DE1160013B - Gegengekoppelter Transistorverstaerker - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen gegengekoppelten Transistorverstärker, bei dem im (gemeinsamen) Emitterzweig des Transistors bzw. der eingangs- und ausgangsseitig parallel geschalteten Transistoren der Endstufe ein Widerstand liegt, dem eine der Ausgangsspannung proportionale Spannung zugeführt wird und der zur Strom-Spannungs-Gegenkopplung mit einer Vorstufe verbunden ist. Insbesondere, wenn die Endstufe aus mehreren parallel geschalteten Transistoren aufgebaut ist, läßt sich eine wesentliche Leistungserhöhung erzielen.

Verstärker dieser Art werden häufig in Fernsprechverbindungen angewendet. Durch die Gegenkopplung wird Verzerrungsfreiheit und gleichzeitig eine geeignete Anpassung an das Kabel erzielt. Zu diesem Zweck ist es häufig erwünscht, eine sogenannte Strom-Spannungs-Gegenkopplung anzuwenden, in der die Gegenkopplungsspannung aus einem dem Ausgangsstrom proportionalen Anteil und aus einem der Ausgangsspannung proportionalen Anteil besteht. Um eine dem Ausgangsstrom proportionale Spannung zu erzeugen, könnte man in Reihe mit dem Ausgangsübertrager einen Widerstand oder im allgemeinen eine Impedanz anordnen. Die über der Reihenschaltung dieses Widerstandes oder dieser Impedanz und des Ausgangsübertragers erzeugte Spannung könnte dann einer vorangehenden Stufe in gegenkoppelndem Sinne zugeführt werden. Dadurch entsteht aber die Gefahr, daß der Verstärker infolge der Phasendrehung der Transistoren der Endstufe zur Selbsterregung neigt.

Weiter kann es erforderlich sein, zur Korrektur des Frequenzganges ein zusätzliches Gegenkopplungsglied, insbesondere in der Vorstufe, einzuschalten; auch dabei entsteht die Gefahr, daß, insbesondere durch Rückwirkungen zwischen den Gegenkopplungskreisen, gefährliche Phasendrehungen auftreten, die eine Verzerrung des Frequenzganges und gegebenenfalls eine Selbsterregung bewirken können.

Bei einem Verstärker der eingangs erwähnten Art werden diese Gefahren vermieden, und ohne wesentliehen Aufwand läßt sich in praktisch jedem gewünschten Maße eine ausreichende Gegenkopplung erzielen, wenn gemäß der Erfindung der Widerstand so bemessen ist, daß er eine so große selbständige Strom-Spannungs-Gegenkopplung der Endstufe hervorruft, daß die am Widerstand erzeugte Spannung praktisch gebildet wird aus einem der Spannung am Ausgangstransformator proportionalen Anteil und einem Anteil, welcher dem Strom im Ausgangsübertrager proportional ist, und wenn die Vorstufe durch Einschaltung einer geeigneten Emitterimpedanz mit einer selbständigen Gegenkopplung, z. B. zur Er-Gegengekoppelter Transistorverstärker

Anmelder:

N. V. Philips' Gloeilampenfabrieken,
Eindhoven (Niederlande)

Vertreter: Dipl.-Ing. E. E. Walther, Patentanwalt,
Hamburg 1, Mönckebergstr. 7

Willem van Doorn, Hilversum (Niederlande),
ist als Erfinder genannt worden

zielung eines gewünschten Frequenzgangs des Verstärkers, versehen ist und wenn die Gegenkopplungsspannung vom Gegenkopplungswiderstand der Endstufe über eine gegenüber der Vorstufen-Emitterimpedanz dem Emitter der Vorstufe zugeführt wird.

