DE1141340B - Verstaerkerschaltung mit Transistoren - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verstärkerschaltung mit Transistoren mit linearer Eingangsspannung-Ausgangsstrom-Charakteristik, insbesondere eine solche Schaltung, bei der sich die Belastung aus einem ohmschen und einem induktiven Anteil zusammensetzt und bei der der Belastungsstrom nicht notwendigerweise unipolar ist. Eine besondere Anwendung erfährt die Erfindung in elektromagnetischen Ablenksystemen von Kathodenstrahlröhren.

Es sind bereits Verstärkerschaltungen bekannt, die zwei im Gegentakt geschaltete Röhren oder Transistoren gleichen Leitfähigkeitstyps enthalten. Diese Schaltungen haben jedoch den Nachteil, daß durch sie zwar eine Verstärkung des als Ablenkstrom für eine Kathodenstrahlröhre mit elektromagnetischem Ablenksystem dienenden Signals möglich ist, jedoch eine Beeinflussung der Amplitude und der Polarität dieses Ausgangssignals nicht möglich ist, zumindest nicht ohne erheblichen Aufwand.

Ein weiterer Nachteil dieser Schaltung liegt darin, daß bei Verwendung einer Schembelastung, wie dies beispielsweise bei einem elektromagnetischen Ablenksytem der Fall ist, eine Phasenverschiebung zwischen der Eingangssteuerspannung und dem Ausgangsstrom (z. B. Ablenkstrom) unvermeidlich ist. Die Phasen-Übereinstimmung zwischen der Eingangsspannung und dem Ausgangsstrom ist aber in vielen Fällen, insbesondere für die Ablenkung bei Kathodenstrahlröhren, von großer Bedeutung, wie aus den folgenden Ausführungen näher hervorgeht.

Darüber hinaus haben die bekannten Gegentaktverstärker den Nachteil, daß beim Durchlaufen des unteren Teils der Kennlinien der jeweiligen elektronischen Bauelemente Nichtlinearitäten auftreten, die sich bei Verwendung in einem Ablenksystem ebenfalls nachteilig bemerkbar machen.

Die obengenannten Nachteile werden durch die Erfindung weitgehend vermieden.

Bei Kathodenstrahlröhren oder ähnlichen elektronischen Bauteilen ist es im allgemeinen erwünscht, Elektronenstrahlen entsprechend einem bestimmten Muster über den Schirm der Kathodenstrahlröhre zu leiten. Die Ablenkung wird normalerweise von zwei voneinander unabhängigen Ablenkspulen erzeugt, die vertikale und horizontale Ablenkfelder erzeugen.

Im allgemeinen werden die Ablenksignale als Spannungen einer bestimmten Kurvenform erzeugt. In magnetischen Ablenksystemen ist jedoch die Ablenkung des Strahles proportional zu dem durch die Ablenkspule fließenden Strom. Die Steuerspannung muß also in einen Strom gleicher Kurvenform umgewandelt werden. Da die Ablenkspule sowohl einen

Anmelder:

The National Cash Register Company,
Dayton, Ohio (V. St. A.)

Vertreter: Dr. A. Stappert, Rechtsanwalt,
Düsseldorf, Feildstr. 80

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 25. April 1960 (Nr. 24 277)

ohmschen als auch einen induktiven Widerstand besitzt, kann die Ablenkspule diese Umwandlung nicht allein ausführen, da der Strom gegenüber der Spannung eine Phasenverschiebung erfährt und außerdem gedämpft wird, so daß im Endeffekt die Ablenkung des Elektronenstrahls nicht proportional zur Steuerspannung sein wird.

In manchen Systemen, in denen der Elektronenstrahl ein vorbestimmtes Muster ständig wiederholt, werden die Steuerspannungen bereits so erzeugt, daß sie bei direktem Anlegen an die Ablenkspulen Ströme hervorrufen, die die gewünschte Ablenkung hervorbringen. Praktisch wird dies dadurch erreicht, daß eine der Ablenkung entsprechende Steuerspannung linear verstärkt und um einen entsprechenden Betrag phasenverschoben wird. Wenn also die Ablenkung vorbestimmt ist, dann ist diese durch obige Methode einfach und genau zu erreichen.

Manchmal ist es jedoch erforderlich, daß wahlweise veränderliche Steuerspannungen verwendet werden. In solchen Fällen ist es jedoch äußerst schwierig, Schaltungen zu finden, die die Kurvenform in der oben beschriebenen Weise kompensieren.

Gegenstand der Erfindung ist deshalb eine Schaltung, bei der, obwohl sie eine aus Wirk- und Blindanteil bestehende Belastung enthält, die Kurvenform des Ausgangsstromes mit der Kurvenform der Eingangsspannung identisch ist.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein magnetisches Ablenksystem für Elektronen- oder Ionenstrahlen, das durch Spannungssignale gesteuert wird.

