DE1156111B - Transistorverstaerker - Google Patents

Transistorverstaerker

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DE1156111B
DE1156111B DE1961A0037174 DEA0037174A DE1156111B DE 1156111 B DE1156111 B DE 1156111B DE 1961A0037174 DE1961A0037174 DE 1961A0037174 DE A0037174 A DEA0037174 A DE A0037174A DE 1156111 B DE1156111 B DE 1156111B
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transistors
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DE1961A0037174
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Inventor
Dipl-Ing Bernhard Weingartner
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AKG Acoustics GmbH
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AKG Akustische und Kino Geraete GmbH
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    • H03FAMPLIFIERS
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    • H03F1/30Modifications of amplifiers to reduce influence of variations of temperature or supply voltage or other physical parameters
    • H03F1/302Modifications of amplifiers to reduce influence of variations of temperature or supply voltage or other physical parameters in bipolar transistor amplifiers
    • HELECTRICITY
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    • H01L2924/1615Shape
    • H01L2924/16152Cap comprising a cavity for hosting the device, e.g. U-shaped cap

Description

  • Transistorverstärker Die Erfindung betrifft einen Transistorverstärker mit zumindest zwei gegebenenfalls zu einer Baueinheit konstruktiv zusammengefaßten Stufen, die galvanisch in der Weise miteinander gekoppelt sind, daß eine Zunahme des statischen Ausgangsstromes einer Stufe eine Verminderung des statischen Ausgangsstromes der nachfolgenden Stufen zur Folge hat.
  • Die verhältnismäßig hohe und unerwünschte Temperaturabhängigkeit der Transistoren macht es nötig, bei der Verwendung von Transistoren als Schaltelemente die Grenzen des Temperaturbereiches, in dem die Schaltung arbeiten soll, grundsätzlich zu berücksichtigen. Durch Veränderungen der Temperatur wird bei den Transistoren der Arbeitspunkt verschoben, was unter Umständen so weit gehen kann, daß die ganze Schaltung thermisch instabil wird, bis sich die Transistoren selbst zerstören (»run away-effeet«).
  • Um den Arbeitspunkt bei einer Veränderung der Kristalltemperatur eines Transistors zu stabilisieren, ist es bekannt, einen NTC-Widerstand (Heißleiter) im Basisspannungsteiler vorzusehen. Mit steigender Temperatur sinkt der Wert des NTC-Widerstandes, so daß die Vorspannung der Basis weniger negativ wird. Damit geht auch der Kollektorstrom zurück, der infolge der Temperaturerhöhung angestiegen war, so daß der Temperatureinfluß ausgeglichen wird. Die Voraussetzung für diese erwünschte Wirkungsweise des NTC-Widerstandes ist natürlich, daß dessen Kennlinie der Temperaturkennlinie des Transistors entspricht und der Widerstand in unmittelbarer Nähe des Transistors liegt, damit er auch der gleichen Umgebungstemperatur ausgesetzt ist. Die Kompensation des Temperatureinflusses auf den Transistor geschieht somit in der Weise, daß zwei temperaturabhängige Glieder vorgesehen werden, deren Wirkungen sich gegenseitig aufheben.
  • Im Gegensatz zu diesem Stande der Technik geht die Erfindung nicht von einem einzelnen Transistor aus, dessen Arbeitspunkt gegen Temperatureinflüsse stabilisiert werden soll, vielmehr bezieht sie sich auf einen Transistorverstärker mit zumindest zwei gegebenenfalls zu einer Baueinheit konstruktiv zusammengefaßten Stufen, die galvanisch in der Weise miteinander gekoppelt sind, daß eine Zunahme des statischen Ausgangsstromes einer Stufe eine Verminderung des statischen Ausgangsstromes der nachfolgenden Stufen zur Folge hat. Derartige Schaltungen sind in der Verstärkertechnik in einigen Ausführungsformen üblich. Die gleichstrommäßige Kopplung der Verstärkerstufen hat den Vorteil, daß praktisch keine untere Grenze der übertragbaren Frequenz gegeben ist, so daß sich solche Verstärker zur übertragung von Gleichspannungen und Impulsen eignen. Dazu kommt der geringere Aufwand an Schaltmitteln, was wiederum einen gedrängteren Aufbau gestattet. Ziel der Erfindung ist es, eine solche Schaltung thermisch zu stabilisieren. Zu diesem Zwecke sind bei dem Transistorverstärker gemäß der Erfindung die Transistoren der einzelnen Stufen über wärmeleitende Brücken thermisch miteinander gekoppelt sowie gegebenenfaHs mit einem Punkt festen Wärinepotentials verbunden.
