DE1084316B - Verstaerker- bw. Oszillatorstufe mit mehreren gleichstrommaessig in Serie gespeistenTransistoren gleichen Leitfaehigkeitstyps - Google Patents

Description

In batteriebetriebenen Anlagen, z. B. Fernmeldeanlagen, ist die verfügbare Speisespannung oft höher als die für Transistoren zulässige Betriebsspannung. Um dennoch mit Transistoren bestückte Verstärkerschaltungen aus solchen Stromquellen betreiben zu können, wurden zur Spannungsverminderung bisher Vorwiderstände oder: Spannungsteiler verwendet. Diese Lösungen haben aber den Nachteil, daß die überschüssige Spannung ungenützt vernichtet wird.

Es sind zwar bereits Verstärkerschaltungen bekannt, bei denen die Verstärkerelemente gleichstrommäßig in Reihe an die Speisequelle gelegt sind und die für die vorliegende Aufgabe zunächst geeignet erscheinen. Jedoch weisen sie eine Reihe von Nachteilen auf. Insbesondere sind die für Röhren angegebenen Schaltrungen deshalb nicht ohne weiteres für Transistoren zu gebrauchen, weil diese gegenüber Überspannungen empfindlicher sind als Röhren, so daß in keinem Zeitpunkt der Aussteuerung die maximal zulässigen Betriebsspannungen überschritten werden dürfen.

Bei der üblichen Kaskadenverstärkerschaltung liegen ebenfalls mehrere Verstärkerelemente gleichstrommäßig in Reihe an einer entsprechend hohen Speisespannung. Das Eingangssignal wird der dem Bezugspotential am nächsten liegenden Verstärkerstufe zugeführt, während die übrigen Stufen jeweils vom verstärkten Signal der Vorstufe gesteuert werden. Solche Schaltungen, die im wesentlichen nur für Gleichspannungsverstärker und Vorstufen verwendbar sind, liefern somit nur eine Ausgangsleistung, die von der Leistungsfähigkeit der letzten Stufe abhängt.

Ferner kennt man Brückenanordnungen für Verstärker, bei denen jeweils mehrere Verstärkerelemente bezüglich der Speisespannung in Reihe liegen. An den nicht mit der Speisequelle verbundenen Brückenpunkten können aber, falls der Widerstand eines Brückenzweiges nahezu Null wird, Spannungen auftreten, die in der Größenordnung der Speisespannung liegen. Um die Verstärkerelemente nicht zu überlasten, darf diese daher nicht höher als die für jedes einzelne Verstärkerelement maximal zulässige Spannung gewählt werden.

Ähnliche Beschränkungen gelten für die bekannte Gegentaktschaltung, bei der zwei Verstärkerelemente gleichstrommäßig in Serie liegen. Infolge der gegenphasigen Aussteuerung treten nämlich an dem Verbindungspunkt der Verstärkerelemente erhebliche Spannungsschwankungen auf, so daß die Speisespannung ebenfalls nicht wesentlich höher sein darf als die maximal zulässige Betriebsspannung für ein Ver-Stärkerelement.

Weiterhin ist eine Verstärkerschaltung bekannt, bei der zwei gleichstrommäßig in Serie liegende Röhren gleichphasig gesteuert werden, während die gemein-Verstärkerbw. Oszillatorstufe mit mehreren gleichstrommäßig in Serie

gespeisten Transistoren gleichen Leitfähigkeitstyps

Anmelder:

Süddeutsche Telefon-Apparate-,

Kabel- und Drahtwerke A.-G. TE KA DE,

Nürnberg, Allersberger Str. 185

Hans-Werner Becke, Erlangen, ist als Erfinder genannt worden

same Ausgangsimpedanz in Reihe mit den Röhren und der Speisequelle liegt. Bei dieser Schaltung sind aber die beiden Verstärkerröhren durch den sie gemeinsam durchfließenden Wechselstrom in jedem Zeitpunkt wechselstrommäßig miteinander verkoppelt.

