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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Halbleiterschaltung mit variabler
Verstärkung,
die als variable Verstärkerschaltung
ausgeführt
ist, welche in einem Verstärker
mit variabler Verstärkung,
wie beispielsweise einer automatischen Verstärkungsregelschaltung (AVR)
oder ähnlichem
verwendet wird und die mit einer Halbleiterschaltung realisiert
ist. Spezieller betrifft die vorliegende Erfindung ein Halbleiterdämpfungsglied
mit variabler Verstärkung,
dessen Verzerrungseigenschaft sich nur sehr wenig verschlechtert,
dessen Einschubverluste begrenzt sind und dessen maximale Dämpfung groß ist.
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Aus
der
DE-AS 1 297 705 ist
bereits eine Halbleiterschaltung mit variabler Verstärkung zum Ändern der
Verstärkung
eines Eingangssignals auf der Grundlage eines Dämpfungswert-Steuersignals bekannt.
Diese bekannte Halbleiterschaltung umfaßt eine erste Art einer Schaltung
mit variabler Verstärkung,
welche das Eingangssignal einspeist und die Verstärkung auf
der Grundlage eines ersten Steuersignals ändert, eine zweite Art einer
Schaltung mit variabler Verstärkung,
die in einer Stufe installiert ist, welche der ersten Art einer
Schaltung mit variabler Verstärkung
nachfolgt, um die Verstärkung
auf der Grundlage eines zweiten Steuersignals zu ändern. Ferner
umfaßt
diese bekannte Halbleiterschaltung eine Steuersignal-Erzeugungseinheit
zum Erzeugen des ersten und des zweiten Steuersignals unter Verwendung
des Dämpfungswert-Steuersignals,
wobei dann, wenn das Dämpfungswert-Steuersignal
innerhalb von einem von zwei Variationsbereichen fällt, der
eine große
Verstärkung
bedeutet, die Steuersignal-Erzeugungseinheit das erste und das zweite Steuersignal
in solcher Weise erzeugt, daß die
erste Art einer Schaltung mit variabler Verstärkung
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in
Einklang mit der Variation des Dämpfungswert-Steuersignals
die Verstärkung
absenkt und die zweite Art einer Schaltung mit variabler Verstärkung eine
konstante Verstär
kung erzeugt. Wenn dagegen das Dämpfungswert-Steuersignal
innerhalb des anderen Variationsbereiches fällt, der eine kleine Verstärkung bedeutet,
so erzeugt die Steuersignal-Erzeugungseinheit
das erste und das zweite Steuersignal in solcher Weise, daß eine Abnahme
in der Verstärkung,
die durch die erste Art einer Schaltung mit variabler Verstärkung erzeugt
wird, gesättigt
wird und die Verstärkung
unverändert
bleibt, und eine von der zweiten Art einer Schaltung mit variabler
Verstärkung erzeugte
Verstärkung
in Einklang mit der Variation des Dämpfungswert-Steuersignals abnimmt.
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Eine
entsprechende Halbleiterschaltung mit Schaltungen einer ersten und
einer zweiten Art mit variabler Verstärkung ist aus der
GB 2 180 109 A bekannt. Die
entsprechenden Halbleiterschaltungen werden in einer der zuvor erläuterten
Art ähnlichen Weise
geregelt und die Schaltung der ersten Art enthält zwei zusammenarbeitende
Transistoren, während
die Schaltung der zweiten Art einen Feldeffekttransistor aufweist.
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Bei
einem empfangenden Gerät
für Radiokommunikationen
oder ähnlichem
wird ein empfangenes Hochfrequenzsignal durch einen Verstärker verstärkt und
wird dann mit einem Oszillationssignal einer bestimmten Frequenz
gemischt, welches von einem örtlichen
Oszillator ausgegeben wird, um ein Zwischenfrequenzsignal zu erzeugen.
Zum Zwecke des Mischens muß das
empfangene Signal eine konstante Amplitude besitzen. Die Amplitude
des empfangenen Signals schwankt merklich abhängig von einer Empfangssituation.
Der Verstär kungsfaktor
des Verstärkers
wird geregelt, indem ein Ausgangssignal eines Mischers rückgekoppelt
wird, so daß ein
Signal mit einer konstanten Amplitude immer von dem Verstärker ausgegeben
werden kann. Diese Funktion wird als automatische Verstärkungsregelung
(AVR) bezeichnet. Um die AVR-Funktion zu realisieren, muß der Verstärker eine
variable Verstärkungsfähigkeit
zum Variieren einer Verstärkung
besitzen. Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltung zum Realisieren
einer variablen Verstärkungsfähigkeit zum
Variieren der Verstärkung
eines Hochfrequenzverstärkers.
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Ein
unten zu beschreibendes Beispiel betrifft eine Schaltung, die in
einem empfangenen Gerät
verwendet wird, und zwar für
Radiokommunikationszwecke oder ähnlichem.
Bei dem Beispiel wird ein MES-Feldeffekttransistor (MESFET) als
eine Halbleitervorrichtung verwendet. Jedoch ist die vorliegende Erfindung
nicht auf diesen Typ eines Transistors beschränkt. Ein MOSFET oder ähnliches
kann ebenso verwendet werden.
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Die
Leistung einer Schaltung mit variabler Verstärkungsfähigkeit muß einen großen variablen Verstärkungsbereich,
einen kleinen Einfügungsverlust,
eine gute Verzerrungseigenschaft und eine Leichtigkeit bei der Verwendung
der Fähigkeit
der Schaltung vorsehen. Verstärkerschaltungen,
deren Verstärkungsfaktoren
variabel sind, arbeiten alle als Schaltungen, die ihre Verstärkung variieren
können. Es
werden vielfache Schaltungen als Schaltungen verwendet, die die
Verstärkung
variieren können.
