DE1111672B - Gegentaktverstaerker mit zwei Transistoren, deren Emitter-Kollektor-Strecken vom Speisegleichstrom in Reihe durch-flossen werden - Google Patents

Description

Die bisher bekannten Transistoren haben manche wünschenswerten, aber auch manche nachteiligen Eigenschaften. Sie sind vor allem temperaturabhängig. Diese Abhängigkeit kann zu Instabilitäten im gesamten Gerät führen. Außerdem ändert sich die Stromverstärkung der Transistoren im allgemeinen mit dem Kollektorstrom. Diese Abhängigkeit kann zu Verzerrungen des Signals führen, das verstärkt werden soll. Infolge der durch die Transistoren verursachten Phasenverschiebungen ist es vielfach schwierig, Gegenkopplung zur Verminderung der Verzerrungen und zur Erhöhung der Stabilität anzuwenden. Schließlich besteht starke Streuung hinsichtlich der Stromverstärkung zwischen Transistoren der gleichen Type. Es ist daher üblich, bei der Verwendung von Transistoren in Gegentaktverstärkern die Transistoren paarweise auszuwählen und einander anzupassen.

Andererseits ist es für die Speisung von Lautsprechern in Tonverstärkeranlagen sehr erwünscht, eine Kraftverstärkerstufe mit sehr niedriger Impedanz zu benutzen, um eine gute Anpassung für die Lautsprecher zu erzielen. Soweit die üblichen Endverstärker einen verhältnismäßig hohen Ausgangswiderstand haben, ist es daher notwendig, verhältnismäßig kostspielige Anpassungstransformatoren zu verwenden, die aber die getreue Wiedergabe beeinträchtigen.

Das Ziel der Erfindung ist es daher, einen Gegentaktverstärker zu schaffen, in dem nicht ausgewählte und nicht angepaßte Transistoren verwendet werden können und der nur verhältnismäßig kleine Verzerrungen und schwaches Brummen auch bei großer Verstärkung aufweist. Sie geht dabei von der an sich bekannten Gegentaktstufe mit zwei Transistoren gleichen Leitfähigkeitstyps aus, deren Emitter-Kollektor-Strecken vom Speisegleichstrom in Reihe durchflossen werden, bei welcher der eine Transistor unmittelbar und der zweite mittelbar gesteuert wird und bei der die Belastung an die Verbindung des Emitters des einen mit dem Kollektor des zweiten Transistors angeschlossen ist.

Gemäß der Erfindung wird der Emitter eines dritten Transistors entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps vom Spannungsabfall am Kollektorwiderstand des ersten Transistors gesteuert, während die Steuerspannung für den zweiten Transistor an einem Widerstand im Kollektorkreis des dritten Transistors abgegriffen wird.

An Stelle des ersten und zweiten Transistors können auch an sich bekannte Tandemschaltungen zweier gleichartiger Transistoren vorgesehen sein.

In den beiden Figuren sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes dargestellt.

Gegentaktverstärker mit zwei Transistoren,

deren Emitter-Kollektor-Strecken
vom Speisegleichstrom in Reihe durchflossen werden

Anmelder:

General Electric Company,
Schenectady, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. W. Reichel, Patentanwalt,
Frankfurt/M. 1, Parkstr. 13

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 20. August 1958

Hugh Randolph Lowry, DeWitt, N. Y. (V. St. Α.),
ist als Erfinder genannt worden

Fig. 1 zeigt einen einfachen Signalverstärker gemäß der Erfindung und

Fig. 2 einen Tonfrequenzausgangsverstärker hoher Wiedergabetreue gemäß einer Weiterbildung der Erfindung.

In Fig. 1 ist ein einfacher Gegentaktverstärker dargestellt, dem die Signale von einer Signalquelle 12 zugeführt werden und welcher die verstärkten Signale an eine Belastung 14 abgibt. Der Gegentaktverstärker enthält die vom Speisegleichstrom in Reihe durchflossenen Transistoren 16 und 18 sowie einen Transistor 20, der den Ausgang des Transistors 16 mit dem Eingang des Transistors 18 verbindet. Die Signale der Signalquelle 12 werden dem Transistor 16 unmittelbar zugeführt und verursachen eine Änderung des in diesem Transistor fließenden Stromes. Diese Stromänderung erzeugt eine Spannung an der Belastung 14 und bewirkt ferner, daß ein phasenverschobenes Signal über den Transistor 20 dem Transistor 18 zugeführt wird. Dieses bewirkt einen Strom durch den Transistor 18, der jedoch eine Phasenverschiebung gegenüber dem Strom im Transistor 16 hat und somit eine effektive Verstärkung des die Belastung 14 durchfließenden Stromes ergibt.

