专利名称：用于补偿放大器的电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及放大器，尤其是一种用于补偿有线电视(CATV)放大器的电路，由此扩展了这种放大器的可用频率范围。
放大器有众多的应用，例如，用于有线电视(CATV应用)。对于有线电视放大器有一个重要的指标，就是复合的三次差拍比(CTB)失真特性。CTB失真是一个三阶的失真项，它在有线电视中的所有频道开通时产生。当关闭一个频道并在关闭信道所在的频率范围内观察出现的失真的结果。按理想来说，在该频率范围内不应有信号出现，而其中任何信号的出现都是由于失真造成的，这被称为CTB失真。
典型的，CATV放大器使用共射—共基线路接法，因为这种线路接法本身可导致极好地CTB特性。但是，这种线路接法会受到稳定性方面的问题。此外，在高频端这种共射—共基结构的CTB特性变坏。
从而，存在着对共射—共基放大器进行补偿的电路的需求以改善CTB失真特性同时有极好的稳定性和高频特性。
图1是早先技术的推挽式共射—共基放大器的细节原理图；图2是图1所示的早先技术的推挽式共射—共基放大器的一侧的细节原理图；图3是根据本发明的推挽式共射—共基放大器的一侧的细节原理图；图4是根据本发明的推挽式共射—共基放大器的细节原理图。
参考图1早先技术的推挽式共射—共基放大器10的细节原理图。可知图1所示的是交流原理图，直流偏置的细节没有包括在内。被略去的偏置元件是用于设定晶体管电流和电压的偏置电阻。由于这些元件通常连接交流接地点对设计好的电路的交流特性的作用可以忽略。因为对于交流接地点而言，对放大器的特性的描述这些元件并不是必需的。
放大器10包括晶体管12，它的集电极连接到晶体管14的发射极，基极通过变压器16与输入端IN相连。晶体管14的集电极通过变压器18连接到输出端OUT提供输出信号。
反馈电路20被连接在晶体管14的集电极和晶体管12的基极之间，其中反馈电路20包括并联的元件电阻22和电容器24。
晶体管12的发射极通过电阻26连接到晶体管28的发射极。此外，晶体管14的基极通过电阻30连接到晶体管32的基极。
晶体管28的基极经由变压器16连接到输入端IN。还有，晶体管32的集电极通过变压器18连接到输出端OUT。晶体管28的集电极连接到晶体管32的发射极。
反馈电路36被连接在晶体管32的集电极和晶体管28的基极之间，其中反馈电路36包括并联的元件电容器38和电阻40。
放大器10是平衡的推挽放大器，也就是，晶体管12基极的输入信号与晶体管28基极的输入信号有180度相位差。在工作中，假定一个参考信号(零相位的正弦波，振幅正向增长)被施加在变压器16的输入端，其中变压器16将这个基准信号转换为晶体管12和28的基极的平衡信号。尤其，晶体管12基极的信号具有与参考信号相同的相位(振幅正向增加)，而与晶体管28基极的信号相位相差180度(具有180度相位移的正弦波，振幅负向增长)。当平衡信号经过晶体管12与28后发生再一次的180度相位移。此时晶体管12集电极的信号是振幅负增长而晶体管28的集电极的信号现在是振幅正增长。这个信号在它们彼此之间保持180度相位差。当这个平衡信号经过晶体管14和32时它们没有经过任何相移出现在变压器18的平衡端。变压器18转换这些平衡信号为在输出端的单一的末端信号。这种信号通过放大器的模式一般称做推挽工作方式。当晶体管12推这个信号时(振幅正增长)晶体管28拉这个信号(振幅负增长)，这样称之为推挽。对于晶体管14和32也是这样。从这个对电路工作的简要说明，可知这个信号在晶体管12和28中以及在晶体管14和32中大小是完全相同的，唯一的不同是有180度相移。
由于宽的工作频率范围是CATV放大器的必要条件(典型的是40MHz至100MHz)，反馈的使用可同时满足在这个宽的频率范围内增益和匹配的需求。电阻22，26和40需要精选以满足工作频带频率低端的增益与匹配的要求而电容器24和38的使用使得频率高端的增益和匹配适合要求。典型的，电阻22与40就如电容器24和38一样具有相同的数值。在实际的CATV放大器中，基极电阻30通常是使放大器的工作稳定所必需的。CATV放大器是完整的CATV系统中的一个组成部分，使附加影响频率的电路，可使得CATV放大器在其工作范围内呈现宽的阻抗范围。在阻抗方面变宽，会在系统中产生稳定问题(振荡)。这个小电阻30的存在可以大大减少这种趋于振荡的倾向。然而会看到放大器中CTB失真特性和整个带宽变坏。
图1示出放大器的全部的平衡结构，由于平衡电路的工作的本质已在前面阐述，为了便于理解仅仅考虑平衡电路的一侧即可。这个平衡放大器的上面的一侧由晶体管12和14，反馈网络20和电阻26与电阻30的一半组成。平衡放大器的下面一侧由晶体管28和32，反馈网络36及电阻26及30组成余下的那一半。每一侧信号在大小上是相同的，但是有180度相位差。