Bei einer bekannten Schaltung wird zwar auch die kombinierte Strom-Spannungs-Gegenkopplungsspannung im Emitterzweig des Endtransistors gebildet; sie ist jedoch nur so groß, wie sie zur gegenkoppelnden Steuerung der vorangehenden Stufe benötigt wird, während sich eine wesentliche Gegenkopplung der Endstufe nicht ergibt. Nach der Erfindung wird nun die Strom-Spannungs-Gegenkopplung auch für die Endstufe stark wirksam gemacht und dadurch sichergestellt, daß die für die Gegenkopplung der Vorstufe verwendete Ausgangsspannung bis zu hohen Frequenzen in Amplitude und Phase sehr genau mit den Schwingungen in der Endstufe übereinstimmt. Störende Phasendrehungen im Gegenkopplungsweg zum Vorverstärker sind damit praktisch ausgeschlossen.

In Röhrenschaltungen ist es ganz üblich, im Kathodenkreis der Endröhre einen Widerstand zur Erzeugung einer dem Ausgangsstrom proportionalen Spannung einzuschalten. In Transistorvorverstärkern wird durch diese Maßnahme jedoch nicht eine dem Ausgangs-, d. h. dem Kollektorstrom, sondern eine dem Emitterstrom proportionale Spannung erhalten. Durch den bei Transistoren auftretenden Unterschied zwischen diesen beiden Strömen können Verzerrungen auftreten. Diese lassen sich aber nach dem Merkmal der Erfindung beseitigen dadurch, daß der erwähnte Emitterwiderstand genügend groß gewählt wird und ihm die der Ausgangsspannung proportionale Spannung zugeführt wird. Durch den Wider-

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stand wird eine so große selbständige Gegenkopplung der Endstufe erzeugt, daß der Einfluß des Unterschiedes zwischen Emitter- und Kollektorstrom auf den erforderlichen geringen Wert herabgesetzt wird.

Die Anwendung des gemeinsamen Emitterwiderstandes führt aber zu einem besonderen, bei Transistoren auftretenden Problem. Transistoren sind bekanntlich besonders temperaturempfindlich. Bei ansteigender Temperatur wird der Transistor immer stärker leitend. Man hat schon vielmals zur Stabilisierung des Arbeitspunktes des Transistors die Anwendung eines Emitterwiderstandes empfohlen, und auch in der vorliegenden Schaltung funkioniert der zur Gegenkopplung vorgesehene Emitterwiderstand gewissermaßen auch als Arbeitspunkt-Stabilisierungswiderstand. Durch die Parallelschaltung mehrerer Transistoren in der Endstufe können aber die Arbeitspunkte der einzelnen Transistoren durch die anderen Transistoren ungünstig beeinflußt werden. Wenn z. B. bei einer bestimmten Umgebungstemperatur der eine Transistor viel stärker leitend ist als der andere, wird die über dem gemeinsamen Emitterwiderstand erzeugte Spannung hauptsächlich vom erstgenannten Transistor bestimmt. Diese Spannung wirkt aber als Sperrspannung für die anderen Transistoren, und folglich stellt sich der erste Transistor bei einem richtigen, die weiteren Transistoren aber bei einem zu niedrigen Arbeitsstrom ein, was wiederum mit Verzerrungen einhergeht.

Zur Abhilfe dieses Nachteils werden nach einem weiteren Merkmal der Erfindung die Emitter der Transistoren der Endstufe je über einen gesonderten Widerstand mit dem gemeinsamen Widerstand verbunden. Die gesonderten Widerstände können für die Signalfrequenzen durch Kondensatoren entkoppelt sein. Ihre Werte sollen vorzugsweise groß gegenüber dem Emittereingangswiderstand der entsprechenden Transistoren gewählt werden.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand des in der Figur veranschaulichten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Die zu verstärkenden Signalschwingungen werden einer Eingangsklemme 1 zugeführt und erreichen über einen Trennkondensator 2 die Basis eines Transistors 4. Dieser Transistor 4 bildet die erste Stufe einer gleichstrommäßigen Kaskadenanordnung, die weiter eine Stufe mit dem Transistor 5 und eine Endstufe mit den Transistoren 9 und 10 enthält, die eingangs- und ausgangsseitig parallel geschaltet sind. Der Kollektor des Transistors 4 ist mit der Basis des Transistors 5 und weiter über die Reihenschaltung der Widerstände 10 und 11 mit dem negativen Pol der Speisequelle verbunden; der Verbindungspunkt der Widerstände 10 und 11 ist über einen Kondensator für Signalschwingungen geerdet.

