DE1061828B - Multi-stage transistor amplifier with compensation of the temperature influence - Google Patents

Multi-stage transistor amplifier with compensation of the temperature influence

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DE1061828B
DE1061828B DEW19549A DEW0019549A DE1061828B DE 1061828 B DE1061828 B DE 1061828B DE W19549 A DEW19549 A DE W19549A DE W0019549 A DEW0019549 A DE W0019549A DE 1061828 B DE1061828 B DE 1061828B
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Kurt Konzelmann
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Wendton Werner Wendt K G
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Wendton Werner Wendt K G
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    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F1/00—Details of amplifiers with only discharge tubes, only semiconductor devices or only unspecified devices as amplifying elements
    • H03F1/30—Modifications of amplifiers to reduce influence of variations of temperature or supply voltage or other physical parameters
    • H03F1/302—Modifications of amplifiers to reduce influence of variations of temperature or supply voltage or other physical parameters in bipolar transistor amplifiers

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Amplifiers (AREA)

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Transistorverstärker, insbesondere für Schwerhörigengeräte in Brillenform.The invention relates to a transistor amplifier, in particular for devices for the hearing impaired in Glasses shape.

Grundsätzlich hat ein Transistor im Gegensatz zu einer Elektronenröhre die Eigenschaft, daß seine Betriebsdaten von der Umgebungstemperatur stark abhängig sind. Insbesondere ist der Kollektorreststrom in starkem Maße von der Temperatur abhängig. Da andererseits, insbesondere bei Emitterschaltung, zum Einstellen des Kollektorstroms em Steuerstrom von der Basis zum Emitter fließen muß, -wirkt bereits der Kollektorreststrom als Steuerstrom.In contrast to an electron tube, a transistor basically has the property that its operating data are heavily dependent on the ambient temperature. In particular, the collector residual current is to a large extent dependent on the temperature. Since on the other hand, especially with emitter circuit, for Adjusting the collector current em control current must flow from the base to the emitter, the already works Collector residual current as control current.

Wird der Kollektorreststrom mit Iq0 bezeichnet, so beträgt der in Emitterschaltung ohne besondere Maßnahmen hervorgerufene Kollektorruhestrom a · Ico> worin α die Stromverstärkung bedeutet. Der Faktor a ist wenig temperaturabhängig, so daß der Temperatureinfluß praktisch nur von dem veränderlichen Kollektorreststrom lCo abhängt. Wenn der Kollektorstrom den Wert a ■ ICo nicht überschreiten darf, so ist eine Temperaturkompensation nicht möglich. Man kann allerdings Transistoren mit einer kleineren Stromverstärkung α verwenden, so daß der benötigte Kollektorruhestrom kleiner wird. Ist der Kollektorstrom größer als cc' · Iqo) so ist eine Temperaturkompensation oder Stabilisierung möglich und erforderlich. If the residual collector current is referred to as Iq 0 , the quiescent collector current produced in the emitter circuit without any special measures is a · Ico> where α means the current gain. The factor a is little dependent on temperature, so that the temperature influence depends practically only on the variable residual collector current I Co. If the collector current must not exceed the value a ■ I Co , temperature compensation is not possible. However, you can use transistors with a smaller current gain α , so that the required collector quiescent current is smaller. If the collector current is greater than cc '· iQo) as a temperature compensation or stabilization is possible and required.

Es sind Stabilisierungsschaltungen bekannt, die auf dem Prinzip beruhen, den Transistor in Basisschaltung zu betreiben, wobei ICo nicht als Steuerstrom wirkt. Bei einer bekannten Brückenschaltung wird der äußere Basisstrom bei Temperaturerhöhungen verkleinert. Ferner ist eine Schaltung bekannt, bei der sich der Anschlußpunkt für den Basisstrom am Kollektor befindet; hierdurch kann eine weitgehende, nur durch die zur Verfügung stehende Batteriespannung begrenzte Stabilisierung erreicht werden. Es ist ferner bereits bekannt, einen Hilfstransistor dazu zu verwenden, die temperaturbedingte Trift eines galvanisch gekoppelten Transistorverstärkers zu kompensieren. Ferner ist es bekannt, einen Hilfstransistor zur automatischen Verstärkungsregelung eines mehrstufigen Transistorverstärkers zu verwenden, wobei der Hilfstransistor in Verbindung mit einem Widerstand zugleich auch zur Kompensation von Temperatureinflüssen herangezogen werden kann. Auch sind Schaltungen für die Verwendung eines Hilfstransistors zur Temperaturkompensation von Transistoren bekannt, bei denen der Hilfstransistor seinerseits noch eine Ver stärkungs- oder Übertragungsaufgabe übernehmen kann.Stabilization circuits are known which are based on the principle of operating the transistor in common base, with I Co not acting as a control current. In a known bridge circuit, the external base current is reduced when the temperature increases. Furthermore, a circuit is known in which the connection point for the base current is located at the collector; This enables extensive stabilization, which is only limited by the available battery voltage, to be achieved. It is also already known to use an auxiliary transistor to compensate for the temperature-related drift of a galvanically coupled transistor amplifier. It is also known to use an auxiliary transistor for automatic gain control of a multistage transistor amplifier, the auxiliary transistor in connection with a resistor also being able to be used at the same time to compensate for temperature influences. Circuits for the use of an auxiliary transistor for temperature compensation of transistors are also known, in which the auxiliary transistor in turn can still perform a reinforcement or transmission task.

