DE1046100B

DE1046100B - Transistorstufe mit Verstaerkungsregelung

Info

Publication number: DE1046100B
Application number: DEN11575A
Authority: DE
Inventors: Johannes Wilhelmus Ma Adrianus
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1954-12-13
Filing date: 1955-12-09
Publication date: 1958-12-11
Also published as: BE543553A; GB828688A; NL193174A; NL107295C; CH337573A; FR1144663A; JPS335064B1

Description

Die Erfindung bezieht sich in erster Linie auf eine Anordnung zur Regelung der Verstärkung eines Transistors. Bei bekannten Schaltungsanordnungen dieser Art wird dem Transistor ein Regelstrom zugeführt, der den Stromverstärkungsfaktor und/oder die Eingangsimpedanz und/oder den Arbeitspunkt des Transistors ändert.

Bei einer Anordnung zur Regelung der Verstärkung eines Transistors, zwischen dessen Basis- und Emitterelektroden ein Eingangskreis geschaltet und dessen Kollektor mit einer Belastungsimpedanz verbunden ist, wird eine sehr wirkungsvolle, insbesondere auch galvanisch völlig unabhängige Verstärkungsregelung erreicht, wenn gemäß der Erfindung eine Strahlungsquelle in an sich bekannter Weise derart angeordnet ist, daß sie die Basiszone des Transistors bestrahlt und in dieser Zone freie Ladungsträger erzeugt, wenn der Gleichstromwiderstand des Eingangskreises hoch ist in bezug auf den Basis-Emitter-Eingangswiderstand des Transistors, so daß die Basis-Emitter-Vorspannung des Transistors und damit auch sein Kollektor-Stromverstärkungsfaktor von der Bestrahlungsstärke seiner Basiszone abhängig sind.

Es sind an sich Anordnungen mit Fototransistoren bekannt, bei denen der von dem Transistor durchgelassene Gleichstrom von der Lichtintensität abhängt, die auf den Transistor auffällt. Hierbei wird der Transistor jedoch lediglich durch Licht gesteuert. Nach der Erfindung erfolgt die eigentliche Steuerung durch ein elektrisches Signal, dessen Verstärkung durch Bestrahlung beeinflußt wird. Hierbei ergibt sich, insbesondere bei Einschaltung eines hohen Gleichstromwiderstandes im Basiskreis, eine sehr wirkungsvolle Regelung.

Bei der Anordnung nach der Erfindung ist der Transistor einer Strahlung, z, B. gerichteten elektromagnetischen Wellen, ausgesetzt. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die Kollektor-Stromverstärkung des Transistors und besonders die Steilheit der Kennlinie des Kollektorstromes als Funktion der Basisspannung sich stark in Abhängigkeit von der Stärke der Strahlung ändert.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung beispielsweise erläutert.

Fig. 1 zeigt ein Prinzipschaltbild der Erfindung;

Fig. 2, 3, 4 und 5 zeigen Kennlinien zur Erläuterung der Wirkungsweise der Anordnung nach Fig. 1;

Fig. 6 zeigt ein weiter ausgebildetes Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 7 zeigt eine Oszillatorschaltung unter Verwendung eines Transistors nach der Erfindung;

Fig. 8 zeigt eine Kennlinie zur Erläuterung von Fig. 7;

Fig. 9 zeigt eine Abart der Schaltung nach Fig. 7 mit Temperaturausgleichmitteln;

Transistorstufe mit Verstärkungsregelung

Anmelder:

N. V. Philips' Gloeilampenfabrieken,
Eindhoven (Niederlande)

Vertreter: Dipl.-Ing. K. Lengner, Patentanwalt,
Hamburg 1, Mönckebergstr. 7

Beanspruchte Priorität:
Niederlande vom 13. Dezember 1954

Adrianus Johannes Wilhelmus Marie van Overbeek,

Eindhoven (Niederlande),
ist als Erfinder genannt worden

Fig. 10 zeigt eine Abart der Schaltung nach Fig. 9;

Fig. 11 zeigt einen monostabilen Multivibrator unter Verwendung eines Transistors nach der Erfindung;

Fig. 12 zeigt eine weitere Abart der Schaltung nach Fig. 7.

