DE1115295B

DE1115295B - Pulse amplifier circuit with transistors

Info

Publication number: DE1115295B
Application number: DET15998A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Bernhard Rall; Dipl-Ing Herbert Stopper
Original assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Current assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Priority date: 1958-12-15
Filing date: 1958-12-15
Publication date: 1961-10-19

Description

Impulsverstärkerschaltung mit Transistoren Es sind Impulsverstärkerschaltungen mit Transistoren bekannt, bei denen die aufeinanderfolgenden Stufen derart miteinander gekoppelt sind, daß die Steuerelektrode der folgenden Stufe gleichstrommäßig mit der Ausgangselektrode der Vorstufe verbunden ist. Damit erreicht man unter anderem, daß Amplitudenzustände beliebig langer Dauer verarbeitet werden können (untere Grenzfrequenz gleich Null). Mit der in der bekannten Art durchgeführten Kopplung sind jedoch auch Nachteile verbunden, die insbesondere durch die niedrige Eingangsimpedanz der Transistoren bedingt sind.Pulse amplifier circuit with transistors There are pulse amplifier circuits known with transistors, in which the successive stages with each other are coupled that the control electrode of the following stage with direct current connected to the output electrode of the preamplifier. This achieves, among other things, that amplitude states can be processed for any length of time (lower limit frequency equals zero). With the coupling carried out in the known manner, however, are also Disadvantages associated, in particular, by the low input impedance of the transistors are conditional.

Als Beispiel sei der Fall betrachtet, daß die Basis des in Emitterschaltung betriebenen Transistors einer Leistungsstufe durch eine bistabile Kippstufe in Emitterschaltung angesteuert werden soll, bei welcher in üblicher Weise die Basen der beiden Transistoren mit dem Abgriff eines zwischen dem Kollektor des jeweils anderen Transistors und dem Bezugspotential liegenden Spannungsteilers verbunden sind. Der Kollektor eines der beiden Transistoren (erster Transistor) stehe über einen weiteren Ohmschen Spannungsteiler mit der Basis des Leistungstransistors (zweiter Transistor) in Verbindung. Wenn der erste Transistor leitend ist, so ist die Spannung an seinem KoHektor infolge des Spannungsabfalls am Kollektorwiderstand so niedrig, daß der zweite Transistor gesperrt ist. Ist nun nach dem Kippen der andere Transistor leitend und der erste gesperrt, dann steigt die Spannung am genannten Kollektor so weit an, daß über den Kollektorwiderstand Strom über die Basis des zweiten Transistors fließt und dieser dadurch leitend wird. Infolge der Stromverteilung zwischen den ebenfalls über den Kollektorwiderstand gespeisten obenerwähnten Spannungsteilern und der Basis des zweiten Transistors ist jedoch die an letzterer zur Verfügung stehende Steuerleistung relativ klein. Ein weiterer Nachteil dieser Anordnung besteht darin, daß durch die Belastung der Kippstufe mit dem Basisstrom der nachfolgenden Leistungsstufe die Wirkungsweise der Kippstufe beeinflußt, insbesondere der von ihr erzeugte Impuls verfonnt wird.As an example, consider the case that the base of the emitter circuit operated transistor of a power stage by a bistable multivibrator in emitter circuit is to be controlled, in which in the usual way the bases of the two transistors with the tap of one between the collector of the other transistor and the voltage divider lying on the reference potential are connected. The collector of one of the two transistors (first transistor) are connected to another ohmic voltage divider with the base of the power transistor (second transistor) in connection. if the first transistor is conductive, the voltage at its co-heater is due to it of the voltage drop across the collector resistor is so low that the second transistor Is blocked. If the other transistor is conductive and the first one after the tilt locked, then the voltage at the said collector increases so far that over the Collector resistance current flows through the base of the second transistor and this thereby becomes conductive. As a result of the power distribution between the also via the Collector resistor fed the aforementioned voltage dividers and the base of the However, the second transistor is the control power available to the latter relatively small. Another disadvantage of this arrangement is that by the Loading of the multivibrator with the base current of the subsequent power level Effect of the flip-flop influences, in particular the pulse generated by it is written.

