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Die Erfindung bezieht sich auf zwei- oder mehrstufige Transistorverstärker, und verfolgt das Ziel, eine den verschiedenen Anforderungen gerecht werdende Stabilität des Verstärkers gegen Temperatur- änderungen und elektrische Überlastung, z. B. Kurzschluss der Last oder Überspannung, und eine weitgehende Anpassung an verschiedene Betriebsfälle zu sichern.
Zur Erhöhung der Stabilität von Transistorschaltungen gegenüber einer Erhöhung der Umgebungstemperatur, sei es durch Einwirkung äusserer Wärmequellen oder durch die Erwärmung, die von der Verlustleistung der Transistoren selbst herrührt, wurden bereits mehrfach Vorschläge gemacht.
Die einfachste Möglichkeit zum Schutz eines Transistors vor Zerstörung durch seine eigene Verlustwärme besteht in einer engen thermischen Kopplung mit geeigneten Materialien, die so beschaffen und angeordnet sind, dass sie eine möglich rasche Ableitung der entsprechenden Wärme ermöglichen (vgl. z. B. die RCA-Publikation "Transistor I", März 1956, S. 386 und 526). Es wurden auch bereits mehrfach Wege aufgezeigt, um mittels temperaturabhängiger Schaltelemente eine Erhöhung der Stabilität gegen- über Änderungen der Umgebungstemperatur zu gewährleisten (vgl. z. B. die franz. Patentschrift Nr. 1. 109. 825). Ferner wurde bereits vorgeschlagen, den thermisch zu stabilisierenden Transistor so eng wie möglich mit den kompensierenden Schaltelementen zu koppeln.
Diesen Methoden gemeinsam ist, dass jeweils nur eine Stufe stabilisiert wird und weiterhin, dass die stabilisierenden Elemente selbst an der Verstärkung nicht teilnehmen.
Es ist weiters bekannt, Transistoren in Verstärkern gleichstrommässig zu koppeln. Durch geeignete Wahl des Arbeitspunktes und der Schaltelemente ist es dabei möglich, das Ausgangspotential einer Stufe dem erforderlichen Eingangspotential der folgenden Stufe anzugleichen.
Der somit gegebene Verzicht auf eine gleichstrommässige Trennung der Verstärkerstufen hat den Vorteil, dass praktisch keine untere Grenze der übertragbaren Frequenz gegeben ist, so dass sich solche Verstärker zur Übertragung von Gleichspannungen und Impulsen eignen. Zudem kommt der geringere Aufwand an Schaltmittel, was wieder einen gedrängteren Aufbau gestattet.
Als Nachteil dieser Schaltungen sind allerdings Schwierigkeiten bei der Sicherung der thermischen und elektrischen Stabilität hinzunehmen, da insbesondere bei mehreren Stufen schon geringfügige Änderungen der Transistorströme, hervergerufen z. B. durch relativ kleine Temperaturänderungen zufolge der multiplizierenden Wirkung der Stromverstärkungsfaktoren der folgenden Stufen, die Stabilität der Anordnung in Frage stellen. Bei gleichstromgekoppelten Verstärkern in Emitter-Basisschaltung bewirkt z. B. eine Erhöhung des Kollektorstromes einer Stufe eine Erniedrigung des Kollektorstromes der folgenden Stufe, und damit unter Umständen eine unzulässige Verschiebung des Arbeitspunktes.
Gerade dieser Effekt wird jedoch gemäss der Erfindung zur Erhöhung der Stabilität gegenüber unzulässiger Erwärmung ausgenützt. Die Gründe für die unzulässige Erwärmung können hiebei verschieden sein, vor allem aber in einer Überschreitung der zulässigen Verlustleistung liegen.
Dieses Ziel wird dadurch erreicht, dass ein mindestens zweistufiger, gleichstromgekoppelter Transistorverstärker vorgesehen ist, bei dem eine Vergrösserung des Stromes in einer Stufe eine Verminderung des Stromes in der folgenden Stufe bewirkt, und der dadurch gekennzeichnet ist, dass die Transistoren ausser der elektrischen Schaltung untereinander mittels zusätzlicher an sich bekannter wärmeleitender Brücken auch thermisch gekoppelt sind, so dass zwischen den Transistoren ein unmittelbarer Wärmeausgleich stattfinden kann.