Die Anordnung nach· Fig. 1 enthält einen Transistor 1, dessen Emitter-Basis-Kreis eine Signalquelle 2 und dessen Kollektorkreis eine Belastungsimpedanz 3 enthält. Der Transistor 1 wird durch eine Strahlungsquelle 4, z. B. eine Glühlampe, bestrahlt, die mittels eines Schalters 5 eingeschaltet werden kann. Als Strahlungsquelle 4 kann jedoch auch eine solche verwendet werden, die unsichtbares Licht oder Korpuskularstrahlen aussendet, gegen die der Transistor empfindlich ist.

Es wird zunächst angenommen, daß der Innenwiderstand der Signalquelle 2 gering ist gegenüber dem eignen Eingangswiderstand des Transistors i und daß die Belastungsimpedanz 3 gering ist gegenüber dem eignen Ausgangs widerstand des Transistors 1. Die Signalspannungsverstärkung wird dann annähernd errechnet, indem die Belastungsimpedanz 3 mit der Steilheit der statischen Kennlinie des Kollektorgleichstroms i_c als Funktion der Basisgleichspannung V_b multipliziert wird.

Diese Kennlinie ist in Fig. 2 für verschiedene Belichtungs- oder Bestrahlungsstärken L in beliebigen Einheiten dargestellt. Es ist ersichtlich, daß die Steilheit nicht nur mit der Spannung V_b, sondern aueh mit der Belichtungsstärke L zunimmt. Bei einer bestimmten Basisgleichspannung V_b, z. B. bei dem Wert, bei dem der Basisgleichstrom infolge Einschaltung eines

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Claims

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Sperrkondensators 6 gleich Null ist, findet man für Um den Einfluß der Umgebungstemperatur auf die

die Steilheit S als Funktion der Belichtungsstärke L Wirkung der dargestellten Schaltungen zu verringern,

die in Fig. 3 dargestellte Kennlinie. Es ist daraus er- kann in mindestens einen Transistorkreis ein tempe-

sichtlich, daß sich die Steilheit und somit die Signal- raturabhängiger Widerstand eingefügt werden. Bei

verstärkung des Transistors sehr stark mit der Beiich- 5 der Oszillatorschaltung nach Fig. 9 wird die Basis-

tungsstärke L ändern, wodurch also eine empfindliche vorspannung des Transistors mit Hilfe eines Potentio-

Regelung des Transistors erhalten wird. meters 15, 16 und die Emittervorspannung mit Hilfe

Es wird zweitens angenommen, daß der Innen- eines Potentiometers 17, 18 erzeugt. Bei einem rich-

widerstand der Signalquelle 2 groß ist gegenüber dem tigen Temperaturkoeffizienten mindestens eines der

eignen Eingangswiderstand und daß die Belastungs- io Widerstände dieser Potentiometer, z. B. bei einem

impedanz 3 groß ist gegenüber dem eignen Ausgangs- negativen Temperaturkoeffizienten der Widerstände

widerstand des Transistors 1. Die Signalstrom- 16 und/oder 17, kann die Arbeitspunktverschiebung

verstärkung wird sodann annähernd durch das Ver- des Transistors mit der Umgebungstemperatur aus-

hältnis des eignen Kollektorwiderstandes r_c des Tran- geglichen werden. Diese Widerstände 16 und/oder 17

sistors zu der Belastungsimpedanz 3 bedingt. Da der 15 können von der bekannten keramischen Art sein, aber

Widerstand r_c gemäß Fig. 4 bei zunehmender Beiich- sie können auch als in Flußrichtung bzw. in Sperr-

tungsstärke L abnimmt, ergibt sich eine abfallende richtung betriebene Sperrschichtgleichrichter aus-

Verstärkungskennlinie. Die Empfindlichkeit gegen gebildet sein.

Lichtänderungen ist dabei jedoch wesentlich geringer Es kann z. B. auch bei den Schaltungen 1 und 6 als in dem zuerst genannten Fall. Es ist dabei 20 parallel zur Belastungsimpedanz 3 ein nicht belichwichtig, der Basiselektrode eine Flußspannung zuzu- teter, nicht dargestellter Hilfstransistor geschaltet führen, z. B. indem sie über einen Widerstand (nicht werden, der die Kollektorstromänderung des Trandargestellt) mit der Minusklemme der Speisequelle sistors 1 infolge der Temperaturschwankungen aus- oder mit der Kollektorelektrode des Transistors ver- gleicht. Fig. 10 zeigt eine Abart einer solchen Schalbunden wird, wobei im letzteren Fall einerseits 25 tung, wobei der nicht belichtete Hilfstransistor 21 mit Gegenkopplung und andererseits eine scheinbare Ver- dem Transistor 1 eine für Temperaturschwankungen ringerung des Transistoreingangs- und -ausgangs- ausbalancierte Brücke bildet. Der Reihenresonanzwiderstands auftritt. kreis 22 in dem Basiskreis des Transistors 21 ent-