Im Emitterzweig des Transistors 5 liegt die Reihenschaltung zweier Widerstände 16 und 17, die über Kondensatoren 32 und 33 gegenüber Erde für die Signalschwingungen entkoppelt sind. Der Verbindungspunkt der Widerstände 16 und 17 ist über einen Widerstand 34 mit der Basis des Transistors 4 verbunden. Dadurch wird vom Emitterwiderstand 17 des Transistors 5 zur Basis des Transistors 4 eine Gleichstromgegenkopplung zur Arbeitspunktstabilisierung der Stufen mit den Transistoren 4 und 5 erzielt.

Im Emitterzweig jedes Endstufentransistors 9 bzw. 10 liegt ein Widerstand 14 bzw. 15, der durch einen Kondensator 29 bzw. 30 für die Signalschwingungen entkoppelt ist. Im gemeinsamen Emitterzweig beider Endstufentransistoren 9 und 10 liegt weiter ein andererseits geerdeter Widerstand 7. Das obere Ende dieses Widerstandes ist über einen Widerstand 8, dem ein Kondensator 18 parallel liegt, mit dem Emitter des Transistors 4 verbunden; dadurch wird eine weitere für die Signalschwingungen sowie für Gleichstrom wirksame Gegenkopplung hervorgerufen.

ίο Im Kollektorkreis der Transistoren 9 und 10 liegt ein Ausgangsübertrager 11. Ein Teil der an diesem Transformator erzeugten Spannung wird über eine Impedanz 12, die z. B. die Reihenschaltung eines von einem Kondensator überbrückten Widerstandes und eines nicht überbrückten Widerstandes enthalten kann, dem Widerstand 7 zugeführt. Weil dieser verhältnismäßig groß ist in bezug auf den Emitter-Eingangswiderstand der Transistoren 9 und 10, bewirkt er eine so große selbständige Strom-Spannungs-Gegenkopplung der Endstufe mit den Transistoren 9 und 10, daß die an diesem Widerstand 7 erzeugte Spannung praktisch gebildet wird aus einem der Spannung am Ausgangsübertrager 11 proportionalen Anteil und einem Anteil, welcher dem Strom im Ausgangsübertrager proportional ist.

Durch die Rückführung dieser Spannung zum Emitter des Transistors 4 über den Widerstand 8 wird folglich eine die Verzerrungen unterdrückende und einen geeigneten Ausgangswiderstand bewirkende Strom-Spannungs-Gegenkopplung geschaffen.

Der Widerstände ist groß in bezug auf eine im Emitterkreis des Transistors 4 eingeschaltete Impedanz 13, die wiederum groß ist in bezug auf den Emittereingangswiderstand des Transistors 4. Die Impedanz 13 ist so bemessen, daß die Verstärkerstufe eine zum Ausgleich der Dämpfung eines an der Klemme 1 anzuschließenden Kabels geeignete Frequenzkennlinie aufweist. Die Anwendung der Impedanz 13 und gegebenenfalls weiterer Filter ermöglicht es, mit einer Mindestzahl von Netzwerkelementen zur Erzielung des erforderlichen Frequenzganges und mit geringster Dämpfung auszukommen. Durch die obengenannte Bemessung wird z. B. erzielt, daß der Ausgleich der Dämpfung eines an den Verstärker anzuschließenden Kabels nicht von der über den Widerstand 8 zugeführten Gegenkopplungsspannung beeinflußt wird. Der durch den Widerstand 8 fließende Strom fließt nämlich, wegen des geringen Wertes des Emittereingangswiderstandes des Transistors 4, praktisch gänzlich durch diesen Transistor und trägt somit praktisch nicht zur Spannungserzeugung an der Impedanz 13 bei. Andererseits ist die Impedanz 13 so groß, daß sie durch selbständige Gegenkopplung der Stufe 4 deren Frequenzkennlinie unabhängig von der gesamten Strom-Spannungs-Gegenkopplung über den Widerstand 8 im wesentlichen bestimmt.

