JPH04256208A - 低雑音広帯域増幅器のための入力段 - Google Patents
低雑音広帯域増幅器のための入力段Info
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- JPH04256208A JPH04256208A JP3208835A JP20883591A JPH04256208A JP H04256208 A JPH04256208 A JP H04256208A JP 3208835 A JP3208835 A JP 3208835A JP 20883591 A JP20883591 A JP 20883591A JP H04256208 A JPH04256208 A JP H04256208A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03F—AMPLIFIERS
- H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
- H03F3/20—Power amplifiers, e.g. Class B amplifiers, Class C amplifiers
- H03F3/21—Power amplifiers, e.g. Class B amplifiers, Class C amplifiers with semiconductor devices only
- H03F3/211—Power amplifiers, e.g. Class B amplifiers, Class C amplifiers with semiconductor devices only using a combination of several amplifiers
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03F—AMPLIFIERS
- H03F1/00—Details of amplifiers with only discharge tubes, only semiconductor devices or only unspecified devices as amplifying elements
- H03F1/56—Modifications of input or output impedances, not otherwise provided for
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03F—AMPLIFIERS
- H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
- H03F3/189—High-frequency amplifiers, e.g. radio frequency amplifiers
- H03F3/19—High-frequency amplifiers, e.g. radio frequency amplifiers with semiconductor devices only
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- Power Engineering (AREA)
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、増幅器要素を有する低
雑音の高周波‐広帯域増幅器のための入力段に関する。 【0002】 【従来の技術】小さい信号の信号処理の際には雑音に特
に注意が払われなければならない。雑音源はオーム抵抗
、電子管およびトランジスタである。雑音電力は帯域幅
の増大と共に増大するので、小さい信号を狭帯域で増幅
することは有利である。いま増幅器の入力端に異なる周
波数の多数の信号が生ずると、信号帯域幅および信号中
心周波数に関係して1つの入力段のなかに、場合によっ
ては同軸切換スイッチを介して所望の周波数に対して切
換えられる多数の狭帯域の前置増幅器が配置されなけれ
ばならない。 【0003】もう1つの問題は高周波信号の信号処理に
ある。個々の段が、反射に基づく損失を回避するため、
波動インピーダンスに適合されていなければならない。 【0004】 【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、種々
の狭帯域の前置増幅器を、広い範囲内で実の一定の入力
インピーダンスを有する低雑音の広帯域増幅器により置
換することにある。 【0005】 【課題を解決するための手段】この課題は、反結合コン
デンサが増幅器要素の出力端と入力端との間に接続され
、また増幅器要素の出力端がコンデンサにより終端され
ることにより解決される。 【0006】 【作用効果】本発明によれば容量性反結合は容量性負荷
インピーダンスと共同して広い周波数範囲内に一定の実
の入力インピーダンスを生じさせる。 【0007】リアクタンスは雑音源をなさないので、容
量性帰還結合は同じく増幅器段の雑音指数の悪化を生じ
させない。 【0008】本発明の有利な実施態様では、増幅器要素
がすべての端子に並列に接続されている2つのバイポー
ラトランジスタから成っている。並列回路内の2つのト
ランジスタは雑音に最適な源インピーダンスを約100
Ωから約50Ωへ半減する。 【0009】本発明の入力段は核スピン共鳴装置に使用