Zur Frage der Leistungsanpassung ist noch zu bedenken, daß bei den in der Transistor-Impulstechnik üblichen Schaltungen an der (unbelasteten) Ausgangsklemme ein Spannungshub von etwa 10 V auftritt, während zur Aussteuerung der Basis eines folgenden Transistors in Emitterschaltung ein Spannungshub von etwa 1 V, jedoch gegebenenfalls von größerer Stromstärke, benötigt wird.Regarding the question of power adjustment, it should also be taken into account that with the circuits customary in transistor pulse technology, a voltage swing of about 10 V occurs at the (unloaded) output terminal, while a voltage swing of about 1 V occurs to control the base of a following transistor in emitter circuit, however, possibly of greater amperage, is required.

Die Erfindung hat eine Impulsverstärkerschaltung zum Gegenstand, bei welcher die vorerwähnten Schwierigkeiten nicht auftreten. Diese Schaltungsanordnung umfaßt einen ersten Transistor, der hinsichtlich der Lage seines Arbeitspunktes zwei Betriebszustände einnehmen kann, und einen zweiten als Verstärker wirkenden Transistor vom gleichen Leitfähigkeitstyp (pnp oder npn) in Emitterschaltung. Die Besonderheit der Kopplung zwischen diesen beiden Transistoren besteht darin, daß (bei Verwendung von pnp-Transistoren) die Basis des zweiten Transistors über einen Widerstand mit einer negativen Betriebsspannung und über eine Diode mit der Ausgangselektrode des ersten Transistors in Verbindung steht, wobei zwischen dem Emitter des zweiten und dem gemeinsamen Bezugspotential der beiden Transistoren eine negative Vorspannung solcher Größe wirksam ist, daß in dem einen Betriebszustand des ersten Transistors dessen über die Diode und den Widerstand fließender Stromanteil am Widerstand einen die Sperrung des zweiten Transistors bewirkenden Spannungsabfall hervorruft, während in dem anderen Betriebszustand des ersten Transistors infolge höherer negativer Spannung an seiner Ausgangselektrode die Diode sperrt, der Strom durch den Widerstand über die Basis des zweiten Transistors fließt und dieser dadurch leitend ist.The invention has a pulse amplifier circuit as an object which the aforementioned difficulties do not occur. This circuit arrangement comprises a first transistor which, with regard to the location of its operating point can assume two operating states, and a second acting as an amplifier Transistor of the same conductivity type (pnp or npn) in an emitter circuit. the The special feature of the coupling between these two transistors is that (when using pnp transistors) the base of the second transistor via a Resistance with a negative operating voltage and via a diode with the output electrode of the first transistor is in connection, wherein between the emitter of the second and a negative bias voltage to the common reference potential of the two transistors such a size is effective that in the one operating state of the first transistor whose current component flowing through the diode and the resistor forms a part of the resistor the blocking of the second transistor causing voltage drop, while in the other operating state of the first transistor due to higher negative Voltage at its output electrode blocks the diode, the current through the resistor flows through the base of the second transistor and this is thereby conductive.

Die Eigenart der Wirkungsweise dieser Schaltung besteht also darin, daß die die Kopplung zwischen dem ersten und dem zweiten Transistor vermittelnde Diode, in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung des ersten Transistors, eine rückwirkungsfreie Strornsteuerung des zweiten Transistors ermöglicht. Da der Steuerstrom (Basisstroira) für den zweiten Transistor nur durch die Größe des obengenannten Widerstandes bestimmt wird, nicht aber durch Schaltungselemente, welche der den ersten Transistor enthaltenden Stufe, angehören, läßt sich mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung eine wesentlich größere Leistungsverstärkung erzielen als mit den bekannten Anordnungen. Der als erster Transistor bezeichnete Transistor kann beispielsweise ähnlich wie im obenerwähnten Fall zu einer Kippstufe gehören, er kann aber im Rahmen der Erfindung auch Bestandteil irgendeiner anderen, hinsichtlich des zweiten Transistors als Vorstufe zu'betrachtenden Schaltung sein.The peculiarity of the mode of operation of this circuit is therefore: that the coupling between the first and the second transistor mediates Diode, depending on the output voltage of the first transistor, a reaction-free one Allows current control of the second transistor. Since the control current (Basisstroira) for the second transistor only by the size of the resistor mentioned above certainly is, but not by circuit elements which contain the first transistor Stage, belong, can be a significant with the circuit arrangement according to the invention achieve greater power gain than with the known arrangements. The as The transistor referred to as the first transistor can, for example, be similar to that mentioned above Case belong to a tilting stage, but it can also be part of the invention any other to be considered as a preliminary stage with regard to the second transistor Be circuit.

