DE1168974B - Transistorstufe in Emitterschaltung mit Mass-nahmen zur Kompensation des Einflusses von Betriebsspannungs- und Temperaturaenderungen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. KL: H03f Deutsche KL: 21 a2-18/08

Nummer: 1168 974

Aktenzeichen: T12408 VIII a / 21 a2

Anmeldetag: 3.JuIi 1956 Auslegetag: 30. April 1964

Bekanntlich wirken sich bei Transistorschaltungen Schwankungen der Betriebsspannung und der Temperatur sehr unangenehm als Änderungen des Arbeitspunktes und der Ausgangsspannung bzw. der Ausgangsleistung aus, so daß der Transistor über die zulässige Verlustleistung hinaus belastet werden kann. In Spannungsverstärkerstufen wird daher meist ein Widerstand in die Emitterzuleitung eingeschaltet, durch den die schädlichen Einflüsse auf ein erträgliches Maß vermindert werden. Hierbei wird die Vorspannung der Basis bekanntlich einem an der Betriebsspannung liegenden Spannungsteiler entnommen. In Leistungsstufen aber kann der Widerstand in der Emitterzuleitung nicht so groß gewählt werden, wie es eigentlich erforderlich ist, weil im allgemeinen hier ein höherer Emitterstrom fließt und dann unerwünscht viel Leistung in diesem Widerstand verbraucht würde. Wird zudem noch die Betriebsspannung einer Batterie entnommen, so müssen auch die Auswirkungen des Spannungsunterschiedes zwischen voll aufgeladener und entladener Batterie kompensiert werden. Das ist aber mit einem kleinen Emitterwiderstand nicht möglich.

Es ist bekannt (französische Patentschrift 1119 869), in einem Transistorverstärker den Einfluß der Temperatur auf den Kollektorstrom mittels eines nicht zur Wechselspannungsverstärkung dienenden Hilfstransistors auszugleichen, der demselben Temperatureinfluß ausgesetzt ist und dessen Emitterwiderstand dem Haupttransistor eine temperaturabhängige Basisvorspannung liefert. Der Haupttransistor besitzt dabei keinen Emitterwiderstand und auch keinen Basisspannungsteiler. Beide Transistoren haben getrennte Betriebsspannungsquellen, so daß dort der Einfluß von Spannungsschwankungen der für den Haupttransistor bestimmten Betriebsspannungsquelle nicht kompensiert werden kann.

Die Erfindung zeigt dagegen, wie beide Forderungen auch bei Leistungsstufen gleichzeitig erfüllt werden können. Erfindungsgemäß wird bei einer Transistorschaltung mit geerdetem Emitter, bei der der Einfluß von Temperaturänderungen mittels einer nicht der Wechselspannungsverstärkung dienenden HiHstransistor beseitigt ist, zur Beseitigung auch des Einflusses von Betriebsspannungsänderungen die Basis-Vorspannung des Haupttransistors einem an der Betriebsspannungsquelle liegenden Spannungsteiler entnommen, dessen mit dem Emitter über einen Emitterwiderstand verbundener Teilwiderstand aus der Emitter-Kollektor-Strecke des Hilfstransistors besteht, die Basis des Hilfstransistors vom Spannungsabfall am Emitterwiderstand des Haupttransistors gesteuert wird.

Transistorstufe in Emitterschaltung mit Maßnahmen zur Kompensation des Einflusses von
Betriebsspannungs- und Temperaturänderungen

Anmelder:

Telefunken

Patentverwertungsgesellschaft m. b. H.,
Ulm/Donau, Elisabethenstr. 3

Als Erfinder benannt:
Hans-Günther Frerichs, Hannover

Fig. 1 zeigt die bekannte Schaltung einer Transistorstufe. Der Transistor T₁ arbeitet in Emitterschaltung und erhält seine Basisvorspannung von der Spannungsquelle U_B über den Spannungsteiler R₁, R₂ und die Sekundärwicklung des Eingangsübertrages Ü. Der Abgriff des Spannungsteilers liegt über den Kondensator C₃ wechselstrommäßig an Masse. In der Emitterzuleitung liegt ein Widerstand R_E, der zur gleichstrommäßigen Stabilisierung dient und von einem Kondensator C₁ zur Ableitung von Wechselstromkomponenten überbrückt ist. Die verstärkte Ausgangsspannung bzw. die verstärkte Leistung wird am Kondensator C_K abgenommen.

Bei einer solchen Schaltung ist es auch bekannt, den Widerstand R₂ des Spannungsteilers durch einen sogenannten Heißleiter, d. h. einen Widerstand mit negativem Temperaturkoeffizienten, zu ersetzen, um den Einfluß von Temperaturschwankungen zu kompensieren. Um eine gute Regelung zu erzielen, darf der Querstrom durch R₁ und R₂ nicht wesentlich zur Aufheizung des Heißleiters R₂ beitragen. Soll der Heißleiter gleichzeitig zur Kompensation von Betriebsspannungsschwankungen herangezogen werden, ist aber die Aufheizung des Heißleiters vom Querstrom nicht zu umgehen, wodurch Temperaturschwankungen nicht mehr in vollem Maße ausgeglichen werden. Wegen dieser Beeinträchtigung der Kompensationswirkung infolge entgegengesetzter Bedingungen für den Heißleiter ist diese Lösung also unbefriedigend. Die beiden Forderungen, den Einfluß der Temperatur und von Betriebsspannungsschwankungen zu beseitigen, lassen sich aus ähnlichen Gründen auch dann nicht gleichzeitig erfüllen, wenn man den Widerstand R₂ etwa in bekannter Weise (USA.-Patentschrift 2 716 729) durch eine temperaturempfindliche Halbleiterdiode ersetzt.