Ein dritter Fall, bei dem eine sehr empfindliche spricht dabei dem durch den Kondensator 6 und den Regelung erhältlich ist, ist der, bei dem infolge eines 30 Transformator 9 gebildeten, auf die Signalfrequenz verhältnismäßig hohen Widerstands im Kollektorkreis abgestimmten Reihenresonanzkreis,
die Kollektorgleichspannung bei Belichtung so weit Nach Fig. 11 ist ein Transistor 1 mit einem sinkt, daß der Transistor praktisch nicht mehr ver- zweiten nicht belichteten Transistor 25 in eine monostärkt. Eine solche Einstellung läßt sich leicht in stabile Multivibratorschaltung eingefügt. Die Basis-Vereinigung mit der des zuerst genannten Falles be- 35 Emitter-Grenzschicht des Transistors 1 ist mit Hilfe werkstelligen, so daß die Kennlinie nach Fig. 3 in die der Widerstände 26 und 27 in Sperrichtung einnach Fig. 5 übergeht. gestellt, so daß dieser Transistor 1 beim Fehlen der

Fig. 6 zeigt die zugehörige Schaltung. Die Signal- Strahlung der Quelle 4 abgetrennt und somit der quelle 2 ist in diesem Fall über einen Eingangstrans- Transistor 25 durch die Verbindung seiner Basisformator 9 mit dem Eingangskreis des Transistors 1 40 elektrode mit der Kollektorelektrode des Transistors 1 gekoppelt, während dessen Ausgangskreis die Reihen- geöffnet ist. Bei Belichtung wird der Transistor 1 schaltung eines Kopplungstransformators 10 zur An- leitend, so daß die Spannung an seinem Kollektorkopplung an die Belastungsimpedanz 3 und eines widerstand 27 zunimmt. Diese Spannungszunahme erdurch einen Kondensator 11 überbrückten Wider- zeugt eine entsprechende Spannungsverringerung am stands 12 enthält. Dieser Widerstand 12 ist dabei so 45 Kollektorwiderstand 29 des Transistors 25, die über groß, daß bei zunehmender Belichtung des Tran- einen Trennkondensator 30 zu der Basiselektrode des sistors 1 durch die Strahlungsquelle4 die Verstärkung Transistors 1 zurückgeführt wird, so daß die Schalplötzlich Null wird. Zur scheinbaren Verringerung des tung Kippimpulse mit einer Impulswiederholungsinnenwiderstands der Signalquelle kann der Konden- frequenz erzeugt, die im wesentlichen durch die sator 6 derart bemessen werden, daß er für die Signal- 50 Größe des Kondensators 30 und den Basiseingangsfrequenz in Reihenresonanz mit dem Transfer- widerstand des Transistors 1 bedingt wird. Sobald mator 9 ist. jedoch die Strahlung der Quelle 4 einen Augenblick

Durch selektive Rückkopplung in dieser Schaltung aufhört, wird der Transistor 1 infolge der Aufladung

kann gemäß Fig. 7 ein Oszillator erhalten werden, des Kondensators 30 wieder abgeschnitten, so daß die

dessen Amplitude sich in Abhängigkeit von der Be- 55 Schwingung erlischt.

lichtungsstärke L der Strahlungsquelle 4 ändert. Die Bei einem praktischen Ausführungsbeispiel dieser

erzeugte Schwingung wird einseitig durch die er- Schaltungsanordnung betrugen die Widerstände

wähnte Verringerung der Kollektorspannung begrenzt, 26 = 50' kOhm, 27 = 25 Ohm, 28 = 180 kOhm,

bei der die Verstärkung plötzlich Null wird (KoI- 29 = 2,2 kOhm, 31 = 100 Ohm, 32 = 370 Ohm und

lektorbegrenzung), während der Kollektorgleich- 60 der Kondensator 30 = 10 000 pF.