Im allgemeinen ist eine Schaltung, die als ein Dämpfungsgliedtyp bezeichnet
wird, weitgehend angepaßt.
Bei einer Dämpfungstypschaltung
ist ein FET zwischen einer Eingangssignalleitung und Masse über ein
kapazitives Element und einen Widerstand angeschaltet. Ein Steuersignal
wird an das Gate des FET angelegt. Jedoch ist diese Art einer Dämpfungstypschaltung
so ausgelegt, daß die
Dämpfung stark
von den Eigenschaften des Transistors, der verwendet ist, abhängt, wobei
der Einfügungsverlust
der Schaltung zunimmt. Mit anderen Worten haben der variable Verstärkungsbereich
und der Einfügungsverlust
eine Pro- und Contra-Beziehung. Dies wirft ein Problem dahingehend
auf, daß es
schwierig ist, die Größe der Dämpfung stark
zu erhöhen.
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Eine
andere Schaltung, welche eine Verstärkung variieren kann, enthält einen
Typ einer variablen Verstärkerschaltung,
die eine Größe der Dämpfung ändert, das
heißt
eine Verstärkung
durch variieren der Drainspannung eines FET's, der als ein Verstärker arbeitet, oder einen Typ
einer Schaltung mit variabler Verstärkung, welche eine Verstärkung dadurch ändert, indem
die Gatespannung eines FET's
variiert wird, der als ein Verstärker
arbeitet. Bei dem Typ einer Schaltung mit variabler Verstärkung zum
Variieren der Drainspannung wird ein Steuersignal dazu verwendet,
um den Einschalt- oder Ausschaltzustand des Verstärkers zu
steuern und dieses Steuersignal wird gewöhnlich von einer CMOS LSI ausgegeben, die
einen niedrigen Stromverbrauch besitzt. Da jedoch ein Ausgangssignal
der CMOS LSI eine schwache Treiberfähigkeit besitzt, kann das Steuersignal nicht
direkt am Drain des FET's
eingegeben werden. Dieser Typ einer Schaltung mit variabler Verstärkung muß daher
hinsichtlich eines Verfahrens angepaßt werden, wonach ein Schalter
mit einer großen
Stromkapazität
zwischen einer Stromversorgung und dem Drain des FET's eingefügt wird
und indem dieser Schalter unter Verwendung des Steuersignals gesteuert
wird, um die Größe der Dämpfung zu ändern. Dies
bringt ein Problem dahingehend mit sich, daß die Schaltung komplex wird.
Bei dem Typ einer Schaltung mit variabler Verstärkung zum Variieren der Gatespannung
des FET's, um die
Größe der Dämpfung zu
erhöhen,
ist es erforderlich, eine Gatevorspannung des FET's so einzustellen,
daß der
Arbeitspunkt des FET's
so dicht wie möglich
an einer Pinch-off-Stelle zu liegen kommt. Dies bringt ein Problem
mit sich, daß nämlich die Verzerrungscharakteristik
der Schaltung verschlechtert wird. Eine aktuelle Schaltung wird
dadurch realisiert, indem viele dieser Typen von Schaltungen in
Reihe geschaltet werden oder andere Schaltungen in Reihe geschaltet
werden, es ergeben sich aber dennoch die oben erläuterten
Probleme. Selbst eine Kombination dieser Typen von Schaltungen ist
mit den oben erläuterten
Problemen behaftet.
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Die
der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, eine Halbleiterschaltung
mit variabler Verstärkung
zu realisieren, die einen großen
variablen Verstärkungsbereich,
einen kleinen Einfügungsverlust
und eine gute Verzerrungscharakteristik bietet.
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Diese
Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst.
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Eine
besonders vorteilhafte Ausführungsform
der Erfin dung ergibt sich aus dem Anspruch 2.
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Eine
Halbleiterschaltung mit variabler Verstärkung nach der vorliegenden
Erfindung besitzt die folgenden Merkmale: zwei Arten von Schaltungen
mit variabler Verstärkung
werden kombiniert; für
einen der zwei variablen Verstärkungsbereiche ändert sich eine
Verstärkung,
die durch eine Schaltung mit variabler Verstärkung erzeugt wird, jedoch ändert sich eine
Verstärkung,
die durch die andere Schaltung mit variabler Verstärkung erzeugt
wird, nicht; für
den anderen variablen Verstärkungsbereich
wird die Verstärkung,
die durch eine Schaltung mit variabler Verstärkung erzeugt wird, gesättigt und ändert sich
nicht, jedoch ändert
sich die Verstärkung,
die durch die andere Schaltung mit variabler Verstärkung erzeugt wird.
Eine Steuereinheit ist ebenfalls enthalten, so daß zwei Arten
von Schaltungen mit variabler Verstärkung auf diese Weise arbeiten
können.
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Um
dies spezifischer zum Ausdruck zu bringen, wird eine Dämpfungstypschaltung
als erste Schaltung mit variabler Verstärkung verwendet und ein Typ
einer Schaltung mit variabler Verstärkung, in der eine Verstärkung dadurch
geändert
wird, indem die Gatespannung eines FET's variiert wird, der als ein Verstärker arbeitet,
wird als zweite Schaltung mit variabler Verstärkung verwendet.
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Diese
Schaltungen mit variabler Verstärkung sind
kombiniert. Wenn eine Verstärkung
zu groß ist, führt die
erste Schaltung mit variabler Verstärkung eine Dämpfung durch,
und eine Verstärkung,
die durch die zweite Schaltung mit variabler Verstärkung erzeugt
wird, bleibt konstant oder unverändert.
