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Schaltungsanordnung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung mit einem ersten Transistor, vorzugsweise einen Schichttransistor, an dessen Emitter-Basiskreis ein Eingangssignal geführt wird und einem oder mehreren weiteren Transistoren, vorzugsweise Schichttransistoren, deren Emitter-Kollektor-Strecken in Reihe mit dem Kollektorkreis des ersten Transistors und in Reihe mit einer Belastung an eine Speisequelle angeschlossen sind.
Bei manchen Anwendungen, bei denen verhältnismässig hohe Signalspannungen erforderlich sind, beispielsweise beim Betrieb von Kathodenstrahlröhren, können in den üblichen Schaltungsanordnungen infolge der Beschränktheit der zulässigen Spannungen keine vorliegenden Transistoren Anwendung finden. Dies gilt insbesondere für sogenannte Hochfrequenztransistoren.
Die Erfindung gründet sich auf die Erwägung, dass, wenn ein einziger Transistor nicht ohne Gefahr wiederholter Durchschläge mit einer erforderlichen Spannung betrieben werden kann, die Verwendung einer Anzahl Transistoren, die in bezug auf diese Spannung effektiv in Reihe geschaltet sind, eine mögliche Lösung schafft, sofern jeder Transistor einen richtig bemessenen Teil dieser Spannung führt. Diese gleichmässige Verteilung soll dabei nicht nur für Gleichspannung, sondern auch für Wechselsignalspannungen gelten.
Der Hauptzweck der Erfindung ist der, eine Lösung für das Problem zu schaffen, wie eine solche gleichmässige Verteilung aufrechterhalten werden kann.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Potentiometer effektiv parallel zu den in Reihe geschalteten Transistoren geschaltet ist, wobei Anzapfungen des Potentiometers mit den Basen der Transistoren, den ersten ausgenommen, derart verbunden sind, dass die Emitter-Kollektor-Potentialdifferenz jedes so gesteuerten Transistors ungeachtet des Eingangssignals einen vorgeschriebenen Teil der Speisespannung nicht überschreiten kann.
Wenn es nebst dem ersten Transistor mehrere Hilfstransistoren gibt, sind die mit den Basiselektroden verbundenen Anzapfungen in der gleichen Reihenfolge wie die respektiven Hilfstransistoren über das Potentiometer verteilt. Wenn sämtliche Hilfstransistoren gleich bemessen sind und die Anzapfungen in gleichen Abständen voneinander angebracht sind, so ergibt sich, wenn man zunächst von der Wirkung der Basisströme auf das Potentiometer absieht, im Betrieb nahezu die gleiche Potentialdifferenz zwischen dem Emitter und dem Kollektor jedes Hilfstransistors. Diese Aufgabe kann vom Potentiometer erfüllt werden, sogar mit einer verhältnismässig einfachen Schaltungsanordnung, bei der die einzigen Verbindungen zwischen den Hilfstransistoren und dem Potentiometer die Verbindungen zwischen den Basiselektroden und den Anzapfungen sind.
Eine solche Schaltungsanordnung erfordert jedoch, dass ein Endglied des Potentiometers eine Stromkomponente führt, die gleich der Summe der Basisströme sämtlicher Hilfstransistoren ist, so dass die gleichmässige Spannungsverteilung nicht bei allen Strömen erhalten bleibt. Dies kann dadurch vermieden werden, dass weitere Verbindungen zwischen den Emittern der Hilfstransistoren und dem Potentiometer vorgesehen werden ; auf diese Weise ergibt sich eine Wiederverteilung des Stromes bei den zuletzt erwähnten Verbindungen, so dass in Gliedern an den beiden Enden des Potentiometers der Strom der gleiche ist.
Bei einer solchen Schaltungsanordnung verhält sich jeder Hilfstransistor wie ein Emitterverstärker (ähnlich wie ein Kathodenverstärker), wobei die Emitterspannung der Basisspannung sehr gut folgt ; weil die einzelnen Basiselektroden der Hilfstransistoren nahezu auf Spannungen gehalten werden,
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die bestimmte Teile der gesamten Potentialdifferenz sind, die sich über den Reihenschaltungen der Emitter-Kollektor-Kreise als Ganzes ergibt, iet der Verlauf der Emitterspannungen auch nahezu der gleiche, so dass die erforderliche Wirkung erzielt wird.
Im übrigen sei bemerkt, dass die Emitterverstärkerwirkung nicht erfolgen kann, wenn die Basis-und Emitterelektroden eines Hilfstransistors mit dem gleichen Potentiometer verbunden sind ; deshalb wird im betreffenden Beispiel ein Potentiometerorgan beschrieben, das zur Vermeidung dieser Schwierigkeit eine Anzahl effektiv parallel geschalteter Zweige enthält.