. Zweck der Erfindung, ist es- vor allem, einen Transistorenverstärker zu schaffen, bei dem eine Temperaturkompensation insbesondere im Falle kleiner Batteriespannungen erreicht wird. Die Erfindung; be-_ Mehrstufiger Transistorverstärker
mit Kompensation des Temperatureinflusses . The purpose of the invention is, above all, to create a transistor amplifier in which temperature compensation is achieved, especially in the case of low battery voltages. The invention; be-_ Multi-stage transistor amplifier
with compensation of the temperature influence

Anmelder:Applicant:

WENDTON Werner Wendt K. G.,
Hamburg 39, Hudtwalckerstr. 2-8WENDTON Werner Wendt KG,
Hamburg 39, Hudtwalckerstr. 2-8

Kurt Konzelmann, Hamburg,
ist als Erfinder genannt wordenKurt Konzelmann, Hamburg,
has been named as the inventor

zieht sich auf einen mehrstufigen Transistorenverstärker in Emitterschaltung, bei dem eine Kompensation des Temperatureinflusses durch einen Hilfstransistor bewirkt wird. Erfindungsgemäß sind die Basiswiderstände mindestens eines Teiles der kapazitiv miteinander gekoppelten Transistoren der Verstärkerstufen gemeinsam über die Emitter-Kollektor-Strecke des Hilfstransistors an den (geerdeten) Pol der Speisespannungsquelle geschaltet, so daß dessen Widerstandsänderungen bei Temperaturänderungen die entsprechenden Änderungen der Verstärkertransistoren kompensieren. Diese Schaltung ist vor allem für Schwerhörigengeräte, namentlich in Brillenform, die mit verhältnismäßig kleinen Batteriespannungen betrieben werden, mit Vorteil anwendbar, um den Einfluß der Umgebungstemperatur auf die Arbeitsweise des Schwerhörigengerätes aufzuheben oder doch wenigstens auf ein unschädliches Maß zu mildern.draws on a multi-stage transistor amplifier in emitter circuit, in which the temperature influence is compensated by an auxiliary transistor is effected. According to the invention, the base resistances are at least some of the capacitive interconnected transistors of the amplifier stages together via the emitter-collector path of the auxiliary transistor connected to the (grounded) pole of the supply voltage source, so that its Resistance changes with temperature changes the corresponding changes in the amplifier transistors compensate. This circuit is mainly for hearing impaired devices, especially in the form of glasses, which are operated with relatively small battery voltages, can be used to advantage in order to reduce the impact the ambient temperature on the mode of operation of the hearing aid device or at least at least to mitigate it to a harmless level.

Die Schaltung nach der Erfindung läßt sich so ausführen, daß über den Hilfstransistor alle übrigen Transistoren kompensiert werden. Jedoch genügt es in vielen Fällen auch, daß nur ein Teil der Verstärkertransistoren über den Hilfstransistor kompensiert wird.The circuit according to the invention can be carried out so that all other transistors are compensated for via the auxiliary transistor. However, it is sufficient in in many cases that only a part of the amplifier transistors compensates via the auxiliary transistor will.