  • Bei dem neuen Verstärker wirkt jede Transistorstufe thermisch in einer grundsätzlich ähnlichen Weise auf die nachfolgenden Stufen ein, wie es bei dem bekannten NTC-Widerstand auf den Transistor der Fall ist. Durch die erfindungsgemäße thermische Kopplung der einzelnen Transistorstufen wird erreicht, daß eine überlastung und unzulässige Erwärmung (überschreiten der Verlustleistungshyperbel) der Transistoren sicher vermieden wird. Auf diese Weise kann der Ausgangstransistor gegen Kurzschluß der Last oder übersteuerung wirkungsvoll geschützt werden. Es ist aber auch möglich, die Verstärkung in gewissen Grenzen lastabhängig zu machen, denn eine Verringerung des Lastwiderstandes der letzten Stufe hat beispielsweise eine Erhöhung des Kollektorstromes und damit der Temperatur zur Folge. Diese Temperaturänderung überträgt sich auf die anderen Stufen und hat insgesamt eine derartige Verschiebung des Arbeitspunktes zur Folge, daß die Gesamtverstärkung entsprechend der Laständerung verändert wird. Um die Einflüsse der Wärmeilbertragung anpassen zu können, wird der Wärmewiderstand der Brücken gemäß der Erfindung einstellbar gemacht, beispielsweise durch Wahl verschiedener Materialien oder durch Veränderung der geometrischen Dimensionen. Zweckmäßig sind die Brücken aus Stäben, Bändern od. dgl. aus Metall gebildet, deren Enden um den Mantel des Transistors gelegt bzw. an Teilen des Gehäuses oder am Chassis des Verstärkers befestigt sind.
  • Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die Stufen in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht und die wärmeleitenden Brücken durch direkte wärmeleitende Verbindungen einzelner Kristallzonen untereinander bzw. der Kristalle und/ oder einzelner Kristallzonen mit einem Punkt festen Wärmepotentials hergestellt.
  • Im besonderen bilden die entsprechend ausgebildeten Zuleitungen zu den Kristallzonen die erwähnten Brücken bzw. werden Zonen gleichen Potentials an einen gemeinsamen Punkt festen Wärinepotentials, z. B. an das Gehäuse, angeschlossen.
  • Die erfindungsgemäße Anordnung ergibt ein neues Halbleiter-Bauelement, das praktisch zwei oder mehr Transistorstufen ersetzt und thermisch ohne weitere Maßnahmen in weiten Grenzen stabil ist.
  • Weitere Ausführungsforinen der Erfindung ergeben sich aus der nun folgenden Beschreibung von Beispielen. In der zugehörigen Zeichnung zeigt Fig. 1 ein Schaltbild und Fig. 2 einen mechanischen Aufbau eines erfindungsgemäßen Verstärkers, Fig. 3 denselben Verstärker mit erfindungsgemäß ausgebildeten Wännebrücken und Fig. 4 und 5 je eine erfindungsgemäße Anordnung in stark schematisierter Darstellung.
  • Fig. 1 zeigt zwei über den durch den Arbeitswiderstand 3 und die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors der ersten Stufe gebildeten Spannungsteiler gekoppelte Transistoren 1 und 2.