Die Wirkungsweise, der erfindungsgemäßen Transistorschaltung soll nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert werden.The mode of operation of the transistor circuit according to the invention is intended will be explained in more detail below with reference to the drawing.

Fig. 1 stellt das im wesentlichen vollständige Schaltbild eines Ausführungsbeispiels dar; in Fig. 2 und 3 ist die Schaltung nach Fig. 1 schematisch vereinfacht.Fig. 1 shows the substantially complete circuit diagram of an embodiment; in FIGS. 2 and 3 , the circuit according to FIG. 1 is schematically simplified.

Diese beiden Figuren dienen zur Erklärung der Vorgänge, welche während der beiden möglichen Betriebszustände der Transistoren dieses Ausführungsbeispiels stattfinden. Zur Erhöhung der übersichtlichkeit ist hier der leitende Zustand eines Transistors bzw. einer Diode durch Darstellung mit ausgefüllter Fläche, der gesperrte Zustand durch bloße Umrandung angedeutet.These two figures serve to explain the processes that take place during of the two possible operating states of the transistors of this embodiment occur. To increase the clarity, the conductive state is one here Transistor or a diode by showing with a filled area, the blocked Condition indicated by a bare outline.

Bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der im Sinn der Erfindung als erster Transistor bezeichnete Transistor 1 Bestandteil einer bistabilen Kippstufe, während der als zweiter Transistor bezeichnete Transistor 2 einer Leistungsstufe angehört. Die Kippstufe ist in üblicher Weise aufgebaut und enthält außer dem Transistor 1 einen weiteren Transistor 3. Alle Transistoren mögen dem gleichen Leitfähigkeitstyp angehören, wobei zur Erläuterung eine pnp-Dotierung angenommen sei. Dementsprechend sind in der Kippstufe, die Kollektorwiderstände 4 und 5 mit dem negativen Pol einer Spannungsquelle 6 verbunden, deren positiver Pol an Masse liegt, die hier das Bezugspotential darstellt. Zwischen dem Kollektor jedes Transistors und dem Bezugspotential liegt ein Spannungsteiler 7, 8 bzw. 9, 10, mit dessen Abgriff die Basis des jeweils anderen Transistors verbunden ist. Zur Verbesserung der Flankensteilheit des Ausgangssignals sind die Widerstände 7 und 9 in bekannter Weise durch je einen Kondensator 11 bzw. 12 überbrückt. Die Emitter der beiden Transistoren 1 und 3 sind miteinander verbunden und über einen relativ kleinen, durch einen Kondensator 13 überbrückten Widerstand 14 nach Masse (Bezugspotential) geführt. Das den Kippvorgang auslösende Eingangssignal wird an eine Klemme 15 angelegt und über einen Kondensator 16 sowie zwei Dioden 17 und 18 den Basen der Transistoren zugeführt, wobei zwischen dem gemeinsamen Verbindungspunkt der Dioden und dem Bezugspotential ein Widerstand 19 liegt.In the exemplary embodiment shown in FIG. 1 , the transistor 1, referred to as the first transistor in the sense of the invention, is part of a bistable multivibrator, while the transistor 2, referred to as the second transistor, belongs to a power stage. The flip-flop is constructed in the usual way and contains, in addition to transistor 1, a further transistor 3. All transistors may belong to the same conductivity type, pnp doping being assumed for the purposes of explanation. Accordingly, in the trigger stage, the collector resistors 4 and 5 are connected to the negative pole of a voltage source 6 , the positive pole of which is connected to ground, which here represents the reference potential. Between the collector of each transistor and the reference potential there is a voltage divider 7, 8 or 9, 10, to whose tap the base of the respective other transistor is connected. To improve the edge steepness of the output signal of the resistors 7 and 9 are bridged in a known manner by a respective capacitor 11 and 12 respectively. The emitters of the two transistors 1 and 3 are connected to one another and led to ground (reference potential) via a relatively small resistor 14 bridged by a capacitor 13. The input signal that triggers the tilting process is applied to a terminal 15 and fed to the bases of the transistors via a capacitor 16 and two diodes 17 and 18 , a resistor 19 being located between the common connection point of the diodes and the reference potential.