Wenn eine Verstärkung
zu klein ist, wird die durch die erste Schaltung mit variabler Verstärkung erzeugte
Verstärkung
gesättigt
und die Verstärkung,
die durch die zweite Schaltung mit variabler Verstärkung erzeugt wird,
wird geändert.
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Wie
oben dargelegt wurde, ist die Dämpfungstypschaltung
mit einem Problem dahingehend behaftet, daß es schwierig ist, die Größe der Dämpfung zu
erhöhen,
und zwar aufgrund des Einfügungsverlustes
bzw. der Einfügungsdämpfung.
Der Typ einer Schaltung mit variabler Verstärkung, welche die Verstärkung durch
Variieren der Gatespannung eines FET's ändert,
der als ein Verstärker
arbeitet, ist mit einem Problem dahingehend behaftet, daß es schwierig
ist, die Größe der Dämpfung zu
erhöhen,
und zwar aufgrund der Verzerrungscharakteristik, und daß sich die
Verzerrungscharakteristik verschlechtert, wenn ein Eingangssignal
eine große
Amplitude besitzt. Die durch den ersten Dämpfungstyp bzw. Schaltung mit
variabler Verstärkung
erzeugte Größe der Dämpfung wird
nicht sehr stark erhöht,
es werden jedoch die erste und die zweite Schaltung mit variabler
Verstärkung
kombiniert, um eine große
Größe der Dämpfung zu
erzeugen. Die Einfügungsdämpfung nimmt
daher nicht zu. In Verbindung mit der Verzerrungscharakteristik
wird die Verschlechterung der Verzerrungscharakteristik der zweiten
Schaltung mit variabler Verstärkung
zu einem Problem, wenn die Größe der Dämpfung,
die durch die zweite Schaltung mit variabler Verstärkung erzeugt
wird, groß ist
und die Amplitude eines Eingangssignals in die zweite Schaltung
mit variabler Verstärkung
groß ist.
Nach der ersten Schaltung mit variabler Verstärkung, deren Verzerrungscharakteristik
nicht ver schlechtert ist und die in der vorhergehenden Stufe der
zweiten Schaltung mit variabler Verstärkung installiert ist, die eine
Dämpfung
bewirkt, sorgt die zweite Schaltung mit variabler Verstärkung für die Dämpfung.
Die Größe der Dämpfung,
die durch die zweite Schaltung mit variabler Verstärkung erzeugt
werden muß,
ist daher klein. Nebenbei bemerkt, wird die Amplitude des Eingangssignals
kleiner, wenn dieses der zweiten Schaltung mit variabler Verstärkung zugeführt wird.
Eine Verschlechterung der Verzerrungscharakteristik der zweiten
variablen Verstärkung
wird daher minimal gehalten.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die
vorliegende Erfindung kann klarer aus der folgenden Beschreibung
unter Hinweis auf die beigefügten
Zeichnungen verstanden werden, in denen:
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1 ein
Diagramm ist, welches ein Beispiel einer bekannten Schaltung mit
einer variablen Verstärkungsfähigkeit
zeigt;
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2 ein
Diagramm ist, welches ein anderes Beispiel einer bekannten Schaltung
mit einer variablen Verstärkungsfähigkeit
zeigt;
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3 ein
Diagramm ist, welches noch ein anderes Beispiel einer bekannten
Schaltung mit einer variablen Verstärkungsfähigkeit zeigt;
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4 ein
Diagramm ist, um die Bedingungen zu erläutern, unter denen die Verzerrungscharakteristik
der bekannten Schaltung, die in 3 gezeigt
ist, verschlechtert wird;
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5 ein
Diagramm ist, welches eine Schaltungsanord- nung einer Halbleiterschaltung
mit variabler Verstärkung
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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6 ein
Diagramm ist, welches die Dämpfungseigenschaften
der ersten Stufe, der zweiten Stufe und der gesam ten Halbleiterschaltung
mit variabler Verstärkung
für die
Ausführungsform
zeigt; und
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7 ein
Diagramm ist, welches eine Änderung
in der Verstärkung
zeigt, die durch einen Verstärkung
erzeugt wird, an den die Halbleiterschaltung mit variabler Verstärkung der
Ausführungsform
angepaßt
ist.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Bevor
zu einer detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung übergegangen
wird, soll ein herkömmlicher Verstärker mit
steuerbarer Verstärkung
unter Hinweis auf die beigefügten
Zeichnungen, die diese betreffen, für ein klareres Verständnis der
Unterschiede zwischen dem Stand der Technik und der vorliegenden Erfindung
beschrieben werden.
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Die 1 bis 3 sind
Diagramme, welche Beispiele von Schaltungen zeigen, die in herkömmlicher
Weise verwendet werden, um eine variable Verstärkungsfähigkeit zu realisieren. 1 zeigt
eine Schaltung, die als eine Dämpfungstypschaltung
bezeichnet wird und die eine Größe der Dämpfung variieren
kann, das heißt
also eine Verstärkung.
Die Schaltung ist dadurch gebildet, indem zwei Feldeffekttransistoren
(FETs) kombiniert werden.
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Wie
in 1 gezeigt ist, gibt ein FET FETr1 ein Eingangssignal
RFin über
eine der gesteuerten Elektroden desselben (Drain) ein, gibt ein
Ausgangssignal über
die andere gesteuerte Elektrode (Source) aus und empfängt ein
Steuersignal Vb an einer Steuerelektrode (Gate). Der andere FET
FETh1 besitzt eine gesteuerte Elektrode (Drain), die mit dem Drain des
FET's FETr1 verbunden
ist und daher das Eingangssignal RFin über den Drainanschluß desselben einspeist.