Die Erfindung vermeidet alle diese Nachteile. Bei einer Verstärkerstufe mit mehreren gleichstrommäßig in Serie gespeisten Transistoren gleichen Leitfähigkeitstyp sind gemäß der Erfindung die Transistoren wechselstrommäßig sowohl am Eingang als auch am Ausgang über je einen gemeinsamen Übertrager gleichphasig parallel geschaltet, während zur Entkopplung der einzelnen Verstärkerkreise jeweils die im Gleichstromweg liegenden Verbindungspunkte der Transistoren wechselstrommäßig auf Bezugspotential gelegt sind. Die Schaltung wird mit Vorteil dort verwendet, wo zur Erzielung hoher Ausgangsleistung mehrere Transistoren erforderlich sind, aber nur eine hohe Speisespannung zur Verfügung steht.

Die prinzipielle Wirkungsweise der vorgeschlagenen Schaltung wird an Hand der Abb. 1 erläutert, die einen Gleichtakt-B-Verstärker mit zwei Transistoren wiedergibt, der beispielsweise für die Verstärkung von Impulsen geeignet ist. Die beiden Transistoren Trsl und Trs2 vom gleichen Leitfähigkeitstyp sind über die gleich bemessenen Wicklungen £121., C/22 des Ausgangsübertragers gleichstrommäßig in Reihe an die Speisequelle B geschaltet. Jeder Transistor erhält somit die halbe Speisespannung. Damit dieser Zustand in jeder Aussteuerungsphase erhalten bleibt, sind die beiden Transistoren wechselstrommäßig sowohl über die gleich bemessenen Eingangswicklungen #11 und ΰ'12 wie über die ebenfalls unter

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sieh gleichen Ausgangswicklungen 0"2I und £722 parallel geschaltet, außerdem ist der im Gleichstromweg liegende Verbindungspunkt der Transistoren über den Kondensator C wechselstrommäßig auf Bezugspotential gelegt.

Dieser Kondensator C ist den Ausgangskreisen der beiden Transistoren — Masse, C, Trsl (Emitter— Kollektor), t/21, B, Masse bzw. Masse, Trs2 (Emitter—Kollektor), Ü22, C, Masse — gemeinsam und wird von den beiden wegen der gleichen Aussteuerung stets gleichen Wechselströmen in jedem Aussteuerungszustand in entgegengesetzter Richtung durchflossen. Der Verbindungspunkt ist daher frei von Wechselspannung. Infolge der außerdem für jeden Transistor gleichen Belastungsbedingungen ist somit erreicht, daß an dem einzelnen Transistor in jedem Aussteuerungs- bzw. Belastungszustand stets die halbe Batteriespannung anliegt. Induktive Verkopplungen der Transistorkreise über die Kollektorwicklungen und damit gegenseitige Beeinflussung der Kollektorwechselströme treten bei der neuen Schaltung ebenfalls nicht auf. Transistoren arbeiten nämlich bekanntlich im [/c/Zc-Kennlinienfeld oberhalb der Kniespannung in Sättigung, so daß der Kollektorwechselstrom in diesem Arbeitsgebiet unabhängig von der Kollektorspannung ist. Die einzelnen Transistorkreise sind damit vollständig gegeneinander entkoppelt.

Die Schaltung nach Fig. 2 arbeitet grundsätzlich auf dieselbe Weise wie die Schaltung nach Fig. 1, jedoch als A-Verstärker, indem den Basen der beiden Transistoren über die Spannungsteiler ausi?lundi?2 bzw. RZ und i?4 entsprechende Vorspannungen zugeführt werden. In diesem Falle dienen die zusätzlichen Kondensatoren Cl, C 2 dem wechselstrommäßigen Schließen der Eingangskreise.

Sind dagegen die beiden Wicklungen £711 und Ü12 nicht Teile eines Eingangsübertragers, sondern zwecks Rückkopplung mit den Wicklungen £/21., £722 auf den gleichen Kern gewickelt, so arbeitet die Schaltung als selbsterregter Oszillator.