Der erste Transistor kann an dem der Belastungsimpedanz abgewendeten Ende der Reihenschaltung liegen, in welchem Falle dieser Transistor mit geerdeter Basis oder mit geerdetem Emitter geschaltet sein kann. Die Belastungsimpedanz kann jedoch auch unmittelbar mit dem Emitter des ersten Transistors verbunden sein.
Schaltungsanordnungen nach der Erfindung sind für Wechselstromsignalverstärkung oder für Gleichstromverstärkung verwendbar. Die Eingangsorgane können aus mit einer Signalquelle zu verbindenden Leitern oder Klemmen oder aus einem Eingangskopplungstransformator bestehen ; anderseits können die Eingangsorgane auch eine wirkliche Signalquelle enthalten, deren Signale verstärkt werden müssen.
Bei Schaltungsanordnungen nach der Erfindung können Schichttransistoren oder andere Transistorarteji. wie beispielsweise Spitzenkontakttransistoren oder Feldeffekttransistoren, Anwendung finden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung, bei denen Schichttransistoren Verwendung finden, werden nachstehend an Hand der beiliegenden schematischen Zeichnungen näher erläutert.
Fig. 1 ist das Schaltbild einer einfachen Schaltungsanordnung, die einen ersten Transistor mit geerdeter Basis und weiter einen Hilfstransistor enthält und Fig. 2 eine ähnliche Schaltungsanordnung, bei der der erste Transistor mit geerdetem Emitter betrieben wird. Die Fig. 3 und 4 stellen Schaltungsanordnungen dar, die einen ersten Transistor und vier Hilfstransistoren enthalten, Fig. 5 zeigt eine Pseudogegentaktschaltung mit zwei Kreisen, die je der Schaltungsanordnung nach Fig. 2 entsprechen, Fig. 6 eine Schaltungsanordnung mit Emitterausgang, Fig. 7 die Anwendung eines zusätzlichen Emitterverstärkers im Ausgangskreis und Fig. 8 eine Schaltungsanordnung, bei der sowohl p-n-p als auch n-p-n Schichttransistoren Anwendung finden.
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Das Potentiometer enthält Widerstände p. und R3 und ist effektiv parallel zur Reihenschaltung der Emitter-Kollektor-Kreise geschaltet, wobei die Basis des Hilfstransistors mit einer gesonderten Anzapfung t2 des Potentiometers verbunden ist ; das Potentiometer R-Rg ist derart mit der erwähnten Reihenschaltung verbunden, dass es die Potentialdifferenz über dem Emitter-Kollektor-Kreis des Hilfstransistors auf einem Wert halten kann, der etwa die Hälfte der sich über der erwähnten Reihenschaltung ergebenden Potentialdifferenz ist. Der Emitter des Transistors TR folgt dessen Basis infolge der Emitterverstärkerwirkung, und
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wa in der Mitte zwischen der Spannung des Kollektors von TR, und Erde liegt.
Auf diese Weise ist die über den beiden Transistoren zulässige Gesamtspannung etwa gleich dem Zweifachen der über einem Transistor zulässigen Spannung.
In einem typischen Falle kann der Transistorbasisstrom beispielsweise l% des Emitterstromes betragen, so dass, wenn der Strom im Spannungsteiler Rzund R3 beispielsweise gleich 10% des Emitterstromes gemacht wird, die Basisspannung von TR, nahezu nicht vom in R, und R3 fliessenden Basisstrom beeinflusst
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: und R3beiden Transistoren etwa die gleiche.
Der Eingang enthält Klemmen 11 und li zur Verbindung mit einer Signalquelle. In dem Mass wie der Eingangsstrom i, geändert wird, ändert sich der Spannungsabfall über RI, wodurch die Gesamtspannung über den beiden Transistoren geändert wird ; weil jedoch die Basis des Transistors TR, auf einer Spannung gehalten wird, die etwa zur Hälfte zwischen der Kollektorspannung des TR2 und Erde liegt, bleiben, ungeachtet des Wertes von i., die Spannungen über den beiden Transistoren etwa die gleichen.
