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Niederfrequenzverstärkerschaltung mit einem Paar von in
Gegentaktanordnung befindlichen Transistoren gleicher Leitfähigkeitstype
Die vorliegende Erfindung betrifft Niederfrequenz-Gegentaktverstärkerschaltungen. insbesondere sol- che der Klasse B, die mit Transistoren arbeiten und als Niederfrequenzverstärker in Rundfunkempfängern u. dgl. verwendet werden sollen.
Man kennt zwei Hauptarten von mit Transistoren arbeitenden Gegentaktverstärkerschaltungen. Die eine verwendet Transistoren gleicher Leitfähigkeitstype. Im allgemeinen erfordert diese Schaltung einen
Ausgangstransformator und einen Eingangstransformator, um eine für die Gegentaktarbeitsweise passende
Phasenbeziehung zu sichern. Die andere Art von mit Transistoren arbeitenden Gegentaktverstärkern be- zeichnet man als Komplementär-Gegentaktverstärker. Dieses System arbeitet mit Transistoren von ent- gegengesetzter Leitfähigkeit, besitzt nur ein Ende und erfordert weder einen Eingangs-, noch einen Aus- gangstransformator.
Obgleich dies ein sehr grosser Vorteil ist, muss man doch grosse Sorgfalt hinsichtlich der Auswahl der Transistoren anwenden, damit sich deren Kennlinien möglichst weitgehend gleichen ; im andern Fall wäre die Schaltung nicht symmetriert und ihr Verhalten wäre dann nicht ganz zufriedenstel- lend. Daher wird man in jenen Fällen, in denen Transistoren ungleicher Leitfähigkeitstype nicht erhält- lich sind oder aus Gründen wirtschaftlicher oder sonstiger Art eine genaue Auswahl von zueinanderpassen- den Transistoren nicht möglich ist, die Gegentaktschaltung mit Transistoren gleicher Leitfähigkeitstype bevorzugen.
Die vorliegende Erfindung ist nun auf eine verbesserte Niederfrequenzverstärkerschaltung mit einem
Paar von in Gegentaktanordnung befindlichen Transistoren gleicher Leitfähigkeitstype, u. zw. jener Art gerichtet, deren Kollektorelektroden direkt mit je einem Ende der mittelangezapften Schwingspule eines
Lautsprechers verbunden sind, und wobei die Sekundärwicklung eines Eingangstransformators mit ihren
Enden mit den Basiselektroden und mit ihrem Mittelpunkt mit den Emitterelektroden der Transistoren verbunden ist. Im Gegensatz zu bekannten ähnlichen Gegentaktverstärkern dieser Art wird vorliegenden- falls eine Schaltung angestrebt, die einen Ausgangstransformator nicht benötigt.
Bei einer Verstärkerschaltung der eben genannten Art kennzeichnet sich die vorliegende Erfindung dadurch, dass zwei Gleichstromrückführungen vorgesehen sind, welche je zwischen ein bezügliches Ende der Schwingspule und den Mittelpunkt der genannten Sekundärwicklung geschaltet sind und wobei die
Verbindung, die zwischen dem Mittelpunkt der Sekundärwicklung und den Emitterelektroden besteht, einen Widerstand enthält.
Eines der Probleme, dem man sich beim Entwurf eines mit Transistoren arbeitenden Verstärkers ge- genübersieht, besteht in der Tendenz des Transistors, seinen Arbeitspunkt zu verschieben. Diese Arbeits- punktverschiebungen können durch Änderungen der Temperatur der Umgebung, durch Änderungen der
Transistorparameter und durch Änderungen der Speisespannung hervorgerufen werden. Änderungen des Ar- beitspunktes führen zu einer unbefriedigenden Wirkungsweise der Schaltung und können die Ursache von
Verzerrungen sein. Zwar sind Stabilisierungsschaltungen für mit Transistoren arbeitende Gegentaktver- stärkerschaltungen bekannt, sie benötigten jedoch im allgemeinen die Verwendung von Temperaturaus- gleichselementen wie Thermistoren oder Halbleiterdioden, beides ziemlich teure Bauelemente.