Der Kollektor des Transistors 16, z. B. eines PNP-Transistors, ist über einen Widerstand 22 mit der

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einen Klemme Β— der Spannungsquelle verbunden, seine Basis mit dem Punkt 24 und sein Emitter mit dem Punkt 26. Der Kollektor des Transistors 18 vom gleichen Leitfähigkeitstyp ist ebenfalls an den Punkt 26 angeschlossen, seine Basis ist an den Punkt 28 und sein Emitter über einen Widerstand 30 an die andere Klemme der Spannungsquelle angeschlossen. Diese Klemme kann als Bezugspotential gelten und geerdet sein.

Der Kollektor des Transistors 20 (z. B. eines Komplementär- oder NPN-Transistors) ist über einen Widerstand 32 an den Verbindungspunkt 28 angeschlossen, seine Basis an den Verbindungspunkt 34 und sein Emitter steht über einen Widerstand 36 mit dem Kollektor des Transistors 16 in Verbindung. Der Widerstand 38 verbindet den Punkt 28 mit Erde, so daß ein Stromkreis für den Transistor 20 und ein Spannungsteiler mit dem Widerstand 32 entsteht. Widerstände 40 α und 40 b sind in Reihe zwischen dem Punkt B — der Spannungsquelle und Erde angeordnet, so daß eine Vorspannung für die Basis des Transistors 20 geliefert wird. Widerstände 42 a und 42 b sind in gleicher Weise parallel zur Spannungsquelle angeordnet, um eine Vorspannung für die Basis des Transistors 16 zu liefern.

Die Arbeitsweise des Gegentaktverstärkers wird zuerst im Ruhezustand beschrieben und dann während der Signalverstärkung. Der Spannungsteiler 42, dessen Widerstände im allgemeinen gleiche Größe haben, erzeugt ein Betriebspotential an der Basis des Transistors 16 und das gleiche Potential liegt auch am Emitter. Der Spannungsteiler 40 liefert eine Vorspannung für die Basis des Transistors 20, so daß ein kleiner Strom in seinem Kollektorkreis über die Widerstände 32 und 38 fließt. Dieser Strom liefert die Betriebsvorspannung der Basis des Transistors 18. Diese Vorspannung und die Größe des Widerstandes 30 bestimmen zusammen die Größe des Gleichstroms, der den Transistor 18 durchfließt. Da der Speisegleichstrom von der Klemme B — über den Transistor 16 fließt, wird auch der Transistor 16 vom selben Gleichstrom durchsetzt.

Wenn die Widerstände 22 und 30 im wesentlichen einander gleich sind und der Widerstand 36 gleich dem Widerstand 38 ist, dann ist der Verstärkungsfaktor in dem Stromkreis, der die Transistoren 16,18 und 20 hält, gleich Eins. Eine kleine Änderung des Gleichstroms durch den Transistor 16, die sich durch Streuströme, Wärme oder andere Einwirkungen ergibt, verursacht eine Änderung in der Arbeitsvorspannung der Basis des Transistors 18 in einem solchen Sinn, daß der Gleichstrom auf den ursprünglichen Wert zurückkehrt. Wenn daher der Widerstand 30 auch nur 1 Ohm beträgt, dann ist die Gleichstromstabilität des Gegentaktverstärkers außerordentlich gut.

Wenn ein Wechselstromsignal von der Signalquelle 12 über einen Kondensator der Basis des Transistors 16 zugeführt wird und ein Wechselstrom diesen Transistor durchfließt, wird eine Wechselspannung der gleichen Phasenlage an der Belastung 14 erzeugt, weil der Transistor 16 in Emitterschaltung arbeitet. Gleichzeitig erzeugt der Wechselstrom, der den Transistor 16 durchfließt, eine Wechselspannung an dem Widerstand 22. Diese Wechselspannung, die über den Widerstand 36 dem Emitter des Transistors 20 zugeführt wird, hat eine Phasenverschiebung von 180° gegenüber der Wechselspannung an der Belastung 14.