Der FET FETh1 besitzt eine weitere gesteuerte Elektrode (Source),
die über
ein kapazitives Element C1 und einen Widerstand R1 geerdet ist und gibt
ein Steuersignal Va über
einen Gateanschluß desselben
ein.
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Der
FET FETr1 ist leitend, wenn das Steuersignal Vb hoch ist, welches
an das Gate desselben angelegt wird, und gibt das Eingangssignal
RFin, so wie es ist, als ein Ausgangssignal RFout aus. Wenn der
Pegel des Steuersignals Vb abfällt,
nimmt der Pegel des Ausgangssignals RFout entsprechend ab. Wenn
das Steuersignal Vb hoch liegt, ist eine Größe der Dämpfung niedrig. Wenn das Steuersignal
Vb spannungsmäßig niedrig
liegt, nimmt die Größe der Dämpfung zu.
Wenn das Steuersignal Vb gleich ist mit oder kleiner ist als ein
bestimmter Pegel, bleibt die Größe der Dämpfung konstant.
Wenn der variable Bereich des Steuersignals Vb auf einen Bereich eingestellt
wird, der es ermöglicht,
daß das
Ausgangssignal RFout sich linear ändert, kann das Eingangssignal
RFin durch Steuern des Steuersignals Vb gedämpft werden.
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Bei
der Schaltung, bei der die Reihenschaltung dadurch gebildet ist,
indem der FET FETh1, der widerstand R1 und das kapazitive Element
C1, die in Reihe liegen, zwischen die Signalleitung zum Führen des
Eingangssignals RFin und Masse oder Erde geschaltet ist, wird dann,
wenn der FET FETh1 leitend ist, wenn das Eingangssignal RFin ein
Hochfrequenzsignal ist, ein induzierter Strom teilweise nach Masse
oder Erde fließen.
Dies bewirkt, daß das
Ausgangssignal RFout gedämpft
wird. Demzufolge wird eine Größe der Dämpfung eines
Signals erhöht,
und zwar bei Zunahme der Größe des Signals
durch den FETh1 entsprechend einer Zunahme des Steuersignals Va,
welches an das Gate des FETh1 angelegt wird. In dem Zustand, in
welchem der FET FETh1 vollständig
leitet, wird das Verhältnis
eines Bruchteiles des Stromes, der nach Masse oder Erde fließt, zu dem
Gesamtstrom durch den Widerstandswert des Widerstandes R1 bestimmt.
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Wie
oben dargelegt wurde, hängt
die Dämpfung,
die durch den FET FETr1 verursacht wird, von der Dämfpung ab,
die durch die Reihenschaltung bewirkt wird, die besteht aus FET
FETh1, dem Widerstand R1 und dem kapazitiven Ele ment C1. Lediglich eine
Schaltung kann die variable Verstärkungsfähigkeit realisieren.
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2 zeigt
einen Typ einer Schaltung mit variabler Verstärkung, die eine Größe der Dämpfung ändert, das
heißt
eine Verstärkung,
und zwar durch Verändern
der Drainspannung eines FET's
FETa1, der als ein Verstärker
arbeitet. Ein zu verstärkendes Signal
RFin wird an das Gate des FET's
FETa1 angelegt. Ein Steuersignal Vc wird an das Drain des FET's FETa1 über ein
induktives Element L1 angelegt. Der Sourceanschluß des FET's FETa1 ist mit einer
Niederpotential-Stromversorgung, wie beispielsweise Masse oder Erde,
verbunden. Ein Ausgangssignal wird über den Drainanschluß des FET's FETa1 über ein
kapazitives Element C1 ausgegeben. Da das Steuersignal Vc über das
induktive Element L1 eingespeist wird, ist der Drainanschluß des FET's FETa1 vorgespannt.
Demzufolge wird der Verstärkungsfaktor
des FET's FETa1
durch Ändern
des Steuersignals Vc geändert.
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3 zeigt
einen Typ einer Schaltung mit variabler Verstärkung, die eine Verstärkung durch
Variieren der Gatespannung eines FET's FETa2 ändert, der als ein Verstärker arbeitet.
Ein Signal RFin, welches zu verstärken ist, wird an den FET FETa1
angelegt und ein Steuersignal Vd wird über ein induktives Element
L2 an den FET FETa2 angelegt. Ein Ausgangssignal wird über den
Drainanschluß des
FET's FETa2 über ein
kapazitives Element C3 ausgegeben. Es wird über ein induktives Element
eine Spannung zwischen dem Drainanschluß des FET's FETa2 und dem Sourceanschluß desselben
angelegt, obwohl dies nicht veranschaulicht ist. Da das Steuersignal Vd über das
induktive Element L2 angelegt wird, ist der Gateanschluß des FET's FETa2 vorgespannt. Demzufolge
wird eine Verstärkung,
die durch den FETa1 erzeugt wird, das heißt eine Größe der Dämpfung dadurch geändert, indem
das Steuersignal Vd variiert wird.
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Eine
tatsächliche
Schaltung wird dadurch realisiert, indem eine Vielzahl von Schaltungen,
die in den 1 bis 3 gezeigt
sind, in Reihe geschaltet werden oder indem andere Schaltungen in
Reihe geschaltet werden.
