專利名稱：用于補償放大器的電路的制作方法
技術領域：
本發明涉及放大器，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。
放大器有眾多的應用，例如，用于有線電視(CATV應用)。對于有線電視放大器有一個重要的指標，就是復合的三次差拍比(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生。當關閉一個頻道并在關閉信道所在的頻率范圍內觀察出現的失真的結果。按理想來說，在該頻率范圍內不應有信號出現，而其中任何信號的出現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致極好地CTB特性。但是，這種線路接法會受到穩定性方面的問題。此外，在高頻端這種共射—共基結構的CTB特性變壞。
從而，存在著對共射—共基放大器進行補償的電路的需求以改善CTB失真特性同時有極好的穩定性和高頻特性。
圖1是早先技術的推挽式共射—共基放大器的細節原理圖；圖2是圖1所示的早先技術的推挽式共射—共基放大器的一側的細節原理圖；圖3是根據本發明的推挽式共射—共基放大器的一側的細節原理圖；圖4是根據本發明的推挽式共射—共基放大器的細節原理圖。
參考圖1早先技術的推挽式共射—共基放大器10的細節原理圖。可知圖1所示的是交流原理圖，直流偏置的細節沒有包括在內。被略去的偏置元件是用于設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包括并聯的元件電阻22和電容器24。
晶體管12的發射極通過電阻26連接到晶體管28的發射極。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將這個基準信號轉換為晶體管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，振幅負向增長)。當平衡信號經過晶體管12與28后發生再一次的180度相位移。此時晶體管12集電極的信號是振幅負增長而晶體管28的集電極的信號現在是振幅正增長。這個信號在它們彼此之間保持180度相位差。當這個平衡信號經過晶體管14和32時它們沒有經過任何相移出現在變壓器18的平衡端。變壓器18轉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定所必需的。CATV放大器是完整的CATV系統中的一個組成部分，使附加影響頻率的電路，可使得CATV放大器在其工作范圍內呈現寬的阻抗范圍。在阻抗方面變寬，會在系統中產生穩定問題(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構，由于平衡電路的工作的本質已在前面闡述，為了便于理解僅僅考慮平衡電路的一側即可。這個平衡放大器的上面的一側由晶體管12和14，反饋網絡20和電阻26與電阻30的一半組成。平衡放大器的下面一側由晶體管28和32，反饋網絡36及電阻26及30組成余下的那一半。每一側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，但可知從圖2示出的元件與圖1示出的元件是相同的，并具有相同的基準標號。
圖2的共射—共基放大器的一側進一步包含連接在晶體管12的發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。可知標號26＇和30′與圖1的電阻26和30相當，但是考慮到當單側作用時每個電阻的值減少到原量的二分之一以及由單側返回地參考電位。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)在單側作用與圖1的平衡結構時是等同的。
參考圖3，是具有補償的共射—共基放大器電路50的詳細原理圖。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到改善CTB失真特性，在這個頻率范圍內達到線性相位移(或恒定的群延遲)同時從實質上改善了放大器的穩定度。
一個恰當的設計過程是選擇基極電容器52的數值，以增加放大器的寬頻帶穩定性特，而后選擇補償電感器54使放大器50的線性相位響應達到最大，也就是，電感器54被選擇到在擴展頻率范圍內達到線性相位*(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的特性進行優化的起始值，這是通過利用優化程序，例如Hewlett Packard’s Microwave Design system來實現的。
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結構相比改善了接近3.0至5.0dB，由此，指示出CTB失真特性得以改進。此外，放大器的相關于穩定特性的一個指標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低于早先的技術結構所達到的值。從而指示出改善了放大器的穩定特性。
放大器穩定性的提高并沒有降低失真特性，這是有特殊意義的，因為早先的技術使用圖2的基極電阻30′實現改善穩定性但降低了失真特性。此外這個穩定性的改進是寬頻帶的，電容器52與晶體管14的基極電感器是不諧振的，這將導致窄頻帶穩定性的改進。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使用是一樣的。此外，在平衡電路中的發射極電阻26和基極電容器62與圖3的單側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失真特性同時平穩地增加了穩定性。換個說法，隨著穩定性和失真特性的改善放大器的帶寬被擴展了。
雖然，本發明闡述了具體的實施例，然而很明顯那些熟悉本技術的人顯然可做出多種變換形式、更改和變動。進一步說，所有每一個變換形式、更改和變動被認為包含在附加的權利要求中。
權利要求
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)包括一個共發射極晶體管(12)具有一個基極響應輸入信號(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)的發射極連接到共發射極晶體管(12)的集電極，第一反饋電路(26)連接在共發射極晶體管(12)的發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)與共發射極晶體(12)的基極之間，這個用于補償的電路包括一個第一補償電路(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)包括一個第一共發射極晶體管(12)具有基極響應輸入信號(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)的發射極連接到第一共發射極晶體管(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射極晶體管(12)的基極之間，第二共發射極晶體管(28)具有一個基極響應輸入信號(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)的發射極連接到第二共發射極晶體管(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射極晶體管(28)的基極之間，該推挽式共射—共基放大器(60)進一步包括第一電阻(26)連接在所說的第一(12)和第二(28)共發射極晶體管的發射極之間，用于補償的電路包括一個第一補償電路(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)的線性相位響應特性達到最大。
9.一個放大器(50)具有增強的穩定度與提高的線性相位響應，該放大器(50)包括第一晶體管(12)具有一個集電極，一個基極和一個發射極，所說的第一晶體管(12)的所說的基極響應輸入信號(IN)；第二晶體管(14)具有一個集電極，一個基極和一個發射極，所說的第二晶體管(14)的所說的發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)，具有增強的穩定性和增強的線性相位響應，該放大器(60)包括第一晶體管(12)，具有集電極、基極和發射極，所述第一晶體管(12)的所述基極響應于輸入信號(IN)；第二晶體管(14)，具有集電極、基極和發射極，所述第二晶體管(14)的所述發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、基極和發射極，所述第三晶體管(28)的所述基極響應于所述輸入信號(IN)；第四晶體管(32)，具有集電極、基極和發射極，所述第四晶體管(32)的所述發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保持放大器(50)的群延遲基本上為一常數的辦法，增加放大器(50)的穩定性和擴展放大器(50)的可用頻率范圍。具有這種補償的放大器可獲得放大器(50)在高端工作頻率范圍內的改善CTB失真特性，同時也增加了平衡的工作穩定性。換句話說，放大器的帶寬在改善了的穩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 優先權日1994年5月3日
發明者羅伯特·S·卡頓耐克爾 申請人:摩托羅拉公司