Die Schaltungsanordnung nach Fig. 2 unterscheidet sich von der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 dadurch, dass der erste Transistor TR1 mit geerdetem Emitter geschaltet ist. Ein Widerstand kann in Reihe
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TR1TR TR, in einer verhältnismässig einfachen Schaltung, bei der die einzigen Verbindungen zwischen den Hilfstransistoren und dem Potentiometer die Verbindungen zwischen den Basiselektroden und den Anzapfungen L-t sind. Wenn sämtliche Hilfstransistoren gleich bemessen und die Anzapfungen in gleichen
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Abständen voneinander angeordnet sind, ergeben sich, wenn man zunächst von der Wirkung der Basisströme auf das Potentiometer absieht, im Betrieb nahezu gleich grosse Potaentialdifferenzen zwischen dem Emitter und Kollektor jedes Hilfstransistors.
Diese Schaltungsanordnung erfordert jedoch, dass der Wider-
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Strom aufrechterhalten werden würde. Wie bereits erwähnt, kann dies dadurch vermieden werden, dass weitere Verbindungen zwischen den Emittern der Hilfstransistoren und dem Potentiometer vorgesehen werden, so dass sich eine Schaltung ergibt, bei der jeder Hilfstransistor sich wie ein Emitterverstärker verhält.
Ein Beispiel einer solchen Schaltungsanordnung ist in Fig. 4 dargestellt.
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wenn grössere Ausgangsspannungen erforderlich sind.
Zusätzliche Verbindungen zwischen den Hilfstransistoren und dem Potentiometer sind in Form von Verbindungen mit den Emittern dieser Transistoren angebracht, und bei diesen Verbindungen wird der Strom aufs neue verteilt, so dass die Ströme in den Gliedern an beiden Enden des Potentiometers die gleichen sind. Dieses Potentiometer besteht hiebei aus einer Anzahl Potentiometern R2, R3, R4 und R5, R6, wobei diese Potentiometer so angeschlossen sind, dass jedes Potentiometer sich über die Emitter-KollektorKreise zweier hintereinander liegender Hilfstransistoren erstreckt, während es nur eine einzige Basisverbindung gibt ; diese Schaltung ermöglicht Emitterverstärkerwirkung bei sämtlichen Hilfstransistoren, welche Wirkung unmöglich wäre, wenn nicht nur die Basis-, sondern auch die Emitterelektroden mit dem gleichen Potentiometer verbunden wären.
Infolge der Emitterverstärkerwirkung folgt die Emitterspannung genau der Basisspannung. Da die einzelnen Basiselektroden der Hilfstransistoren nahezu auf Spannungen gehalten werden, die bestimmte Teile des gesamten Spannungsunterschiedes sind, der sich über der Reihenschaltung der Emitter-Kollektor-Kreise als Ganzes ergibt, folgen die Emitterspannungen gleichfalls, so dass die verlangte Wirkung erzielt wird.
Da der erste Transistor sich an seinem Kollektor nahezu wie eine Einrichtung mit konstantem Strom und hohem Innenwiderstand verhält und weil die Hilfstransistoren sich an ihren Emittern als Elemente mit niedriger Impedanz und an ihren Kollektoren als Elemente mit hoher Impedanz verhalten, verursacht der Strom, der die Emitter-Kollektor-Strecke des ersten Transistors durchfliesst, dass nahezu der gleiche Strom zum Emitter des nächstfolgenden Hilfstransistors fliesst, so dass der Kollektor dieses Hilfstransistors dann bewirkt, dass nahezu der gleiche Strom zum Emitter des nächsten Transistors fliesst, usw. bis zur BeLastung. Auf diese Weise wird der Belastungsstrom nahezu völlig vom ersten Transistor bestimmt.
Wie man bemerken wird, gibt es in der Schaltungsanordnung nach Fig. 4 kein Potentiometer, das die gesamte Reihenschaltung der Transistoren überstreicht, wenn eine gerade Zahl von Hilfstransistoren Anwendung findet, die Widerstände R-R, jedoch bilden zusammen das Potentiometer, das aus den Zweigen R.-R und R. R.-Rg besteht, die für die Emitter-Basis-Strecken der Transistoren effektiv parallel geschaltet sind, und dieses Potentiometer ist als Ganzes effektiv parallel zur Reihenschaltung der Transistoren geschaltet, derart, dass die Potentialdifferenz über der Emitter-Kollektor-Strecke jedes Transistors auf : lnem Wert gehalten wird, der etwa 1/5 der Gesamtpotentialdifferenz ist, die sich über dieser Reihenschaltung ergibt.
Zwei Schaltungsanordnungen von der in Fig. 2 oder Fig. 4 dargestellten Art können in einer üblichen ? seudogegentaktschaltung geschaltet werden zum Erzielen einer Ausgangsspannung, die symmetrisch ge- genüber Erde ist. Fig. 5 zeigt eine derartige Schaltungsanordnung, bei der zwei Schaltungsanordnungen rR1, T und TR1a' TR2a Anwendung finden, die je der Schaltung nach Fig. 2 entsprechen und bei denen lie ersten Transistoren TRi und TR1 einen hohen gemeinsamen Emitterwiderstand aufweisen.