Andere
Schaltungen verwenden Vorspannungsnetzwerke mit gebräuchlichen Widerständen, die aber für gewöhn- lich eine unerwünschte Signalabschwächung einführen und so den Verstärkungsgrad des Verstärkers her-
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absetzen. Die erfindungsgemässe Schaltung vermeidet diese Nachteile in weitem Masse.
In den schematischen Zeichnungen. zeigt Fig. 1 als Beispiel für die Anwendung der Erfindung das Schaltbild eines Rundfunkempfängers, der mit einer erfindungsgemässen Gegentakt-Niederfrequenzstufe ausgestattet ist, und Fig. 2 das Schaltbild einer abgeänderten Niederfrequenz-Gegentaktverstärkerstufe nach der Erfindung. In beiden Figuren sind gleiche Teile mit gleichen Bezugsziffern versehen.
Der dargestellte Rundfunkempfänger weist eine Antenne 8 auf, welche die empfangenen Signale einem Umformer 10 zuführt. Der Umformer 10 könnte ein. Transistor sein, der so geschaltet ist, dass er ein Oszillatorsignal erzeugt und dieses mit dem empfangenen Hochfrequenzsignal mischt, er könnte aber auch getrennte Oszillator- und Mischerschaltungen umfassen. Zusätzlich könnte, wie dies gebräuchlich ist, dem Umformer auch eine separate Hochfrequenzverstärkerstufe vorgeordnet sein. Das vom Empfänger 10 erzeugte Zwischenfrequenzsignal wird dem ZF-Verstärker 12 zugeführt. Das verstärkte ZF-Signal wird einem zweiten Detektor 14 zugeführt, welcher dazu dient, die modulierenden Komponenten von der Trägerwelle zu sondern und ein niederfrequentes Signal hervorzubringen. Das niederfrequente Signal wird der Basis 22 eines den Niederfrequenzteil treibenden Transistors 16 zugeführt.
Der Transistor 16 kann ein Verbundtransistor der P-N-P-Type sein und weist ausser der Basis 22 einen Kollektor 18 und einen Emitter 20 auf.
Zwecks Erzeugung von Vorspannung für den Treibertransistor 16, ist sein Emitter 20 über einen Stabilisierungswiderstand 24 an die positive Klemme einer Gleichstrombatterie 26 geschaltet, deren negative Klemme geerdet ist. Eine Signalverminderung über dem Stabilisierungswiderstand 24 wird dadurch verhindert, dass. ein das Signal kurzschliessender Kondensator 28 mit dem Stabilisierungswiderstand 24 parallelgeschaltet ist. Ein Basisvorspannwiderstand 30 ist zwischen die Basis 22 und Masse gelegt. Die Kollektor-oder Ausgangselektrode 18 des Transistors 16 ist über die Primärwicklung 31 eines Kopplungstransformators 32 an Masse gelegt. Der Kopplungstransformator beinhaltet die Sekundärwicklung 33.
Eine Klemme der Sekundärwicklung 33 des Transformators 32 ist mit der Basiselektrode 40 des einen
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eines zweiten Ausgängstransistors 42 verbunden ist. In Fig. 1 sind beide Transistoren 34 und 42, die so geschaltet sind, dass sie als Klasse-B-Verstärker arbeiten, Verbundtransistoren der P-N-P-Type. Der Transistor 34 weist einen Kollektor 36 und einen Emitter 38 zusätzlich zur Basis 40 und der Transistor 42 einen Kollektor 44 und einen Emitter 46 zusätzlich zur Basis 48 auf. Um ein nach vorne vorspannendes Potential für die Transistoren 34 und 42 zu liefern, sind ihre Emitter 38 bzw. 46 mit der positiven Klemme der Vorspannungsbatterie 26 verbunden.
Die Kollektor- oder Ausgangselektroden der Transistoren 34 und 42 sind mit den Klemmen der mittelangezapften Schwingspule 50 des Lautsprechers 51 verbunden. Die Mittelanzapfung der Schwingspule liegt an Masse. Um höherfrequente harmonische Signalfrequenzen auszuschliessen und dadurch eine Übersprechverzerrung möglichst zu verkleinern, ist die Lautsprecherschwingspule 50 durch einen Kondensa tor 52 überbrückt. Die Emitter 38 und 46 der Ausgangstransistoren sind über einen Widerstand 54 mit dem Mittelpunkt der Sekundärwicklung 33 des Kopplungstransformators 32 verbunden. Um den Arbeitspunkt der Schaltung zu stabilisieren, sind die Kollektoren 36 und 44 der Gegentaktverstärkertransistoren 34 und 42 über Rückführungswiderstände 56 bzw. 58 mit dem Anzapfungspunkt der Sekundärwicklung 33 verbunden.