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Die
Leistungsfähigkeit
einer Schaltung mit einer variablen Verstärkungsfähigkeit muß einen großen variablen Verstärkungsbereich,
einen kleinen Einfügungsverlust,
eine gute Verzerrungscharakteristik und Einfachheit bei der Verwendung
der Fähigkeit
der Schaltung aufweisen. Im Falle der Schaltung vom Dämpfungstyp,
die in 1 gezeigt ist, hängt eine Größe der Dämpfung stark von den Eigenschaften
der verwendeten Transistoren ab. Wenn die Schaltung dafür ausgelegt
ist, um eine große
Größe an Dämpfung zu
erzeugen, nimmt der Einfügungsverlust
der Schaltung zu. Mit anderen Worten haben der variable Verstärkungsbereich
und der Einfügungsverlust
eine Pro- und Contra-Beziehung. Dies wirft das Problem auf, daß eine Schwierigkeit
darin besteht, das Ausmaß der
Dämpfung
zu erhöhen.
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Im
Falle der in 2 gezeigten Schaltung wird das
Steuersignal Vc zum Steuern des Ein- oder Aus-Zustandes des Verstärkers, im
allgemeinen von einer CMOS LSI, ausgegeben, die einen niedrigen Stromverbrauch
besitzt. Jedoch ist die Treiberfähigkeit
eines Ausgangssignals der CMOS LSI zu gering, um das Steuersignal
Cv direkt an den Drainanschluß eines
FET's einzuspeisen.
Bei dem Verfahren, bei welchem ein Schalter mit einer großen Stromkapazität zwischen
einer Stromversorgung und dem Drainanschluß des FET's eingefügt ist, wird der Schalter unter
Verwendung eines Steuersignals gesteuert, um eine Größe der Dämpfung zu ändern, die
angepaßt werden
muß. Dies
wirft das Problem auf, daß die Schaltung
komplex wird.
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Im
Falle der Schaltung, die in 3 gezeigt ist,
ist es zur Erhöhung
einer Größe der Dämpfung erforderlich,
eine Gatevorspannung eines FET's
so einzustellen, daß der
Arbeitspunkt des FET's
so dicht wie möglich
bei einem Pinch-off-Punkt
desselben zu liegen kommt. Dies führt zu dem Problem, daß die Verzerrungscharakteristik
der Schaltung ver schlechtert wird. 4 zeigt
die Ausgangscharakteristik der Schaltung, die in 3 dargestellt
ist. Wenn eine Verstärkung
gleich 1 ist (wenn ein Eingang nicht dämpft), besitzen ein Eingang
RFin und ein Ausgang RFout eine lineare Beziehung in einem weiten
Bereich. Innerhalb des Bereiches, in welchem die Beziehung zwischen
der Eingangsgröße und der
Ausgangsgröße linear
ist, ist die Dämpfungsverzerrung gering.
Mit anderen Worten ist die Dämpfungsverzerrung
in einem breiten Eingangsbereich gering. Wenn im Gegensatz dazu
ein Dämpfungsverhältnis gleich
5 beträgt,
so zeigt die Beziehung zwischen der Eingangsgröße und der Ausgangsgröße die veranschaulichte
Eigenschaft und kann eine Linearität nicht mehr beibehalten. Demzufolge
nimmt die Dämpfungsverzerrung
zu. Wenn die Größe der Dämpfung groß ist, verschlechtert
sich die Verzerrungscharakteristik bei einer großen Eingangsgröße RFin.
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Um
die zuvor erläuterten
Probleme zu lösen, umfaßt eine
Halbleiterschaltung mit variabler Verstärkung nach der vorliegenden
Erfindung, das heißt
eine Halbleiterschaltung mit variabler Verstärkung zum Ändern der Verstärkung eines
Eingangssignals auf der Grundlage eines Dämpfungswert-Steuersignals eine erste Art einer Schaltung
mit variabler Verstärkung,
die ein Eingangssignal einspeist und eine Verstärkung auf der Grundlage eines
ersten Steuersignals ändert;
eine zweite Art einer Schaltung mit variabler Verstärkung, die
in einer Stufe installiert ist, welche der ersten Art der Schaltung
mit variabler Verstärkung
nachfolgt, um eine Verstärkung
auf der Grundlage eines zweiten Steuersignals zu ändern; und
eine Steuersignal-Erzeugungseinheit zum Erzeugen des ersten und
des zweiten Steuersignals unter Verwendung des Dämpfungswert-Steuersignals.
Die das Steuersignal erzeugende Einheit erzeugt das erste und das
zweite Steuersignal derart, daß dann,
wenn das Dämpfungswert-Steuersignal innerhalb
eines von zwei Variationsbereichen fällt, der eine große Verstärkung bedeutet,
die erste Art einer Schaltung mit variabler Verstärkung eine
Verstärkung
gemäß der Variation
des Dämpfungswert-Steuersignals
vermindert und die zweite Art der Schaltung mit variabler Verstärkung eine
konstante Verstärkung erzeugt.