Die am Widerstand 7 erzeugte Gleichspannung rührt von den die Transistoren 9 und 10 durchfließenden Gleichströmen her. Weil die Gleichstromdurchlässigkeit handelsüblicher Transistoren stark schwankt, entsteht bei direkter Verbindung der Emitter der Transistoren 9 und 10 die Gefahr, daß der eine Transistor sich auf einen wesentlichen höheren Arbeitsstrom einstellt als der andere, wodurch wiederum Verzerrungen auftreten können. Durch Einschaltung geeignet großer Emitterwiderstände 14 und 15 in jeden Emitterzweig wird an jedem dieser Wiederstände ein so großer selbständiger Spannungsabfall erzeugt, daß

Claims (1)

5 6 die beiden Transistoren 9 und 10 praktisch im daß die am Widerstand (7) erzeugte Spannung gleichen Arbeitspunkt eingestellt werden. praktisch gebildet wird aus einem der Spannung In einem praktischen Ausführungsbeispiel wurden am Ausgangstransformator (11) proportionalen einige Schaltelemente wie folgt bemessen: Anteil und einem Anteil, welcher dem Strom im Transistor 4 OC 170 5 Ausgangsübertrager proportional ist, und daß die Transistor 5 OC 170 Vorstufe (4) durch Einschaltung einer geeigneten Transistor 9 OC 170 Emitterimpedanz (13) mit einer selbständigen Transistor 10 OC 170 Gegenkopplung versehen ist, und daß die Gegen- Widerstand 7 173 Ω kopplungsspannung vom Gegenkopplungswider-Widerstand 8 1,1 kQ 10 stand (7) der Endstufe (6) über eine gegenüber Widerstand 14 820 Ω der Vorstufen-Emitterimpedanz (13) große Impe- Widerstand 15 820 Ω danz (8) dem Emitter der Vorstufe (S) zugeführt Widerstand 17 1,5 kΩ wird. Kondensator 18 12 pF 2. Verstärker nach Anspruch 1, dadurch geKondensator 29 20 jiF 1S kennzeichnet, daß die Vorstufen-Emitterimpedanz Kondensator 30 20 μΡ (13) groß ist gegenüber dem Emittereingangs- Kondensator 32 50 μΡ widerstand des Vorstufentransistors (4). Frequenzbereich 12 bis 556 kHz 3. Verstärker mit zwei eingangs- und ausgangs- Emittereingangswiderstand der seitig parallel geschalteten Endstufentransistoren, Transistoren 25 Ω 2o insbesondere nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Emitter der Transistoren PATENTANSPRÜCHE· (9,10) der Endstufe je über einen gesonderten Widerstand (14 bzw. 15) mit dem im gemein-

1. Gegengekoppelter Transistorverstärker, bei samen Emitterkreis dieser Transistoren liegenden

dem im (gemeinsamen) Emitterzweig des Tran- 25 Widerstand (7) verbunden sind.

sistors bzw. der eingangs- und ausgangsseitig par-

allel geschalteten Transistoren der Endstufe ein In Betracht gezogene Druckschriften:

Widerstand liegt, dem eine der Ausgangsspannung Britische Patentschrift Nr. 739 829;

proportionale Spannung zugeführt wird und der französische Patentschrift Nr. 1150 841;

zur Strom-Spannungs-Gegenkopplung mit einer 30 »Nachrichtentechnik«, 1958, Heft 3, S. 125;

Vorstufe verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, R. F. Shea, »Principles of transistor Circuits«,

daß dieser Widerstand (7) so bemessen ist, daß 1953, S. 351;

er eine so große selbständige Strom-Spannungs- R. B. Hurley, »Junction Transistor Electronics«,

Gegenkopplung der Endstufe (9,10) hervorruft, 1958, S. 135.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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