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 ist die Belastung R1 am entgegengesetzten Ende der Transistor- reihenschaltung wie bei den Schaltungsanordnungen nach Fig. 1-5 angeordnet. Auf diese Weise wirkt diese Schaltungsanordnung als Emitter verstärkerschaltung.TR1 ist der erste Transistor, während TR der Hilfs- lansistor ist ; erwünschtenfalls können mehrere Hilfstransistoren Verwendung finden..
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werden, wobei TR3 sich als eine der Verbindungen verhalten würde, durch die das Potentiometer effektiv parallel zur Reihenschaltung der Transistoren geschaltet ist.
Wenn sämtliche verwendeten Transistoren etwa gleich bemessen sind, liegt die Gefahr vor, dass übermässig hohe Spitzenspannungen über dem Transi- stor TR3 auftreten, weil diese Spannungen mit den Spannungen vergleichbar sind, die sich über der Rei-
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siselektrode mit einer Anzapfung t4 der Belastung Rl verbunden ist. Die so erzielte Schaltungsanordnung kann wie eine Schaltungsanordnung betrachtet werden, die aus der Kombination einer Schaltung nach Fig. 2 mit einer Schaltung nach Fig. 6 besteht.
Wenn die Impedanz der Basiselektrode von TR2 weiter herabgesetzt werden soll, können diese 3asis- elektrode und die Anzapfung t2 über einen weiteren Transistoremitterverstärker TR, verbunden werden, wie dies gestrichelt angegeben ist.
Die Schaltungsanordnung nach Fig. 8 benutzt eine symmetrische Schaltungsanordnung von n-p-n und p-n-p-Transistoren zur Erzeugung eines erdsymmetrischen verstärkten Ausganges. Die Szhaltungsanordnung der Transistoren TR1, TR2 (mit den Widerständen R1-RS > entspricht im wesentlichen der Schaltung
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2. DieTR1-TRz-Kreises, der durch Anwendung von n-p-n Transistoren erzielt wird. Diese Schaltungsanordnung kann verschiedentlich verwendet werden. Der Punkt C kann mit einer Mittelanzapfung der Batterie verbunden werden, in welchem Falle eine erdsymmetrische Eingangssteuerspannung zwischen die Punkte A und B gelegt werden kann.
Wenn jedoch der Punkt C nicht mit der Batterie verbunden wird und einer der beiden Punkte A und B mit der Mittelanzapfung der Batterie verbunden wird, wird der Punkt C durch Emitterverstärkerwirkung auf der gewünschten Spannung gehalten. Die Eingangsspannung kann dann zwischen den Punkten A und B angelegt werden.
Dieser Gedanke kann dadurch weiter ausgeführt werden, dass die Mittelanzapfung der Batterie völlig fortgelassen und entweder der Punkt A oder der Punkt B mit der Mitte eines strichliert dargestellten Potentiometers verbunden wird, das über den Punkten D und E geschaltet ist. Dieses Potentiometer sorgt dafür, dass die Spannungen über den zwei mittleren Transistoren nahezu gleich sind. Die Signalspannung wird zwischen den Punkten A und B angelegt, wie vorstehend bereits erwähnt ist. Wenn der Eingang auf diese Weise gegen die Mittelanzapfung der Batterie isoliert ist, können die beiden Belastungen R1 und R1a an einem Ende des Kreises angebracht und kann ein beliebiger Punkt des Systems mit Erde verbunden werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Schaltungsanordnung mit einem ersten Transistor, vorzugsweise einem Schichttransistor, an dessen Emitter-Basis-Kreis ein Eingangssignal geführt wird, und einem oder mehreren weiteren Transistoren, vorzugsweise Schichttransistoren, deren Emitter-Kollektor-Strecken in Reihe mit den Kollektorkreis des ersten Transistors und in Reihe mit einer Belastung an eine Speisequelle angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, dass ein Potentiometer (R--RJ effektiv parallel zu den in Reihe geschalteten Transistoren (TR., TR.) geschaltet ist, wobei Anzapfungen dieses Potentiometers (R2-R3)mit den Basiselektroden der Transistoren (TRJ, den ersten (TR1) ausgenommen, verbunden sind, deiart,
dass die Emitter-KollektorPotentialdifferenz jedes so gesteuerten Transistors ungeachtet des Eingangssignals einen vorgeschriebenen Teil der Speisespannung nicht überschreiten kann.