Bei vielen Anwendungsgebieten der Kathodenstrahlröhren ist es zudem häufig erwünscht, daß das

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Elektronenstrahlmuster durch Bedienung von Hand gig von der Kollektorspannung ist. Infolge dieser sehr

sowohl horizontal als auch vertikal verschoben wer- geringen Abhängigkeit beeinflußt die an der Belastung

den kann. Bei magnetischen Ablenksystemenist hierzu liegende Spannung den Belastungsstrom nicht, so daß

eine verstellbare Spannungsquelle erforderlich. Ein dieser von der induktiven Belastung unabhängig ist weiterer Gegenstand der Erfindung ist deshalb ein 5 und die Verstärker einander nicht beeinflussen. Somit

Spannungs-Stromumsetzer, dessen Ausgangsstrom wirkt der Stromkreis als Spannungs-Stromumsetzer.

eine nach Größe und Polarität einstellbare Gleich- Selbstverständlich darf die Kollektorspannung nicht

Stromkomponente enthält und außerdem ein magne- so weit an die Basisspannung angenähert werden, daß

tisches Ablenksystem für die Kathodenstrahlröhren der Kollektorstrom aussetzt. Somit besteht bei einer mit einer vollkommen einstellbaren Verschiebe- io gegebenen Signalamplitude und bei gegebenem in-

steuerung. duktivem Blindwiderstand eine obere Frequenzgrenze,

Diese und andere Kennzeichen der Erfindung wer- über der die Nichtlinearität einsetzen wird, den durch die Anwendung von zwei als Verstärker Der Transistor TrI verstärkt das Eingangssignal, wirkenden Transistoren verschiedenen Leitfähigkeits- Die Stromquelle B sorgt für eine lineare Verstärkung typs (pnp und npn), deren gemeinsame Kollektor- 15 dieses Signals. Meist wird hierzu eine konstante Spanzuleitung mit der Belastung verbunden ist, verwirk- nung ausreichend sein. Ist jedoch das Eingangssignal licht. Das Eingangssignal wird an einen Transistor stark asymmetrisch, dann ist eine einstellbare Spanangelegt, während am anderen Transistor eine ver- nung erforderlich. Es sei angenommen, daß die Spanänderliche Spannung liegt. Beide Transistoren er- nungsqueUe 1 dieses Ausführungsbeispiels eine hohe zeugen Ausgangsströme entgegengesetzter Richtung, 20 Ausgangsimpedanz besitzt. Der Transistor TrI wird so daß der resultierende Laststrom nicht notwendiger- deshalb in Emitterschaltung betrieben, da diese weise immer in der gleichen Richtung fließen muß. Schaltung eine hohe Eingangsimpedanz besitzt. Der Ausgangswiderstand der Transistoren ist so hoch, Der Transistor Tr 2 bildet den zweiten Verstärker, daß der Belastungsstrom nicht durch die an der Be- Im vorliegenden Ausführungsbeispiel dient er lediglastung abfallende Spannung beeinflußt wird. 25 Hch dazu, der Belastung einen einstellbaren konstan-Gemäß der vorliegenden Erfindung ist demnach ten Strom zuzuführen. Da sein Eingangssignal koneine Verstärkerschaltung mit Transistoren, bestehend stant ist, braucht er nicht linear zu verstärken. Soll aus einem ersten und zweiten Verstärker hoher dyna- jedoch an diesem zweiten Verstärker ein Signal anmischer Ausgangsimpedanz, die je einen in Emitter- gelegt werden, dann muß auch dieser eine lineare oder Basisschaltung geschalteten Transistor entgegen- 30 Charakteristik besitzen.