Um Überkompensationen zu vermeiden, kann es von Vorteil sein, zwischen den Hilfstransistor und die Verstärkertransistoren einen Spannungsteiler zuIn order to avoid overcompensation, it can be advantageous to place between the auxiliary transistor and the Amplifier transistors to a voltage divider

schalten. - -· . ■ ·switch. - - ·. ■ ·

Um einen möglichst kleinen dynamischen Innenwiderstand zu erreichen, kann es von Vorteil sein, eine Gleichstrom- oder Wechselstrom-Gegenkopplung desIn order to achieve the lowest possible dynamic internal resistance, it can be advantageous to use a DC or AC negative feedback of the

- Hilfstransistors vorzusehen. Auf diese Weise ist zwischen diesem und den übrigen Transistoren ein großer Entkopplungskondensator, .wie er sonst in der Regel erforderlich ist, entbehrlich. ■- Provide auxiliary transistor. That way is between this and the other transistors a large decoupling capacitor Usually required, dispensable. ■

. Der Hilfstransistor kann auch an an sich bekannter Weise: se geschaltet sein, daß er gleichzeitig zur Über-. The auxiliary transistor can also be known per se Way: it must be switched so that at the same time it

" 7 77 909 578/287"7 77 909 578/287

Claims (5)

nähme wechselstrommäßiger Funktionen, insbesondere als Verstärker oder als Schwingungserzeuger, ausgenutzt wird. Der Hilfstransistor kann aus derselben Spannungsquelle wie die übrigen Transistoren oder aus einer anderen Spannungsquelle gespeist werden. Es ist zweckmäßig, auf jeden Fall die Spannungsquellen, beispielsweise durch einen Spannungsteiler, in eine feste Beziehung zueinander zu bringen. Die Erfindung ist an Hand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert. Die Zeichnung zeigt verschiedene Ausführungsformen der Erfindung. Übereinstimmende Bestandteile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Fig. 1 zeigt die Schaltung eines dreistufigen Verstärkers gemäß der Erfindung; Fig. 2 bis 4 zeigen Abwandlungen dieser Schaltung bzw. der Kompensationsanordnung. In Fig. 1 sind T1, T2 und T3 die Transistoren der einzelnen Verstärkerstufen. T10 ist ein Hilfstransistor zur Kompensation des Temperatureinflusses. R1, R%, R3 sind Arbeitswiderstände im Kollektorkreis und i?4, R5, R6 Basiswiderstände der Verstärkertransistoren. Mit C1... C4 sind Ankopplungs- oder Trennkondensatoren bezeichnet. C10 ist ein Entkopplungskondensator, in der Regel ein Elektrolytkondensator, der eine verhältnismäßig große Kapazität haben muß. Mit -\-Uß und —Uβ sind die Batterieklemmen bezeichnet. UE sind die Eingangsklemmen und UA die Ausgangsklemmen der Wechselspannung. R10 istBasiswiderstand und .R11 Arbeitswiderstand des Hilfstransistors T19. Die Batterieklemme +UB ist zweckmäßig an Erde bzw. Masse gelegt. Der dreistufige Transistorenverstärker nach Fig. 1 arbeitet in Emitterschaltung. Die Basisströme der Verstärkertransistoren T1, T2, und T3 werden über die Widerstände i?4, R5, R6 und gemeinsam über die Emitter-Kollektor-Strecke des Hilfstransistors T10 zugeführt. Die Wirkungsweise der Kompensationsanordnung ist folgende: Bei kleineren Umgebungstemperaturen ist der Kollektorreststrom vernachlässigbar klein. Über den Widerstand R10 fließt also nur der Basisstrom IB. Im Kollektorkreis des Hilfstransistors fließt somit der Kollektorstrom a · IB. Er verursacht am Kollektorwiderstand -R11 einen Spannungsabfall Us. Die Spannungsdifferenz UB—Us ist bestimmend für die Größe der Basisströme der Verstärkertransistoren. Bei erhöhter Umgebungstemperatur kommt zum Basisstrom IB der Kollektorreststrom ICo hinzu. Im Kollektorkreis des Hilfstransistors fließt dann der Strom ei- (Ib + Ico)· Der Spannungsabfall beträgt dann a · R11 ■ (IB + Ico)· Die für die Größe der Basisströme maßgebende Spannung ist dann UB—a · R11 · (IB + /Co). Sie ist um den Betrag a · R11 · ICo kleiner geworden als vor der Temperaturerhöhung. Mit Hilfe dieses Effektes läßt sich somit ein Kleinerwerden der Basisströme bzw. ein Konstantbleiben der Kollektorströme der Verstärkertransistoren T1, T2, T3 erreichen. Fig. 2 zeigt eine abgewandelte Schaltung, bei der die kompensierende Kollektorspannung des Hilfstransistors über einen Spannungsteiler Rx, Ry verkleinert wird, um eine Überkompensation zu vermeiden. Fig. 3 zeigt eine weitere Abwandlung der Schaltung gemäß Fig. 1, bei der die Entkopplung der Basisleitungenmittels des Kondensators C10, d.h. eines verhältnismäßig großen Elektrolytkondensators, vermieden ist. Hierzu ist der Hilfstransistor T10 mittels eines