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Eine Schaltung zur hinreichenden Kompensation der Einflüsse sowohl von Temperatur- als auch von Betriebsspannungsschwankungen zeigt Fig. 2, bei der gleiche Bezugszeichen wie in F i g. 1 verwendet sind. Erfindungsgemäß ist der Widerstand R₂ durch einen Hilfstransistor T., ersetzt. Außerdem ist der Stabilisierungswiderstand R_E in der Emitterleitung des Transistors T₁ zur Einstellung des Arbeitspunktes als Potentiometer ausgebildet, dessen Schleifer mit der Basis des Transistors T₂ verbunden ist.

Der Regelvorgang verläuft folgendermaßen: Nimmt beispielsweise die Temperatur zu, so werden auch die Ströme in den Transistoren T₁ und T₂ zunehmen. Ein größerer Strom im Transistor T₁ hat einen größeren Spannungsabfall am Widerstand R_E zur Folge, so daß die Basis des Transistors T₂ höher negativ (beim PNP-Transistor) gegen dessen Emitter vorgespannt wird. Dadurch wird der Strom im Transistor T₂ größer, d. h. dessen Widerstand kleiner, und an die Basis des Transistors T₁ gelangt nach dem Gesetz der Spannungsteilung eine geringere Spannung, die bei geeigneter Bemessung der Schaltungselemente gerade so groß ist, daß die Ausgangsspannung bzw. -leistung wieder nahezu ihren ursprünglichen Wert annimmt. Nimmt andererseits z. B. die Betriebsspannung infolge Entladung der Batterie ab, so nimmt auch der Strom im Transistor T₁ ab. Der dadurch verringerte Spannungsabfall an R_E verringert den Strom im Transistor T₂, wodurch die Basis des Transistors T₁ eine so viel höhere Spannung erhält, daß die Ausgangsspannung bzw. -leistung nahezu ihren vorgeschriebenen Wert beibehält.

Es liegt hierbei in der Hand des Konstrukteurs, die einzelnen Schaltungselemente in vorteilhafter Weise zu bemessen. In der oberen Stellung des Schleifers vom Potentiometer R_E ist die Regelwirkung am größten. Die Größe von R_E wird man so bemessen, daß der Leistungsverlust in R_E bei der geforderten Nutzleistung von der Betriebsspannungsquelle aufgebracht werden kann. Die Bemessung des Querstromes im Spannungsteiler richtet sich nach dem Basisstrom des Transistors T₁ und beträgt beispielsweise 1 mA.

F i g. 3 zeigt die Anwendung der Erfindung auf einen Oszillator, der eine konstante Leistung abgeben muß. Er wird beispielsweise in einem Magnettongerät zur Erzeugung der Hochfrequenzvormagnetisierung des Magnetogrammträgers benötigt. Es ist ein Gegentaktoszillator mit den Transistoren T₁ und T₃ in Emitterschaltung dargestellt. In der gemeinsamen Emitterzuleitung von T₁ und T₃ liegt wieder der als Potentiometer ausgebildete Widerstand R_E, der hier jedoch nicht von einem Kondensator überbrückt ist, da eine gewisse Gegenkopplung erwünscht ist. Zwischen die Basen der beiden Transistoren ist die Rückkopplungsspule L₁ geschaltet, deren Mittelanzapfung die Basisvorspannung vom Verbindungspunkt des Spannungsteilers R₁, R₂ zugeführt wird. An den Kollektoren liegt der frequenzbestimmende Schwingkreis L₂, C₂. Der parallel dazu gezeichnete Widerstand R stellt die Nutzlast dar, die entweder direkt oder induktiv dem Schwingkreis entnommen wird. Der Transistor T₂ muß auch hier mit einem Kondensator C₃ überbrückt werden, da

für den Regel Vorgang, der in gleicher Weise wie an Hand der F i g. 2 beschrieben verläuft, die Wechselkomponenten am Spannungsteiler nicht wirksam werden sollen.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Transistorschaltung mit geerdetem Emitter, bei der der Einfluß von Temperaturänderungen mittels eines nicht zur Wechselspannungsverstärkung dienenden Hilfstransistors beseitigt ist, insbesondere zur Lieferung einer großen Wechselstromleistung, dadurch gekennzeichnet, daß zur Beseitigung auch des Einflusses von Betriebsspannungsänderungen die Basisvorspannung des Haupttransistors von einem an der Betriebsspannungsquelle liegenden Spannungsteiler entnommen ist, dessen mit dem Emitter über einen Emitterwiderstand (R_E) verbundener Teilwiderstand aus der Emitter-Kollektor-Strecke des Hilfstransistors (T₂) besteht, und daß die

Basis des Hilfstransistors (T₂) vom Spannungsabfall am Emitterwiderstand (R_E) des Haupttransistors (T₁) oder von einem Teil desselben gesteuert wird.

2. Transistorschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Oszillatorschaltung ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 927 932;
USA.-Patentschrift Nr. 2716729;

französische Patentschriften Nr. 1106 637,
1119 869;

»Funkschau«, 1954, Heft 14, S. 292;
»IRE Transactions-Circuit Theory«, 1956, S. 65; So Shea, »Principles of Transistor Circuits«, 1953, S. 178.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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