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Symmetrischer Transistor-Verstärker
Die Erfindung betrifft Transistor-Verstärker, insbesondere eine Transistor-Verstärkerschaltung, die in der Lage ist, unabhängig von der Polarität der angeschlossenen Energiequelle zufriedenstellend zu arbeiten.
Transistoren, die aus den üblichen drei Elementen Kollektor, Emitter und Basis bestehen, werden gewöhnlich in Schaltungen verwendet, die eine Vorspannung in Flussrichtung an den Emitter-Basis-Übergang des Transistors und eine Vorspannung in Sperrichtung an den Kollektor-Basis-Übergang anlegen. Eine zwischen der Basiselektrode eines derartigen Transistors und seinem Emitter angelegte Wechselspannung bewirkt, dass in den Emitter-und Kollektorkreisen ein verstärkter Strom fliesst, so dass eine brauchbare Verstärkung hervorgebracht wird.
Gewöhnlich arbeiten Transistor-Verstärker nur, wenn eine Gleichspannung mit der richtigen Polarität angelegt wird. Wenn also z. B. eine Spannung an einer Fernsprech-Teilnehmerleitung verwendet wird, um diese Verstärker mit Energie zu versorgen, und wenn, wie es häufig der Fall ist, diese Spannung am Teilnehmerapparat mit beiden Polaritäten auftreten kann, was es bisher notwendig, einen Brückengleichrichter oder eine Polaritätsschutzvorrichtung zwischen dem Verstärker und der Teilnehmerleitung einzuschalten, um für den Verstärker die richtige Polarität zu gewährleisten. Bei Nichtvorhandensein dieser Mittel wird entweder der Transistor selbst beschädigt oder es arbeitet zumindest die Schaltung nicht in der beabsichtigten Weise.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, einen Transistor-Verstärker zu schaffen, der mit beiden Leitungspolaritäten ohne Zuhilfenahme eines Brückengleichrichters oder einer Polaritätsschutzeinrichtung arbeitet. Eine allgemeinere Aufgabe besteht darin, Wechselstromsignale unabhängig von der Polarität der an die Verstärkerschaltung angeschlossenen Energiequellen zu verstärken.
Diese und andere Aufgaben der Erfindung werden durch die vorliegende Erfindung erfüllt, wobei der nominelle Kollektor eines symmetrischen oder in zwei Richtungen wirkenden Flächentransistors mit der einen Klemme einer Gleichstromquelle und der nominelle Emitter mit der anderen Klemme verbunden ist.
Die Primärwicklung eines ersten Transformators ist in die Emitterleitung des Transistors und die Primärwicklung eines getrennten, aber gleichen Transformators in die Kollektorleitung eingeschaltet, wobei die Sekundärwicklungen dieser Transformatoren gleichsinnig hintereinander geschaltet und mit einer Belastung verbunden sind. Das zu verstärkende Signal wird der Basis des Transistors über einen Blockkondensator zugeführt, wobei zwei gleiche Widerstände zwischen der Basis und den Klemmen der Stromquelle liegen, um den Basisstrom für den Arbeitspunkt hervorzubringen. Die Schaltung ist demnach vollständig symmetrisch und bewirkt, dass das angelegte Signal unabhängig von der Polarität der Gleichstromquelle in zufriedenstellender Weise verstärkt wird.
Die Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden eingehenden Erläuterung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. Fig. 1 zeigt ein schematisches Schaltbild eines als Beispiel gewählten Mikrophonverstärkers, der das Erfindungsprinzip verkörpert ; die Fig. 2 und 3 zeigen schematische Schaltbilder weiterer Ausführungen der Erfindung.
Die beschriebene Schaltung eignet sich besonders für Teilnehmerapparate, bei denen Verstärker für verschiedene Zwecke erforderlich sind, z. B. Apparate für Schwerhörige, Apparate für leise Sprecher, Apparate, bei denen Mikrophone mit schwacher Ausgangsleistung verwendet werden und Apparate für lange Leitungsschleifen. Diese Verstärker erhalten im allgemeinen ihre Betriebsspannung aus der Teilnehmerleitung, die vom Zentralamt gespeist wird. Bekanntlich kann diese Spannung am Teilnehmerapparat mit beiden Polaritäten erscheinen, weshalb es bisher üblich war, einen Gleichrichter oder eine Polaritätsschutzeinrichtung zwischen dem Verstärker und der Teilnehmerleitung einzuschalten.
In Fig. l ist eine bipolare Gleichstromquelle (z. B. in einem Zentralamt Z oder eine andere Vermittlung) symbolisch durch eine Batterie 11 und einen doppelpoligen Umschalter 12 angedeutet. Je nach der Schalterstellung kann jede Batterieklemme mit jeder Ader der Übertragungsleitung 13 verbunden werden.
Zunächst sei angenommen, dass die negative Klemme der Batterie mit der oberen Ader der Leitung 13 verbunden ist, wobei die positive Klemme dann mit der unteren Ader verbunden ist.