されると特に有利である。なぜならば、増幅器の入力イ
ンピーダンスが10MHzないし100MHzの広い範
囲内で一定かつ実であるように入力インピーダンスが設
定され得るからである。核スピン共鳴に利用されるもう
1つの利点は、増幅率の周波数依存性である。周波数応
答はより高い周波数へ向かってオクターブあたり6dB
だけ減少する。核スピン共鳴装置の受信信号は基本磁界
強度の増大と共にその振幅もその周波数も上昇するので
、周波数に関係する増幅率の減少によって、より高い基
本磁界強度における増幅器段のオーバードライブが回避
されている。 【0010】さらに本発明の入力段は実の低雑音の高周
波終端インピーダンスとして使用され得る。この入力段
により実現される終端インピーダンスの雑音温度は相応
のオーム抵抗の雑音温度よりも小さい。このような終端
インピーダンスはたとえば循環形核スピン共鳴受信シス
テムに応用される。 【0011】 【実施例】以下、本発明の実施例を3つの図面により説
明する。 【0012】図1に示されている機能原理から反結合さ
れた入力段の挙動は良好に説明され得る。増幅器要素T
としてここでは理想的トランジスタが仮定されている。 理想化は、そのベースBとエミッタEとの間の入力抵抗
が無限大であると仮定されており、トランジスタTはそ
のコレクタ端子Cおよびそのエミッタ端子Eにおいて理
想的な電流源のように挙動し、その電流はベースBおよ
びエミッタEに与えられる電圧により制御されることに
ある。さらに、電流制御のためにBとEとの間に無限に
小さい電圧しか必要でない、すなわち理想的トランジス
タTの急峻度が無限大であると仮定されている。実際の
急峻度は、エミッタ端子Eと基準電位との間に配置され
ているインピーダンスZS により顧慮されている。イ
ンピーダンスZS は急峻度Sの逆数値である。 【0013】入力段の入力端子2は一方ではベースBと
、また他方では基準電位と接続されている。トランジス
タTの反結合枝路のなかにベースBとコレクタCとの間
に反結合インピーダンスZP が配置されている。コレ
クタCと基準電位との間には負荷インピーダンスZL
が接続されている。入力端子2における入力インピーダ
ンスZE は下記のようになる。 ZE =(ZP +ZL )ZS /ZL +ZS 【
0014】帰還結合インピーダンスZP が負荷インピ
ーダンスZL よりもはるかに大きく、またさらに負荷
インピーダンスZL がインピーダンスZS よりもは
るかに大きいという仮定のもとに、入力インピーダンス
ZE はおよそ下記のようになる。 ZE =ZP ZS /ZL 【0015】いま帰還結合インピーダンスZP および
負荷インピーダンスZL が純粋なリアクタンスであれ
ば、入力インピーダンスZE は、急峻度により決定さ
れるインピーダンスZS が同じく実であるかぎり、実
になる。 このことは実際の高周波トランジスタに対して約10な
いし100MHzの広い周波数範囲内で仮定され得る。 【0016】図1による回路の増幅率Vは負荷インピー
ダンスZL における電圧u2 と入力端子における電
圧u1 との比から得られる。 【0017】増幅率Vはインピーダンスにより下記のよ
うに表される。 V=1−(ZL +ZS )ZP /ZS (ZP +
ZL )【0018】インピーダンス相互の比に対する
上記の前提のもとに増幅率Vは近似的に下記のように表
される。 V=1−ZL /ZS 【0019】負荷インピーダンスが容量性であり、かつ
急峻度が実であれば、増幅率は周波数の増大と共に減少
することがわかる。 【0020】要約すると、容量性帰還結合および容量性
負荷における図1の原理回路の解析は実の入力インピー
ダンスZE を生じ、その際に増幅率Vは周波数の増大
と共に減少する。 【0021】図2では、増幅器要素Tはすべての端子B
、C、Eに並列に接続されている2つのバイポーラトラ
ンジスタT1 およびT2 から形成されている。並列
に接続されている端子CとBとの間に反結合コンデンサ
CP が位置している。端子CおよびEに対して並列に
負荷コンデンサCL が位置している。負荷コンデンサ
CL は後続の増幅段の入力キャパシタンスによりたい
てい決定されているので、反結合コンデンサCP のキ
ャパシタンス値および並列トランジスタT1 およびT
2 の急峻度ZS は、入力インピーダンスZE が前
段の出力インピーダンスZO における反射の回避のた
めに適合されているように選定されている。それはたと
えば50Ωである。 【0022】両トランジスタT1 およびT2 の並列
回路はここではしかし、前段の出力インピーダンスZO
における適合の理由から選定されずに、約100Ωか
ら約50Ωへの雑音最適な源インピーダンスの半減のた
めに選定されている。実際のトランジスタは、等価回路
において理想的な無雑音のトランジスタとみなされ、そ
のベース端子Bの前に雑音電圧源uN が、またベース
回路とエミッタ回路との間に雑音電流源iN が配置さ
れている雑音源をなす。 【0023】雑音挙動への両トランジスタT1 および
T2 の並列回路の作用は以下に図3により示される。 各個のトランジスタ、たとえばトランジスタT1 のみ
に対して信号対雑音比は、源インピーダンスがZO =
uN /iN =ZO opt に選定されているとき
に、最大である。源インピーダンスZO のこの値はこ
こでは雑音に最適な源インピーダンスZO opt と
して定義されている。たいていの高周波トランジスタで