gesetzten Leitfähigkeitstyps enthalten, deren Kollek- Der durch die Belastung L fließende Strom ist die toren miteinander und mit einer Scheinbelastung ver- algebraische Summe der Ausgangsströme der beiden bunden sind, vorgesehen. Verstärker. Da die beiden Verstärker Transistoren Die erfindungsgemäße Schaltung ist dadurch ge- entgegengesetzter Leitfähigkeit enthalten, ist der rekennzeichnet, daß der erste Verstärker Eingangs- 35 sultierende Belastungsstrom die Differenz zwischen signale linear verstärkt und der zweite Verstärker den Absolutwerten der beiden Verstärkerströme. Dar-Polarität und Amplitude des Laststromes steuert. aus ergibt sich, daß infolge der mehr oder weniger Die genannten und andere Gegenstände und Kenn- guten Symmetrie der beiden Verstärker durch die zeichen der vorliegenden Erfindung und die Art und Belastung in beiden Richtungen Strom fließen kann, Weise, wie diese erreicht werden, werden nun an 40 was von der Eingangsspannung der Spannungsquelle 1 Hand des Schaltbildes näher beschrieben. und vom Abgriff am Widerstand R 3 abhängt. Wurde Das Schaltbild zeigt eine Spannungsquelle 1 und der Belastungsstrom durch den Abgriff am Widereine Belastung L, durch die ein zu der von der Span- stand R 3 beispielsweise auf Null eingestellt, dann benungsquelle abgegebenen Spannung proportionaler wirkt eine an den Transistor TrI angelegte Sägezahn-Strom fließen soll. Weiterhin sind die Stromzuführun- 45 spannung, daß der Elektronenstrahl vom Mittelpunkt gen 2, 3, 4 gezeigt. Die Leiter 3 und 4 liegen gegen- aus nach beiden Seiten abgelenkt wird, über dem Leiter 2 an konstanter positiver bzw. nega- Durch die Widerstände R1 und R2 werden die tiver Spannung. Transistoren TrI bzw. Tr 2 gegengekoppelt, wodurch Im ersten Verstärkerstromkreis liegt ein pnp-Tran- die Stabilität und Linearität der beiden Verstärker sistor TrI, dessen Emitter über einen Widerstand R1 5° verbessert wird. Diese Vorkehrungen sind jedoch für mit dem an positiver Spannung liegenden Leiter 3 ver- die Funktion der vorliegenden Erfindung nicht entbunden ist. Die Basis des Transistors TrI ist mit scheidend, und die Erfindung ist nicht an die dargeeinem Ausgang der Signalquelle 1 verbunden, deren stellte Ausführungsform gebunden. Obwohl der Trananderer Ausgang über eine verstellbare Stromquelle B sistor TrI, wie eingangs erwähnt, einen spannungsmit dem Leiter 3 verbunden ist. Der Kollektor des 55 gesteuerten Eingang besitzt, ist die Eingangsimpedanz Transistors TrI ist über die Belastung L mit dem des Transistors TrI rein ohmisch und von der Am-Leiter2 verbunden. Der zweite Verstärkerkreis ent- plitude des Signals unabhängig. Somit stimmen für hält einen npn-Transistor Tr2, dessen Emitter über eine ganze Reihe verschiedener Spannungsquellen einen Widerstand R 2 mit dem an negativer Spannung Ausgangsspannung und der Ausgangsstrom dieser liegenden Leiter 4 verbunden ist. Diese Basis des 60 Spannungsquellen zeitlich genau überein, so daß das Transistors Tr 2 liegt an einem verstellbaren Abgriff Eingangssignal wahlweise als Spannungs- oder als des zwischen die Leiter 2 und 4 geschalteten Wider- Stromsignal betrachtet werden kann. Die Quelle B stands R3. Der Kollektor des Transistors 7>2 ist mit stellt eher eine Stromquelle als eine Spannungsdem Kollektor des Transistors TrI verbunden, so daß quelle dar.

die Belastung L beiden Verstärkern zugeordnet ist. 65 Zur Anwendung der Erfindung in einem magneti-Wie schon erwähnt, wirkt jeder Transistor als Ver- sehen Ablenksystem wird die gesamte Schaltung verstärker mit sehr hohem Ausgangswiderstand, da der doppelt, und die horizontalen bzw. vertikalen Ablenk-Kollektorstrom eines Transistors weitgehend unabhän- spulen bilden die Belastungen der beiden Stromkreise.

Erwähnenswert ist in diesem Zusammenhang, daß der gezeigte Schaltkreis gleichstromgekoppelt ist; wenn somit beispielsweise eine unsymmetrischeRechteckspannung angelegt wird, werden die Impulse in ihrer Höhe nicht beschnitten, was beispielsweise der Fall ist, wenn bei kapazitiver Kopplung die Kapazität der Koppelkondensatoren nicht genügend groß ist.

Obwohl in der Beschreibung nur auf ein Anwendungs- und Ausführungsbeispiel der Erfindung hingewiesen ist, soll diese nicht darauf beschränkt sein. Die Erfindung kann beispielsweise für reine Blindbelastung oder auch für gemischte Blind- und Wirkbelastung verwendet werden, wo es darauf ankommt, die Stromübertragungscharakteristiken beizubehalten und die Eigenschwingung der Schaltung bei den Übertragungsvorgängen zu vermeiden, was durch die Gegenkopplung der beiden Verstärker erreicht wird.

Claims (5)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Verstärkerschaltung mit Transistoren, bestehend aus einem ersten und zweiten Verstärker hoher dynamischer Ausgangsimpedanz, die je einen in Emitter- oder Basisschaltung geschalteten Transistor entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps enthalten, deren Kollektoren miteinander und mit einer Scheinbelastung verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Verstärker Eingangssignale linear verstärkt und der zweite Verstärker Polarität und Amplitude des Laststromes steuert.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Verstärkerkreis einen Transistor in Emitterschaltung enthält.

3. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangssignale galvanisch angekoppelt werden, so daß die Frequenzcharakteristik bis zur Frequenz Null im wesentlichen linear ist.

4. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide Verstärker gegengekoppelt sind.

5. Schaltung nach Anspruch 1 für das magnetische Ablenksystem einer Kathodenstrahlröhre, dadurch gekennzeichnet, daß sie für jede der beiden Ablenkspulen vorgesehen ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Französische Patentschrift Nr. 803 838;
britische Patentschrift Nr. 412182;
»Electronics«, 1955, Juli, S. 119 bis 121;
»Electronics«, 1957, 1. Januar, S. 138 bis 142;
B. Chance, »Electronic Time Measurements«,
1949, S. 221.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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