DE1196712B

DE1196712B - Circuit arrangement for temperature-compensated transistor amplifiers

Info

Publication number: DE1196712B
Application number: DEJ26476A
Authority: DE
Inventors: Hans Bodschwinna; Manfred Lehmann
Original assignee: ELEKTRONIK MBH; TDK Micronas GmbH
Current assignee: ELEKTRONIK MBH; TDK Micronas GmbH
Priority date: 1964-08-29
Filing date: 1964-08-29
Publication date: 1965-07-15

Description

Schaltungsanordnung für temperaturkompensierte Transistorverstärker Zur Kompensation des Temperaturkoeffizienten eines Transistors in einer Verstärkerstufe sind zahlreiche Maßnahmen bekannt. Insbesondere bei Gleichspannungsverstärkern wird die Temperaturkompensation häufig dadurch erreicht, daß man eine Gegentaktschaltun verwendet. Zum Ausgleich des L, 9 Temperaturkoeffizienten ist es in diesem Falle erforderlich, die Transistoren paarweise auszumessen, um zwei Transistoren mit gleichenn Temperaturgang zu erhalten. Es besteht außerdem die Möglichkeit, bei Eintaktstufen den Temperaturkoeffizienten des Transistors durch ein anderes Bauelement mit entgegengesetztem Temperaturlcoeffizienten auszugleichen. Auch in diesem Falle müssen jedoch beide Temperaturkoeffizienten genau aufeinander abgestimmt sein, damit sie sich aufheben. Das zu diesem Zweck notwendige vorherige Ausmessen der verschiedenen Bauelemente erfordert einen zusätzlichen Aufwand und ist daher unerwünscht. Andere Möglichkeiten, den Temperaturkoeffizienten auszugleichen, sind meist mit erheblichem Aufwand verknüpft.Circuit arrangement for temperature-compensated transistor amplifiers Numerous measures are known for compensating the temperature coefficient of a transistor in an amplifier stage. In the case of direct voltage amplifiers in particular, temperature compensation is often achieved by using a push-pull circuit. To compensate for the L, 9 temperature coefficients, it is necessary in this case, to measure the transistors pairs, to obtain two transistors gleichenn temperature response. In the case of single-ended stages, there is also the option of compensating for the temperature coefficient of the transistor by using another component with the opposite temperature coefficient. In this case too, however, both temperature coefficients must be precisely matched to one another so that they cancel each other out. The previous measurement of the various components required for this purpose requires additional effort and is therefore undesirable. Other ways of compensating for the temperature coefficient are usually associated with considerable effort.

Es ist auch bereits eine Schaltungsanordnung bekannt, bei der die Temperaturkompensation einer Verstärkerstufe mittels einer Spannungslteilerschaltun- erreicht wird. Das zur Kompensation verwendete temperaturabhängige Glied besteht bei der bekannten Schaltunasanordnuno, aus einer temperaturabhän -io, eii Widerstandskombination in einer Stromstabilisierungsschaltung, die ein Glied des Spannungsteilers bildet. Nachteilig ist dabei, daß das kompensierende Bauelement andere Eigenschaften und damit einen anderen Temperaturgang hat als der zu kompensierende Transistor der Verstärkerstufe. Weiterhin muß der temperaturabhängige Widerstand der Stabilisierungsschaltung hinsichtlich seines Widerstandsweries auf den des anderen Widerstandes des Spannungsteilers abgestimmt werden. Es ist auch nicht möglich, ein einmal eingestelltes Spannungsteilerverhältnis für eine bestimmte Temperaturkompensation während des Betriebes nachzureggeln und zu ändern. Es kann mit der bekannten Schaltungsanordnun- nur ein verhältnismäßig kleiner Temperaturbereich verhältnismäßig grob kompensiert werden.There is also already known a circuit arrangement in which the Temperature compensation of an amplifier stage by means of a voltage divider circuit is achieved. The temperature-dependent element used for compensation exists in the known Schaltunasanordnuno, from a temperature-dependent, eii resistance combination in a current stabilization circuit that forms a member of the voltage divider. The disadvantage here is that the compensating component has other properties and thus has a different temperature response than the transistor to be compensated Amplifier stage. Furthermore, the temperature-dependent resistance of the stabilization circuit with regard to its resistance value to that of the other resistor of the voltage divider be matched. It is also not possible to use a voltage divider ratio that has been set once to readjust for a certain temperature compensation during operation and to change. With the known circuit arrangement, only a relatively small amount can be used small temperature range can be compensated relatively roughly.

