DE1227514B - Transistorverstaerker mit zwei in Kaskade geschalteten Transistorstufen in Emitterschaltung - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

H03f

Deutsche Kl.; 21 a2-18/08

Nummer: 1227514

Aktenzeichen: M 58543 VIII a/21 a2

Anmeldetag: 15. Oktober 1963

Auslegetag: 27. Oktober 1966

Die Erfindung betrifft einen mehrstufigen Transistorverstärker zur verzerrungsfreien Verstärkung von Signalen, insbesondere von Videosignalen.

Zur Erzielung einer verzerrungsfreien Verstärkung ist es bekannt, den Arbeitswiderstand einer Transistorstufe so hochohmig zu bemessen, daß der Transistor für eine gegebene Signalspannung an diesem Arbeitswiderstand noch im linearen Teil seiner Kennlinie arbeitet. Hierbei entsteht der Nachteil, daß der Transistor für eine folgende Stufe als Generator mit hohem Innenwiderstand wirkt und nur sehr hochohmig belastet werden kann. Wird die zweite Stufe durch einen Transistor gebildet, dessen Eingangswiderstand im allgemeinen nicht sehr hochohmig ist, entstehen beachtliche Verzerrungen durch den zu niedrigen Eingangswiderstand des Transistors.

Es ist auch bekannt (Technische Mitteilungen PTT, Nr. 6/1960, S. 195 bis 196) den Ausgangswiderstand einer Transistorstufe durch eine Gegenkopplung zu verringern. Hierbei handelt es sich aber nicht um einen mehrstufigen Verstärker, sondern um grundlegende Betrachtungen für eine einzelne Transistorstufe. Außerdem würde die alleinige Anwendung einer Gegenkopplung in einem mehrstufigen Transistorverstärker noch nicht ohne weiteres eine besonders gute Verzerrungsfreiheit bewirken.

Es ist ferner bekannt (Marconi Review, Bd. XXI, 1958, Nr. 129, S. 61 unten), bei einer Transistorschaltung, bei der die Stromverstärkung mit wachsendem Kollektorstrom auf einen Maximalwert ansteigt und dann wieder abfällt und oberhalb des Kollektorstromwertes für maximale Stromverstärkung Strom- und Spannungsverstärkung Verzerrungen in entgegengesetzter Richtung bewirken, durch geeignete Wahl des Kollektorstromes und des Innenwiderstandes der Steuerspannungsquelle eine geringe Verzerrung zu erzielen. Hierbei entstehen jedoch oftmals Schwierigkeiten, den günstigsten Innenwiderstand zu erreichen, weil dann andere an die Schaltung gestellten Forderungen nicht mehr eingehalten werden. Würde man z. B. zur Erzielung eines geringen Innenwiderstandes in einer als Steuerspannungsquelle dienenden Vorstufe einen geringen Arbeitswiderstand vorsehen, so würde dieser für eine gegebene Signalspannung wegen des dann notwendigen hohen Stromes in der Vorstufe eine so hohe Verzerrung bewirken, daß die Vorteile durch die genannte besondere Wahl des Arbeitspunktes und des Innenwiderstandes wiederaufgehoben würden.

Es sind auch mehrstufige Transistorverstärker bekannt (deutsche Patentschrift 932435), bei denen eine eine folgende Stufe steuernde Transistorstufe Transistorverstärker mit zwei in Kaskade
geschalteten Transistorstufen in
Emitterschaltung

Anmelder:

The Marconi Company Limited, London

Vertreter:

Dr.-Ing. B. Johannesson, Patentanwalt,

Hannover, Göttinger Chaussee 76

Als Erfinder benannt:

Peter Bennett Heisdon,

Chelmsford, Essex (Großbritannien)

Beanspruchte Priorität:

Großbritannien vom 18- Oktober 1962 (39 406), vom 26. Juli 1963

mit einer Gegenkopplung versehen ist. Hier dient die Gegenkopplung aber im wesentlichen zur Arbeitspunktstabilisierung. Dieser Schaltung liegt nicht die Aufgabe zugrunde, zwecks Verringerung von Verzerrungen den Innenwiderstand einer als Spannungsquelle dienenden Stufe dem Eingangswiderstand einer folgenden Stufe anzupassen. Außerdem ist hier nichts darüber gesagt, auf welchem Teil seiner Kennlinie der Transistor der folgenden Stufe arbeitet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen verzerrungsfreien Verstärker zu schaffen, der die Vorteile der bekannten Schaltungen bei mehrstufigen Verstärkern miteinander vereint.

Die Erfindung besteht bei einem Transistorverstärker mit zwei in Kaskade geschalteten Transistorstufen in Emitterschaltung in der gleichzeitigen Anwendung folgender für sich bekannter Maßnahmen:
a) Der Transistor der zweiten Stufe arbeitet bei einem Kollektorstrom, der oberhalb des Kollektorstromwertes für maximale Stromverstärkung liegt;

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b) in der ersten der beiden Stufen ist ein zur Zuführung des Gleichstromes dienender Widerstand derart hochohmig bemessen, daß der Transistor bei einer bestimmten gewünschten Ausgangsspannung für sich allein noch eine annähernd verzerrungsfreie Verstärkung bewirkt;

c) es besteht ein'e. Gegenkopplung, wodurch-- die erste Stufe trotz des hochohmig bemessenen Widerstandes für die folgende Stufe als Generator mit niedrigem Innenwiderstand wirkt.