参考图2，为了简化说明这里只示出了推挽式共射—共基放大器(10)的一侧，但可知从图2示出的元件与图1示出的元件是相同的，并具有相同的基准标号。
图2的共射—共基放大器的一侧进一步包含连接在晶体管12的发射极与地参考电位之间的电阻26＇。此外，电阻30＇如所示连接在晶体管14的基极与地参考电位之间。可知标号26＇和30′与图1的电阻26和30相当，但是考虑到当单侧作用时每个电阻的值减少到原量的二分之一以及由单侧返回地参考电位。在输入端与输出端的阻抗等级也减少到原量的二分之一。于是电路工作(电压和电流电平)在单侧作用与图1的平衡结构时是等同的。
参考图3，是具有补偿的共射—共基放大器电路50的详细原理图。已知图3所示的与图2所示的相同的元件具有相同的标号。共射—共基放大器电路50另外增加了连接在晶体管14基极与参考地电位之间的补偿电容器52。此外，放大器50增加了连接在晶体管14与放大器50输出端之间的补偿电感器54。
附加的元件52和54由于扩展频率范围而达到改善CTB失真特性，在这个频率范围内达到线性相位移(或恒定的群延迟)同时从实质上改善了放大器的稳定度。
一个恰当的设计过程是选择基极电容器52的数值，以增加放大器的宽频带稳定性特，而后选择补偿电感器54使放大器50的线性相位响应达到最大，也就是，电感器54被选择到在扩展频率范围内达到线性相位*(移)(恒定的群延迟)。元件52和54的这些初始值可用作计算机对放大器50的特性进行优化的起始值，这是通过利用优化程序，例如Hewlett Packard’s Microwave Design system来实现的。
典型的对图3的放大器的CTB失真的测量可看到在工作的频率范围高端同早先的技术结构相比改善了接近3.0至5.0dB，由此，指示出CTB失真特性得以改进。此外，放大器的相关于稳定特性的一个指标可以由检测放大器输入端与输出端的反射损耗来确定。对于稳定性一个必须的条件是放大器的输入端与输出端的反射损耗必须小于一。计量出输入端与输出端反射损耗的典型值是2.0至4.0dB低于早先的技术结构所达到的值。从而指示出改善了放大器的稳定特性。
放大器稳定性的提高并没有降低失真特性，这是有特殊意义的，因为早先的技术使用图2的基极电阻30′实现改善稳定性但降低了失真特性。此外这个稳定性的改进是宽频带的，电容器52与晶体管14的基极电感器是不谐振的，这将导致窄频带稳定性的改进。事实上电容器52的值相对是小的，对这一点在工作在频率范围低端时似乎是一种损害，然而，测量性能显示它是可靠的，没有那种情况。
参考附图4，是推挽式共射—共基放大器60的详细的原理图。已知图4中示出的与图1中示出的相同的元件具有相同的标号。此外，放大器60包括连接在晶体管14和32基极之间的补偿电容器62，其中电容器62的值是图3的电容器52的值的一半。此外，放大器60包括补偿电感器64和66(它们的值与使用在单侧情况的电感器54相同)，其中电感器64连接在晶体管14的集电极与输出端OUT之间而电感器66是连接在晶体管32的集电极与输出端OUT之间。
全平衡放大器60的工作与上述的单侧使用是一样的。此外，在平衡电路中的发射极电阻26和基极电容器62与图3的单侧使用相比较有不同的按原量增或减二分之一的值。
至此，从上面的详述中提供了一种新型的电路用于补偿共射—共基放大器。这个电路包括电容器和电感器用以增强放大器的稳定性和扩展了放大器的可用频率范围，通过保持放大器的群延迟在大的频率范围里基本是常量。使用这种补偿放大器，达到了在放大器的工作频率范围的高端改善CTB失真特性同时平稳地增加了稳定性。换个说法，随着稳定性和失真特性的改善放大器的带宽被扩展了。
虽然，本发明阐述了具体的实施例，然而很明显那些熟悉本技术的人显然可做出多种变换形式、更改和变动。进一步说，所有每一个变换形式、更改和变动被认为包含在附加的权利要求中。
权利要求
1.一种用于补偿基射一共基放大器(50)的电路，该共射—共基放大器(50)包括一个共发射极晶体管(12)具有一个基极响应输入信号(IN)和一个共基极晶体管(14)具有一个集电极向共射—共基放大器(50)的输出端(OUT)提供输出信号，其中共基极晶体管(14)的发射极连接到共发射极晶体管(12)的集电极，第一反馈电路(26)连接在共发射极晶体管(12)的发射极和参考地电位之间，第二反馈电路(20)连接在共射—共基放大器(50)的输出端(OUT)与共发射极晶体(12)的基极之间，这个用于补偿的电路包括一个第一补偿电路(54)连接在共基极晶体管(14)的集电极和放大器(50)的输出端(OUT)之间；以及一个第二补偿电路(52)连接在共基极晶体管(14)的基极和参考地电位。
