152573. lajstromszámú szabadalom • Visszacsatolt tranzisztoros erősítőhöz alacsony zajtényezőjű, illesztett bemenő fokozat
15Ä573 3 4 A tárgyalt erősítőknél általános követelmény, hogy erősítésük adott határok között változtatható legyen, de ezzel sem a zajtényező, sem az illesztés nem romolhat az előírt határon túl. Ezt a követelményt az erősítő hurokvisszacsatolásának változtatásával szokás megvalósítani. Elektroncsöves erősítőknél a hurokvisszacsatolás a bemenetre általában áramvisszacsatolásként jut, ami az erősítő bemenő impedanciájára növelő hatású. A kettős lezárás miatt a bemenő impedanciát azonban a lezáró ellenállás határozza meg, így a visszacsatolás változtatása sem a zajtényezőt, sem a bemenő impedanciát lényegesen nem befolyásolja. A tranzisztoros erősítő megoldások lényegüket illetően az elektroncsövesekkel analóg felépítésűek. Mivel a tranzisztorok alacsony bemenő impedanciájúak, ezért negatív visszacsatolással azt olyan mértékben meg kell növelni, hogy az elektroncsöves erősítőknél leírt elvet juthassanak érvényre. Az 1. és 2. ábra bemutat két ilyen ismert kapcsolási elrendezést, ahol Z(,e az erősítő bemenő impedanciája, R2 a lezáró ellenállás, R c pedig áramvisszacsatolást létesítő, a tranzisztor bemenő impedanciáját megnövelő ellenállás. A hurokvisszacsatolás a fázisviszonyoktól függően a Tr tranzisztor bázisának vagy emitterének körébe, vagyis az AC, ill. BC kapcsokra csatlakozik. Az elektroncsöves erősítőkre elmondott és a tranzisztoros erősítőkre bemutatott kapcsolási elrendezések alapvetően megegyeznek abban, hogy a kettős lezárás miatt ideális (zajt nem termelő) elektroncsövet vagy tranzisztort feltételezve is létrehoznak 0,35 Néper jel/zaj viszony romlást. A valóságos esetben ehhez járul még hozzá az elektroncsőtől vagy a tranzisztortól származó jel/zaj viszony romlás. Az ilyen módon kiadódó zajtényezőkkel számolnak a jelenlegi erősítő előírások. A CCITT (Red Book vol. III. p. 114—115) a zajtényező felső határául tranzisztoros erősítőknél 1,2 N-t ír elő, ami reális is, mert az ismertetett megoldásokkal 1,0 Néper körüli zajtényező biztosítható. A találmány célkitűzése olyan kapcsolási elrendezés kialakítása, amelynél elkerülhető a kettős lezárásból származó 0,35 Néper jel/zaj viszony romlás, továbbá biztosíthatók a tranzisztor számára azok a feltételek, amelyek között zajtényezője minimális lesz — fenntartva az illesztésre vonatkozó valamennyi előírás teljesítését is. A célkitűzésnek megfelelő bemenő fokozat alkalmazásánál az erősítő zajtényezője csupán néhány század Néperrel lesz magasabb, mint az alkalmazott tranzisztor minimális zajtényezője. Korszerű tranzisztorok zajtényezője a fehérzaj tartományban lg 0 pt és Rg 0 pt esetben 0,15 Néper körüli, ami azt jelenti, hogy az erősítő zajtényezője sem lesz nagyobb, 0,2 Néper körüli értéknél. A tranzisztor zajtényezője függ egyrészt a tranzisztor jellemzőitől, másrészt az üzemi körülményektől. K. Spindler: „Berechnung und Messungen zur optimalen Dimensionierung rauscharmer Transistorverstärker" című cikkében — amely az NTZ 1959 májusi számában jelent meg — meghatározza az optimális zajtényezőhöz tartozó munkapontot. A cikk alapján adott tranzisztornál, állandó hőmérsékleten minimális zaj tényezőt biztosító IE opt emitter áram és Rg 0 pt meghajtógenerátor ellenállás a tranzisztor jellemzőiből kiszámítható: T„ ,= •\íla fe-l CBo-'^T r> ,_l/"2UTrí,! LE opt \ , tig opt — \ V 2 Vbb \ IcBo ahol h/e a tranzisztor áramerősítési tényezője földelt emitteres kapcsolásban, ICB,O a kollektorbázis maradékáram, Vbb a bázis ellenállás és Ur a hőmérsékleti feszültség (szobahőmérsékleten 26 mV). A környezeti hőmérséklet változása és a tranzisztor paraméterek szórása következtében az IE opt és Rg opt változó értékűek, ha azonban a hőmérsékletváltozás nem több mint +20 C°, a paraméterszórás pedig a szokásos szóráskép szerinti — az ebből adódó zajtényező növekedés nem haladja meg a 0,1 N-t. A frekvencia korlátokat E. G. Nielsen: Behavior of Noise Figure in Junction, Transistors című, a Proc. IRE, Vol. 45. July 1957. számában közölt cikke alapján vehető figyelembe. Miután a távközléstechnikai visszacsatolt erősítőknél a tranzisztorok határfrekvenciáját a gerjedésre való tekintettel jóval az átviteli sáv felett kell megválasztani. Emiatt a nagyfrekvenciás zajtényező-növekedés jóval az átviteli sáv feletti tartományba esik. A találmány alapgondolata, hogy a tranzisztort bázis-emitter kapcsaival egy hídáramkör egyik ágába helyezzük, a tranzisztor számára tápáramkörével biztosítjuk a minimális zajtényezőhöz tartozó lg opt emitter áramot, a negatív visszacsatolással a tranzisztor bemenő impedanciáját az Rg 0 pt értékre állítjuk; az erősítő bemenete transzformátoron keresztül a hídáramkör egyik átlójára, míg a hurokvisszacsatolás a másik hídátlóra csatlakozik. Hídegyensúly esetén a visszacsatoló hurokban bekövetkező változás az erősítő bemenő impedanciájának értékét nem fogja megváltoztatni. A hídkiegyenlítést ez esetben nem a szembenfekvő ágimpedanciák szorzatainak egyenlősége, hanem az egyik ágban levő impedancia növelő áramvisszacsatolás és a másik ágban levő impedancia csökkentő feszültség visszacsatolás egyenlősége fogja jelenteni. A találmány részleteit az alábbiakban rajzok alapján ismertetjük két változatban: A 3a ábrán látható áramkörben (amely az erősítő bemenő fokozata) a bemenő transzformátor Ni, illetve N2 szekunder tekercsei az a—b, illetve a—d hídágban, a tranzisztor a b^c, míg az Rx ellenállás a c—d hídágban foglal helyet. A transzformátor N2 tekercse feszültségvisszacsatolást, az Rx ellenállás áramvisszacsatolást hoz létre, amelyekkel az erősítő Z&e bemenő impedanciája beállítható. A hurokvissza-10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