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Erfindungsgemäss wird im Teilnehmerapparat ein symmetrischer oder in beiden Richtungen wirkender Flächentransistor verwendet. Derartige Transistoren sind in gleicher Weise wie übliche Flächentransistoren aufgebaut, mit der Ausnahme, dass die Kollektor-und Emitter-Übergänge im wesentlichen gleich ausgeführt sind. Symmetrische Transistoren und ihre Eigenschaften sind in dem Aufsatz "Symmetrical Properties of Transistors and their Applications" von George S. Sziklai in Proc. I. R. E., Band 41, Juni 1953, S. 717-724, beschrieben.
Die Anschlussgebiete (d. h. der nominelle Kollektor und der nominelle Emitter) des symmetrischen Transistors 10 liegen an den beiden Adern der Übertragungsleitung 13. In der Zeichnung ist zwar ein PNP-Flächentransistor dargestellt, doch ist die Erfindung in keiner Weise hierauf beschränkt ; es kann zu ihrer Durchführung auch ein symmetrischer NPN-Flächentransistor benutzt werden. Der nominelle Kollektor 10 c ist über die Primärwicklung eines ersten Transformators 14 mit der oberen Ader der Leitung 13 verbunden, während der nominelle Emitter 10 e über dir Primärwicklung eines getrennten, jedoch gleichen Transformators 15 (der z. B. die gleiche primäre und sekundäre Windungszahl aufweist) mit der unteren Ader der Leitung 13 verbunden ist.
Die Sekundärwicklungen der Transformatoren 14 und 15 sind gleichsinnig hintereinander geschaltet und mit der Belastung 16 verbunden.
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trachtet, auf gleichem Potential befindet. Wenn die Leitung 13 eine Zweidraht-Fernsprechübertragungsleitung ist, kann das Sprachsignal durch herkömmliche bekannte Verfahren von der Leitung abgenommen werden.
Aus Fig. 1 wird ersichtlich, dass, wenn ein PNP-Transistor verwendet wird und die Polarität der Vorspannung an der oberen Leitungsader negativ ist, normale Gleichspannungsbedingungen herrschen und der Transistor in einer Weise arbeitet, die der herkömmlichen Emitterschaltung analog ist (d. h. die vorliegende Schaltung kann als Emitterschaltung mit einer zusätzlichen Belastung im Emitterweg betrachtet werden). Für die angenommenen Bedingungen ist der nominelle Emitter-Basis-Übergang in Flussrichtung vorgespannt, während der nominelle Kollektor-Basis-Übergang in Sperrichtung vorgespannt ist. Der
Strom fliesst in jeder Primärwicklung in gleicher Richtung, wobei die Stärke des Stromes in jeder Primärwicklung im wesentlichen die gleiche ist (d. h. der Kollektorstrom ist gleich oc. Ie (Ie...
Emitterstrom), wobei cc = 0, 96 bis 0, 99.
Wenn nunmehr die Polarität der Vorspannungsbatterie umgekehrt wird, wobei die positive Spannung an der oberen Leitungsader und die negative an der unteren Ader liegt, werden die Funktionen der nominellen Emitter- und Kollektorelemente vertauscht, d. h. der nominelle Kollektor 10 c arbeitet nunmehr als Emitter, während der nominelle Emitter 10 e als Kollektor arbeitet. Jedoch bewirkt der Transistor wieder eine Verstärkung, wie bei der ursprünglich angenommenen Polarität der Batterie, weil der Transistor und die Schaltung symmetrisch sind ; die Gesamtverstärkung der Schaltung ist im wesentlichen immer die gleiche, unabhängig von der Polarität der angelegten Batteriespannung.
Da die Stärke des Stromes in den beiden Primärwicklungen im wesentlichen die gleiche ist, kann für die beiden Transformatoren ohne gegenseitige Beeinträchtigung der gleiche Eisenkern benutzt werden (d. h. die Transformatoren können vereinigt werden). Hiedurch kann eine Einsparung an Raum und Material erreicht werden. Bei dieser letztgenannten Anordnung können auch die beiden Sekundärwicklungen zu einer einzigen, fortlaufenden Sekundärwicklung vereinigt werden. Diese Abänderung ist in Fig. 2 dargestellt.
Die in die Emitter- und Kollektorleitungen eingeschalteten Wicklungen können nicht nur die Primärwicklungen von zwei Transformatoren bilden, sie können auch als Sprechspulen für einen Lautsprecher oder einen Fernsprechhörer dienen. Diese Anordnung ist symbolisch in Fig. 3 dargestellt. Es wird ohne weiteres klar sein, dass die Schaltung unabhängig von der Art des verwendeten Übertragers (z. B. Transformator-Lautsprecher, Fernsprechhörer) in der beschriebenen Weise arbeitet.
Es versteht sich, dass die beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung noch verschiedentlich abgewandelt werden können.
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