DE1175748B - Mehrstufiger Transistorbreitbandverstaerker - Google Patents

Mehrstufiger Transistorbreitbandverstaerker

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DE1175748B
DE1175748B DES83454A DES0083454A DE1175748B DE 1175748 B DE1175748 B DE 1175748B DE S83454 A DES83454 A DE S83454A DE S0083454 A DES0083454 A DE S0083454A DE 1175748 B DE1175748 B DE 1175748B
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DE
Germany
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transistor
transistors
stage
collector
amplifier
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Pending
Application number
DES83454A
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English (en)
Inventor
Dipl-Ing Joachim Winter
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F3/00Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/34DC amplifiers in which all stages are DC-coupled
    • H03F3/343DC amplifiers in which all stages are DC-coupled with semiconductor devices only
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F1/00Details of amplifiers with only discharge tubes, only semiconductor devices or only unspecified devices as amplifying elements
    • 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

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Amplifiers (AREA)

Description

  • Mehrstufiger Transistorbreitbandverstärker Die Erfindung betrifft einen mehrstufigen gleichstrommäßig stabilisierten Breitbandverstärker mit Transistoren in Emitterschaltung, denen die Kollektorgleichspannung über einen oder mehrere in den Kollektorkreisen der Transistoren liegende Widerstände zugeführt ist.
  • Die Betriebseigenschaften von Transistoren sind stark temperaturabhängig. Bei der in F i g. 1 schematisch dargestellten nicht stabilisierten Transistorstufe in Emitterschaltung läßt sich der Einfluß einer Änderung der Umgebungstemperatur um d e durch formale Einführung einer fiktiven »Temperaturspannung« d Uvee = De - d ?9+Rb - d 1b (1C . d ü) , (1) in den Basiskreis beschreiben. Dabei ist D,O der »Temperaturdurchgriff«, der bei fast allen Transistoren in der Größenordnung von 2 mV/' C liegt, und d 1b ist die durch A,0 hervorgerufene Änderung des Basistroms. Rb ist der im Basis-Emitter-Kreis liegende Widerstandswert des Widerstandes 3 der äußeren Schaltung. Die durch d Ubeb verursachte Änderung des Kollektorstroms um d 1, errechnet man aus A i, = SA - d ube,, . (2) SA ist die Arbeitssteilheit des Transistors im betrachteten Arbeitspunkt.
  • Soll die Transistorschaltung möglichst temperaturunabhängig arbeiten, ist eine kleine Kollektorstromänderung d 1c notwendig. Durch einen möglichst kleinen Widerstandswert Rb im Emitterkreis wird man zunächst bestrebt sein, den zweiten Summanden von d Ube b in Gleichung (1) genügend klein zu halten. Der erste Summand ist nur vom Transistor und der Änderung der Umgebungstemperatur d 22 abhängig.
  • Zur Verkleinerung des Kollektorstroms 1, gibt es folgende Methode: Man führt eine dem Kollektorstrom 1, proportionale Spannung mit geeigneter Polarität in den Basiskreis zurück. Eine einfache bekannte Schaltung dieser Art zeigt F i g. 2. Der Transistor 1 arbeitet in Emitterschaltung. über den Widerstand 3 liegt die Basis dieses Transistors am negativen Pol der Spannungsquelle UFB. Die negative Kollektorspannung UcB wird dem Kollektor über den Lastwiderstand 2 zugeführt. Im Basiskreis liegt der Gegenkopplungswiderstand 4. Um eine Verstärkungsverminderung für die Nutzfrequenzen zu vermeiden, ist ein Kondensator 5 vorgesehen, der die Gegenkopplung an Widerstand 4 für die Nutzfrequenzen aufhebt.
  • Einen Breitbandverstärker, bei dem das Prinzip der Gegenkopplung verwirklicht ist, zeigt F i g. 3. Es handelt sich dabei um einen Zweistufigen-Breitbandverstärker, dessen Transistoren in Emitterschaltung betrieben werden. Im Emitterkreis der beiden Transistoren sind jeweils die Gegenkopplungswiderstände 8 bzw. 10 und die zu ihnen parallel liegenden überbrückungskapazitäten 9 bzw. 11 eingeschaltet. Die Kopplung der beiden Stufen erfolgt über den Kopplungskondensator 12. Die zu verstärkende Wechselspannung u1 wird über den Kondensator 13 der ersten Stufe zugeführt, und die verstärkte Wechselspannung u2 wird am Ausgang der zweiten Stufe abgenommen. Zur Entkopplung von Gleich- und Wechselspannung am Ausgang dient