DE1064990B

DE1064990B - Anordnung zur Verstaerkung von Wechselstromsignalen mittels einer monostabilen oder unstabilen Kippschaltung

Info

Publication number: DE1064990B
Application number: DEN14696A
Authority: DE
Inventors: Petrus Adrianus Gerard Carolus; Peter Johannes Hubertu Janssen
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1953-07-22
Filing date: 1954-07-17
Publication date: 1959-09-10
Also published as: US3056929A; NL246289A; NL95284C; CH324523A; GB769445A; US3070758A; DE1038618B; NL109789C; US3066265A; FR1112716A; BE530541A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Verstärkung mittels eines Transistor-Kipposzillators. Das erfinderische Kennzeichen besteht darin, daß die Kippschaltung einen Grenzschichttransistor mit einem Rückkopplungstransformator sowie Gleichricht- und Filtermittel enthält und daß die Signalquelle in den Basiskreis des Transistors geschaltet ist, während in Reihe mit der für die Signalströme entkoppelten Belastung ein Ausgangstransformator aufgenommen ist, an welchem verstärkte Signalschwingungen mit einer Leistung größer als die Verlustleistung des Transistors entnehmbar sind.

Bei der neuen Verstärkeranordnung mittels eines Transistoroszillators, dem die Signalschwingungen überlagert werden, kann ohne weiteres erreicht werden, daß das verstärkte Ausgangssignal eine größere Amplitude hat, als es mit direkter Verstärkung durch einen Transistor möglich ist. Transistoroszillatoren wurden bisher bereits z. B. zur Umwandlung von Gleichspannungen benutzt. Doch ist es besonders vorteilhaft, Transistoroszillatoren unter Berücksichtigung der besonderen Eigenschaften des Transistors durch Änderung der Basis-Emitter-Steuerspannung auch zur Verstärkung von Signalwechselspannungen bzw. -strömen auszunutzen. Das Eingangssignal kann verhältnismäßig kleine Amplituden besitzen, während der Ausgangssignalstrom nach der Abnahme durch die Gleichrichter hinter dem Transistoroszillator Amplituden aufweisen kann, welche die Verlustleistung des Transistors erheblich überschreiten.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt den Transistoroszillator an sich; die Beschreibung seiner Wirkungsweise dient zur Erläuterung der Erfindung;

Fig. 2 zeigt Transistorkennlinien, und die

Fig. 3 und 4 zeigen den Verlauf des Stroms und der Spannung mit der Zeit zur Erläuterung der Schaltung nach Fig. 1;

Fig. 5 stellt schließlich ein Ausführungsbeispiel der Erfindung selbst dar.

In Fig. 1 ist eine Speisespannungsquelle B zwischen der Emitter- und der Kollektorelektrode eines Grenzschichttransistors 1 in Reihe mit der Primärwicklung L eines herabtransformierenden Rückkopplungstransformators 2 eingeschaltet, dessen Sekundärwicklung in den Kreis zwischen der Emitter- und der Basiselektrode des Transistors, nötigenfalls in Reihe mit einem Begrenzungswiderstand 3, eingefügt ist. Der Kollektorstrom i_e durch den Transistor ändert sich bei dieser Anordnung sägezahnförmig und die Kollektorspannung V_c impulsförmig mit der Zeit, was in Fig. 3 angedeutet ist, wobei angenommen wird, daß Anordnung zur Verstärkung von Wechselstromsignalen mittels einer monostabilen

oder unstabilen Kippschaltung

Anmelder:

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

Vertreter: Dipl.-Ing. K. Lengner, Patentanwalt, Hamburg I₁ Mönckebergstr. 7

Beanspruchte Priorität: Niederlande vom 22. Juli 1953 und 12. April 1954

Peter Johannes Hubertus Janssen und Carolus Petrus Adrianus Gerardus van de Vijver,

Eindhoven (Niederlande), sind als Erfinder genannt worden

die Streukapazität C parallel zur Primärwicklung L einen sehr geringen Wert hat.

Bei der Inbetriebnahme der Schaltung nach Fig. 1 wird der Kollektorstrom i_e bis zu einem Wert zuzunehmen bestrebt sein, der der Kennlinie i₆=0 der Fig. 2 entspricht, wobei i_b den Basisstrom des Transistors 1 bezeichnet. Diese Stromzunahme von i_c erzeugt im Transformator 2 einen magnetischen Fluß, wodurch über dessen Sekundärwicklung eine Spannung erzeugt wird, die den Basisstrom % des Transistors zunehmen läßt. Infolgedessen fließt wieder ein höherer Kollektorstrom i_e, wodurch ein höherer Basistrom i_b auftritt usw.