Die Erfindung ist nicht auf die Verwendung von nur zwei Transistoren beschränkt. Bei ausreichender Batteriespannung kann sie auch auf Schaltungen mit mehreren Transistoren mit Vorteil angewendet werden. In den Abb. 3 und 4 sind Ausführungsbeispiele für Gegentaktstufen mit vier Transistoren dargestellt, von denen je zwei in jedem Gegentaktzweig nach der Erfindung geschaltet sind.

Abb. 3 zeigt eine Gegentakt-Verstärkerstufe. Die Ausgangsübertragerwicklungen £741 und £742 bzw. £743 und £744 schalten die beiden Transistoren wechselstrommäßig ausgangsseitig parallel und übertragen die Signale im Gegentakt auf die Sekundärwicklung £740. Eingangsseitig sind die Transistoren über die Wicklungen £731 und £732 bzw. £733 und £734 paarweise parallel geschaltet. Durch den Spannungsteiler mit den Widerständen R 5 bis R12 werden Gleichspannungen zur Arbeitspunkteinstellung für die einzelnen Transistoren gewonnen. Die Kondensatoren C7 und CB besorgen erfindungsgemäß die wechselstrommäßige Entkopplung der einzelnen Transistorkreise. Die Überbrückungskondensatoren C 9 bis C12 für die Basisspannungsteiler können praktisch weggelassen werden, da bei Leistungstransistoren die Teilerwiderstände R6, R8, R9, RIl sehr klein sind. Werden die Steuerwicklungen £751 bis £754 in entsprechender Polung als Rückkopplungswicklungen auf den Ausgangsübertrager gewickelt, so entsteht ein selbstschwingender Gegentakt-Oszillator nach Abb. 4. Die Generatorfrequenz wird vom Kondensator C13 in Verbindung mit der Induktivität der Ausgangswicklung £750 bestimmt. Die zur Erhöhung der Kurzschlußfestigkeit des Generators in die Emitterzweige gelegten Widerstände i?13 bis R16 sind zweckmäßig so bemessen, daß die Schwingungen abreißen, wenn die Verlustleistungsgrenze der Transistoren infolge steigender Belastung erreicht ist. Bemerkenswert ist, daß bei dieser Schaltung mit vier Transistoren alle Wicklungen für die Rückkopplungen der einzelnen Stufen und die Leistungsübertragung auf einem Übertrager vereinigt sind.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verstärkerstufe mit zwei oder mehreren gleichstrommäßig in Serie gespeisten Transistoren gleichen Leitfähigkeitstyps, dadurch gekennzeichnet, daß die Transistoren wechselstrommäßig sowohl im Eingang als auch im Ausgang über je einen gemeinsamen Übertrager gleichphasig parallel geschaltet sind und daß zur Entkopplung der Verstärkerkreise jeweils die Verbindungspunkte der Transistoren wechselstrommäßig auf Bezugspotential gelegt sind (Abb. 1 und 2).

2. Gegentaktverstärkerstufe, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem Gegentaktzweig zwei oder mehrere Transistoren nach Anspruch 1 geschaltet sind (Abb. 3).

3. Abwandlung der Verstärkerstufe nach Anspruch 1 zu einer Oszillatorstufe, gekennzeichnet durch die Verwendung einer die Schwingungen anfachenden und unterhaltenden induktiven Rückkopplung, indem die Eingangs- und Ausgangswicklungen für sämtliche Transistoren auf einen gemeinsamen Kern gewickelt sind.

4. Abwandlung der Verstärkerstufe nach Anspruch 2 zu einer Gegentakt-Oszillatorstufe, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangs- und Ausgangswicklungen der Gegentaktzweige für alle Transistoren auf einem gemeinsamen Kern vereinigt sind (Abb. 4).

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschriften Nr. 553 637, 1 021 926;

deutsche Auslegeschrift Nr. 1003 802;

USA.-Patentschriften Nr. 2235 677, 2 424 893,
802 907;

französische Patentschrift Nr. 1147 700;

R. F. Shea, »Transistor Circuit Engineering«, 1957, S. 135, 136, 230, 239;

»Wireless World«, Dezemberheft 1957, S. 98 (Advertisement).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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