DE1144772B - Verstaerker mit mehreren direkt gekoppelten Transistorstufen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf direkt gekoppelte Verstärker mit Halbleiterelementen, wie Transistoren.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen direkt gekoppelten Transistorverstärker aufzubauen, der eine relativ hohe Verstärkung unter Anwendung einer möglichst geringen Anzahl von Bauelementen sowie lediglich eine einzige Gleichspannungsquelle für die Energieversorgung des Endstufentransistors und der eine geringere Betriebsspannung erfordernden Vorstufentransistoren aufweisen soll.

Es ist bereits ein mehrstufiger Transistorverstärker mit Transistoren gleichen Leitfähigkeitstyps bekanntgeworden, der nur eine einzige Stromversorgungsbatterie benötigt, jedoch sind jedem Transistor unterschiedlich abgestufte Kollektorwiderstände zugeordnet.

Es ist weiter ein zwei- oder mehrstufiger Transistorverstärker bekannt, dessen einzelne Stufen jeweils den gleichen Transistortyp aufweisen und bei dem die Betriebsspannungen für die einzelnen Stufen verschieden groß gewählt sind. Hierbei ist die Betriebsspannung für den Ausgangstransistor am größten, die des Eingangstransistors am kleinsten. Auch bei dieser bekannten Verstärkerschaltung ist eine größere Anzahl von Widerständen erforderlich, um die Kopplungen zwischen den Transistorstufen herbeizuführen.

Schließlich ist ein weiterer mehrstufiger Transistorverstärker bekannt, bei dem die Transistoren abwechselnd PNP- bzw. NPN-Transistoren sind. Der Endstufentransistor ist aber kein Leitungsstransistor, zumindest liegt an ihm und der Last nicht die volle Betriebsspannung.

Ausgehend von der letzterwähnten, bekannten Transistorverstärkeranordnung bezieht sich die Erfindung auf einen Verstärker mit mehreren direkt gekoppelten, in Emitterschaltung betriebenen Transistorstufen, die abwechselnd NPN-bzw. PNP-Transistoren enthalten, und mit einer einzigen Stromversorgungsquelle zur Bereitstellung der Versorgungsspannung für die Endstufe und einer dieser gegenüber geringeren Versorgungsspannung für die Vorstufen. Bei einem solchen Verstärker besteht die Erfindung darin, daß die Stromversorgungsquelle aus der Reihenschaltung einer Batterie mit einem Strombegrenzungswiderstand und einer in Sperrichtung gepolten Zenerdiode besteht, deren ein negatives bzw. positives Potential führende Klemmen mit den Emittern der NPN- bzw. PNP-Transistoren jeder Stufe verbunden sind, während der Verbindungspunkt zwischen Batterie und Begrenzungswiderstand der Stromversorgungsquelle über den Ausgangswiderstand an den Kollektor des Endstufentransistors angeschlossen ist.

Verstärker mit mehreren direkt gekoppelten Transistorstufen

Anmelder:

Westinghouse Electric Corporation,
East Pittsburgh, Pa. (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. P. Ohrt, Patentanwalt,
Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 7. Dezember 1959 (Nr. 857 895)

John Mattern, Baltimore, Md. (V. St. A.),
ist als Erfinder genannt worden

In Weiterbildung des Erfindungsgedankens kann zur Arbeitspunkteinstellung ein Regelwiderstand zwi-

²S sehen der Basis des Transistors der Eingangsstufe und der positiven Potentialklemme der Zenerdiode vorgesehen sein. Schließlich kann auch zur Leckstromkompensation zwischen dem Kollektor des Transistors der zweiten Stufe und dem negativen Pol der Stromversorgungsquelle ein weiterer Regelwiderstand angeschlossen sein.

Zur Erläuterung des Erfindungsgedankens möge die nachfolgende Beschreibung eines Ausführungsbeispieles dienen.

Die Figur veranschaulicht das Schaltbild eines direkt gekoppelten Verstärkers nach der Erfindung und zeigt den Aufbau eines direkt gekoppelten Verstärkers mit vier Transistorverstärkerstufen, die mit 20, 30, 40 und 50 bezeichnet sind. (Die Stufenanzahl kann aber beliebig gewählt werden.) Der Ausgang der ersten drei Stufen 20, 30 und 40 ist jeweils mit der Basis und dem Emitter der folgenden Stufe über eine Gleichstromquelle 60 verbunden. Diese einzige Gleichstromquelle 60 liefert die Kollektorspannung für die ersten drei Stufen aus zwei Potentialpunkten A und B. Die Gleichstromquelle 60 enthält noch einen dritten Potenialpunkt C, um eine höhere Kollektorspannung für die Endstufe 50 sicherzustellen. Der erste und dritte Transistor 20 und 40 sind im Aufbau gleich, während es sich bei dem zweiten und vierten Transistor 30 und 50 jeweils um gleichartige komplementäre Gegenstücke zu den erstgenannten Transistoren

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handelt. Die Emitter der ersten und dritten Transistoren 20 und 40 sind mit dem Potentialpunkt A verbunden, während die Emitter der Transistoren 30 und 50 an den Potentialpunkt B angeschlossen sind, um die geeignete Polarität für die Kollektorspannungen an den betreffenden Stufen zu sichern. Man benötigt nur eine einzige Stromquelle, um die Kollektorspannungen für den aus vier Stufen bestehenden, direkt gekoppelten Verstärker bereitzustellen.

Die Eingangsklemmen 10 des Verstärkers wirken auf die Basis 21 und den Emitter 22 des Transistors 20. Der Kollektor 23 des Transistors 20 ist mit der Basis 31 des nächsten Transistors 30 verbunden. Der Kollektor 33 des zweiten Transistors 30 ist an die Basis 41 des Transistors 40 angeschlossen, während der Kollektor 43 des dritten Transistors 40 mit der Basis 51 des vierten Transistors 50 verbunden ist.