der Kondensator 22. Die Gleichspannungsversorgung für die Kollektoren der beiden Transistoren 6, 7 erfolgt mittels einer Batterie Uc 1 über Siebglieder, bestehend aus den Widerständen 19 bzw. 17 und den Kondensatoren 21 bzw. 15 und über die Lastwiderstände 20 bzw. 16 in den Kollektorkreisen der beiden Stufen. Das Basispotential des Transistors der ersten Stufe ist durch den Spannungsteiler, bestehend aus den Widerständen 17 und 14 und das Basispotential des Transistors der zweiten Stufe durch den Spannungsteiler, bestehend aus den Widerlständen 18 und 34, bestimmt. Soll der Verstärker sehr tiefe Frequenzen, beispielsweise Fernsehsignale, verzerrungsfrei übertragen, so ist eine Stabilisierung des Arbeitspunktes des Verstärkers mittels einer Gegenkopplung im Kollektorkreis der Transistoren äußerst nachteilig. Für den Kopplungskondensator 12 und die Überbrückungskondensatoren 9 und 11, die die Gegenkopplung im Nutzbereich aufheben, ergeben sich nämlich dann sehr große Kapazitätswerte, im vorliegenden Fall beispielsweise 10-2 bis 10-3 F, die mit vernünftigem Aufwand nicht mehr realisierbar sind. Außerdem würden bei Kondensatoren dieser Größenanordnung beim Anlegen der Betriebsgleichspannung so große Stromstöße auftreten, daß die Transistoren gefährdet würden. Ferner besitzen Kondensatoren dieser Größenordnung eine sehr große Eigeninduktivität die sich bei höheren Frequenzen sehr störend bemerkbar macht.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, unter Vermeidung der vorgenapnten Nachteile einen arbeitspunktstabilisierten Verstärker zu schaffen.
  • Gemäß der Erfindung wird der mehrstufige Breitbandverstärker so ausgebildet, daß die Basis eines in bezug auf die in den Verstärkerstufen eingeschalteten Transistoren komplimentären Regeltransistors direkt und sein Emitter über ein Stabilisationselement an denjenigen Pol der Versorgungsspannungsquelle geführt ist, der auch mit den Widerständen in den Kollektorkreisen der Transistoren der beiden Verstärkerstufen verbunden ist, daß der Kollektor des Regeltransistors sowohl über einen Widerstand mit dem anderen Pol der Versorgungsspannungsquelle als auch mit der Basis des Transistors der ersten Verstärkerstufe verbunden ist und daß den Emitter der beiden Transistoren der Verstärkerstufen eine solche Spannung zugeführt ist, daß sie im Verstärkungsbereich arbeiten.
  • Dabei läßt sich als Stabilisierungselement im Emitterkreis des Regeltransistors eine Zenerdiode verwenden. Ein weiteres Stabilisierungselement, welches ebenfalls eine Zenerdiode sein kann, kann in dem Emitterkreis des Transistors der zweiten Verstärkerstufe eingeschaltet sein.
  • Ferner läßt sich der mehrstufige gleichstrommäßig stabilisierte Breitbandverstärker auch so ausbilden, daß die als Lastwiderstände dienenden Widerstände in den Kollektorkreisen veränderbar und jeweils mit einem Abgriff, der mit dem Widerstandsanfang verbunden ist, versehen sind und daß die Basis des Regeltransistors an diesen Abgriff geführt ist.
  • Die Kollektorgleichspannung wird den Kollektoren der Transistoren der Verstärkerstufe über die jeweiligen Widerstände in den Kollektorkreisen der Transistoren beider Verstärkerstufen und über je ein diesen Widerständen vorgeschaltetes Siebglied, bestehend aus einem ohmschen Widerstand und einer Kapazität, zugeführt. Zweckmäßig sind dabei die Kapazitäten der Siebglieder so bemessen, daß ihr Wechselstromwiderstand im Nutzfrequenzgebiet klein ist. Vorteilhaft ist es weiter den ohmschen Widerstand des Siebgliedes der zweiten Widerstandsstufe mittels eines Abgriffs veränderbar auszubilden und die Basis des Regeltransistors an den Abgriff dieses Widerstandes zu führen und den Wiederstandsanfang mit dem Abgriff zu verbinden.
  • Durch die Maßnahmen nach der Erfindung entfallen gegenüber der Schaltungsanordnung nach F i g. 3 sowohl der Kopplungskondensator als auch die für den Nutzbereich vorgesehenen, die Gegenkopplung aufhebenden Überbrückungskondensatoren, wodurch derartige Nachteile, wie sie bei den eingangs beschriebenen bekannten Schaltungen auftreten, vermieden werden.
  • An Hand der F i g. 4 soll die Erfindung näher erläutert werden.