Die Zunahme des Kollektorstroms i_c mit der Zeit kann in erster Annäherung durch die Formel

R + r

B + r

l—e

wiedergegeben werden. Dabei ist B = Spannung der Quelle B, L = Induktivität der Primärwicklung L des Transformators 2,R = Differentialwiderstand des ansteigenden Zweigs in den v^-Kennlinien der Fig. 2 und r = Verlustwiderstand der Primärwicklung L₁ wobei über dieser Induktivität L nahezu die ganze Spannung der Quelle B und zwischen der Emitter- und der Kollektorelektrode nur die sehr geringe,

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Claims

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dem erwähnten ansteigenden Zweig R entsprechende deutlichkeitshalber als konstant angenommen werden

Kollektorspannung V_c erzeugt wird. kann) erreicht wird. In diesem Augenblick fängt ein

Über der Sekundärwicklung des Transformators 2 wesentlicher Strom i_d durch den Gleichrichter 6 zu

steht während dieser Periode eine Spannung, die prak- fließen an, wobei der Strom i_L durch die Wicklung L

tisch gleich B/n ist, wobei η das Transformationsver- 5 annähernd gemäß der Formel
hältnis des Transformators 2 bezeichnet, welche Spannung einen Basistrom r + r_d

ir — °~ e ^L

(3 + ₆,)

abnimmt, wobei r_d den Innenwiderstand des Gleicherzeugt, wobei R₃ die Größe des Widerstandes 3 und richters 6 bezeichnet. In diesem Augenblick c, in dem Rb-e den Eingangswiderstand des Transistors zwi- der Strom i^, gleich Null wird, schwingt die Spanschen Basis- und Emitterelektrode bezeichnen. nung V_c wieder herab bis zum Augenblick d, in dem

Wenn der Kollektorstrom i_c bis zu einem Wert zu- 15 die Spannung V_c gleich der Spannung B der Gleichgenommen hat, bei dem die zu diesem Basistrom i_bo Spannungsquelle wird, von welchem Augenblick an gehörende »'(.-^-Kennlinie des ansteigenden Zweiges der vorstehend beschriebene Stromzyklus wieder annahezu in die Waagerechte %₀ (s. Fig. 2) übergeht, fängt. In dem Zeitintervall b-c wird eine Energie nimmt i_c praktisch nicht mehr zu, wodurch die Span- V2 L i^ des Transformators 2 auf die Belastung 7 nung über der Sekundärwicklung und somit der Ba- 20 übertragen. Der im Zeitintervall c-d durch die Wicksistrom ij plötzlich sehr stark abnehmen, wodurch der lung L fließende negative Strom wird durch die Streu-Kollektorstrom i_c schroff unterbrochen wird (s. Fig. 3) kapazität C geliefert.

und die Kollektorspannung V_c bis weit über die Span- Aus vorstehendem ist ersichtlich, daß, soll eine

nung der Quelle B (angegeben durch die gestrichelte hohe Spannung V₀ über der Belastung 7 erzielt wer-

Linie B der Fig. 3) hinaus ansteigen kann. 25 den, die Zeitintervalle a-b und c-d kurz sein müssen

Die erhaltene Spannung dient im allgemeinen dazu, im Vergleich zu dem Zeitintervall b-c, d. h. daß die

über einen Gleichrichter 6 (s. Fig. 1) eine Nutzbela- Schwingungszeit der Eigenschwingung des Kreises

stung zu speisen, wobei die mittlere Spannung über L-C kurz sein muß im Vergleich zu der Dauer der er-

dieser Belastung viele Male größer als die Spannung wähnten kurzen Periode, oder in anderen Worten, daß

der Quelle B sein kann. Dabei kann die an diese Be- 30 der Kreis L-C eine verhältnismäßig hohe Eigenfre-

Iastung7 abgegebene Leistung wesentlich höher sein quenz haben muß.

als die maximal zulässige Leistung W des Tran- Weiter wird vorzugsweise der Begrenzungswider-

sistors. Selbstverständlich kann der Transformator 2 stand 3 in den Basis- und nicht in den Emitterkreis

auch nötigenfalls mit einer Tertiärwicklung (nicht eingeschaltet, da im letzteren Fall mehr Energie in

dargestellt) versehen werden, deren Spannung nach 35 diesem Widerstand 3 verlorengehen würde.

