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Dokumentenidentifikation DE4415619C2 18.06.2003
Titel Drahtloses Mikrofon mit einem Hochfrequenz-Sendeverstärker
Anmelder Sennheiser electronic GmbH & Co. KG, 30900 Wedemark, DE
Erfinder Hagemeyer, Frank, Dipl.-Ing., 30900 Wedemark, DE
Vertreter Eisenführ, Speiser & Partner, 28195 Bremen
DE-Anmeldedatum 04.05.1994
DE-Aktenzeichen 4415619
Offenlegungstag 09.11.1995
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 18.06.2003
Veröffentlichungstag im Patentblatt 18.06.2003
IPC-Hauptklasse H03F 3/24
IPC-Nebenklasse H03F 3/189   H03F 3/68   H03F 1/02   H04B 1/04   

Beschreibung[de]

Die Erfindung richtet sich auf eine Schaltung der im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Art. Solche Schaltungen werden durch elektrische Speicher betrieben, welche eine begrenzte Energie aufnehmen. Dazu gehören elektrochemische Elemente, sogenannte Batterien, oder Akkus. Derartige Schaltungen umfassen einen Oszillator und wenigstens zwei Verstärkerstufen, nämlich eine Treiberstufe und eine Endstufe, an welche sich dann die Antenne anschließt.

Bei der bekannten Schaltung dieser Art wurden die Hochfrequenzstufen gleichstrommäßig alle parallel geschaltet und von der Batterie mit der gleichen Betriebsspannung versorgt. Zur Anpassung zwischen den Stufen mußten Anpassungsschaltungen verwendet werden, welche relativ große Ausgangsimpedanzen auf sehr niedrige Eingangsimpedanzen der Transistoren zu transformieren hatten. Wegen ihres großen Transformationsweges hatten die Anpassungsschaltungen hohe Betriebsgüten, wodurch sich große Transformationsverluste ergaben. Besonders hoch waren die Transformationsverluste zwischen der Treiber- und Sendeendstufe. Diese Leistungsverluste mußten die Treiberstufen decken. Dadurch war die Stromaufnahme der Treiberstufen größer als zur Bereitstellung der Eingangsleistung in der Endstufe an sich nötig wäre. Eine weitere Folge der hohen Betriebsgüte war, daß die Anpassungsschaltung relativ schmalbandig waren, was einen Abgleich notwendig machte. Die hohe Gleichstrom-Leistungsaufnahme begrenzte die Lebensdauer der elektrischen Batterie.

Aus der DE-OS 27 34 945 ist ein zum Verstärken von Wechselstromsignalen bestimmter zwei- oder mehrstufiger Transistorverstärker bekannt. Dieser Verstärker ist als HF-Breitbandverstärker für Gemeinschaftsantennenanlagen und für Signale von etwa 1 MHz bis 1000 MHz vorgesehen. Dabei sind zwei Transistorverstärkerstufen mit jeweils einem Transistor vorgesehen, deren Kollektor-Emitterstrecken gleichstrommäßig in Reihe geschaltet sind.

Aus der DE-OS 18 04 302 ist eine Videoendstufe für Fernsehwiedergabegeräte bekannt, bei der mehrere Verstärkerstufen vorgesehen sind.

Aus Grebene, Allen B. "Bipolar and MOS Analog Integrated Circuit Design", New York, John Wiley & Sons, 1984, S. 482-489 und 550, sind Serienregelschaltungen und eine Schaltung für einen spannungsgesteuerten Oszillator bekannt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache Schaltung der im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Art zu entwickeln, deren elektrische Batterie sich durch eine lange Lebensdauer auszeichnet. Dies wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruches 1 angeführten Maßnahmen erreicht, denen folgende besondere Bedeutung zukommt.

Die gleichstrommäßige Serienschaltung der Treiber- und Endstufe senkt zunächst die aufgenommene Gleichstromleistung, wodurch die Lebensdauer der Batterie entscheidend vergrößert ist. Das wird in der speziellen Beschreibung näher erläutert. Die gesamte Stromaufnahme des Sendeverstärkers ist lediglich gleich der Stromaufnahme der Endstufe.