  • F i g. 4 zeigt einen Breitbandverstärker, der ähnlich aufgebaut ist wie der Breitbandverstärker nach F i g. 3. Er besitzt jedoch eine zusätzliche Regeleinrichtung und eine Gleichstromkopplung der beiden Verstärkerstufen. Die Transistoren 24 und 25 arbeiten in Emitterschaltung. Die Gleichstromversorgung erfolgt durch eine mit einer Anzapfung versehenen Batterie B mit den beiden Teilspannungen Uz und U1. Der Emitter des pnp-Transistors 24 der ersten Verstärkerstufe ist direkt, der Emitter des pnp-Transistors 25 der zweiten Verstärkerstufe ist über eine Zenerdiode mit der Anzapfung der Batterie B verbunden. Der negative Pol der Versorgungsspannungsquelle führt einmal über den veränderbaren Widerstand 27 des Siebgliedes der zweiten Verstärkerstufe und den Lastwiderstand 33 an den Kollektor des Transistors 25 der zweiten Verstärkerstufe, zum anderen über den Widerstand 29 des Siebgliedes der ersten Verstärkerstufe und den Lastwiderstand 30 an den Kollektor des Transistors 24 der ersten Verstärkerstufe und weiterhin über die Zenerdiode 26 an den Emitter des Regeltransistors 23, der im Gegensatz zu den beiden anderen Transistoren ein npn-Typ ist. Der Verbindungspunkt des Widerstandes 33 mit dem Widerstand 27 sowie des Widerstandes 30 mit dem Widerstand 29 ist über den Kondensator 27 bzw. 28 an Erde geführt. Der Kollektor des Regeltransistors 23 liegt sowohl über den Widerstand 31 am positiven Pol der Versorgungsspannungsquelle als auch über eine Leitung an der Basis des Transistors 24 der ersten Verstärkerstufe. Die Basis des Regeltransistors 23 ist zugleich mit dem Anfang und dem Abgriff des veränderbaren Widerstandes 27 und dem negativen Pol der Batterie B verbunden. Die zu verstärkende Wechselspannung wird zwischen Basis 24 der ersten Verstärkerstufe und dem Emitter dieses Transistors dem Verstärker zugeführt, und die verstärkte Spannung U., ist zwischen Kollektor des Transistors 25 der zweiten Verstärkerstufe und der Anzapfung der Batterie B abnehmbar. Die Kondensatoren 35 und 36 dienen der Entkopplung von Gleich- und Wechselspannung am Ein- bzw. Ausgang.
  • Der Regeltransistor 23 hat die Aufgabe den vom Kollektorstrom 1C2 an den Widerständen 33 und 27 hervorgerufenen Spannungsabfall mit der als Sollwert dienenden Spannung an der Zenerdiode 26 zu vergleichen. Wird beispielsweise der Kollektorstrom des Transistors 25 der zweiten Verstärkerstufe auf Grund von Temperatureinwirkung größer, so wird das Potential an der Basis des Regeltransistors 23 positiver, so daß sein Kollektorstrom Ics ansteigt. Der wachsende Kollektorstrom verursacht einen höheren Spannungsabfall am Widerstand 31, wodurch das Potential der Basis des Transistors 24 der ersten Verstärkerstufe in bezug auf seinen Emitter negativer wird. Dadurch steigt der Kollektorstrom Icl dieses Transistors, da es sich ja um einen pnp-Transistor handelt, an, wodurch das negative Potential an seinen Kollektor und damit auch das Potential der Basis des Transistors 25 der nachfolgenden Verstärkerstufe abgesenkt wird. Das hat zur Folge, daß nun mehr der Kollektorstrom 1C2 verringert, d. h. entgegen seiner ursprünglichen Änderung beeinflußt wird.
  • Ändert sich der Kollektorstrom 1c1, so tritt ebenfalls eine Arbeitspunktstabilisierung ein. Nimmt man z. B. an, daß nunmehr der Kollektorstrom Icl größer wird, so senkt sich das negative Potential am Kollektor des Transistors 24 ab. Dadurch wird das Potential an der Basis des Transistors 25, verglichen mit dem Spannungsabfall an der Zenerdiode 34, geringer, und der Kollektorstrom 42 wird kleiner. Das Basispotential des Regeltransistors 3 wird in bezug auf seinen Emitter negativer, und der Kollektorstrom ICs sowie der durch den Kollektorstrom hervorgerufene Spannungsabfall am Widerstand 31 wird verringert. Dieser Spannungsabfall bewirkt wiederum eine Verringerung der negativen Basis-Kollektor-Spannung des Transistors 24, so daß der Kollektorstrom Ici dieses Transistors kleiner und damit sein Arbeitspunkt stabilisiert wird. Die Änderungen der Gleichströme werden also durch diese Regelschaltung um den durch die Ringverstärkung gegebenen Faktor reduziert. Der Sollwert des Kollektorstroms 42 läßt sich durch den veränderbaren Widerstand 27 einstellen. Im Nutzfrequenzbereich wird dieser Widerstand durch die Kapazität 32 überbrückt, so daß die Regelschaltung nur bei Gleichstrom und sehr tiefen Frequenzen in Betrieb ist. Es kann infolgedessen für den Regeltransistor 23 ein Transistor mit niedriger Grenzfrequenz verwendet werden.