Wenn das Dämpfungswert-Steuersignal
innerhalb des anderen Variationsbereiches fällt, erzeugt die das Steuersignal
erzeugende Einheit das erste und das zweite Steuersignal in solcher
Weise, daß eine
Abnahme in der Verstärkung,
die durch die erste Art der Schaltung mit variabler Verstärkung erzeugt
wird, gesättigt
wird und die Verstärkung
unverändert
verbleibt, und eine durch die zweite Art der Schaltung mit variabler
Verstärkung
erzeugte Verstärkung
gemäß der Variation
des Dämpfungswert-Steuersignals
abgesenkt wird. Spezieller gesagt, besteht die erste Art der Schaltung
mit variabler Verstärkung
aus einer Dämpfungsschaltung,
die in 1 gezeigt ist, mit einem ersten Feldeffekttransistor,
der ein Eingangssignal über
eine gesteuerte Elektrode derselben einspeist und der ein Ausgangssignal über die
andere gesteuerte Elektrode derselben ausgibt und wobei ein erstes
Steuersignal an eine Steuerelektrode desselben angelegt wird, und wobei
die Schaltung einen zweiten Feldeffekttransistor enthält, der
ein Eingangssignal über
eine gesteuerte Elektrode derselben einspeist und dessen andere
gesteuerte Elektrode über
ein Widerstandselement geerdet ist und wobei ein umgekehrtes Signal von
dem ersten Steuersignal an eine Steuerelektrode desselben angelegt
wird. Die zweite Art einer Schaltung mit variabler Verstärkung ist
die in 3 gezeigte Schaltung und sie enthält einen
dritten Feldeffekttransistor, der eine Ausgangsgröße der ersten
Art einer Schaltung mit variabler Verstärkung über eine Steuerelektrode desselben
einspeist und bei der eine Spannung zwischen zwei gesteuerten Elektroden
in solcher Weise angelegt wird, daß ein Ausgangssignal über eine
der zwei gesteuerten Elektroden ausgegeben wird, wobei ein kapazitives
Element mit einem Anschluß mit
einer Ausgangsstufe des dritten Fel deffekttransistors verbunden
ist und ein Ausgangssignal über
den anderen Anschluß derselben
ausgegeben wird, und wobei eine Gate-Vorspanneinrichtung vorgesehen
ist, um ein zweites Steuersignal so anzulegen, daß das Potential
an der Steuerelektrode des dritten Feldeffekttransistors vorgespannt
wird.
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Wie
oben dargelegt wurde, ergibt sich bei der ersten Art einer Schaltung
mit variabler Verstärkung, die
in 1 gezeigt ist, ein Problem dahingehend, daß eine Schwierigkeit
bei der Erhöhung
der Größe der Dämpfung entsteht,
und zwar aufgrund des Einführungsverlustes
derselben. Bei der zweiten Art einer Schaltung mit variabler Verstärkung, die
in 3 gezeigt ist, ergeben sich Probleme dahingehend, daß es schwierig
ist, die Größe der Dämpfung zu
erhöhen,
und zwar aufgrund der Verzerrungscharakteristik, und daß dann,
wenn ein Eingangssignal eine große Amplitude besitzt, die Verzerrungscharakteristik
verschlechtert wird. Die Dämpfungsgrößen, die durch
diese Dämpfungsglieder
erzeugt werden, werden nicht sonderlich erhöht, es sind jedoch die Dämpfungsglieder
so kombiniert, um eine große
Größe einer
Dämpfung
zu erreichen. In diesem Fall nimmt die Einfügungsdämpfung bzw. Einfügungsverlust
nicht zu. Hinsichtlich der Verzerrungscharakteristik führt die
Verschlechterung der Verzerrungscharakteristik der zweiten Art einer
Schaltung mit variabler Verstärkung
zu einem Problem, wenn die Größe der Dämpfung,
die durch die zweite Art einer Schaltung mit variabler Verstärkung erzeugt
wird, groß ist, und
ein Eingangssignal der zweiten Art einer Schaltung mit variabler
Verstärkung
eine große
Amplitude besitzt. Nachdem die erste Art einer Schaltung mit variabler
Verstärkung,
die in der vorhergehenden Stufe installiert ist und deren Verzerrungscharakteristik
nicht verschlechtert ist, eine Dämpfung
ausgeführt hat,
führt die
zweite Art einer Schaltung mit variabler Verstärkung eine Dämpfung durch.
Die Größe der Dämpfung,
die durch die zweite Art einer Schaltung mit va riabler Verstärkung erzeugt
wird, ist daher gering. Die Amplitude des Eingangssignals wird kleiner, wenn
das Signal der zweiten Art einer Schaltung mit variabler Verstärkung zugeführt wird.
Die Verschlechterung der Dämpfungscharakteristik
wird daher minimal gehalten.
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Es
sei nun auf eine Differenz einer lediglichen Kombination unterschiedlicher
Arten von Schaltungen mit variabler Verstärkung gegenüber einer Konfiguration eingegangen,
wie der einen nach der vorliegenden Erfindung, in welcher: dann,
wenn eine Größe der Dämpfung auf
einen oder zwei variable Bereiche eingestellt ist, der eine kleine
Größe einer Dämpfung bedeutet,
die erste Art einer Schaltung mit variabler Verstärkung alleine
die Dämpfung
ausführt bzw.
vornimmt; dann, wenn die Größe der Dämpfung auf
den anderen variablen Bereich eingestellt wird, der eine große Größe der Dämpfung bedeutet,
die Dämpfung,
die durch die erste Art einer Schaltung mit variabler Verstärkung vorgenommen
wird, beendet wird und die zweite Art einer Schaltung mit variabler Verstärkung alleine
die Dämpfung
bewirkt.
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Beispielsweise
offenbart die japanische ungeprüfte
Patentveröffentlichung
Nr. 62-235824 eine Schaltung, in der die Eigenschaft einer PIN-Diode, daß nämlich der
Widerstand der PIN-Diode kontinuierlich mit fließendem Strom variiert werden
kann, ausgenutzt wird, wobei eine Signalleitung über die PIN-Diode vor einem
Verstärker
geerdet ist und wobei der Verstärkungsfaktor
des Verstärkers
dadurch gesteuert wird, indem die Gatevorspannung eines FET's, der als der Verstärker dient,
gesteuert wird und indem der in die PIN-Diode fließende Strom gesteuert wird.