kleineren Kondensators C11, eines kleineren Kondensators C12 und/oder eines Ohmschen Widerstandes R12 wechselstrommäßig bzw. gleichstrommäßig so gegengekoppelt, daß für ihn ein kleiner dynamischer Innenwiderstand erreicht wird. Bei dieser Schaltung werden :die V.erstärkertransistoren aus einer Batterie UBl, der Hilfstransistor dagegen aus einer besonderen Batterie UB2 gespeist. Die Batterie UB2 kann ein anderes Potential haben als die Batterie Ug1, das jedoch zweckmäßig zu dem der Batterie UBl in eine feste Beziehung gebracht ist, was hier durch einen besonderen Spannungsteiler Rw Rz geschieht. Fig. 4 zeigt noch ein anderes Ausführungsbeispiel der Schaltung gemäß Fig. 1, bei welchem der Hilfstransistor T10 eine zusätzliche wechselstrommäßige Funktion übernimmt. Er kann beispielsweise als Verstärker oder als Schwingungserzeuger dienen. Hier, wo er als Verstärker dient, .sind seine Eingangsklemmen mit CE2 und die Ausgangsklemmen mit UA2 bezeichnet. Patentansprüche:would take alternating current functions, in particular as an amplifier or as a vibration generator, is used. The auxiliary transistor can be fed from the same voltage source as the other transistors or from a different voltage source. It is advisable in any case to bring the voltage sources into a fixed relationship to one another, for example by means of a voltage divider. The invention is explained in more detail with reference to the drawing, for example. The drawing shows various embodiments of the invention. Corresponding components are provided with the same reference symbols in all figures. Fig. 1 shows the circuit of a three-stage amplifier according to the invention; FIGS. 2 to 4 show modifications of this circuit or the compensation arrangement. In Fig. 1, T1, T2 and T3 are the transistors of the individual amplifier stages. T10 is an auxiliary transistor to compensate for the influence of temperature. R1, R%, R3 are load resistances in the collector circuit and i? 4, R5, R6 are the base resistances of the amplifier transistors. Coupling or isolating capacitors are designated with C1 ... C4. C10 is a decoupling capacitor, usually an electrolytic capacitor, which must have a relatively large capacity. The battery terminals are marked with - \ - Uß and -Uβ. UE are the input terminals and UA are the output terminals of the AC voltage. R10 is the base resistance and R11 is the working resistance of the auxiliary transistor T19. The battery terminal + UB is conveniently connected to earth or ground. The three-stage transistor amplifier according to FIG. 1 operates in a common emitter circuit. The base currents of the amplifier transistors T1, T2, and T3 are fed via the resistors i? 4, R5, R6 and jointly via the emitter-collector path of the auxiliary transistor T10. The mode of operation of the compensation arrangement is as follows: At lower ambient temperatures, the residual collector current is negligibly small. Only the base current IB flows through the resistor R10. The collector current a · IB thus flows in the collector circuit of the auxiliary transistor. It causes a voltage drop Us at the collector resistor -R11. The voltage difference UB-Us determines the size of the base currents of the amplifier transistors. If the ambient temperature rises, the residual collector current ICo is added to the base current IB. The current ei- (Ib + Ico) then flows in the collector circuit of the auxiliary transistor. The voltage drop is then a · R11 ■ (IB + Ico). Co). It has become smaller by the amount a · R11 · ICo than before the temperature increase. With the aid of this effect, the base currents can be made smaller or the collector currents of the amplifier transistors T1, T2, T3 remain constant. 2 shows a modified circuit in which the compensating collector voltage of the auxiliary transistor is reduced via a voltage divider Rx, Ry in order to avoid overcompensation. Fig. 3 shows a further modification of the circuit according to Fig. 1, in which the decoupling of the base lines by means of the capacitor C10, i.e. a relatively large electrolytic capacitor, is avoided. For this purpose, the auxiliary transistor T10 is fed back in terms of alternating current or direct current by means of a smaller capacitor C11, a smaller capacitor C12 and / or an ohmic resistor R12 so that a small dynamic internal resistance is achieved for it. In this circuit: the amplifier transistors are fed from a battery UB1, the auxiliary transistor, on the other hand, from a special