Weitere Maßnahmen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung. In den Zeichnungen ist die Schaltung in einem Ausführungsbeispiel dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1a, bis 1d die Schaltung nach der Erfindung in vier Teilzeichnungen, wo maßgebliche Schaltungsteile besonders hervorgehoben sind und die Teilezeichnung Fig. 1a und 1b nebeneinanderliegend und die Teilezeichnungen Fig. 1c und 1d unter diesen liegend, gemeinsam zu betrachten sind, und

Fig. 2 ein Blockschaltbild der in der vorausgehenden Schaltung hervorgehobenen Schaltungs-Abschnitte.

Der dreistufige Sendeverstärker umfaßt, gemäß Fig. 1a und 1b, die drei Transistoren Q12 bis Q15. Der Transistor Q12 dient als Hochfrequenz- Schalttransistor und ist Bestandteil einer ersten Pufferstufe a dieses Sendeverstärkers. Der Transistor Q13 wird als Treibertransistor eingesetzt und gehört daher zu dem in Fig. 1b mit Treiberstufe b bezeichneten Schaltungsteil. Die Pufferstufe a von Fig. 1a ist über die Leitung O mit der aus Fig. 1b ersichtlichen Treiberstufe b verbunden. Der Transistor Q15 befindet sich in einer Endstufe c des Sendeverstärkers, gemäß Fig. 1b. Der Transistor Q14 dient als Stromquelle zur Stabilisierung der Stromaufnahme und ist Bestandteil einer Stromsteuerstufe d von Fig. 1b. Durch die Stromsteuerstufe d sollen Betriebsschwankungen ausgeglichen werden und eine eventuelle Antennenberührung soll nicht stören. Die Antenne ist an der mit e gekennzeichneten Anschlußstelle der Endstufe c angeschlossen, wie ebenfalls aus Fig. 1b hervorgeht.

Die Stromsteuerstufe d läßt sich über einen MUTE-Eingang am dortigen Widerstand R90 von dem aus Fig. 1d ersichtlichen Schaltungsteil r aus steuern, um die Sendeleistung schnell abschalten zu können. Dies tritt z. B. bei Unterspannung der angeschlossenen Batterie ein. Auf diesem Wege erfolgt auch die Einschaltung des Sendeverstärkers. Der aufgenommene Gesamtstrom fließt über eine aus Fig. 1b ersichtliche Drossel L12 der Stromsteuerstufe d und einen dort befindlichen Strommeßwiderstand R92 zu einer Drossel L13, welche sich vor dem bereits genannten Transistor Q15 der Sendeendstufe c befindet. Die zur Verfügung stehende Betriebsspannung, die 9 V vor der Stromsteuerstufe d betrug, hat jetzt noch einen Wert von ca. 7,4 V.

Die vorerwähnten Transistoren Q12 und Q13 der Pufferstufe a und der Treiberstufe b sind zwar gleichstrommäßig parallel geschaltet, doch ihre Stromversorgung erfolgt über eine am Emitter des Endstufentransistors Q15 der Sendeendstufe c angeschlossene Drossel L11. Über einen Widerstand R84 in der Pufferstufe a und einen weiteren Widerstand R87 in der Treiberstufe b wird die Betriebsspannung für Q12 und Q13 auf ca. 1,2 V eingestellt.

Ein Abgleich der Transmissionsschaltung zwischen den Transistoren Q12, Q13 einerseits und Q13, Q14 andererseits ist bei der Erfindung nicht notwendig. Die Betriebsgüte der erfindungsgemäßen Schaltung sind erheblich niedriger als beim Stand der Technik. Weil somit ein Abgleich wegfällt, lassen sich bei der erfindungsgemäßen Schaltung die Produktionskosten senken. Aufgrund der niedrigen Betriebsgüte sind auch die Transformationsverluste niedriger als beim Stand der Technik. Daher muß insbesondere die Treiberstufe b mit Q13 weniger Hochfrequenzleistung liefern und kann daher auch mit weniger Gleichstromleistung als beim Stand der Technik betrieben werden. So ergibt sich im wesentlichen die Reduktion der insgesamt vom Sender benötigten Gleichstromleistung und die damit einhergehende Vergrößerung der Lebensdauer der Batterie. Anstelle der Batterie körnte auch jeder andere elektrische Speicher für elektrische Energie verwendet werden, z. B. ein Akkumulator.

Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß für die Stabilisierung von drei Stufen a, b und c des Sendeverstärkers nur eine gemeinsame Stromquelle, nämlich die Stromsteuerstufe d, erforderlich ist. Zum Abschalten des Sendeverstärkers genügt es daher, nur diese Stromsteuerstufe d abzuschalten. Bei der bekannten Schaltung dagegen sind zur Stabilisierung von drei Verstärkerstufen drei Stromquellen-Transistoren notwendig und auch die Abschaltung ist nur aufwendig realisierbar.

Wie aus Fig. 1a der Schaltung weiter ersichtlich ist, ist ein Betriebsspannungsfilter f in Reihe zu einem spannungsgesteuerten Oszillator g geschaltet. An einem mit h gekennzeichneten Oszillatoreingang wird das niederfrequente Modulationssignal eines Mikrofons angelegt. Derartige spannungsgesteuerten Oszillatoren g werden wegen ihrer englischen Benennung "Voltage Controlled Oscillator" kurz mit VCO bezeichnet, wie aus Fig. 1a ersichtlich ist.

Parallel zum Oszillator g ist, ausweislich Fig. 1a, eine weitere Pufferstufe i geschaltet. Der Ausgang des VCO ist, mittels einer von der Pufferstufe k ausgehenden Leitung n, über eine Phasenregelschleife, eine sogenannte PLL, mit dem Steuereingang des VCO verbunden, wie aus der Leitung g von Fig. 1a und 1c zu ersehen ist. Zu dieser PLL gehört ein Frequenzteiler l, ein Phasenvergleicher k und ein Schleifenfilter s. Der Leitungsverlauf n ist aus Fig. 1a und 1d und die Verbindung p zwischen dem Frequenzteiler l und dem Phasenvergleicher k ist aus Fig. 1c und 1d zu ersehen. Am Phasenvergleicher k ist ein als Referenzfrequenz-Geber fungierender Quarz m angeschlossen. Die besondere Schaltung nach der Erfindung ist im Blockschaltbild von Fig. 2 überschaubar dargestellt. Bezugszeichenliste a Pufferstufe (Fig.1a)

b Treiberstufe (Fig.1b)

c Endstufe (Fig.1b)

d Stromsteuerstufe (Fig.1b)

e Antennenanschluß (Fig.1b)

f Betriebsspannungsfilter (Fig.1a)

g Oszillator (Fig.1a)

h Oszillatoreingang (Fig.1a)

i Pufferstufe (Fig.1a)

k Phasenvergleicher (Fig.1c)

l Frequenzteiler (Fig.1d)

m Referenzfrequenzgeber/Quarz (Fig.1d)

n Leitung zwischen i und l (Fig.1a, 1d)

o Leitung zwischen i und b (Fig.1a, 1b)

p Leitung zwischen k und l (Fig.1c, 1d)

q Leitung zwischen s und g (Fig.1a, 1c)

r Schaltungsteil (Fig.1d)

s Schleifenfilter (Fig.1c)


Anspruch[de]
  1. 1. Drahtloses Mikrofon mit einem Hochfrequenz-Sendeverstärker, der von einem elektrischen Speicher mit begrenzter Energiemenge betrieben wird, mit einem spannungsgesteuerten Oszillator (VCO) und wenigstens drei Verstärkerstufen, nämlich einer Treiberstufe (b), einer Pufferstufe und einer Endstufe (c), sowie mit einer an der Endstufe (c) angeschlossenen Antenne (e), dadurch gekennzeichnet, dass die Endstufe (c), die Treiberstufe (b) und die Pufferstufe (a) so verbunden sind, dass sich ein die Endstufe (c) durchfließender Versorgungsgleichstrom in zwei Versorgungsteilströme aufteilt, von denen einer die Treiberstufe (b) und einer die Pufferstufe (a) durchfließt, und dass die Verstärkerstufen (a, b, c) derart angeordnet sind, dass ein zu verstärkendes Hochfrequenzsignal nacheinander durch die Pufferstufe (a), die Treiberstufe (b) und die Endstufe (c) verstärkt wird.
  2. 2. Mikrofon nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem spannungsgesteuerten Oszillator (VCO) eine weitere Pufferstufe (h) parallel geschaltet ist.
  3. 3. Mikrofon nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Betriebsspannungsfilter (f) in Reihe mit dem spannungsgesteuerten Oszillator (VCO) geschaltet ist.
  4. 4. Mikrofon nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Stromsteuerstufe (d) vorgesehen ist zum An- und Abschalten und zur Stabilisierung der Verstärkerstufen (a, b, c).






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