  • An den Hüllen der Transistoren liegen die mit 4 bezeichneten, schematisch angedeuteten Enden von Wärmeleitwiderständen 5, 6 und 7, die symbolisch nach Art von elektrischen Widerständen angedeutet sind. Der Widerstand 6 ermöglicht einen Wärmetransport zwischen den beiden Transistoren, während die Widerstände 5 und 7 die Wärme von den Transistoren zu den mit 8 und 9 bezeichneten Punkten großer Wärmekapazität, daher relativ konstanter Temperatur, leiten. Diese Punkte, können z. B. am Chassis oder Gehäuse des Verstärkers hegen.
  • In der Fig. 2 sind mit 10 und 11 zwei Transistoren angedeutet, die den Transistoren 1 und 2 nach der Fig. 1 entsprechen. Der dort mit 6 bezeichnete Wärmewiderstand wird von einem metallischen Band 13 gebildet, dessen Enden bei 14 und 15 hülsenartig um den Körper der Transistoren geschlungen und zweckmäßig festgeklemmt sind, so daß sie Wärme vom Transistor übernehmen können. Die Widerstände 5 und 7 sind ebenfalls durch metallische Bänder 16, 17 gebildet, die in gleicher Weise wie das Band 13 mit je einem der beiden Transistoren verbunden sind. Die von den Transistoren abgewendeten Enden der Bänder 16, 17 sind bei 18 und 19 an das Chassisblech 20 des Verstärkers angeheftet.
  • Wie die Fig. 3 zeigt, sind erfmdungsgemäß die Wärmewiderstände durch die Zuleitungen zu bestimmten Elektroden der Transistoren 1, 2 gebildet, und zwar durch die Leitungen 5', 7"# die zu den miteinander elektrisch verbundenen Emittern. führen, bzw. durch die Leitung 6', welche die beiden Emitter verbindet. Die Wärinewiderstände sind zum besseren Verständnis mit gestrichelten Linien als Kästchen 5" bis 7"' eingezeichnet. Wenn man diese Darstellung mit der Schaltung nach Fig. 1 vergleicht, so findet man sofort, daß wärmetechnisch die gleichen Verhältnisse vorliegen, obgleich als wärmeleitende Elemente die stromfährenden Leiter verwendet werden.
  • Die in Fig. 3 gezeigte Anordnung, bei der also Elektroden gleichen Potentials auch wärmetechnisch miteinander verbunden sind, ist die zweckmäßigste und einfachste, weil sie sich gleichsam innerhalb der Schaltung realisieren läßt. Selbstverständlich können auch untereinander verschiedene Elektroden, die keine unmittelbare elektrische Verbindung besitzen, wärmetechnisch miteinander verbunden sein, wobei dann aber als Wärmekopplung außerhalb der Schaltung befindliche Elemente, beispielsweise die Stromquelle, wirken müssen.
  • Fig. 4 zeigt eine praktische Ausführungsform der Erfindung mit zwei Flächentransistoren. Ein Gehäuse 9 ist mit einem Sockel 10 versehen. Zweckmäßig ist das Gehäuse vakuumdicht ausgeführt. Im Innem des Gehäuses befinden sich zwei Flächentransistoren mit den Basen Bl, B2, den Kollektoren Kl, K2 und den Emittem E" 4. Die dünn gezeichneten Leitungsverbindungen 11 bis 14 entsprechen den normalen Schaltungsverbindungen gemäß Fig. 3 und sind aus dem Gehäuse herausgeführt. Die dick gezeichneten Leitungsverbindungen stellen neben den elektrischen auch die wärmetechnischen Verbindungen dar, und zwar bildet die Verbindung 15 zwischen den beiden Emittern E" E2 zugleich die Wärmeverbindung 6' bzw. U, und die Kollektorzuleitungen 12 und 14 stellen die Wärmeverbindungen 5', 7' bzw. 5", 7" dar, die hier durch einen einzigen Leiter gebildet sind.
  • Besteht das Gehäuse 9 aus Metall, so kann es selbst den Punkt festen Wärmepotentials bilden, und es wird somit der mit entsprechender Wärmeleitfähigkeit bemessene Leiter 12, 14 unmittelbar an das Gehäuse angeschlossen, welches sodann natürlich das elektrische Potential der Emitter annimmt. Ist jedoch das Gehäuse aus Isoliermaterial gefertigt, so ist der Leiter 16 etwa mit dem Apparatechassis oder sonst einem Körper mit hinreichender Wärinekapazität zu verbinden.
