饋電路36被連接在晶體管32的集電極和晶體管28的基極之間，其中反饋電路36包括并聯(lián)的元件電容器38和電阻40。
放大器10是平衡的推挽放大器，也就是，晶體管12基極的輸入信號與晶體管28基極的輸入信號有180度相位差。在工作中，假定一個參考信號(零相位的正弦波，振幅正向增長)被施加在變壓器16的輸入端，其中變壓器16將這個基準(zhǔn)信號轉(zhuǎn)換為晶體管12和28的基極的平衡信號。尤其，晶體管12基極的信號具有與參考信號相同的相位(振幅正向增加)，而與晶體管28基極的信號相位相差180度(具有180度相位移的正弦波，振幅負(fù)向增長)。當(dāng)平衡信號經(jīng)過晶體管12與28后發(fā)生再一次的180度相位移。此時晶體管12集電極的信號是振幅負(fù)增長而晶體管28的集電極的信號現(xiàn)在是振幅正增長。這個信號在它們彼此之間保持180度相位差。當(dāng)這個平衡信號經(jīng)過晶體管14和32時它們沒有經(jīng)過任何相移出現(xiàn)在變壓器18的平衡端。變壓器18轉(zhuǎn)換這些平衡信號為在輸出端的單一的末端信號。這種信號通過放大器的模式一般稱做推挽工作方式。當(dāng)晶體管12推這個信號時(振幅正增長)晶體管28拉這個信號(振幅負(fù)增長)，這樣稱之為推挽。對于晶體管14和32也是這樣。從這個對電路工作的簡要說明，可知這個信號在晶體管12和28中以及在晶體管14和32中大小是完全相同的，唯一的不同是有180度相移。
由于寬的工作頻率范圍是CATV放大器的必要條件(典型的是40MHz至100MHz)，反饋的使用可同時滿足在這個寬的頻率范圍內(nèi)增益和匹配的需求。電阻22，26和40需要精選以滿足工作頻帶頻率低端的增益與匹配的要求而電容器24和38的使用使得頻率高端的增益和匹配適合要求。典型的，電阻22與40就如電容器24和38一樣具有相同的數(shù)值。在實際的CATV放大器中，基極電阻30通常是使放大器的工作穩(wěn)定所必需的。CATV放大器是完整的CATV系統(tǒng)中的一個組成部分，使附加影響頻率的電路，可使得CATV放大器在其工作范圍內(nèi)呈現(xiàn)寬的阻抗范圍。在阻抗方面變寬，會在系統(tǒng)中產(chǎn)生穩(wěn)定問題(振蕩)。這個小電阻30的存在可以大大減少這種趨于振蕩的傾向。然而會看到放大器中CTB失真特性和整個帶寬變壞。
圖1示出放大器的全部的平衡結(jié)構(gòu)，由于平衡電路的工作的本質(zhì)已在前面闡述，為了便于理解僅僅考慮平衡電路的一側(cè)即可。這個平衡放大器的上面的一側(cè)由晶體管12和14，反饋網(wǎng)絡(luò)20和電阻26與電阻30的一半組成。平衡放大器的下面一側(cè)由晶體管28和32，反饋網(wǎng)絡(luò)36及電阻26及30組成余下的那一半。每一側(cè)信號在大小上是相同的，但是有180度相位差。
參考圖2，為了簡化說明這里只示出了推挽式共射—共基放大器(10)的一側(cè)，但可知從圖2示出的元件與圖1示出的元件是相同的，并具有相同的基準(zhǔn)標(biāo)號。
圖2的共射—共基放大器的一側(cè)進(jìn)一步包含連接在晶體管12的發(fā)射極與地參考電位之間的電阻26＇。此外，電阻30＇如所示連接在晶體管14的基極與地參考電位之間。可知標(biāo)號26＇和30′與圖1的電阻26和30相當(dāng)，但是考慮到當(dāng)單側(cè)作用時每個電阻的值減少到原量的二分之一以及由單側(cè)返回地參考電位。在輸入端與輸出端的阻抗等級也減少到原量的二分之一。于是電路工作(電壓和電流電平)在單側(cè)作用與圖1的平衡結(jié)構(gòu)時是等同的。
參考圖3，是具有補償?shù)墓采洹不糯笃麟娐?0的詳細(xì)原理圖。已知圖3所示的與圖2所示的相同的元件具有相同的標(biāo)號。共射—共基放大器電路50另外增加了連接在晶體管14基極與參考地電位之間的補償電容器52。此外，放大器50增加了連接在晶體管14與放大器50輸出端之間的補償電感器54。
附加的元件52和54由于擴展頻率范圍而達(dá)到改善CTB失真特性，在這個頻率范圍內(nèi)達(dá)到線性相位移(或恒定的群延遲)同時從實質(zhì)上改善了放大器的穩(wěn)定度。