Man kann sagen, daß diese
Schaltung aus einer Kombination einer ersten Art einer Schaltung
mit variabler Verstärkung,
zusammengesetzt aus einer PIN-Diode und einer Einheit zum Steuern des
Stromes, der in die PIN-Diode fließt, und einer zweiten Art einer
Schaltung mit variabler Verstärkung besteht,
die mit einem variablen Verstärker
ausgestattet ist. Jedoch unter scheidet sich diese Schaltung von
derjenigen nach der vorliegenden Erfindung in einem Punkt, und zwar
darin, daß die
erste Art einer Schaltung mit variabler Verstärkung und die zweite Art einer
Schaltung mit variabler Verstärkung
innerhalb des gesamten variablen Bereiches einer Größe einer
Dämpfung
arbeiten.
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Wenn
eine Größe der Dämpfung klein
ist, ist die Dämpfungsverzerrung
begrenzt. Die Verzerrungscharakteristik ist daher sehr verschieden
bei der bekannten Schaltung, verglichen mit der Schaltung nach der
vorliegenden Erfindung. Für
einen maximalen Wert der Dämpfung
erzeugen die erste Art einer Schaltung mit variabler Verstärkung und
die zweite Art einer Schaltung mit variabler Verstärkung in
der bekannten Schaltung jeweils maximale Größen der Dämpfung. Deren Verzerrungscharakteristiken
sind daher im wesentliche die gleichen. Da eine erforderliche Größe der Dämpfung zu
halten Teilen den zwei Schaltungen mit variabler Verstärkung zugeordnet werden
kann, wird die Verschlechterung der Verzerrungscharakteristik der
gesamten Schaltung entsprechend reduziert. Jedoch ist die Amplitude
eines Eingangssignals in die zweite Art einer Schaltung mit variabler
Verstärkung
moderat groß und
die Verzerrungscharakteristiken der bekannten. Schaltung und der
Schaltung nach der vorliegenden Erfindung verschlechtern sich bis
zu einem gewissen Ausmaß.
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Für eine mittlere
Größe der Dämpfung führen bei
der bekannten Schaltung die zwei Schaltungen mit variabler Verstärkung in
der ersten und in der zweiten Stufe eine Dämpfung durch. Die Größe der Dämpfung,
die von der ersten Art der Schaltung mit variabler Verstärkung erzeugt
wird, und zwar in der ersten Stufe, besteht nicht aus einer maximalen
Größe der Dämpfung.
Im Gegensatz dazu führt
bei der Schaltung nach der vorliegenden Erfindung die erste Art
einer Schaltung mit variabler Verstärkung in der ersten Stufe eine
Dämpfung
bis zu der maximalen Größe der Dämpfung durch.
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Die
Amplitude eines Eingangssignals in die zweite Art einer Schaltung
mit variabler Verstärkung in
der zweiten Stufe in der Schaltung der vorliegenden Erfindung ist
daher kleiner als diejenige der bekannten Schaltung. Die Verzerrungscharakteristik der
zweiten Art einer Schaltung mit variabler Verstärkung in der zweiten Stufe
verschlechtert sich, wenn die Amplitude eines Eingangssignals groß ist. Die Amplitude
eines Eingangssignals in die zweite Art einer Schaltung mit variabler
Verstärkung
in der zweiten Stufe bei der Schaltung nach der vorliegenden Erfindung
ist kleiner. Daher wird die Verschlechterung der Verzerrungscharakteristik
der Schaltung nach der vorliegenden Erfindung minimaler gestaltet.
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5 zeigt
ein Diagramm, welches eine Schaltungsanordnung einer Halbleiterschaltung
mit variabler Verstärkung
gemäß einer
Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
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Wie
in 5 gezeigt ist, umfaßt die Schaltung eine erste
Stufe, die zusammengesetzt ist aus Schaltungen 1-1, 1-2 usw.
und 1-n, die n-Dämpfungsglieder
bilden, wie die eine, die in 1 gezeigt ist,
welche in Reihe geschaltet sind, umfaßt eine zweite Stufe, die zusammengesetzt
ist aus Schaltungen 2-1, 2-2 usw. und 2-m,
das sind m-Verstärker, wie
bei der einen, die in 3 gezeigt ist, bei denen die
Gatevorspannungen gesteuert sind, und umfaßt eine Steuereinheit 3 zum
Zuführen
eines Steuersignals zu jeder der Schaltungen in der ersten und in
der zweiten Stufe. Eine Steuerspannung Vcon wird an die Gateanschlüsse der
FETs FETr-1, FETr-2 usw. und FETr-n in der ersten Stufe angelegt.
Ein Signal/Vcon, welches durch Umkehren der Steuerspannung Vcon
gebildet wird, und zwar unter Verwendung eines Inverters Inv, wird
an die Gateanschlüsse
der FETs FETh-1, FETh-2 usw. und FETh-n angelegt. Der Betrieb jedes
Dämpfungsgliedes
in der ersten Stufe wurde unter Hinweis auf 1 beschrieben. Eine
Beschreibung der Betriebsweisen wird daher weggelassen.
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Bei
den Verstärkern 2-1, 2-2 usw.
und 2-m in der zweiten Stufe sind die Drainanschlüsse der
FETs FETa-1, FETa-2 usw. und FETa-m mit einer Stromversorgung mit
hohem Potential über
induktive Elemente L4-1, L4-2 usw. und L4-m verbunden und die Sourceanschlüsse derselben
sind geerdet. Ein Steuersignal Ve wird an die Gateanschlüsse der
FETs FETa-1, FETa-2 usw. und FETa-m über die induktiven Elemente
L3-1, L3-2 usw. und L3-m angelegt.