Gleichrichtung der Belastung zugeführt wird. Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Verstär-

Die Strom- und Spannungswerte, die dieser Maxi- keranordnung nach der Erfindung, wobei in den Bamalleistung W entsprechen, sind in Fig. 2 durch die siskreis des Transistors 1 eine Quelle 12 der zu verstrichpunktierte Kurve W angegeben. Während der stärkenden Signalschwingungen eingeführt ist. Die langen Periode, in der der Strom i_c nach Fig. 3 zu- 40 verstärkten Schwingungen werden einem Transfornimmt und nach Fig. 2 längs des ansteigenden mator 13 in Reihe mit der Belastung 7 entnommen, Zweigs R der vFf-Kennlinien verläuft, ist die Span- die für die Signalschwingungen mittels eines Kondennung V_c so gering, daß wenigstens durchschnittlich die sators 14 entkoppelt ist. 2 bezeichnet den bereits vor-Maximalleistung W des Transistors noch nicht erreicht her beschriebenen Rückkopplungstransformator und 6 wird. Während dieser Periode wird jedoch im Magnet- 45 den Gleichrichter, der die verstärkte Signalschwinfeld des Transformators 2 eine wesentliche Energie gung abzunehmen gestattet. Da die der Belastung 7 angesammelt, die pro Periode gleich dem Produkt abgegebene Leistung die maximal zulässige Leistung des mittleren i_cgem des Stroms i_c und der Spannung des Transistors selbst wesentlich übersteigen kann, der Quelle B abzüglich der erwähnten geringen KoI- wird auf diese Weise ein Verstärker erhalten, der eine lektorspannung V_c ist. Während der kurzen Periode, 5° wesentlich höhere Wechselstromleistung auf den in der der Strom i_c nach Fig. 3 schroff unterbrochen Transformator 13 überträgt, als die Verlustleistung wird, steigt zwar die Spannung V_c bis weit über die des Transistors 1 beiträgt. Die größte Signalfrequenz Spannung der Quelle B hinaus, aber der Strom i_c ist muß dabei selbstverständlich kleiner sein als die Imunterbrochen, so daß wieder der Transistor unterhalb pulswiederholungsfrequenz.

seiner maximal zulässigen Leistung W betrieben wird. 55 Bei einem praktischen Ausführungsbeispiel konnte

In dieser Periode gibt der Transformator 2 seine an- z. B. die durch die Quelle B gelieferte Leistung zu

gesammelte Energie, pro Periode etwa B-i_cgem an die 8O°/o in eine höhere Gleichspannung über der BeIa-

Belastung 7 ab. Diese Leistung kann also wesentlich stung 7 und zu 14% in eine Wechselstromleistung

höher sein als die zulässige Verlustleistung W des über dem Ausgangstransformator 13 umgewandelt

Transistors. 60 werden, wobei im Transistor 1 nur 2Vo dieser Lei-

In Fig. 4 sind in vergrößertem Maßstab die Span- stung verlorengingen,
nung V_c über der Primärwicklung und der Strom i_L

durch die PrimärwicklungL dargestellt. Im Zeit- Patentansprüche:
punkt a, in dem der Kollektorstrom i_c den Wert entsprechend dem Zweig i_bo der Fig. 2 erreicht hat und 65 1. Anordnung zur Verstärkung von Wechselalso schroff unterbrochen wird, erhöht sich die Span- Stromsignalen mittels einer monostabilen oder nung V_c über dem durch die Wicklung L und ihre unstabilen Kippschaltung, dadurch gekennzeich-Streukapazität C gebildeten Kreis, bis in dem Augen- net, daß sie einen Grenzschichttransistor mit einem blick b die Spannung V₁. über der Belastung 7 (die Rückkopplungstransformator sowie Gleichrichtz. B. durch Anwendung eines Parallelkondensators 8 70 und Filtermittel enthält und daß die Signalquelle

in den Basiskreis des Transistors geschaltet ist, während in Reihe mit der für die Signalströme entkoppelten Belastung ein Ausgangs transformator aufgenommen ist, an welchem verstärkte Signalschwingungen mit einer Leistung großer als die Verlustleistung des Transistors entnehmbar sind (Fig. 5).
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit der Sekundärwicklung des Rückkopplungstransformators ein verhältnismäßig kleiner Begrenzungswiderstand ein-

geschaltet ist, der eine plötzliche Unterbrechung des Kollektorstroms des Transistors begünstigt und diesen Kollektorstrom begrenzt, und daß der an den Klemmen der Primärwicklung des Rückkopplungstransformators transformierte Wert der Widerstandskomponente der Belastung so niedrig ist, daß die bei der Unterbrechung des Kollektorstroms in dieser Primärwicklung mit einer verhältnismäßig hohen Eigenfrequenz angeregte Schwingung nach einem Bruchteil einer Viertelperiode beendigt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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