Die Erfindung vermeidet die Nachteile der be- kannten Kompensationsschaltungen für Transistorverstärkerstufen und ermöglicht die Kompensation des Temperaturkoeffizienten eines verstärkenden Transistors mit handelsüblichen Bauelementen ohne zusätzlichen Meßaufwand. Sie betrifft eine Schaltungsanordnung für Transistorverstärker mit mindestens einer Verstärkerstufe, bei der der Temperaturkoeffizient des Transistors kompensiert ist, dessen Basisvorspannung von einem Spannungsteiler geliefert wird, der aus einem mit dem positiven Pol der Speisespannungsquelle verbundenen ohmschen Widerstand und einer Stromstabilisierungsschaltung besteht, welche gebildet ist aus der Reihenschaltung eines mit dem negativen Pol der Speisespannungsquelle verbundenen veränderbaren Widerstandes mit der Emitter-Kollektor-Strecke eines weiteren Transistors, dessen Basisspannung festgehalten ist. F-rfindungsgemäß ist der veränderbare Widerstand der Reihenschaltung ein einstellbarer ohmscher Widerstand.The invention avoids the disadvantages of the known compensation circuits for transistor amplifier stages, and the compensation of the temperature coefficient allows an amplifying transistor with commercially available components without additional measurement effort. It relates to a circuit arrangement for transistor amplifiers with at least one amplifier stage in which the temperature coefficient of the transistor is compensated, the base bias voltage of which is supplied by a voltage divider, which consists of an ohmic resistor connected to the positive pole of the supply voltage source and a current stabilization circuit which is formed from the Series connection of a variable resistor connected to the negative pole of the supply voltage source with the emitter-collector path of a further transistor whose base voltage is fixed. According to the invention, the variable resistance of the series connection is an adjustable ohmic resistance.

Der Vorteil der Erfindung besteht darin, daß durch die Verwendung des einstellbaren ohmschen Widerstandes ein einmal eingestelltes Spannungsteilerverhältnis für eine bestimmte Temperaturkompensation während des Betriebes nach(Yeregelt und geändert werden kann. Außerdem läßt sich der einstellbare Widerstand ohne weiteres an den anderen festen Widerstand des Spannungsteilers anpassen, so daß man dadurch in der Lage ist, den Spannungsteiler gegebenenfalls als Koppelglied zu verwenden und den anderen Widerstand so zu wählen, daß er den Spannungsunterschied zwischen der Kollektorspannuno, eines Vortransistors und der Basisspannung des nachfolcrenden zu kompensierenden Transistors ausgleicht. Als eigentliches kompensierendes Glied dient bei der Schaltungsanordnung nach der Erfindunc, ein der Stromstabilsierunasschaltun- des Spannungsteilers angehörender Transistor, der in seinem Temperaturverhalten weitestgehend dem zu kompensierenden Transistor entspricht. Man erhält dadurch eine wesentlich feinere Temperaturkompensation als bei der vorstehend erwähnten bekannten Schaltungsanordnung, bei der ebenfalls ein Spannungsteiler zur "fc.-nperatur'r.-o#,-,ipensation verwendet wird. Außerdem besteht noch der Vorteil, daß durch Nachregeln des einstellbaren ohmschen Widerstandes auch während des Betriebes die Temperaturkompensation ohne Ein -riff in die Schaltung selbst geändert werden kann. Man ist damit in der Lage, in einem verhältnismäßig großen Vemperaturbereich zu kompensieren.The advantage of the invention is that by using of the adjustable ohmic resistance, a voltage divider ratio that has been set once for a certain temperature compensation during operation according to (Yeregelt and can be changed. In addition, the adjustable resistance can be easily adapt to the other fixed resistance of the voltage divider, so that one can thereby is able to use the voltage divider as a coupling element if necessary and to choose the other resistor so that it corresponds to the voltage difference between the collector voltage of a pre-transistor and the base voltage of the following one compensates transistor to be compensated. As the actual compensating link is used in the circuit arrangement according to the invention, a current stabilization circuit of the voltage divider belonging transistor, which in its temperature behavior largely corresponds to the transistor to be compensated. This gives you a significantly finer temperature compensation than in the known known above-mentioned Circuit arrangement in which a voltage divider is also used "fc.-nperatur'r.-o #, -, ipensation is used. There is also the advantage that by readjusting the adjustable ohmic resistance without temperature compensation even during operation An intervention in the circuit itself can be changed. You are able to to compensate in a relatively large temperature range.