は、雑音電圧源uN および雑音電流源iN により決
定される雑音に最適な源インピーダンスZO opt
は約100Ωである。図3による並列回路の信号対雑音
比の解析により、SをトランジスタT1 またはT2
の急峻度とすると、出力電流iA における信号成分i
ASは下記のように表される。 (iAS)2 =(2SuO )2 =4S2 4P0
ZO その際にuO は信号源の電圧、またPO は
その電力である。 【0024】出力電流iA における雑音成分iANは
、すべての雑音源uN およびiN が無視可能にわず
かに相関させられているとき、下記のようになる。 (iAN)2 =S2 (2uN 2+8ZO 2 i
N 2 )【0025】それによって信号対雑音比は下
記のように表される。 【数1】 【0026】ここで最大の信号対雑音比は【数2】 の雑音に最適な源インピーダンスにおいて生ずる。 【0027】こうして2つのトランジスタT1 および
T2 の並列回路において雑音に最適な源インピーダン
スZO opt は約50Ωに低下する。これは前段に
接続されている伝達要素の波動インピーダンスに相当す
る。
雑音の高周波‐広帯域増幅器のための入力段に関する。 【0002】 【従来の技術】小さい信号の信号処理の際には雑音に特
に注意が払われなければならない。雑音源はオーム抵抗
、電子管およびトランジスタである。雑音電力は帯域幅
の増大と共に増大するので、小さい信号を狭帯域で増幅
することは有利である。いま増幅器の入力端に異なる周
波数の多数の信号が生ずると、信号帯域幅および信号中
心周波数に関係して1つの入力段のなかに、場合によっ
ては同軸切換スイッチを介して所望の周波数に対して切
換えられる多数の狭帯域の前置増幅器が配置されなけれ
ばならない。 【0003】もう1つの問題は高周波信号の信号処理に
ある。個々の段が、反射に基づく損失を回避するため、
波動インピーダンスに適合されていなければならない。 【0004】 【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、種々
の狭帯域の前置増幅器を、広い範囲内で実の一定の入力
インピーダンスを有する低雑音の広帯域増幅器により置
換することにある。 【0005】 【課題を解決するための手段】この課題は、反結合コン
デンサが増幅器要素の出力端と入力端との間に接続され
、また増幅器要素の出力端がコンデンサにより終端され
ることにより解決される。 【0006】 【作用効果】本発明によれば容量性反結合は容量性負荷
インピーダンスと共同して広い周波数範囲内に一定の実
の入力インピーダンスを生じさせる。 【0007】リアクタンスは雑音源をなさないので、容
量性帰還結合は同じく増幅器段の雑音指数の悪化を生じ
させない。 【0008】本発明の有利な実施態様では、増幅器要素
がすべての端子に並列に接続されている2つのバイポー
ラトランジスタから成っている。並列回路内の2つのト
ランジスタは雑音に最適な源インピーダンスを約100
Ωから約50Ωへ半減する。 【0009】本発明の入力段は核スピン共鳴装置に使用
されると特に有利である。なぜならば、増幅器の入力イ
ンピーダンスが10MHzないし100MHzの広い範
囲内で一定かつ実であるように入力インピーダンスが設
定され得るからである。核スピン共鳴に利用されるもう
1つの利点は、増幅率の周波数依存性である。周波数応
答はより高い周波数へ向かってオクターブあたり6dB
だけ減少する。核スピン共鳴装置の受信信号は基本磁界
強度の増大と共にその振幅もその周波数も上昇するので
、周波数に関係する増幅率の減少によって、より高い基
本磁界強度における増幅器段のオーバードライブが回避
されている。 【0010】さらに本発明の入力段は実の低雑音の高周
波終端インピーダンスとして使用され得る。この入力段
により実現される終端インピーダンスの雑音温度は相応
のオーム抵抗の雑音温度よりも小さい。このような終端
インピーダンスはたとえば循環形核スピン共鳴受信シス
テムに応用される。 【0011】 【実施例】以下、本発明の実施例を3つの図面により説
明する。 【0012】図1に示されている機能原理から反結合さ
れた入力段の挙動は良好に説明され得る。増幅器要素T
としてここでは理想的トランジスタが仮定されている。 理想化は、そのベースBとエミッタEとの間の入力抵抗
が無限大であると仮定されており、トランジスタTはそ
のコレクタ端子Cおよびそのエミッタ端子Eにおいて理
想的な電流源のように挙動し、その電流はベースBおよ
びエミッタEに与えられる電圧により制御されることに
ある。さらに、電流制御のためにBとEとの間に無限に
小さい電圧しか必要でない、すなわち理想的トランジス
タTの急峻度が無限大であると仮定されている。実際の
急峻度は、エミッタ端子Eと基準電位との間に配置され
ているインピーダンスZS により顧慮されている。イ
ンピーダンスZS は急峻度Sの逆数値である。 【0013】入力段の入力端子2は一方ではベースBと
、また他方では基準電位と接続されている。トランジス
タTの反結合枝路のなかにベースBとコレクタCとの間
に反結合インピーダンスZP が配置されている。コレ
クタCと基準電位との間には負荷インピーダンスZL
が接続されている。入力端子2における入力インピーダ
ンスZE は下記のようになる。 ZE =(ZP +ZL )ZS /ZL +ZS 【
0014】帰還結合インピーダンスZP が負荷インピ
ーダンスZL よりもはるかに大きく、またさらに負荷