一個恰當(dāng)?shù)脑O(shè)計過程是選擇基極電容器52的數(shù)值，以增加放大器的寬頻帶穩(wěn)定性特，而后選擇補償電感器54使放大器50的線性相位響應(yīng)達(dá)到最大，也就是，電感器54被選擇到在擴展頻率范圍內(nèi)達(dá)到線性相位*(移)(恒定的群延遲)。元件52和54的這些初始值可用作計算機對放大器50的特性進(jìn)行優(yōu)化的起始值，這是通過利用優(yōu)化程序，例如Hewlett Packard’s Microwave Design system來實現(xiàn)的。
典型的對圖3的放大器的CTB失真的測量可看到在工作的頻率范圍高端同早先的技術(shù)結(jié)構(gòu)相比改善了接近3.0至5.0dB，由此，指示出CTB失真特性得以改進(jìn)。此外，放大器的相關(guān)于穩(wěn)定特性的一個指標(biāo)可以由檢測放大器輸入端與輸出端的反射損耗來確定。對于穩(wěn)定性一個必須的條件是放大器的輸入端與輸出端的反射損耗必須小于一。計量出輸入端與輸出端反射損耗的典型值是2.0至4.0dB低于早先的技術(shù)結(jié)構(gòu)所達(dá)到的值。從而指示出改善了放大器的穩(wěn)定特性。
放大器穩(wěn)定性的提高并沒有降低失真特性，這是有特殊意義的，因為早先的技術(shù)使用圖2的基極電阻30′實現(xiàn)改善穩(wěn)定性但降低了失真特性。此外這個穩(wěn)定性的改進(jìn)是寬頻帶的，電容器52與晶體管14的基極電感器是不諧振的，這將導(dǎo)致窄頻帶穩(wěn)定性的改進(jìn)。事實上電容器52的值相對是小的，對這一點在工作在頻率范圍低端時似乎是一種損害，然而，測量性能顯示它是可靠的，沒有那種情況。
參考附圖4，是推挽式共射—共基放大器60的詳細(xì)的原理圖。已知圖4中示出的與圖1中示出的相同的元件具有相同的標(biāo)號。此外，放大器60包括連接在晶體管14和32基極之間的補償電容器62，其中電容器62的值是圖3的電容器52的值的一半。此外，放大器60包括補償電感器64和66(它們的值與使用在單側(cè)情況的電感器54相同)，其中電感器64連接在晶體管14的集電極與輸出端OUT之間而電感器66是連接在晶體管32的集電極與輸出端OUT之間。
全平衡放大器60的工作與上述的單側(cè)使用是一樣的。此外，在平衡電路中的發(fā)射極電阻26和基極電容器62與圖3的單側(cè)使用相比較有不同的按原量增或減二分之一的值。
至此，從上面的詳述中提供了一種新型的電路用于補償共射—共基放大器。這個電路包括電容器和電感器用以增強放大器的穩(wěn)定性和擴展了放大器的可用頻率范圍，通過保持放大器的群延遲在大的頻率范圍里基本是常量。使用這種補償放大器，達(dá)到了在放大器的工作頻率范圍的高端改善CTB失真特性同時平穩(wěn)地增加了穩(wěn)定性。換個說法，隨著穩(wěn)定性和失真特性的改善放大器的帶寬被擴展了。
雖然，本發(fā)明闡述了具體的實施例，然而很明顯那些熟悉本技術(shù)的人顯然可做出多種變換形式、更改和變動。進(jìn)一步說，所有每一個變換形式、更改和變動被認(rèn)為包含在附加的權(quán)利要求中。
權(quán)利要求
1.一種用于補償基射一共基放大器(50)的電路，該共射—共基放大器(50)包括一個共發(fā)射極晶體管(12)具有一個基極響應(yīng)輸入信號(IN)和一個共基極晶體管(14)具有一個集電極向共射—共基放大器(50)的輸出端(OUT)提供輸出信號，其中共基極晶體管(14)的發(fā)射極連接到共發(fā)射極晶體管(12)的集電極，第一反饋電路(26)連接在共發(fā)射極晶體管(12)的發(fā)射極和參考地電位之間，第二反饋電路(20)連接在共射—共基放大器(50)的輸出端(OUT)與共發(fā)射極晶體(12)的基極之間，這個用于補償?shù)碾娐钒ㄒ粋€第一補償電路(54)連接在共基極晶體管(14)的集電極和放大器(50)的輸出端(OUT)之間；以及一個第二補償電路(52)連接在共基極晶體管(14)的基極和參考地電位。
2.如權(quán)利要求1的電路，其中所說的第一補償電路(54)包括一個電感元件。
3.如權(quán)利要求1的電路，其中所說的第二補償電路(52)包括一個電容元件。