battery UB2. The battery UB2 can have a different potential than the battery Ug1, which is, however, expediently brought into a fixed relationship with that of the battery UB1, which is done here by a special voltage divider Rw Rz. FIG. 4 shows yet another exemplary embodiment of the circuit according to FIG. 1, in which the auxiliary transistor T10 assumes an additional AC function. It can serve as an amplifier or as a vibration generator, for example. Here, where it serves as an amplifier, its input terminals are marked with CE2 and the output terminals with UA2. Patent claims: 1. Mehrstufiger i?C-gekoppelter Transistorverstärker in Emitterschaltung, bei dem eine Kompensation des Temperatureinflusses durch einen Hilfstransistor .bewirkt' wird, insbesondere für Schwerhörigengeräte in Brillenform, dadurch gekennzeichnet, daß die Basiswiderstände (R11R51R6) mindestens eines Teils der Verstärkertransistoren (T1, T2, T3) gemeinsam über die Emitter-Kollektor-Strecke des Hilfstransistors (T10) an den (geerdeten) Pol der Speisespannungsquelle geschaltet sind, so daß dessen Widerstandsänderungen bei Temperaturänderungen die entsprechenden Änderungen der Verstärkertransistaren kompensieren (Fig.l).1. Multi-stage i? C-coupled transistor amplifier in emitter circuit, in which a compensation of the temperature influence is 'effected' by an auxiliary transistor, especially for hearing aid devices in the form of glasses, characterized in that the base resistances (R 11 R 51 R 6 ) at least part of the Amplifier transistors (T 1 , T 2 , T 3 ) are connected together via the emitter-collector path of the auxiliary transistor (T 10 ) to the (grounded) pole of the supply voltage source, so that the changes in resistance thereof compensate for the corresponding changes in the amplifier transistors when the temperature changes (Fig .l). 2. Transistorverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Emitter-Kollektor-Strecke des Hilfstransistors durch einen Spannungsteiler (Rx, Ry,) überbrückt ist, an dessen Abgriff die Basiswiderstände der Verstärkertransistoren geschaltet sind (Fig. ^).2. Transistor amplifier according to claim 1, characterized in that the emitter-collector path of the auxiliary transistor is bridged by a voltage divider (R x , Ry,) , to whose tap the base resistances of the amplifier transistors are connected (Fig. ^). 3. Transistorverstärker nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Basiselektrode des Hilfstransistors über einen kleineren Kondensator und/oder einen Ohmschen Widerstand zwecks gleichstrom- oder wechselstrommäßiger Gegenkopplung mit seinem Kollektor verbunden ist (Fig. 3).3. Transistor amplifier according to claim 1 or 2, characterized in that the base electrode of the Auxiliary transistor via a smaller capacitor and / or an ohmic resistor for the purpose DC or AC negative feedback is connected to its collector (Fig. 3). 4. Transistorverstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfstransistor in an sich bekannter Weise gleichzeitig als Verstärker oder als Schwingungserzeuger ausgenutzt ist (Fig. 4).4. Transistor amplifier according to one of claims 1 to 3, characterized in that the Auxiliary transistor in a manner known per se at the same time as an amplifier or as a vibration generator is utilized (Fig. 4). 5. Transistorverstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsquellen, welche den Hilfstransistor bzw. die Verstärkertransistoren speisen, beispielsweise durch einen Spannungsteiler (R11, Rz) in eine feste Beziehung zueinander gebracht sind (Fig. 3).5. Transistor amplifier according to one of claims 1 to 4, characterized in that the voltage sources which feed the auxiliary transistor or the amplifier transistors, for example by a voltage divider (R 11 , R z ) are brought into a fixed relationship to one another (Fig. 3) . In Betracht gezogene Druckschriften:Considered publications: Deutsche Patentschrift Nr. 927 932;German Patent No. 927 932; USA.-Patentschrift Nr. 2 751446;U.S. Patent No. 2,751,446; französische Patentschrift Nr. 1 119 869;French Patent No. 1,119,869; IRE Transactions-Circuit Theory, 1956, März, S. 65 und 66;IRE Transactions-Circuit Theory, 1956, March, pp. 65 and 66; R. F. Shea, »Principles of Transistor Circuits«, 1953, S. 178. ;R. F. Shea, "Principles of Transistor Circuits," 1953, p. 178; Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings ©909 578/287 7.59© 909 578/287 7.59
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