Die Erfindung eignet sich besonders für eine Anwendung bei Gleichspannungsverstärkern. Gleichspannungsverstärker werden gewöhnlich als Gegentaktverstärker ausgeführt, um den Temperaturkoeffizienten der verwendeten Transistoren ausgleichen zu können. Bei mehrstufigen Gleichspannungsverstärkern, bei denen die Basis des nachfolgenden Transistors mit dem Kollektor des vorhergehenden Transistors galvanisch verbunden ist, entsteht außerdem das Problem, den Potentialunterschied zwischen der Kollektorsperrspannung der ersten Stufe und der niedrigeren Basisspannung der folgenden Stufe auszugleichen. Eine Möglichkeit dazu besteht in der Verwendung einer Zenerdiode, die zwischen Kollektor des vorhergehenden und Basis des nachfolgenden Transistors geschaltet wird. Dabei ist jedoch nachteilig, daß Zenerdioden gewöhnlich einen relativ großen Strom ziehen und daß mit ihnen nur eine feste, von der Zenerspannung der Diode abhängige Potentialdifferenz ausgeglichen werden kann. Außerdem weist eine Zenerdiode ebenfalls einen Temperaturgang auf. Diese Nachteile können nach der weiteren Erfindung vermieden werden, indem der Spannungsteiler gleichzeitig als Koppelglied zwischen der vorhergehenden und der nachfolgenden Stufe des Verstärkers dient.The invention is particularly suitable for use in DC voltage amplifiers. DC voltage amplifiers are usually designed as push-pull amplifiers, in order to be able to compensate for the temperature coefficient of the transistors used. With multi-stage DC voltage amplifiers, where the basis of the following The transistor is galvanically connected to the collector of the previous transistor is, there also arises the problem of the potential difference between the collector reverse voltage the first stage and the lower base voltage of the following stage. One way to do this is to use a zener diode between the collector of the preceding transistor and the base of the following transistor is switched. Included however, it is disadvantageous that Zener diodes usually draw a relatively large current and that with them only a fixed potential difference dependent on the Zener voltage of the diode can be compensated. In addition, a Zener diode also has a temperature response on. These disadvantages can be avoided according to the further invention by the voltage divider at the same time as a coupling element between the previous and the subsequent stage of the amplifier is used.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Schaltungsbeispiels für einen zweistufigen Gleichspannungsverstärker erläutert.The invention is illustrated below with reference to one in the drawing Circuit example for a two-stage DC voltage amplifier explained.