2.如权利要求1的电路，其中所说的第一补偿电路(54)包括一个电感元件。
3.如权利要求1的电路，其中所说的第二补偿电路(52)包括一个电容元件。
4.一个用于补偿推挽或共射—共基放大器(60)的电路，该推挽式共射—共基放大器(60)包括一个第一共发射极晶体管(12)具有基极响应输入信号(IN)和一个第一共基极晶体管(14)具有集电极连接到推挽式共射—共基放大器(60)的输出端，其中第一共基极晶体管(14)的发射极连接到第一共发射极晶体管(12)的集电极，第一反馈电路(20)连接在推挽式共射—共基放大器(60)的输出端与第一共发射极晶体管(12)的基极之间，第二共发射极晶体管(28)具有一个基极响应输入信号(IN)以及第二共基极晶体管(32)具有一个集电极连接到推挽式共射—共基放大器(60)的输出端，其中第二共基极晶体管(32)的发射极连接到第二共发射极晶体管(28)的集电极，第二反馈电路(36)连接在推挽式共射—共基放大器(60)的输出端与第二共发射极晶体管(28)的基极之间，该推挽式共射—共基放大器(60)进一步包括第一电阻(26)连接在所说的第一(12)和第二(28)共发射极晶体管的发射极之间，用于补偿的电路包括一个第一补偿电路(64)连接在第一共基极晶体管(14)的集电极和推挽式共射—共基放大器(60)的输出端之间；一个第二补偿电路(66)连接在第二共基极晶体管(32)的集电极和推挽式共射—共基放大器(60)的输出端之间；以及一个第二补偿电路(62)连接在第一(14)和第二(32)共基极晶体管的基极之间。
5.如权利要求4的电路，其中所说的第一补偿电路(64)包括一个电感元件。
6.如权利要求4的电路，其中所说的第二补偿电路(66)包括一个电感元件。
7.如权利要求4的电路，其中所说的第三补偿电路(62)包括一个电容元件。
8.如权利要求4的电路，其中所说的第一(64)和第二(66)补偿电路包括电感器，其值的选择使得推挽式共射—共基放大器(60)的线性相位响应特性达到最大。
9.一个放大器(50)具有增强的稳定度与提高的线性相位响应，该放大器(50)包括第一晶体管(12)具有一个集电极，一个基极和一个发射极，所说的第一晶体管(12)的所说的基极响应输入信号(IN)；第二晶体管(14)具有一个集电极，一个基极和一个发射极，所说的第二晶体管(14)的所说的发射极连接到所说的第一晶体管(12)的所说的集电极；第一反馈电路(26′)连接在所说第一晶体管(12)的所说的发射极和第一供给电压端之间；第二反馈电路(20)连接在放大器(50)的输出与所述第一晶体管(12)的所述基极之间；第一补偿电路(54)连接在所述第二晶体管(14)的所述集电极与放大器(50)的所述输出之间；第二补偿电路(52)连接在所述第二晶体管(14)的所述基极和所述地参考点之间。
10.一种放大器(60)，具有增强的稳定性和增强的线性相位响应，该放大器(60)包括第一晶体管(12)，具有集电极、基极和发射极，所述第一晶体管(12)的所述基极响应于输入信号(IN)；第二晶体管(14)，具有集电极、基极和发射极，所述第二晶体管(14)的所述发射极连接所述第一晶体管(12)的所述集电极；第一反馈电路(20)连接在放大器(60)的输出和所述第一晶体管(12)的所述基极之间；第三晶体管(28)，具有集电极、基极和发射极，所述第三晶体管(28)的所述基极响应于所述输入信号(IN)；第四晶体管(32)，具有集电极、基极和发射极，所述第四晶体管(32)的所述发射极连接所述第三晶体管(28)的所述集电极；第二反馈电路(36)连接在放大器(60)的所述输出端与所述第三晶体管(28)的所述基极之间；第一电阻器(26)连接在所述第一(12)和第三(28)晶体管的所述发射极之间；第一补偿电路(64)连接在所述第二晶体管(14)的所述集电极与放大器(60)的所述输出端之间；第二补偿电路(66)连接在所述第四晶体管(32)的所述集电极和放大器(60)的所述输出端之间；第三补偿电路(62)连接在所述第二(14)和第四(32)晶体管的所述基极之间。
全文摘要
本发明对共射-共基放大器(50)提供了一种补偿电路，该电路包括电容(52)和电感(54)，通过在一个大的频率范围内保持放大器(50)的群延迟基本上为一常数的办法，增加放大器(50)的稳定性和扩展放大器(50)的可用频率范围。具有这种补偿的放大器可获得放大器(50)在高端工作频率范围内的改善CTB失真特性，同时也增加了平衡的工作稳定性。换句话说，放大器的带宽在改善了的稳定性和失真特性的情况下得到了扩展。
文档编号H03F1/42GK1120266SQ95105180
公开日1996年4月10日 申请日期1995年4月28日 优先权日1994年5月3日
发明者罗伯特·S·卡顿耐克尔 申请人:摩托罗拉公司