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Die
Steuereinheit 3 besteht aus einem ersten Abschnitt zum
Erzeugen eines Signals, welches dazu verwendet wird, um die Dämpfungsglieder
in der ersten Stufe zu steuern, und aus einem zweiten Abschnitt
zum Erzeugen eines Signals, welches zum Steuern der Verstärker in
der zweiten Stufe verwendet wird. Der erste Abschnitt enthält den Inverter
Inv zum Erzeugen der Spannung/Vcon durch Umkehren der Steuerspannung
Vcon. Der zweite Abschnitt enthält
einen FET FETc, an dessen Drainanschluß die Steuerspannung Vcon angelegt
wird, eine Widerstandsteilerschaltung, zusammengesetzt aus den Widerständen R1
und R2 zum Erzeugen einer Gatespannung des FET's FETc und eine Widerstandsteilerschaltung,
die zwischen den Sourceanschluß des FET's FETc und Erde geschaltet
ist und zusammengesetzt ist aus den Widerständen R3 und R4, um das Steuersignal
Ve zu erzeugen, welches an die zweite Stufe angelegt wird.
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6 zeigt
ein Diagramm, welches die Dämpfungscharakteristika
der ersten Stufe, der zweiten Stufe und der Gesamtheit der Halbleiterschaltung mit
variabler Verstärkung
der Ausführungsform
zeigt. 7 ist ein Diagramm, welches eine Änderung
in der Verstärkung
wiedergibt, die durch einen Verstärkung erzeugt wird, der bei
der Ausführungsform
mit dem Halbleiterdämpfungsglied
mit variabler Verstärkung
ausgebildet ist. Es soll nun unter Hinweis auf die 6 und 7 die
Betriebsweise der Schaltung, die in 5 gezeigt
ist, beschrieben werden.
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Die
Steuerspannung Vcon ist zwischen 0 V bis 3 V variabel. Mit der Veränderung
der Steuerspannung Vcon in dem Bereich von 0,5 V bis 2,5 V ändert sich
eine Verstärkung.
Wenn die Steuerspannung Vcon 1,5V oder mehr beträgt, gelangt der FET FETc in
Betrieb und die Sourcespannung des FET's FETc liegt bei ca. 0,6 V. Das Steuersignal
Ve besitzt einen Wert, der erhalten wird, indem die 0,6 V durch die
Zahl der Widerstände
R1 und R2 geteilt wird, das heißt
also 0,3 V. Wenn die Steuerspannung Vcon 1,5 V oder mehr beträgt, werden
die Gateanschlüsse
der FETs FETa-1, FETa-2 usw. und FETa-m in der zweiten Stufe mit
0,3 V vorgespannt. In diesem Zustand führen die Verstärker 2-1, 2-2 usw.
und 2-m eine Verstärkung
eines gegebenen hohen Wertes aus. Demzufolge wird keine Dämpfung realisiert.
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Es
wird die Steuerspannung Vcon an die Gateanschlüsse der FETs FETr-1, FETr-2
usw. und FETr-n in der ersten Stufe angelegt und es wird das umgekehrte
Signal/Vcon an die Gateanschlüsse
der FETs FETh-1, FETh-2 usw. und FETh-n angelegt. Wie unter Hinweis
auf 1 beschrieben wurde, sind dann, wenn die Steuerspannung
Vcon hoch liegt, das heißt
dann, wenn das umgekehrte Signal/Vcon niedrig ist, die FETs FETr-1,
FETr-2 usw. und FETr-n voll-leitend, während die FETs FETh-1, FETh-2
usw. und FETh-n nichtleitend sind. Die Dämpfungsglieder dämpfen daher
nicht ein Signal. Wenn die Steuerspannung Vcon gleich 2,5 V oder
höher liegt,
beträgt der
Dämpfungsbereich
gleich Null und es wird eine maximale Verstärkung erzeugt. Wenn das Steuersignal
Vcon allmählich
abfällt,
nimmt die Größe der Dämpfung,
die durch die FETs FETr-1, FETr-2 usw. und FETr-n erreicht wird,
allmählich
zu. Die FETs FETh-1, FETh-2 usw. und FETh-n leiten einer nach dem
anderen. Da der durch diese FETs fließende Strom nach Erde zunimmt,
nimmt die Verstärkung
ab. Wenn die Steuerspannung Vcon bei 1,5 V liegt, wird die Größe der Dämpfung,
die durch die Dämpfungsglieder
in der ersten Stufe erzielt wird, zu einem Maximum. Danach bleibt,
selbst wenn die Steuerspannung Vcon abfällt, die Größe der Dämpfung konstant. Wenn die Steuerspannung
Vcon gleich 1,5 V oder niedriger wird, fällt die Sourcespannung des
FET's FETc zusammen
mit dem Abfall der Steuerspannung Vcon ab. Das Steuersignal Ve beginnt
mit dem Abfallen. Dies bewirkt, daß die Gatevorspannungen der FETs
FETa-1, FETa-2 usw. und FETa-m in der zweiten Stufe allmählich abfallen.
Eine Größe der Verstärkung, die
durch die Verstärker
in der zweiten Stufe erzielt wird, nimmt allmählich ab. Wenn die Steuerspannung
Vcon 0,5 V erreicht, wird das Steuersignal Ve zu 0 V. Die Größe der Verstärkung, die
durch die Verstärker
in der zweiten Stufe erzielt wird, wird konstant.
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Die
gesamte Schaltung zeigt die Dämpfungscharakteristik,
die in 6 dargestellt ist.
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Soweit
bisher beschrieben wurde, kann gemäß der vorliegenden Erfindung
ein Halbleiterdämpfungsglied
mit einer variablen Verstärkung
realisiert werden, welches eine niedrige Einführungsdämpfung bzw. Einführungsverlust,
eine gute Verzerrungscharakteristik und einen großen variablen
Verstärkungsbereich
besitzt.