strom i_c0 (s. Fig. 8) nur durch die Basisgleichstrom- Fig. 12 zeigt eine Abart der Schaltung nach Fig. 7,

einstellung und den Wert L₉ der Belichtungsstärke L wobei die von dem Transistor 1 erzeugten Schwin-

bedingt wird. Da der Kollektorstrom i_c bei nicht zu gungen nach Verstärkung in einem Verstärker 35 der

starker Rückkopplung sich um diesen Wert i_c0 ändert, Quelle 4 zugeführt werden, wodurch eine Zunahme

wozu außerdem der Widerstand 12 vorzugsweise 65 der Oszillatoramplitude etwa infolge der Erhöhung

nicht entkoppelt wird, wird die Amplitude somit der Strahlung der Quelle 4 verhindert wird,
kleiner bei größerem Wert von L₀. Es ist auf diese

Weise möglich, durch äußerst geringe Änderungen Patentansprüche:

der Belichtungsstärke L die Amplitude des Oszillators 1. Anordnung zur Regelung der Verstärkung

zwischen einigen Millivolt und einigen Volt zu ändern. 70 eines Transistors, zwischen dessen Basis- und

Emitterelektroden ein Eingangskreis eingeschaltet und dessen Kollektor mit einer Belastungsimpedanz verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Strahlungsquelle in an sich bekannter Weise die Basiszone des Transistors bestrahlt und in dieser freie Ladungsträger erzeugt und daß der Gleichstromwiderstand des Eingangskreises hoch ist in bezug auf den Basis-Emitter-Eingangswiderstand des Transistors, so daß die Basis-Emitter-Vorspannung des Transistors und damit auch sein Stromverstärkungsfaktor von der Bestrahlungsstärke abhängig sind (Fig. 1, 6).
2. Transistorverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Kollektorkreis ein verhältnismäßig großer Widerstand eingefügt ist, der eine Begrenzerwirkung im Kollektorkreis herbeiführt.
3. Transistorverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Belastungsimpedanz gering ist gegenüber dem eigenen Ausgangswiderstand des Transistors, so daß die Steilheit der Kennlinie des Kollektorstromes als Funktion der Basisspannung bei zunehmender Bestrahlungsstärke zunimmt.
4. Transistorverstärker nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollektorkreis eine in bezug auf den eigenen Ausgangswiderstand des Transistors geringe Belastungsimpedanz und einen verhältnismäßig großen Gleichstromwiderstand enthält, so daß die Steilheit beim Überschreiten einer bestimmten Bestrahlungsstärke plötzlich stark abnimmt.
5. Transistorverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollektorkreis einen vorzugsweise nicht entkoppelten Widerstand enthält, so daß er für geringe Stärkenänderungen der Strahlungsquelle empfindlich ist.
6. Transistorverstärker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Eigenimpedanz der Signalquelle gering ist gegenüber dem eigenen Eingangswiderstand des Transistors.
7. Transistorverstärker nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Emitter- und der Basiselektrode des Transistors als Signalquelle ein Reihenresonanzkreis eingeschaltet ist, dessen Abstimmfrequenz den zu verstärkenden Signalfrequenzen entspricht.
8. Oszillatorschaltung unter Benutzung einer Transistorstufe nach Anspruch 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalquelle durch eine Rückkopplungsanordnung gebildet ist, wobei die Amplitude der erzeugten Schwingungen mit wachsender Bestrahlungsstärke abnimmt (Fig. 7).
9. Schaltung nach einem/ der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zum Ausgleich unerwünschter Steilheitsänderungen mit der Umgebungstemperatur in mindestens einen der Kreise des Transistors ein den Transistorarbeitspunkt beeinflussender temperaturabhängiger Widerstand eingefügt ist, dessen Widerstandswert im wesentlichen durch die Umgebungstemperatur bedingt wird (Fig. 9, IQ).
10. Multivibrator unter Benutzung einer Transistorstufe nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalquelle durch eine Rückkopplungsanordnung mit einem Hilfstransistor gebildet wird, welcher mit dem Haupttransistor einen monostabilen Multivibrator bildet (Fig. 11).
11. Transistoroszillator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Stärke der Strahlungsquelle mittels der erzeugten Schwingungen derart gesteuert wird, daß die Amplitude der Schwingungen stabilisiert ist (Fig. 12).

In Betracht gezogene Druckschriften:
ÜSA.-Patentschrift Nr. 2 640' 901;
»Radio-Electronics«, Septemberheft 1954, S. 96.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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