Durch die Anwendung dieser Massnahmen gelingt es, bei entsprechender Dimensionierung der Komponenten der Schaltung ohne zusätzliche Stabilisierungselemente eine hohe Stabilität der Anordnung gegen jede thermische Belastung zu sichern. Da bei dieser Anordnung die Lage der Arbeitspunkte der einzelnen Transistoren in der Weise voneinander abhängt, dass der Arbeitspunkt des folgenden Transistors von der Lage des Arbeitspunktes im vorhergehenden mitbestimmt wird, während durch die thermische Kopplung der Arbeitspunkt des ersten Transistors durch die Temperatur des zweiten Transistors beeinflusst wird, können durch geeignete Wahl der Schaltelemente Schwankungen in den Betriebsverhältnissen (Speisespannung, Lastwiderstand) derart ausgeregelt werden, dass die Verstärkung der Schaltung annähernd optimal bleibt.
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Zur Erzielung besonderer Regeleigenschaften bzw. zur Erhöhung der zulässigen Verlustleistung ist es auch möglich, zusätzlich zur thermischen Kopplung der Transistoren untereinander, von den einzelnen
Transistoren an sich bekannte, wärmeleitende Verbindungen zu einem Punkt festen Wärmepotentials z. B. zum Chassis oder Gehäuse vorzusehen.
Ein Ausführungsbeipiel ist in der Zeichnung dargestellt, u. zw. zeigen Fig. 1 ein Prinzipschaltbild und
Fig. 1 einen mechanischen Aufbau eines erfindungsgemässen Verstärkers.
Fig. 2 zeigt zwei Transistoren 1 und 2, die über einen Spannungsteiler, bestehend aus dem Arbeit- widerstand 3 und die Kollektor-Emitterstrecke des Transistors 1 miteinander gekoppelt sind.
An den Hüllen der Transistoren liegen die mit 4 bezeichneten, schematisch angedeuteten Enden von an sich bekannten Wärmeleitwiderständen 5, 6 und 7, die symbolisch nach Art von elektrischen Widerständen angedeutet sind. Der Widerstand 6 ermöglicht einen Wärmetransport zwischen den beiden Transistoren, während die Widerstände 5 und 7 die Wärme von den Transistoren zu den mit 8 und 9 bezeichneten Punkten grosser Wärmekapazität, daher relativ konstanter Temperatur leiten. Diese Punkte können z. B. am Chassis oder Gehäuse des Verstärkers liegen.
In der Fig. 2 sind mit 10 und 11 zwei Transistoren angedeutet, die den Transistoren 1 und 2 nach der Fig. 1 entsprechen. Der dort mit 6 bezeichnete Wärmeleitwiderstand wird von einem metallischen Band 13 gebildet, dessen Enden bei 14 und 15 hülsenartig um den Körper der Transistoren geschlungen und zweckmässig festgeklemmt sind, so dass sie Wärme vom Transistor übernehmen können. Die Widerstände 5 und 7 sind ebenfalls durch metallische Bänder 16, 17 gebildet, die in gleicher Weise, wie das Band 13 mit je einem der beiden Transistoren verbunden sind. Die von den Transistoren abgewendeten Enden der Bänder 16, 17 sind bei 18 und 19 an das Chassisblech des Verstärkers angeheftet.
Zum Abgleich der Wirkung dieser Anordnung kann man nun die Bänder aus Materialien mit verschiedenen Wärmeleitzahlen anfertigen. Man kann aber auch jeden der Widerstände aus mehreren parallel liegenden Bändern fertigen, die man fallweise zu-oder abschaltet. Ebensogut kann man die Länge der Bänder variieren, um zum angestrebten Ziel zu gelangen.
Es versteht sich, dass bei Anordnung mehrerer Verstärkerstufen, jede davon mit der anliegenden in der gleichen Weise verschaltet sein kann ; es kann aber auch die Wärmeleitverbindung unter Auslassung einzelner Stufen durchgeführt werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Zwei- oder mehrstufiger gleichstromgekoppelter Transistorverstärker, bei dem eine Vergrösserung des Stromes einer Stufe eine Verminderung des Stromes in der folgenden Stufe bewirkt, und bei dem jeder Transistor an der Verstärkung des Nutzsignals beteiligt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Tran-
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barer Wärmeausgleich stattfinden kann.