4.一個用于補償推挽或共射—共基放大器(60)的電路，該推挽式共射—共基放大器(60)包括一個第一共發(fā)射極晶體管(12)具有基極響應(yīng)輸入信號(IN)和一個第一共基極晶體管(14)具有集電極連接到推挽式共射—共基放大器(60)的輸出端，其中第一共基極晶體管(14)的發(fā)射極連接到第一共發(fā)射極晶體管(12)的集電極，第一反饋電路(20)連接在推挽式共射—共基放大器(60)的輸出端與第一共發(fā)射極晶體管(12)的基極之間，第二共發(fā)射極晶體管(28)具有一個基極響應(yīng)輸入信號(IN)以及第二共基極晶體管(32)具有一個集電極連接到推挽式共射—共基放大器(60)的輸出端，其中第二共基極晶體管(32)的發(fā)射極連接到第二共發(fā)射極晶體管(28)的集電極，第二反饋電路(36)連接在推挽式共射—共基放大器(60)的輸出端與第二共發(fā)射極晶體管(28)的基極之間，該推挽式共射—共基放大器(60)進(jìn)一步包括第一電阻(26)連接在所說的第一(12)和第二(28)共發(fā)射極晶體管的發(fā)射極之間，用于補償?shù)碾娐钒ㄒ粋€第一補償電路(64)連接在第一共基極晶體管(14)的集電極和推挽式共射—共基放大器(60)的輸出端之間；一個第二補償電路(66)連接在第二共基極晶體管(32)的集電極和推挽式共射—共基放大器(60)的輸出端之間；以及一個第二補償電路(62)連接在第一(14)和第二(32)共基極晶體管的基極之間。
5.如權(quán)利要求4的電路，其中所說的第一補償電路(64)包括一個電感元件。
6.如權(quán)利要求4的電路，其中所說的第二補償電路(66)包括一個電感元件。
7.如權(quán)利要求4的電路，其中所說的第三補償電路(62)包括一個電容元件。
8.如權(quán)利要求4的電路，其中所說的第一(64)和第二(66)補償電路包括電感器，其值的選擇使得推挽式共射—共基放大器(60)的線性相位響應(yīng)特性達(dá)到最大。
9.一個放大器(50)具有增強的穩(wěn)定度與提高的線性相位響應(yīng)，該放大器(50)包括第一晶體管(12)具有一個集電極，一個基極和一個發(fā)射極，所說的第一晶體管(12)的所說的基極響應(yīng)輸入信號(IN)；第二晶體管(14)具有一個集電極，一個基極和一個發(fā)射極，所說的第二晶體管(14)的所說的發(fā)射極連接到所說的第一晶體管(12)的所說的集電極；第一反饋電路(26′)連接在所說第一晶體管(12)的所說的發(fā)射極和第一供給電壓端之間；第二反饋電路(20)連接在放大器(50)的輸出與所述第一晶體管(12)的所述基極之間；第一補償電路(54)連接在所述第二晶體管(14)的所述集電極與放大器(50)的所述輸出之間；第二補償電路(52)連接在所述第二晶體管(14)的所述基極和所述地參考點之間。
10.一種放大器(60)，具有增強的穩(wěn)定性和增強的線性相位響應(yīng)，該放大器(60)包括第一晶體管(12)，具有集電極、基極和發(fā)射極，所述第一晶體管(12)的所述基極響應(yīng)于輸入信號(IN)；第二晶體管(14)，具有集電極、基極和發(fā)射極，所述第二晶體管(14)的所述發(fā)射極連接所述第一晶體管(12)的所述集電極；第一反饋電路(20)連接在放大器(60)的輸出和所述第一晶體管(12)的所述基極之間；第三晶體管(28)，具有集電極、基極和發(fā)射極，所述第三晶體管(28)的所述基極響應(yīng)于所述輸入信號(IN)；第四晶體管(32)，具有集電極、基極和發(fā)射極，所述第四晶體管(32)的所述發(fā)射極連接所述第三晶體管(28)的所述集電極；第二反饋電路(36)連接在放大器(60)的所述輸出端與所述第三晶體管(28)的所述基極之間；第一電阻器(26)連接在所述第一(12)和第三(28)晶體管的所述發(fā)射極之間；第一補償電路(64)連接在所述第二晶體管(14)的所述集電極與放大器(60)的所述輸出端之間；第二補償電路(66)連接在所述第四晶體管(32)的所述集電極和放大器(60)的所述輸出端之間；第三補償電路(62)連接在所述第二(14)和第四(32)晶體管的所述基極之間。
全文摘要
本發(fā)明對共射-共基放大器(50)提供了一種補償電路，該電路包括電容(52)和電感(54)，通過在一個大的頻率范圍內(nèi)保持放大器(50)的群延遲基本上為一常數(shù)的辦法，增加放大器(50)的穩(wěn)定性和擴展放大器(50)的可用頻率范圍。具有這種補償?shù)姆糯笃骺色@得放大器(50)在高端工作頻率范圍內(nèi)的改善CTB失真特性，同時也增加了平衡的工作穩(wěn)定性。換句話說，放大器的帶寬在改善了的穩(wěn)定性和失真特性的情況下得到了擴展。
文檔編號H03F1/42GK1120266SQ95105180
公開日1996年4月10日 申請日期1995年4月28日 優(yōu)先權(quán)日1994年5月3日
發(fā)明者羅伯特·S·卡頓耐克爾 申請人:摩托羅拉公司