  • Verwendet man gezogene Transistoren, so läßt sich die Erfindung etwa nach Art der Fig. 5 verifizieren. Hier sind wieder das Gehäuse 9 und sein Sockel 10 dargestellt. Im Innem des Gehäuses befindet sich das Transistorenpaar, wobei sie einen gemeinsamen Emitterblock E" E, besitzen, an den sich zu beiden Seiten die Basen Bl, B 2 und die Kollektoren Kl, K. anschließen. Die Wärmeübertragung zwischen de# beiden Emittem erfolgt also unmittelbar im Emitterkörper selbst. Dieser bildet also in sich den Widerstand 6 der Fig. 1. Die an die Kollektoren K, und K., angeschlossenen verstärkten Zuleitungsdrähte 12, 14 repräsentieren dann die Widerstände 5, 7 und sind wie im vorhergehenden Beispiel mit dem Gehäuse oder einem anderen Punkt festen Wännepotentials verbunden.
  • Zum Abgleich der Wirkung dieser Anordnung kann man nun die Bänder aus Materialien mit verschiedenen Wärmeleitzahlen anfertigen. Man kann aber auch jeden der Widerstände aus mehreren parallelliegenden Bändern fertigen, die man fallweise zu- oder abschaltet. Ebensogut kann man die Länge der Bänder variieren, um zum angestrebten Ziel zu gelangen.
  • Es versteht sich, daß bei Anordnung mehrerer Verstärkerstufen jede davon mit der anliegenden in der gleichen Weise verschaltet sein kann; es kann aber auch die Wärmeleitverbindung unter Auslassung einzelner Stufen durchgeführt werden.

Claims (2)

  1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Transistorverstärker mit zumindest zwei gegebenenfalls zu einer Baueinheit konstruktiv zusammengefaßten Stufen, die galvanisch in der Weise miteinander gekoppelt sind, daß eine Zunahme des statischenAusgangsstromes einerStafe eine Verminderung des statischen Ausgangsstromes der nachfolgenden Stufen zur Folge hat, dadurch gekennzeichnet, daß die Transistoren der einzelnen Stufen über wärineleitende Brücken thermisch miteinander gekoppelt sowie gegebenenfalls mit einem Punkt festen Wärinepotentials verbunden sind.
  2. 2. Verstärker nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärinewiderstand der Brücken individuell, beispielsweise durch Wahl verschiedener Materialien oder durch Veränderung der geometrischen Dimensionen einstellbar ist. 3. Verstärker nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Brücken aus Stäben, Bändern od. dgl. aus Metall gebildet sind, deren Enden um den Mantel der Transistoren gelegt bzw. an Teilen des Gehäuses oder Chassis des Verstärkers befestigt sind. 4. Verstärker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufen in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht und die wärmeleitenden Brücken durch direkte wärmeleitende Verbindungen einzelner Kristallzonen untereinander bzw. der Kristalle und/oder einzelner Kristallzonen mit einem Punkt festen Wärmepotentials hergestellt sind. 5. Verstärker nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von Flächentransistoren in zwei aufeinanderfolgenden Stufen deren Emitter durch ein Leitungsstück aus gut wänneleitendem Material unmittelbar miteinander verbunden sind. 6. Verstärker nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von gezogenen Transistoren deren Emitterzonen unmittelbar aneinanderstoßen. 7. Verstärker nach Anspruch 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuleitungsdrähte zu einzelnen Kristallzonen aus gut wärmeleitendem Material entsprechender Stärke gebildet sind. 8. Verstärker nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines Gehäuses aus Isolierstoff Kristallzonen gleichen Potentials an einen gemeinsamen Punkt festen Wärmepotentials angelegt sind. 9. Verstärker nach Ansprach 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines Gehäuses aus gut wärmeleitendem Material Kristallzonen gleichen Potentials an das Gehäuse angeschlossen sind.
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