Die erste Stufe des Verstärkers wird durch den Transistor T, mit dem Arbeitswiderstand im Kollektorkreis Ri dargestellt, und die zweite Stufe, die temperaturkompensiert werden soll, durch den Transistor T, mit dem Arbeitswiderstand R, im Kollektorkreis. Das Eingangssignal E wird an der Basis des ersten Transistors T, eingespeist, die Ausgangsspannung A wird am Kollektor des zweiten Transistors T, abgenommen. Ferner ist ein Spannungsteiler vorhanden, der aus dem ohmschen Widerstand R3 und einer Stromstabilisierungsschaltung, bestehend aus dem Transistor T, mit dem veränderbaren ohmschen Widerstand R 4 zusammengesetzt ist. An der Basis des Transistors T, liegt eine konstante Spannung, die von dem zwischen dem Minuspol der Gleichspannungsquelle U und dem Nulleiter liegenden Spannungsteiler aus den beiden ohmschen Widerständen R, und R, geliefert wird.The first stage of the amplifier is represented by the transistor T, with the working resistance in the collector circuit Ri, and the second stage, which is to be temperature compensated, by the transistor T, with the working resistance R, in the collector circuit. The input signal E is fed in at the base of the first transistor T 1, the output voltage A is taken from the collector of the second transistor T 1. There is also a voltage divider which is composed of the ohmic resistor R3 and a current stabilization circuit, consisting of the transistor T, with the variable ohmic resistor R 4. At the base of the transistor T, there is a constant voltage which is supplied by the voltage divider of the two ohmic resistors R and R which is located between the negative pole of the DC voltage source U and the neutral conductor.

Der zuerst beschriebene Spannungsteiler erfüllt zwei Funktionen. Einmal wird durch ihn die Basisvorspannung des nachfolgenden Transistors T, bestimmt, und zum anderen dient er als Koppelglied zwischen dem vorhergehenden und dem nachfolgenden Transistor des Gleichspannungsverstärkers. Zu diesem Zweck wird der positive Teil des Widerstandes R, mit dem Kollektor des vorhergehenden Transistors T, verbunden. Die Basis des nachfolgenden Transistors T, liegt an dem Verzweigungspunkt des Spannungsteilers.The voltage divider described first fulfills two functions. Once the base bias of the subsequent transistor T, is determined by it, and on the other hand, it serves as a coupling link between the preceding and the following DC amplifier transistor. To this end, the positive part is used of the resistor R, connected to the collector of the preceding transistor T. The base of the following transistor T is at the branch point of the voltage divider.

Bei dynamischer Betrachtung des Spannungsteilers ist das Teilungsverhältnis infolge des bekannten sehr hohen dynam. ischen Widerstandes einer Stromstabilisierungsschaltung unabhängig von R., nahezu 1. Die Basis des nachfol-enden Transistors T" enthält somit das am Kollektor des vorhergehenden g Transistors T, entstehende Si-nal nahezu in -leicher Größe. Trotz-C LD dem wird aber die Spannungsdifferenz zwischen dem Kollektor des vorhergehenden Transistors T, und der Basis des nachfolgenden Transistors T., bei geeigneter Dimensionieruna von R- geglichen, da bei statiausscher Betrachtung durch den durch R, fließenden Gleichstrom ein Spannungsabfall entsteht. Da für die dynamische Betrachtung die Größe von R, vernachlässigt werden kann, braucht man die Bemessung von R, nur nach dem erforderlichen Spannungsausgleich zu richten.When considering the voltage divider dynamically, the division ratio is due to the known very high dynam. ical resistance of a current stabilization circuit independent of R., almost 1. The base of the following transistor T ″ thus contains the Si-nal arising at the collector of the preceding transistor T, of almost the same size Voltage difference between the collector of the preceding transistor T, and the base of the following transistor T., with suitable dimensioning of R-, since a static analysis results in a voltage drop due to the direct current flowing through R. Since for the dynamic analysis the size of R , can be neglected, the dimensioning of R only needs to be based on the required stress compensation.