インピーダンスZL がインピーダンスZS よりもは
るかに大きいという仮定のもとに、入力インピーダンス
ZE はおよそ下記のようになる。 ZE =ZP ZS /ZL 【0015】いま帰還結合インピーダンスZP および
負荷インピーダンスZL が純粋なリアクタンスであれ
ば、入力インピーダンスZE は、急峻度により決定さ
れるインピーダンスZS が同じく実であるかぎり、実
になる。 このことは実際の高周波トランジスタに対して約10な
いし100MHzの広い周波数範囲内で仮定され得る。 【0016】図1による回路の増幅率Vは負荷インピー
ダンスZL における電圧u2 と入力端子における電
圧u1 との比から得られる。 【0017】増幅率Vはインピーダンスにより下記のよ
うに表される。 V=1−(ZL +ZS )ZP /ZS (ZP +
ZL )【0018】インピーダンス相互の比に対する
上記の前提のもとに増幅率Vは近似的に下記のように表
される。 V=1−ZL /ZS 【0019】負荷インピーダンスが容量性であり、かつ
急峻度が実であれば、増幅率は周波数の増大と共に減少
することがわかる。 【0020】要約すると、容量性帰還結合および容量性
負荷における図1の原理回路の解析は実の入力インピー
ダンスZE を生じ、その際に増幅率Vは周波数の増大
と共に減少する。 【0021】図2では、増幅器要素Tはすべての端子B
、C、Eに並列に接続されている2つのバイポーラトラ
ンジスタT1 およびT2 から形成されている。並列
に接続されている端子CとBとの間に反結合コンデンサ
CP が位置している。端子CおよびEに対して並列に
負荷コンデンサCL が位置している。負荷コンデンサ
CL は後続の増幅段の入力キャパシタンスによりたい
てい決定されているので、反結合コンデンサCP のキ
ャパシタンス値および並列トランジスタT1 およびT
2 の急峻度ZS は、入力インピーダンスZE が前
段の出力インピーダンスZO における反射の回避のた
めに適合されているように選定されている。それはたと
えば50Ωである。 【0022】両トランジスタT1 およびT2 の並列
回路はここではしかし、前段の出力インピーダンスZO
における適合の理由から選定されずに、約100Ωか
ら約50Ωへの雑音最適な源インピーダンスの半減のた
めに選定されている。実際のトランジスタは、等価回路
において理想的な無雑音のトランジスタとみなされ、そ
のベース端子Bの前に雑音電圧源uN が、またベース
回路とエミッタ回路との間に雑音電流源iN が配置さ
れている雑音源をなす。 【0023】雑音挙動への両トランジスタT1 および
T2 の並列回路の作用は以下に図3により示される。 各個のトランジスタ、たとえばトランジスタT1 のみ
に対して信号対雑音比は、源インピーダンスがZO =
uN /iN =ZO opt に選定されているとき
に、最大である。源インピーダンスZO のこの値はこ
こでは雑音に最適な源インピーダンスZO opt と
して定義されている。たいていの高周波トランジスタで
は、雑音電圧源uN および雑音電流源iN により決
定される雑音に最適な源インピーダンスZO opt
は約100Ωである。図3による並列回路の信号対雑音
比の解析により、SをトランジスタT1 またはT2
の急峻度とすると、出力電流iA における信号成分i
ASは下記のように表される。 (iAS)2 =(2SuO )2 =4S2 4P0
ZO その際にuO は信号源の電圧、またPO は
その電力である。 【0024】出力電流iA における雑音成分iANは
、すべての雑音源uN およびiN が無視可能にわず
かに相関させられているとき、下記のようになる。 (iAN)2 =S2 (2uN 2+8ZO 2 i
N 2 )【0025】それによって信号対雑音比は下
記のように表される。 【数1】 【0026】ここで最大の信号対雑音比は【数2】 の雑音に最適な源インピーダンスにおいて生ずる。 【0027】こうして2つのトランジスタT1 および
T2 の並列回路において雑音に最適な源インピーダン
スZO opt は約50Ωに低下する。これは前段に
接続されている伝達要素の波動インピーダンスに相当す
る。
【図1】反結合の機能原理を示す接続図である。
【図2】反結合された本発明による入力段の回路接続図
である。
である。
【図3】2つの並列接続されているトランジスタの雑音
等価回路の接続図である。
等価回路の接続図である。
2 入力端子
B ベース
C コレクタ
CL 負荷コンデンサ
CP 反結合コンデンサ
E エミッタ
Claims (4)
- 【請求項1】 増幅器要素(T、T1 、T2 )を
有する低雑音広帯域増幅器のための入力段において、反
結合コンデンサ(CP )が増幅器要素(T、T1 、
T2 )の出力端(C)と入力端(B)との間に接続さ
れており、また増幅器要素の出力端(C)がコンデンサ
(CL )により終端されていることを特徴とする低雑
音広帯域増幅器のための入力段。 - 【請求項2】 増幅器要素(T)がすべての端子(B
、C、E)に並列に接続されている2つのバイポーラト
ランジスタ(T1 、T2 )から成っていることを特
徴とする請求項1記載の入力段。 - 【請求項3】 核スピン共鳴装置の受信器に使用され
ることを特徴とする請求項1または2記載の入力段。 - 【請求項4】 実の低雑音の高周波終端インピーダン
スとして使用されることを特徴とする請求項1または2