Gemäß der Erfindung steht die Basis des zweiten Transistors, also des Transistors 2 der Leistungsstufe, über eine Diode 20 mit der Ausgangsklemme 21 des ersten Transistors 1 in Verbindung, die, an dessen Kollektor führt; ferner ist diese Basis über einen Widerstand 22 mit einer negativen, von einer Spannungsquelle 23 gelieferten Betriebsspannung verbunden. Zwischen dem Emitter und dem Bezugspotential liegt eine - Spannungsquelle 24, die dem Emitter eine negative Vorspannung erteilt. Zwischen dem Kollektor und der Spannungsquelle 25 der Leistungsstufe ist der Lastwiderstand, beispielsweise die ArbeitswicklÜng eines Relais 26, angeordnet.According to the invention, the base of the second transistor, that is to say of the transistor 2 of the power stage, is connected via a diode 20 to the output terminal 21 of the first transistor 1 , which leads to its collector; Furthermore, this base is connected via a resistor 22 to a negative operating voltage supplied by a voltage source 23. Between the emitter and the reference potential is a - voltage source 24 which issues a negative bias to the emitter. The load resistor, for example the working winding of a relay 26, is arranged between the collector and the voltage source 25 of the power stage.

Die Widerstände dieses Ausführungsbeispiels können etwa folgende Werte haben: 4 = 1 k, 5 = 3 k, 7=8k, 9=6k, 10=3k, 14=100k, 19=2k, 22 = 1,6 k, 26 = 40 k. The resistances of this embodiment example can have the following values: 4 = 1 k, 5 = 3 k, 7 = 8k, 9 = 6k, 10 = 3k, 14 = 100k, 19 = 2k, 22 = 1.6 k, 26 = 40 k.

In Fig. 2 ist der Fall angenommen, daß in der Kippstufe Transistor 1 leitend und Transistor 2 gesperrt ist. Zur Vereinfachung ist ferner vorausgesetzt, daß die Betriebsspannungen an den den Spannungsquellen 6, 23 und 25 (Fig. 1) entsprechenden Klemmen gleich sind und gegenüber dem Bezugspotential (Masse) - 10 V betragen. Die Vorspannung am Emitter des Transistors 2 betrage - 2,5 V. Dann stellt sich am Kollektor des Transistors 1 eine Spannung von etwa - 1 V ein, wobei die Diode 20 leitend ist und der Strom des Kollektors des Transistors 1 teils über den Kollektorwiderstand 5, teils über den Lastwiderstand 22 der Leistungsstufe fließt. Es ist leicht möglich, die Schaltung so zu bemessen, daß mehr als 60,% des Kollektorstromes über den Widerstand 22 fließen. Auf der der Basis des Transistors 2 zugewandten Seite der Diede 20 tritt eine Spannung von etwa -1,8V auf, so daß Transistor 2 infolge der negativen Vorspannung seines Emitters gesperrt ist.In Fig. 2 the case is assumed that transistor 1 is conductive and transistor 2 is blocked in the flip-flop. For simplicity is also provided that the operating voltages to the voltage sources 6, 23 and 25 (Fig. 1) corresponding terminals are equal and opposite to the reference potential (ground) - 10 V, respectively. The bias voltage at the emitter of the transistor 2 is - 2.5 V. Then a voltage of approximately - 1 V is established at the collector of the transistor 1 , the diode 20 being conductive and the current of the collector of the transistor 1 partly via the collector resistor 5 , partly flows through the load resistor 22 of the power stage. It is easily possible to dimension the circuit so that more than 60% of the collector current flows through resistor 22. On the side of the diaphragm 20 facing the base of the transistor 2, a voltage of approximately -1.8V occurs, so that the transistor 2 is blocked as a result of the negative bias of its emitter.

