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Impulsleistungsverstärker nlit zwei galvanisch gekoppelten Transistoren
Bei der Entwicklung von Transistorschaltungen für größere Leistungen bei hoher Frequenz
sind mehrere Schwierigkeiten zu überwinden, da die zur Zeit erhältlichen Leistungstransistoren
eine viel zu niedrige obere Frequenzgrenze haben. Man muß daher für entsprechend
hohe Frequenzen geeignete Transistoren verwenden, indem diese unter Ausnutzung der
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lässigen Wärmebelastungsgrenzen zu relativ großer impulsförmiger Stromführung
gezwungen werden. Hierbei treten zwei besonders nachteilige Effekte auf. Einmal
wird eine endliche Zeit benötigt, bis die injizierte Trägerkonzentration ausreicht,
um den gewünschten hohen Strom fließen zu lassen. Diese Zeit wird im folgenden mit
»Anstiegszeit« bezeichnet. Andererseits transportieren die am Ende der Stromführungszeit
vorhandenen Minoritätsladungsträger noch so lange Strom, bis sie nach und nach den
Kollektor erreichen. Dies wird als »Abfallzeit« bezeichnet.
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Die angeführten Nachteile werden durch die erfindungsgemäße Anordnung
mit zwei galvanisch gekoppelten Transistoren, die parallel auf die, Ausgangsbelastung
wirken, in besonders vorteilhafter Weise vermieden, indem der erste Transistor in
Emitterfolgeschaltung angeordnet ist, die einen Widerstand in Serie zur Kollektorelektrode
aufweist, daß deren Emitter-Kollektor-Strecke parallel zur Kollektor-Basis-Strecke
geschaltet ist, wobei die Emitterelektrode des ersten Transistors an der Basis des
zweiten Transistors liegt und der Wert des Widerstandes so gewählt ist, daß bei
voller Stromführung beider Transistoren eine Sättigung des zweiten Transistors verhindert
wird.
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In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung wird zusätzlich die maximale
Sperrspannung der Emitter-Basis-Grenzschicht des Leistungstransistors durch eine
dazu parallele, in Durchlaßrichtung gepolte Diode begrenzt.
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Wie in der Beschreibung des Ausführungsbeispieles ausführlich erläutert,
dient die erste Stufe gleichzeitig zur Impedanzanpassung und zur Verhinderung der
Sättigung des den hohen Schaltsrom führenden zweiten Transistors.
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An Hand eines Ausführungsbeispieles nach der Figur wird im folgenden
die erfindungsgemäße Schaltung insbesondere hinsichtlich der gegen den Stand der
Technik erzielten Vorteile erläutert.
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In der Schaltung nach der Figur fließt Strom von der Batterie 12,
über den Widerstand 14, den Transistor 2, über die Widerstände 15 und
26 zur Batterie 25. Das Potential der Klemme 27 wird weiter
durch die von der Batterie 23 vorgespannte Diode 24 in negativer Richtung
auf das Potential der Batterie 23
begrenzt. Ein an die Klemmen 8 und
9 angelegtes Eingangssignal, welches von dem durchschnittlichen »Aus«-Wert
von etwa -2V auf einen »Ein«-Wert von etwa - 8 V oder mehr fällt, wird über
die RC-Kombination 10, 11 auf die Basis 4 des Transistors 2 gelegt und bewirkt
eine entsprechende Zunahme der Stromführung des Transistors 2. Diese Stromzunahme
bewirkt
auch eine Zunahme der an dem Widerstand 14 abfallenden Spannung, so daß der Emitter
3 des Transistors 2 ebenfalls negativer wird. Die dieser »Emitterfolgeschaltung«
nachgeschaltete »Inverterschaltung« wird dadurch stromführend. In dem »Aus«-Wert-Zustand
des Signals an den Eingangsklemmen 8, 9 war die Emitter-Basis-Grenzschicht
21 des Transistors 17 in Sperrichtung vorgespannt, da die Basis
19 mit positivem Potential durch den Widerstand 14 verbunden war. Durch den
negativer werdenden Emitter 3 wird im »Ein«-Wert des Eingangssignals auch
der Transistor 17 stromleitend, indem ein starker Strom von Erde, über Emitter
18 und
Kollektor 20, durch denWiderstand 26 zu Batterie
25
fließt. Der starke Einsatzstrom des Transistors 17
wird durch den
medrigen Ausgangswiderstand der Transistorschaltung der ersten Stufe erzwungen,
da dieser in bezug auf die Basis 19 eine Quelle konstanter Spannung darstellt.
Wenn der Transistor 17 starken Strom führt, steigt das Potential der Klemme
27
an, es erscheint also an dieser Klemme eine invertierte Darstellung des
Eingangssignals.
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Wenn das Eingangssignal an der Klemme 8, 9 auf - 2 V
zurückkehrt, wird das Potential der Basis 4 auf einen vorherbestimmten Wert steigen.
Damit steigt auch das Potential des Emitters 3 und der damit verbundenen
Basiselektrode 19-, so daß der Transistor 17 stromlos wird. Dadurch steigt
das Potential an der Klemme 27 auf das der Batterie 23. Die Größe
des Widerstandes 13 ist so gewählt, daß bei einem Eingangssignalpegel von
-2V die Grenzschicht21 des Transistors 17 in Sperrichtung vorgespannt wird.