Im Betrieb wird das an der Basis40 des Ausgangstransistors 34 vorhandene Signal stets gleiche Amplitude wie das Signal an der Basis 48 des andern Ausgangstransistors 42 aufweisen, aber diese Signale werden in Gegenphase sein, weil der Eingangstransformator eine Gegentaktschaltung aufweist. Ist beispielsweise das Signal an der Basis40 negativ, so führt der Transistor 34 Spannung und es fliesst ein Signalstrom vom Kollektor durch die eine Seite (die linke Hälfte 50a) der Schwingspule 50 des Lautsprechers zur Masse. Der andere Ausgangstransistor 48 ist während dieser Halbwelle nichtleitend. Während der nächsten Halbwelle wird das. Signal an der Basis 40 positiv, das Signal an der Basis 48 negativ sein.
Demgemäss wird der Transistor 42 leitend und es fliesst Signalstrom durch die andere Hälfte, nämlich die rechte, 50b, der Schwingspule 50 des Lautsprechers 51. Während dieser Halbwelle wird der erste Transistor 34 ausser Tätigkeit sein. Das Ergebnis ist ein Gegentakf-Ausgangssignal über der Schwingspule 50 des Laut- sprechers. Während, um eine Ruhevorspannung an den Transistoren 34 und 42 zur Verfügung zu haben, ein Gleichstrom in der Schwingspule 50 des Lautsprechers 51 fliessen darf, wird der Gleichstrom, der in den beiden Abschnitten der Schwingspule 50 fliesst, eine Magnetisierung in entgegengesetzten Richtungen bewirken, so dass die Nutzmagnetisierung Null ist.
Der Gleichstromkollektor-Stromfluss jedes der Ausgangstransistoren 34 und 42 verursacht einen Spannungsabfall über dem Widerstand, den jede der Schwingspulenhälften 50 vorstellt. Diese Spannungsabfälle werden dazu verwendet, um den Ruhearbeitspunkt der Schaltung zu stabilisieren. Es sei, als Beispiel,
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angenommen, dass der Kollektorstrom des Transistors 34 aus irgendeinem Grunde ansteige, etwa als Folge eines Anstieges der Aussentemperatur bzw. den Ersatz durch einen Transistor der in der Schaltung mit ver- schiedenen Parametern arbeitet, oder einer Änderung der Spannung der Speisebatterie. Dieser vergrösserte
Kollektorstromfluss wird einen Spannungsabfall über dem durch die Schwingspule 5 ()' dargestellten Wideri stand zwischen dem Kollektor 36 und Masse zur Folge haben, wodurch der Kollektor 36 weniger negativ wird.
Dies will besagen, dass eine Vergrösserung des Kollektorstromes des Transistors 34 einen Abfall der
Kollektorspannung dieses Transistors zur Folge haben wird, u. zw. zufolge des Gleichspannungsabfalles uber der Schwingspule 50 des Lautsprechers. Dieser Spannungsabfall wird mittels der Rückführungsschal- tung, welche den Widerstand 56 und die obere Hälfte der Sekundärwicklung 33 einschliesst, der Basis 40 des Ausgangstransistors 34 zugeführt. Die Vorwärts-Basis-Emitterspannung des Transistors 34 nimmt dem- gemäss ab, wodurch auch der Kollektorstrom dieses Transistors abfällt. Demgemäss wird die ursprüngliche
Vergrösserung des Kollektorstromes durch den Rückführungskreis ausgeglichen.
Indem die Gleichstrom- rückführung aus Gründen der Stabilisierung vorgesehen ist, wird die Rückführung von verstärkungsvermin- dernden Wechselstromsignalen zu den Basiselektroden auf ein Minimum verringert. Dieses Ergebnis tritt deshalb ein, weil die Grösse des Widerstandes 54 relativ klein gewählt wird, besonders verglichen mit der
Eingangsimpedanz des Transistors vermehrt um die Impedanz der Sekundärwicklung des Transformators 33.