Für die Temperaturkompensation der zweiten Stufe durch die Spannungsteilerschaltung ist das Verhältnis der Basisspannungsänderung AUBE der Transistoren T, und T, maßgebend. Dieses Verhältnis berechnet sich aus dem Strom durch den Spannungsteiler. Die temperaturbedingte Stromänderung, verursacht durch T, lautet: Diese Stromänderung verursacht über den Widerstand R, an der Basis von T, eine Spannungsänderung. A UBE2 = AIR3, Beide Gleichungen zusammengefaßt ergeben folgende Beziehung: Man ist also durch Verändern des Widerstandes R4 in der Lage, den Temperaturgang der Basis-Emitter-Spannung UBE beider Transistoren auszugleichen, wenn dieser nicht genau übereinstimmt. Es entfällt damit die Notwendigkeit, vorher den Temperaturgang der Transistoren auszumessen, was bei einer bekannten Gegentaktschaltung zweier Transistoren notwendig wäre.For the temperature compensation of the second stage by the voltage divider circuit, the ratio of the base voltage change AUBE of the transistors T 1 and T 1 is decisive. This ratio is calculated from the current through the voltage divider. The temperature-related change in current caused by T is: This change in current causes a voltage change across the resistor R, at the base of T. A UBE2 = AIR3, both equations combined result in the following relationship: By changing the resistor R4, you are able to compensate for the temperature response of the base-emitter voltage UBE of both transistors if it does not exactly match. This eliminates the need to measure the temperature response of the transistors beforehand, which would be necessary with a known push-pull circuit of two transistors.

Durch andere Wahl des Verhältnisses von R.. R4 können auch mehrere Stufen kompensiert werden, wenn z. B. eine Kollektorstufe zur besseren Leistungsanpassung dazwischengeschaltet wird.By choosing a different ratio of R .. R4, several Levels are compensated if z. B. a collector stage for better performance adjustment is interposed.

Die Erfinduncr wurde an Hand eines zweistufigen Gleichspannungsverstärkers erläutert. Sie ist ebenso gut auch anwendbar bei Wechselspannungsverstärkern. In diesem Falle wird lediglich der Widerstand R, des Spannungsteilers nicht direkt mit dem Kollek# tor des vorhergehenden Transistors verbunden, sondem unmittelbar an den positiven Pol der Speisespannungsquelle U gelegt und vom Kollektor des vorhergehenden Transistors zur Basis des nachfolgenden Transistors ein Koppelglied in Form einer Ka azität einaeschaltet.The invention was explained using a two-stage DC voltage amplifier. It is equally applicable to AC voltage amplifiers. In this case, only the resistor R, of the voltage divider is not connected directly to the collector of the preceding transistor, but is directly connected to the positive pole of the supply voltage source U and a coupling element in the form of a Ka from the collector of the preceding transistor to the base of the following transistor acity switched on.

p CI Die Schaltungsanordnung nach der Erfindung ist auch nicht aui npii-Transistoren beschränkt, sondem ist auch bei pnp-Transistoren unter Berücksichtigung der bekannten komplementären Verhältnisse anwendbar. Sie ist auch anwendbar bei Röhrenschaltungen.p CI The circuit arrangement according to the invention is also not aui npii transistors are limited, but is also taken into account with pnp transistors the known complementary ratios applicable. It is also applicable to Tube circuits.

Claims

Claims: 1. Circuit arrangement for transistor amplifiers with at least one amplifier stage in which the temperature coefficient of the transistor is compensated, the base bias of which is supplied by a voltage divider, which consists of an ohmic resistor connected to the positive pole of the supply voltage source and a current stabilization circuit which is formed from the series connection of a variable resistor connected to the negative pole of the supply voltage source with the emitter-collector path of a further transistor whose base voltage is fixed, characterized in that the variable resistor (R4) of the series connection is an adjustable ohmic resistor.

2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that when using the subject matter of the invention as a DC voltage amplifier with at least two amplifier stages, the temperature-compensated second stage is coupled to the preceding first stage via the voltage divider by the positive end of the voltage divider directly to the collector of the transistor of the preceding Level lies. Publications considered: Swiss Patent No. 361308.