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Transistor-Niederfrequenzverstärker mit Lautstärkeregelung Die Erfindung
betrifft einen aus mehreren Transistorstufen bestehenden Niederfrequenzverstärker
mit Lautstärkeregler, der besonders für die Verwendung in Schwerhörigengeräten bestimmt
und geeignet ist.
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Elektrische Schwerhörigengeräte, die am Kopf und insbesondere am oder
im Ohr getragen werden, müssen so klein und leicht wie möglich sein. Aus diesem
Grunde darf auch der in das Schwerhörigengerät eingebaute Niederfrequenzverstärker
nur sehr wenig Raum in Anspruch nehmen. Durch die Verwendung von Transistoren im
Niederfrequenzverstärker ist eine erhebliche Verkleinerung des Verstärkers und damit
des ganzen Schwerhörigengerätes gelungen.
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Andererseits muß aber der Niederfrequenzverstärker mehrere Transistorstufen
aufweisen, damit die notwendige Verstärkung des vom Mikrophon gelieferten Signals
erreicht wird. Man muß bestrebt sein, diesen mehrstufigen Transistorverstärker mit
möglichst wenigen Einzelteilen aufzubauen, damit er sich in dem geringen zur Verfügung
stehenden Raum des Schwerhörigengerätes unterbringen läßt.
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Bei diesem Bestreben gelangt man fast zwangläufig zu einer Gleichstromkopplung
zwischen den einzelnen Transistorstufen, bei der die Ausgangselektrode eines Transistors
direkt mit der Eingangselektrode des nachfolgenden Transistors verbunden ist. Bei
dieser Gleichstromkopplung der einzelnen Transistorstufen wird die geringste Anzahl
von Bauelementen für den Verstärker benötigt.
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In Fig. 1 der Zeichnung ist eine solche bekannte Schaltung für einen
dreistufigen Transistorverstärker dargestellt, bei dem eine Gleichstromkopplung
zwischen den einzelnen Stufen vorgesehen ist. Der dargestellte Verstärker besteht
aus den drei Transistoren 1, 2 und 3, die alle in Emitterschaltung arbeiten. Die
mit 8 bezeichnete Signalspannungs- oder Signalstromquelle, also beispielsweise das
Mikrophon, liegt im Basis-Emitter-Kreis des ersten Transistors 1. Der Kollektor
des Transistors 1 ist unmittelbar mit der Basis des zweiten Transistors 2 verbunden,
dessen Kollektor wiederum mit der Basis des letzten Transistors 3 gekoppelt ist.
Die Kollektorwiderstände der drei Transistoren sind mit 4, 5 und 6 bezeichnet.
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Zur Stabilisierung des Arbeitspunktes ist eine gleichstrommäßige Gegenkopplung
vom Kollektor des letzten Transistors 3 über einen Gegenkopplungswiderstand 7 auf
die Basis des ersten Transistors 1 erforderlich. Diese Gleichstromgegenkopplung
über den Widerstand 7 ist für den Basisstrom des Transistors 1 maßgebend. Ein Siebkondensator
9 verhindert, daß eine wechselstrommäßige Gegenkopplung wirksam wird, indem er die
Wechselstromkomponente der Gegenkopplungsspannung kurzschließt. Dieser bekannte,
in Fig. 1 dargestellte Niederfrequenzverstärker arbeitet stabil und phasenrein,
wenn man von den Phasendrehungen durch die Eingangs- und Ausgangsimpedenzen (Mikrophon
und Hörer) absieht.
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Bei diesem bekannten, an sich zufriedenstellend arbeitenden Niederfrequenzverstärker
ergeben sich Schwierigkeiten, wenn man einen für das Schwerhörigengerät unbedingt
erforderlichen Lautstärkeregler vorsehen will. Wenn man den Vorteil dieses bekannten
Verstärkers, nämlich die geringe Anzahl von Bauelementen, nicht wieder preisgeben
will, muß man verlangen, daß einerseits für die Einfügung eines Lautstärkereglers
in die Schaltung außer dem selbst keine weiteren Bauteile benötigt werden und daß
andererseits der Lautstärkeregler so wirksam ist, daß er die Lautstärke etwa vom
Werte Null bis zum Maximalwert verändern kann.
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Es ist aber sehr schwierig, mit dieser Bedingung eine befriedigende
Lösung zu finden. Denn es ist ja weiterhin unerläßliche Voraussetzung, daß der Lautstärkeregler
gleichstromfrei angeschlossen wird, um die Entstehung von Krachgeräuschen bei der
Betätigung des Reglers zu verhindern. Aus diesem Grunde scheidet bei dem bekannten,
gleichstromgekoppelten Transistorverstärker nach Fig. 1 der Einbau des Reglers in
der an sich bekannten Art zwischen zwei Stufen aus, weil infolge der Gleichstromkopplung
ein gleichstromfreier Anschluß des Reglers
ohne Vergrößerung der
Bauelementenzahl nicht möglich ist.