Es ist ferner festzuhalten, dass der Rückführungswiderstand 58 die Stabilisierung des Arbeitspunktes des Transistors 42 ähnlich wie die Stabilisierung des Transistors 34 bewirkt. Zusätzlich wird eine aus ir- gendeinem Grunde erfolgende Verminderung des Kollektorstromes eine Zunahme der Kollektorspannung bewirken, u. zw. vermöge des vergrösserten Gleichstromabfalles über dem Widerstand, den die Schwing- spule 50 vorstellt. Auf diese Weise vergrössert sich die Vorwärtsspannung und der Kollektorstrom, um den ursprünglichen Abfall des Kollektorstromes auszugleichen. Demnach dienen die Rückführungsschaltungen dazu, den Kollektorstrom der Ausgangstransistoren konstant zu halten, unbeschadet ob ursprünglich eine
Zunahme oder eine Abnahme des Kollektorstromes auftritt.
Im folgenden werden die Grössen der verschiedenen Schaltungsbestandteile eines erfolgreich in eine-n
Rundfunkempfänger verwendeten, erfindungsgemässen Gegentakt-Niederfrequenzverstärkers angeführt :
EMI3.1
<tb>
<tb> Transistoren <SEP> 34 <SEP> und <SEP> 42 <SEP> RCA <SEP> Type <SEP> 2N406
<tb> Batterie <SEP> 26 <SEP> 4, <SEP> 5 <SEP> V <SEP>
<tb> Lautsprecherschwingspule <SEP> 50 <SEP> Gesamtwiderstand <SEP> 128 <SEP> Ohm
<tb> (64 <SEP> Ohm <SEP> pro <SEP> Seite)
<tb> Widerstände <SEP> 34,56 <SEP> und <SEP> 58 <SEP> 100 <SEP> ; <SEP> 5600 <SEP> bzw. <SEP> 5600 <SEP> Ohm
<tb> Koddensator <SEP> 52 <SEP> 0, <SEP> 5fF.
<tb>
In Fig. 2 ist ein Gegentakt-Niederfrequenzausgangsverstärker von grundsätzlich gleicher Bauweise wie jener nach Fig. 1 dargestellt. Gemäss Fig. 2 sind jedoch die Transistoren 60 und 70 beide N-P-NVerbundtransistoren, d. h. sie gehören der entgegengesetzten Lauttähigkeitstype an, wie jene die gemäss der Fig. 1 verwendet werden. Der eine Transistor 60, weist einen Kollektor 62, einen Emitter 64 und eine Basis 66 auf. Der andere Transistor 70 umfasst einen Kollektor 72, einen Emitter 74 und eine Basis 76. Ein Unterschied nach Fig. 2 besteht ferner darin, dass die positive Klemme der Batterie 26 über die bezüglichen Hälften der Lautsprecherschwingspule 50 mit den Kollektoren 62 und 72 der Ausgangstransistoren 60 und 70 verbunden ist und nicht mit den Emittern, wie gemäss Fig. 1.
Die Emitter 64 und 74 der Ausgangstransistoren sind an Masse gelegt. In anderer Hinsicht ist die Schaltung nach Fig. 2 ähnlich der Ausgangsschaltung des Empfängers gemäss Fig. 1 und arbeitet in derselben Weise, aber mit Spannun- gen entgegengesetzter Polarität.
Transistorische Gegentaktverstärker nach der Erfindung sind relativ einfach aber dennoch von verlans- licher Wirkungsweise. In diesen Schaltungen wird der gebräuchliche Ausgangstransformator vermieden und die Schwingspule des Empfängerlautsprechers dient als Ausgangslastwiderstand. Die Spannungsenderungen über der Lautsprecherschwingspule stellen ein Mittel zur Stabilisierung der Arbeitsspannung des Ruhezustandes der Schaltung vor, ohne dass hiezu besondere kompensierende Elemente erforderlich wären.
Demgemäss gewährt die Erfindung eine befriedigende Stabilisierung des Arbeitspunktes mit geringsten Kosten.
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