記載の入力段。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE4024166.1 | 1990-07-30 | ||
| DE4024166A DE4024166C1 (ja) | 1990-07-30 | 1990-07-30 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04256208A true JPH04256208A (ja) | 1992-09-10 |
Family
ID=6411305
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3208835A Withdrawn JPH04256208A (ja) | 1990-07-30 | 1991-07-26 | 低雑音広帯域増幅器のための入力段 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5159289A (ja) |
| JP (1) | JPH04256208A (ja) |
| DE (1) | DE4024166C1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010524377A (ja) * | 2007-04-13 | 2010-07-15 | ケンブリッジ シリコン ラジオ リミテッド | 増幅器入力インピーダンスの制御 |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5914640A (en) * | 1996-02-29 | 1999-06-22 | Texas Instruments Incorporated | Method and system for matching the input impedance of an RF amplifier an antenna to impedance |
| JPH11102916A (ja) * | 1997-09-29 | 1999-04-13 | Nec Corp | 半導体集積回路装置およびその設計方法 |
| DE19946459B4 (de) * | 1999-09-28 | 2004-01-08 | Siemens Ag | Rauscharme breitbandige Verstärkereinrichtung sowie Verwendung der Verstärkereinrichtung |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1391783A (en) * | 1971-06-04 | 1975-04-23 | Redac Software Ltd | Frequency-selective electrical circuit arrangements |
| JPS5228845A (en) * | 1975-08-29 | 1977-03-04 | Nippon Gakki Seizo Kk | Negative feedback amplification circuit |
| JPS5249755A (en) * | 1975-10-17 | 1977-04-21 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Operational amplifier circuit |
| JPS589410A (ja) * | 1981-07-09 | 1983-01-19 | Toshiba Corp | 演算増幅器 |
| FR2626377B1 (fr) * | 1988-01-26 | 1990-06-01 | Crouzet Sa | Oscillateur nucleaire comprenant une sonde a resonance magnetique nucleaire |
-
1990
- 1990-07-30 DE DE4024166A patent/DE4024166C1/de not_active Expired - Fee Related
-
1991
- 1991-07-26 JP JP3208835A patent/JPH04256208A/ja not_active Withdrawn
- 1991-07-30 US US07/737,486 patent/US5159289A/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010524377A (ja) * | 2007-04-13 | 2010-07-15 | ケンブリッジ シリコン ラジオ リミテッド | 増幅器入力インピーダンスの制御 |
| US8314659B2 (en) | 2007-04-13 | 2012-11-20 | Cambridge Silicon Radio Limited | Controlling amplifier input impedance |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5159289A (en) | 1992-10-27 |
| DE4024166C1 (ja) | 1991-12-19 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19981008 |