Diese Wechselspannung wird ohne Phasenverschiebung über den Widerstand 32 der Basis des Transistors 18 zugeführt. Sie bewirkt, daß ein Wechselstrom durch den Transistor 18 fließt, der eine Wechselspannung an der Belastung 14 erzeugt, die in Phase mit der Wechselspannung ist, welche durch den Wechselstrom im Transistor 16 erzeugt wird. Jeder Transistor liefert somit etwa die Hälfte des Stromes für die Belastung 14.

ίο Es sei bemerkt, daß eine lOO°/oige Spannungsrückkopplung zwischen den Transistoren 16 und 18 vorliegt, so daß, wenn die Signalquelle 12 einen niedrigen Widerstand gegenüber dem Eingangswiderstand des Transistors 16 hat, die von dem Gegentaktverstärker eingeführte Verzerrung sehr gering ist.

Zwar könnte auch ein Kondensator benutzt werden, um die Kopplung zwischen dem Kollektor des Transistors 16 und der Basis des Transistors 18 herzustellen; jedoch hat die Verwendung des Transistors 20 erhebliche Vorteile. Wenn ein Kondensator verwendet würde, dann würde eine Wechselspannungskomponente an der Klemme B- ohne Dämpfung über den Widerstand 22 und den Kopplungskondensator auf die Basis des Transistors 18 gekoppelt. Diese Spannungsschwankung würde verstärkt und der Belastung 14 zugeführt. Der Transistor 20 jedoch verstärkt nur Spannungsdifferenzen zwischen dem Punkt 34 und dem Verbindungspunkt der beiden Widerstände 22 und 36. Da die Widerstände 22 und 40 α verhältnismäßig klein sind, ist die Brummspannung im wesentlichen gleich derjenigen an diesen beiden Verbindungspunkten und wird von dem Transistor 20 nicht verstärkt. Der Transistor 20 dient also zur Unterdrückung der Brummspannung. Fig. 2 zeigt einen erweiterten Tonverstärker hoher Widergabetreue gemäß der Erfindung. Er enthält eine Signalquelle 50 (einen üblichen Vorverstärker), die eine Spannungsverstärkerstufe (einen üblichen Transistorverstärker in Emitterschaltung) steuert, die ihrerseits einen Gegentaktverstärker (der dem gemäß der Fig. 1 ähnelt) speist, um den Lautsprecher 70 anzutreiben. Die Rückkopplungsanordnung 82, 84 zwischen dem Lautsprecher 70 und der Spannungsverstärkerstufe liefert eine Gegenkopplung für die ganze Schaltung, um die Linearität der Verstärkung zu verbessern und die Stabilität der Schaltung zu erhöhen.

Die Spannungsverstärkerstufe enthält einen Transistor 62 (einen PNP-Transistor), dessen Kollektor über den Widerstand 61 und einen Widerstand 65 mit der Klemme B— der Spannungsquelle verbunden ist; seine Basis steht mit der Signalquelle 50 und der Gegenkopplungsanordnung in Verbindung; sein Emitter liegt an Erde. Ein Widerstand 67 zur Erzeugung eines Spannungsabfalls liegt zwischen Kollektor und Basis und liefert eine Vorspannung für die Basis. Ein Kondensator 66 liegt zwischen dem Verbindungspunkt der Widerstände 61 und 65 und Erde.

Der Transistor 16 der Fig. 1 ist hier durch eine Tandemschaltung ersetzt, welche zwei Transistoren 116 und 216 enthält. Die Basis des Transistors 116 liegt am Kollektor des Transistors 62 (Eingangsklemme des Gegentaktverstärkers). Die Kollektoren der Transistoren 116 und 216 sind miteinander verbunden und an den Widerstand 22' angeschlossen. Der Emitter des Transistors 116 liegt an der Basis des Transistors 216. In manchen Fällen kann es erwünscht sein, diesen Punkt über einen Widerstand

zu erden. Der Emitter von 216 ist mit dem Punkt 26' verbunden (Ausgangsklemme des Gegentaktverstärker). In gleicher Weise ist der Transistor 18 der Fig. 1 durch eine Tandemschaltung ersetzt, welche die beiden Transistoren 118 und 218 enthält. Die Basis des Transistors 118 liegt an dem Verbindungspunkt 28'. Die beiden Kollektoren sind mit dem Punkt 26' verbunden. Der Emitter des Transistors 118 ist an die Basis des Transistors 218 angeschlossen. Es sei bemerkt, daß es in manchen Fällen erwünscht ist, diese Stelle über einen Widerstand zu erden. Der Emitter des Transistors 218 ist über einen Widerstand 30' geerdet. Diese Änderungen der Schaltung erhöhen die Stromverstärkung und liefern eine höhere Eingangsimpedanz sowie eine niedrigere Ausgangsimpedanz für den Gegentaktverstärker.