Die Versorgungsstromquelle 60 liefert die Kollek"-torspannungen für sämtliche Transistoren 20, 30, 40 und 50, und zwar eine geringe Kollektorspannung für die Transistoren 20, 30 und 40 und eine demgegenüber höhere Kollektorspannung für den Transistor 50. Hierzu fließt aus der Batterie 61 ein Querstrom über den Widerstand 62 und die Zenerdiode 63. Diese Zenerdiode 63 ist so gepolt, daß sie unter Ausnutzung des Zenereffektes in ihrem Sperrbereich arbeitet. Auf diese Weise ergibt sich ein konstantes Spannungspotential an ihren Klemmen A und B, die die Versorgungsspannungen für die Transistoren 20, 30 und 40 liefern. Der Widerstand 62 im Stromkreis der Batterie 61 und der Zenerdiode 63 ist in seiner Größe so gewählt, daß der Zenerdiode aus der Batterie 61 mehr Strom zufließt, als an der ihr parallel geschalteten Last verbraucht wird. Als Zenerdiode 63 ist beispielsweise eine 3 Z 6.8 gewählt; der Widerstand 62 hat einen Widerstandswert von 330 Ω, und die Batterie 61 gibt 16 V ab, so daß die Spannung an der Zenerdiode konstant 6 V beträgt. Die positive Klemme der Batterie 61 ist geerdet, die Spannung zwischen den Punkten A und B beträgt 6 V und zwischen den Punkten C und B (Erde) 16 V. Um die 6-V-Spannung den Kollektoren der ersten drei Transistoren zuleiten zu können, sind die Emitter 22 und 42 der NPN-Transistoren 20 und 40 mit dem Potential A verbunden, während die Emitter der PNP-Transistoren 30 und 50 an das Potential B angeschlossen sind. Wie aus der Zeichnung hergeleitet werden kann, ist der Kollektor 23 des NPN-Transistors 20 mit dem Punkt B über Basis 31 und Emitter 32 des PNP-Transistors 30 verbunden, während der Kollektor 43 des NPN-Transistors 40 mit dem Punkt B über Basis 51 und Emitter 52 des PNP-Transistors 50 verbunden ist. Dementsprechend ist der Kollektor 33 des PNP-Transistors 30 an das Bezugspotential A über Basis 41 und Emitter 42 des NPN-Transistors 40 angeschlossen. Durch diese Verbindungen wird somit die Kollektorspannung für die ersten drei Transistoren von den Potentialpunkten A bzw. B abgenommen.

Die eine der Ausgangsklemmen 70 ist mit dem Kollektor 53 des vierten Transistors 50 verbunden, und die andere ist an den Potentialpunkt C angeschlossen. Die äußere Last R_L ist an die beiden Ausgangsklemmen 70 angeschaltet. Zur Erzielung einer relativ höheren Kollektorspannung für den Transistor ist der Punkt C mit dem Kollektor 52 über den Lastwiderstand R_L verbunden.

Aus der zeichnerischen Darstellung geht hervor, daß alle vier Verstärkerstufen in Emitterschaltung betrieben sind; auf diese Weise ist eine große Gesamtverstärkung erzielbar. Alle Kollektorspannungen für die vier Verstärkerstufen werden durch eine einzige Spannungsquelle 60 bereitgestellt, welche drei Potentialpunkte mit den Bezeichnungen A, B und C aufweist, um den einzelnen Verstärkerstufen die für sie zweckmäßige Versorgungsspannung zu liefern. Zwischen Punkt B und der Basis 21 des ersten Transistors kann noch ein veränderbarer Widerstand 74 zur Arbeitspunkteinstellung eingeschaltet sein. Ein weiterer Regelwiderstand 72 liegt zweckmäßig zwischen Punkt C und der Basis 41 des dritten Transistors 40; er ermöglicht eine Leckstromkompensation.

Claims (3)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Verstärker mit mehreren direkt gekoppelten, in Emitterschaltung betriebenen Transistorstufen, die abwechselnd NPN- und PNP-Transistoren enthalten, und mit einer einzigen Stromversorgungsquelle zur Bereitstellung der Versorgungsspannung für die Endstufe und einer dieser gegenüber geringeren Versorgungsspannung für die Vorstufen, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromversorgungsquelle (60) aus der Reihenschaltung einer Batterie (61) mit einem Strombegrenzungswiderstand (62) und einer in Sperrichtung gepolten Zenerdiode (63) besteht, deren ein negatives bzw. positives Potential führende Klemmen (A, B) mit den Emittern der NPN- bzw. PNP-Transistoren jeder Stufe verbunden sind, während der Verbindungspunkt (C) zwischen Batterie (61) und Begrenzungswiderstand (62) der Stromversorgungsquelle über den Ausgangswiderstand (R_L) an den Kollektor (53) des Endstufentransistors (50) angeschlossen ist.

2. Verstärker nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Regelwiderstand (74) zwischen der Basis (21) des Transistors der Eingangsstufe und der positiven Potentialklemme (ZJ) der Diode (63).

3. Verstärker nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Regelwiderstand (72) zwischen dem Kollektor (33) des Transistors der zweiten Stufe und dem Potentialpunkt (C) der Stromversorgungsquelle (60).

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 929 796;
deutsche Auslegeschrift Nr. 1036 322;
»Funk-Technik«, 1958, Nr. 17, S. 597;
»Elektronische Rundschau«, 1959, Nr. 3, S. 96.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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