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Die der erfIndungsgemäßen Anordnung eigene vorteilhafte kurze Einschaltzeit
läßt sich folgendermaßen erklären: Der relativ hohe Eingangswiderstand der ersten
Stufe belastet den Signalgenerator wenig und liefert ein gleiches, jedoch niederohmig
gespeistes Signal an die Inverterstufe 17. Praktisch liegt dabei die Basis
19 am gleichen Signal wie die Eingangsklemme 8, 9, erhält dieses Signal
jedoch mit einem (a'+ 1) größeren Strom aufgedrückt, bis die Spannung schließlich
durch den sehr niedrigen Spannungsfall an der Grenzschicht 21 begrenzt wird. Dies
bewirkt eine beschleunigte Trägerinjektion über die Grenzschicht 21 ' die
damit eine schnelle Einschaltung des Transistors 17 zur Folge hat.
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Die schnelle Abschaltzeit dieser Anordnung wird durch die gleichzeitige
Benutzung der ersten Stufe während des stromleitenden Zustandes der zweiten Stufe
als nichtlinearer Widerstand bewirkt, der zwischen der KoRektor- und der Basiselektrode
des Transistors 17 angeordnet ist und der so bemessen ist, daß er die Sättigung
des Transistors 17 verhindert. Sättigung tritt gemeinhin bei Transistoren
immer dann auf, wenn das Kollektorpotential näher an das des Emitters herankommt
als das Potential der Basis. Auf die vorliegende Anordung bezogen würde dies bedeuten,
daß das Potential des Kollektors 20 gleich hoch oder positiver als das der Basis
19 wird. Dies wird jedoch durch den hierzu parallel geschalteten Transistor
2 der ersten Stufe verhindert. Wenn das Kollektorpotential des Transistors
17 zufolge des hohen Stromflusses durch den Widerstand 26 steigt,
wird diese Änderung über den Widerstand 15 an den Kollektor 5
des Transistors
2 im Sinne einer die Stromführung dieses Transistors verringernden Weise gelegt,
so daß der Transistor 2 in die Sättigung gerät. Der Spannungsabfall über den gesättigten
Transistor 2 und den Serienwiderstand 15 bestimmt dabei, wie nahe der Transistor
17 an die Sättigung äußerstenfalls herankommen kann. Der Widerstand
15 bestimmt also, wie weit der Sicherheitsabstand des Arbeitspunktes des
Transistors 17 von dem Punkt der Sättigung entfernt bleibt. Da der Kollektorenstrom
des Transistors 2 nur einen kleinen Teil des Laststromes bildet, ist die durch die
Sättigung des nur geringen Strom führenden Transistors 2 in diesem bewirkte Abschaltverzögerung
noch unter einem als nachteilig zu bezeichnenden Wert zu halten.
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Eine Verbesserung der Wirkungsweise der Anordnung nach Fig.
1 kann durch Schließen des Schalters 30 erreicht werden. Dadurch begrenzt
die Diode 29
die Sperrspannung über die Grenzschicht 21, da sie parallel dazu
in Durchlaßrichtung liegt. Dadurch wird die Anstiegszeit des Transistors
17 herabgesetzt. Gleichzeitig wird hierdurch eine bestimmte kleine positive
Spannung in der »Aus«-Wert-Zeit des Eingangssignales am Emitter 3 eingestellt.
Dadurch läßt sich über die Widerstände 10 und 13 die Spannung an der
Grenzschicht 6 so einstellen, daß der Transistor 2 während dieser Zeit keinen
Strom führt, so daß keine Verlustleistung entsteht. Weiter kann in diesem Falle
der Widerstand 14 verringert werden, so daß der Transistor 17 von der Batterie
12 her schneller abgeschaltet werden kann, da der Widerstand 14 in der »Aus«-Wert-Zeit
nicht mehr die Verlustleistung des Transistors 2 begrenzen muß. Dieser führt jetzt
keinen Strom mehr. Im folgenden wird eine Auswahl von Werten der einzelnen Schaltelemente
angegeben, wie sie zufriedenstellend gearbeitet hat. Transistor 2: Germanium-pnp-Schichttransistor,
a > 0,97,
fob >- 5 MHz.
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Transistor
17:
Germanium-pnp-Schichttransistor, a 2#:
0,92,
f,b::#:
5 MHZ-Dioden 24 und
29:
Germanium, Sperrwiderstand
100 kQ; 0,2 bis
0,7 V Spannungsabfall in Durchlaßrichtung bei
10 bis
50 mA Strom.
| Widerstand 10 ................ 5 100 Q |
| Widerstand 13 ................ 20 000 Q |
| Widerstand 14 ................ 75009 |
| Widerstand 15 ................ 519 |
| Widerstand 26 ................ 68009 |
| Kondensator 11 ............... 470 pF |
| Batterie 12 ................... 20 V |
| Batterie 23 ........ » .......... 10 V |
| Batterie 25 ................... 30V |
Man erhält für ein Eingangssignal von
0 auf -10V ein Ausgangssignal von
-10 auf
-0,5V.
Der geschaltete Strom beträgt
50 bis
80 mA -über eine kapazitive Belastung von
10 000 pF bei einer Wiederholungsfrequenz
von
250 kHz.