Der Lautsprecher 70 kann ein hochqualifizierter Lautsprecher sein, der einen sehr niedrigen Eingangswiderstand hat. Das eine Ende der Schwingspule 72 ist über einen Kondensator 46' an den Punkt 26' angeschlossen. Das andere Ende der Schwingspule 72 ist geerdet. Der Gegenkopplungsweg enthält die Parallelschaltung eines Kondensators 82 und eines Widerstandes 84, die zwischen der Schwingspule und dem Signaleingang liegen.

Die Transistoren 16 und 18 der Fig. 1 und die Transistoren 116, 216, 118 und 218 der Fig. 2 sind als PNP-Transistoren dargestellt. Diese Transistoren ebenso wie der Transistor 62 können aber auch NPN-Transistoren sein. In diesem Fall wurden die komplementären Transistoren 20 der Fig. 1 und 20' der Fig. 2 PNP-Transistoren sein, und die Polarität der Spannungsquelle müßte umgekehrt werden.

Die folgenden Werte für die einzelnen Schaltungselemente sollen als Beispiel für einen Tonverstärker dienen:

Widerstand 61 4 300 0hm

Widerstand 66 180 000 0hm

Widerstand 84 10 000 Ohm

Widerstand 42«' 470 0hm

Widerstand 42 b' 15 000 0hm

Widerstand 32' .
Widerstand 38' .
Widerstand 36' .
Widerstand 22' .
Widerstand 30' .
Widerstand 65 .
Kondensator 82
Kondensator 46'
Kondensator 66

5 600 Ohm
1 000 Ohm
220 Ohm
lOhm
lOhm
680 Ohm
001 Mikrofarad
1 000 Mikrofarad
50 Mikrofarad

40

45

Transistor 20' G.E. 2N169A

Transistor 116 G.E. 2 N188 A

Transistor 216 DELCO 2 N174

Transistor 118 G.E. 2N188A

Transistor 218 DELCO 2 N174

Potentialquelle B- .... 30 Volt

Claims (5)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Gegentaktverstärker mit zwei Transistoren gleichen Leitfähigkeitstyps, deren Emitter-Kollektor-Strecken vom Speisegleichstrom in Reihe durchflossen werden, bei der die Basis des einen Transistors unmittelbar und die des zweiten mittelbar gesteuert wird und bei der die Belastung an die Verbindung des Emitters des einen mit dem Kollektor des zweiten Transistors angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Emitter eines dritten Transistors (20) entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps vom Spannungsabfall am Kollektorwiderstand (22) des ersten Transistors (16) gesteuert wird, während die Steuerspannung für den zweiten Transistor (18) an einem Widerstand (32, 38) im Kollektorkreis des dritten Transistors abgegriffen wird (Fig. 1).

2. Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mittels eines an der Speisespannung liegenden Spannungsteilers (40) der Basis des dritten Transistors eine feste Spannung zugeführt wird.

3. Verstärker nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstände (32, 36), die den Kollektor bzw. den Emitter des dritten Transistors mit dem zweiten bzw. dem ersten Transistor verbinden, im wesentlichen gleich groß sind.

4. Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Emitter des zweiten und der Kollektor des ersten Transistors über sehr niedrige Widerstände gleicher Größe an der Speisespannungsquelle liegen.

5. Abwandlung des Verstärkers nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle des ersten und zweiten Transistors an sich bekannte Tandemschaltungen zweier gleichartiger Transistoren (116, 216 bzw. 118, 218) vorgesehen sind (Fig. 2).

Transistor 62 G.E. 2N188A

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 026 361;
USA.-Patentschriften Nr. 2743 321, 2761 917;
britische Patentschrift Nr. 798 523;
französische Patentschrift Nr. 1147 700;
Electronics, 1956, Septemberheft, S. 174.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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