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Die Erfindung zeigt nun einen Weg, wie man bei einem Niederfrequenzverstärker,
der aus mehreren Transistorstufen besteht, einen hochwirksamen Lautstärkeregler
in einfachster Weise gleichstromfrei und ohne zusätzliche Bauelemente anbringen
kann. Die Erfindung besteht darin, daß der Lautstärkeregler in an sich bekannter
Weise ein veränderbarer Widerstand ist, der in Reihe mit der Signalspannungsquelle,
gegebenenfalls über einen Kondensator, im Eingangskreis der ersten Transistorstufe
liegt und daß ein von einem beliebigen Punkt des Verstärkers abgezweigter Gegenkopplungswiderstand
so mit dem Eingangskreis der ersten Stufe verbunden ist, daß der Wechselstromanteil
der wirksamen Gegenkopplungsspannung an den Enden des veränderbaren Widerstandes
liegt.
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Es ist zwar bekannt, in Reihe mit der als Steuerelektrode dienenden
Basis eines Transistors einen als Verstärkungs- bzw. Lautstärkeregler wirkenden
veränderbaren Widerstand zu schalten, und diese Art der Lautstärkeregelung an sich
ist nicht Gegenstand der Erfindung. Der Grundgedanke der Erfindung besteht demgegenüber
darin, einen derartigen, als Lautstärkeregler wirkenden veränderbaren Widerstand
im Eingangskreis der ersten Transistorstufe vorzusehen und gleichzeitig zur Veränderung
der wechselstrommäßigen Gegenkopplung. Diese gleichzeitige und zwangläufige Veränderung
der Gegenkopplung erhöht die Wirksamkeit des Lautstärkereglers erheblich, ohne einen
zusätzlichen Aufwand zu erfordern.
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Das Wesen der Erfindung besteht also darin, daß der veränderbare Widerstand
gleichzeitig zwei Funktionen ausübt, je größer er gemacht wird, desto mehr vermindert
er den durch das Mikrophon hervorgerufenen Basisstrom in der ersten Transistorstufe.
Gleichzeitig wird aber auch die an der ersten Transistorstufe wirksame Gegenkopplung
vergrößert, so daß die Verstärkung durch die zunehmende Gegenkopplung noch zusätzlich
verringert wird.
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Umgekehrt wird bei kleiner werdendem Widerstand die Gegenkopplungsspannung
in zunehmendem Maße kurzgeschlossen, so daß auch die Verstärkung größer wird.
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Um die Gleichstromverhältnisse in der ersten Transistorstufe nicht
zu stören, wird man zweckmäßigerweise zwischen der Signalspannungsquelle, also beispielsweise
dem Mikrophon und dem als Lautstärkeregler dienenden veränderbaren Widerstand, einen
Kondensator vorsehen und die Gegenkopplungsspannung, die man z. B. am besten am
Kollektor der letzten Transistorstufe abnimmt, an den Verbindungspunkt von Signalspannungsquelle
und Kondensator führen.
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In der Fig. 2 der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel für einen
nach der Erfindung gestalteten Niederfrequenzverstärker gezeigt. Dieser erfindungsgemäße
Verstärker stimmt im wesentlichen mit dem oben erläuterten bekannten, in Fig. 1
dargestellten, aus drei gleichstromgekoppelten Transistorstufen bestehenden Niederfrequenzverstärker
überein, mit Ausnahme eines die Erfindung ausmachenden verändern baren Widerstandes
10, der zwischen den Siebkondensator 9 und den Emitter der ersten Transistorstufe
1 geschaltet ist. Dieser veränderbare Widerstand 10 erfüllt in der oben erklärten
Weise die Aufgabe eines Lautstärkereglers. Je größer der Widerstand 10 ist, xo um
so kleiner muß auch der von der Signalspannungsquelle 8 hervorgerufene Basisstrom
des Transistors 1 und damit auch die Verstärkung sein.
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Während bei der bekannten Schaltung nach Fig. 1 nur eine gleichstrommäßige
Gegenkopplung über den 15 Widerstand 7 auf den Transistor 1 vorhanden ist, weil
der Kondensator 9 die Wechselstromkomponente kurzschließt, verursacht der nach Fig.
2 erfindungsgemäß zwischen Kondensator 9 und Emitter des Transistors 1 vorgesehenen
Widerstand 10 auch eine 2o wechselstrommäßige Gegenkopplung, die die Verstärkung
und somit die Lautstärke herabsetzt, und zwar um so mehr, je größer er gemacht wird.
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Auf diese Weise stellt der veränderbare Widerstand 10 einen
sehr wirksamen Lautstärkeregler dar. Er ist 25 gleichstromfrei und macht,
wie ein Vergleich der Fig. 1 und 2 beweist, keine weiteren Bauteile erforderlich.
Es hat sich gezeigt, daß der veränderbare Widerstand 10 auch dann keine Instabilitäten
des Verstärkers hervorruft und nicht zur Selbsterregung 30 führt, wenn er
große Werte annimmt.