Claims (7)

  1. Patentansprüche: 1. Mehrstufiger gleichstrommäßig stabilisierter Breitbandverstärker mit Transistoren in Emitterschaltung, denen die Kollektorgleichspannung über einen oder mehrere in den Kollektorkreisen der Transistoren liegende Widerstände zugeführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis eines in bezug auf die in den Verstärkerstufen eingeschalteten Transistoren (24, 25) komplementären Regeltransistors (23) direkt, und sein Emitter über ein Stabilisationselement (26) an denjenigen Pol der Versorgungsspannungsquelle geführt ist, der auch mit den Widerständen in den Kollektorkreisen der Transistoren der beiden Verstärkerstufen verbunden ist, daß der Kollektor des Regeltransistors sowohl über einen Widerstand mit dem anderen Pol der Versorgungsspannungsquelle als auch mit der Basis des Transistors (24) der ersten Verstärkerstufe verbunden ist und daß die Emitterelektrode des Transistors (24) der ersten Verstärkerstufe direkt und die Emitterelektrode des Transistors (25) der zweiten Stufe, über ei Stabilsierungselement (34) derart mit einer Anzapfung der Versorgungsspannungsquelle verbunden ist, daß die beiden Transistoren im Verstärkungsbereich, arbeiten.
  2. 2. Mehrstufiger gleichstrommäßig stabilisierter Breitbandverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stabilisierungselement im Emitterkreis des Regeltransistors eine Zenerdiode (26) ist.
  3. 3. Mehrstufiger gleichstrommäßig stabilisierter Breitbandverstärker nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die als Lastwiderstände dienenden Widerstände in den Kollektorkreisen veränderbar und jeweils mit einem Abgriff, der mit dem Widerstandsanfang verbunden ist, versehen sind und daß die Basis des Regeltransistors an diesen Abgriff geführt ist.
  4. 4. Mehrstufiger gleichstrommäßig stabilisierter Breitbandverstärker nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Emitterkreis des Transistors der zweiten Verstärkerstufe ein Stabilisierungselement eingeschaltet ist.
  5. 5. Mehrstufiger gleichstrommäßig stabilisierter Breitbandverstärker nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Stabilisierungselement eine Zenerdiode (34) ist.
  6. 6. Mehrstufiger gleichstrommäßig stabilisierter Breitbandverstärker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß den jeweiligen Widerständen in den Kollektorkreisen der Transistoren der beiden Verstärkerstufen je ein Siebglied, bestehend aus einem ohmschen Widerstand (27 bzw. 29) und einer einseitig an Erde liegenden Kapazität (32 bzw. 28), vorgeschaltet und die Kollektorgleichspannung über diese Siebglieder und über den jeweiligen Lastwiderstand (33 bzw. 30) in den Kollektorkreisen der Transistoren der Verstärkerstufen den Kollektoren der Transistoren zugeführt ist.
  7. 7. Mehrstufiger gleichstrommäßig stabilisierter Breitbandverstärker nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensatoren (32, 28) der Siebglieder so bemessen sind, daß ihre Wechselstromwiderstände im Nutzfrequenzbereich klein sind. B. Mehrstufiger gleichstrommäßig stabilisierter Breitbandverstärker nach einem der vorliegenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der ohmsche Widerstand (27) des Siebgliedes der zweiten Verstärkerstufe ein mit einem veränderbaren Abgriff versehender Widerstand ist und die Basis des Regeltransistors (23) an den Abgriff dieses Widerstandes (27) geführt und der Widerstandsanfang mit dem Abgriff verbunden ist.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1298571B (de) * 1965-12-22 1969-07-03 Bbc Brown Boveri & Cie Niederfrequenzverstaerker mit Gegentaktendstufe mit Komplementaer-transistoren in Kollektorschaltung
NL7416877A (nl) * 1974-01-16 1975-07-18 Indesit Versterkerschakeling.

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1298571B (de) * 1965-12-22 1969-07-03 Bbc Brown Boveri & Cie Niederfrequenzverstaerker mit Gegentaktendstufe mit Komplementaer-transistoren in Kollektorschaltung
DE1298571C2 (de) * 1965-12-22 1973-11-22 Bbc Brown Boveri & Cie Niederfrequenzverstaerker mit Gegentaktendstufe mit Komplementaer-transistoren in Kollektorschaltung
NL7416877A (nl) * 1974-01-16 1975-07-18 Indesit Versterkerschakeling.

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