Wird nun die Kippstufe durch Zuführung eines Eingangsimpulses in den anderen stabilen Betriebszustand gebracht, so wird gemäß Fig. 3 Transistor 3 leitend, während Transistor 1 gesperrt ist. über den Kollektorwiderstand des Transistors 1 fließt dann nur noch der Strom des Spannungsteilers 9, 10, so daß die Ausgangsspannung der Kippstufe etwa - 7 V beträgt. Dadurch wird der Transistor 2 leitend und dann die Diode 20 durch Änderung der Basisspannung auf etwa Emittervorspannung gesperrt; durch den Widerstand 22 fließt ein relativ großer Strom über die Basis des Transistors 2, und der Lastwiderstand 26 wird von einem entsprechend großen Strom durchflossen. Der Basisstrom wird also nur durch den Wert des Widerstandes 22 bestimmt.If the flip-flop is now brought into the other stable operating state by supplying an input pulse, transistor 3 becomes conductive according to FIG. 3 , while transistor 1 is blocked. across the collector resistance of the transistor 1 flows only the current of the voltage divider 9, 10, so that the output voltage of the flip-flop approximately - is 7 V. As a result, the transistor 2 becomes conductive and then the diode 20 is blocked by changing the base voltage to approximately emitter bias; A relatively large current flows through the resistor 22 via the base of the transistor 2, and a correspondingly large current flows through the load resistor 26. The base current is therefore only determined by the value of resistor 22.

Unter Annahme einer 40fachen Stromverstärkung des Transistors 2 kann dieser in der beschriebenen Schaltungsanordnung etwa den 25fachen Strom der Kippstufe liefern, ohne deren Funktion zu behindern. Bei Anwendung einer Kopplung gemäß den bisher bekannten Schaltungen würde man hingegen nur etwa den 10fachen Strom der Kippstufe erzielen können.Assuming a 40-fold current gain of the transistor 2 , the transistor 2 can supply approximately 25-fold the current of the multivibrator in the circuit arrangement described without hindering its function. When using a coupling according to the previously known circuits, on the other hand, it would only be possible to achieve approximately 10 times the current of the multivibrator.

Selbstverständlich könnte der erste Transistor 1 auch Bestandteil einer monostabilen oder astabilen Kippstufe sein oder, wie bereits erwähnt, zu einer anderen, gegenüber dem Transistor 2 als Vorstufe zu betrachtenden Schaltung gehören. Es ist ferner im Rahmen der Erfindung nicht erforderlich, daß die beiden Betriebszustände des ersten Transistors als Sperrung und Sättigung auftreten. Wesentlich ist nur, daß die Differenz der den beiden Betriebszuständen entsprechenden Ausgangsspannungen des ersten Transistors genügend groß ist, um eine sichere Sperrung bzw. öffnung der Diode 22 zu bewirken.Of course, the first transistor 1 could also be part of a monostable or astable multivibrator or, as already mentioned, belong to a different circuit to be considered as a preliminary stage compared to the transistor 2. Furthermore, within the scope of the invention it is not necessary for the two operating states of the first transistor to occur as blocking and saturation. It is only essential that the difference between the output voltages of the first transistor corresponding to the two operating states is large enough to ensure that the diode 22 is reliably blocked or opened.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Irapulse amplifier circuit with a first transistor, which can assume two operating states with regard to the position of its operating point, and a second transistor of the same conductivity type (pnp or npn) acting as an amplifier in an emitter circuit, characterized in that (when using pnp transistors ) the base of the second transistor is connected via a resistor with a negative operating voltage and via a diode to the output electrode of the first transistor, with a negative bias voltage of such magnitude effective between the emitter of the second and the common reference potential of the two transistors that in the one operating state of the first transistor whose current component flowing through the diode and the resistor causes a voltage drop causing the blocking of the second transistor, while in the other operating state of the first transistor as a result of higher negative voltage the diode at its output electrode is blocked and the second transistor is conductive as a result of the base current flowing through the resistor.

2. Circuit according to spoke 1, characterized in that the first transistor is part of a trigger stage. 3. Circuit according to spoke 2, characterized in that the flip-flop has a further transistor in addition to the first, the control electrode of which is connected to the output electrode of the first transistor via a resistor. 4. Circuit according to spoke 3, characterized in that the control electrode of the further transistor is connected to the tap of a voltage divider which regulates between the output electrode of the first transistor and the reference potential. 5. Circuit according to spoke 3 or 4, characterized in that that the two transistors of the trigger stage are connected in emitter base.