Durch das Merkmal a) wird erreicht, daß Verzerrungen der differentiellen Verstärkung infolge der bei einem so gewählten Arbeitspunkt gegenläufigen Kurven für Strom- und Spannungsverstärkung ein Minimum sind.

Vorzugsweise ist eine zweite Gegenkopplungsschleife vorgesehen, die von dem Ausgang der zweiten Stufe gespeist wird ..und! eine zur Entzerrung dienende Gegenkopplung über beide Stufen bildet.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ist derart aufgebaut, daß der ersten Stufe ein als Vorstufe dienender dritter Transistor vorangeschaltet ist, der mit den beiden anderen Transistoren eine Kaskadenschaltung bildet, indem im Kollektorkreis und Emitterkreis der drei Transistoren je ein Widerstand liegt und jeweils der Kollektor eines Transistors mit der Basis des folgenden Transistors verbunden ist, und daß die erste Gegenkopplung durch einen Widerstand zwischen dem Kollektor des Transistors der ersten Stufe und dem-Emitter des dritten Transistors gebildet wird. Hierbei kann die zweite Gegenkopplung durch einen Widerstand zwischen dem Emitter des dritten Transistors der zweiten Stufe und dem Emitter des dritten Transistors gebildet werden. Die Ausgangsspannung kann entweder von dem Kollektor oder von dem Emitter des Transistors der zweiten Stufe abgenommen werden.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. In der Zeichnung ist der Transistor 3 der die Vorstufe bildende dritte Transistor, während der Transistor 4 die erste und der Transistor 5 die zweite Stufe des erfindungsgemäßen Verstärkers bildet.

Das zu verstärkende Videosignal wird von einer Klemme 1 über einen Kondensator 2 der Basis eines Transistors 3 zugeführt, mit dem zwei weitere Transistoren 4 und 5 in Kaskade geschaltet sind. Der Kollektor des Transistors 3 ist mit der Basis des Transistors 4 und der Kollektor des Transistors 4 mit der Basis des Transistors 5 verbunden. Die Ausgangsspannung kann von einer Klemme 6 oder von einer Klemme 6' über einen Kondensator 7 oder T v.om Kollektor oder Emitter des Transistors 5 abgenommen werden.

Die vorletzte Verstärkerstufe, d. h. die Stufe mit dem Transistor 4, enthält in ihrem Kollektorkreis einen ohmschen, zur Zuführung des Gleichstromes dienenden Widerstand 8, der gemäß der Erfindung so hochohmig gewählt ist, wie es bei Einhaltung der erforderlichen Betriebsspannungen am Transistor möglich ist. Trotz dieses hochohmigen Widerstandes bildet die Stufe mit dem Transistor 4 jedoch die geforderte niederohmige Spannungsquelle für die letzte Stufe mit dem Transistor 5. Diese niederohmige Spannungsquelle wird durch eine innere Gegenkopplungsschleife mit einem Widerstand 9 zwischen dem Kollektor des Transistors 4 und dem Emitter des Transistors 3 erreicht. Auf diese Weise werden sowohl ein hochohmiger Widerstand 8 als auch ein geringer Innenwiderstand der durch den Transistor 4 gebildeten Spannungsquelle erzielt. Um eine weitere Verringerung der Verzerrungen zu erzielen, ist eine über alle Stufen gehende Gegenkopplungsschleife mit einem Widerstand 10 zwischen dem Ausgang des Verstärkers und dem Emitter des Transistors 3 vorgesehen. Um die Stabilität zu erhöhen und die Schwingneigung herabzusetzen, können in einer der beiden oder in-beiden Gegenkopplungsschleifen nicht dargestellte Phasendrehglieder enthalten sein.

Mit einer praktisch erprobten Schaltung gemäß der Erfindung wurde eine sehr große Verzerrungsfreiheit erzielt. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die innere Gegenkopplungsschleife über den Widerstand 9 die Verstärkung über der äußeren .Gegenkopplungsschleife mit dem Widerstand 10 mitbestimmt. Die Schaltung ist besonders stabil. Es kann eine größere Rückkopplung über die ganze Schaltung

■ angewendet werden, ohne daß die Gefahr einer Schwingneigung auftritt. Eine erhöhte Gegenkopplung dient gleichzeitig dazu, die Verzerrungen herabzusetzen.

Wenngleich in dem dargestellten Ausführungsbeispiel PNP-Transistoren dargestellt sind, so können in einer Stufe oder in allen Stufen auch NPN-Transistoren verwendet werden, wenn geringe Abwandlungen der Schaltung durch eine Ersetzung der Transistoren gefordert sind. Die Schaltungsanordnung kann natürlich auch dahingehend abgewandelt werden, daß eine Betriebsspannungsquelle mit gegenüber Erde symmetrischer Spannung verwendet werden kann.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Transistorverstärker mit zwei in Kaskade geschalteten Transistorstufen in Emitterschaltung, insbesondere für Videofrequenzen, gekennzeichnetdurchdie gleichzeitige Anwendung folgender für sich bekannter Maßnahmen:

a) Der Transistor (5) der zweiten Stufe arbeitet bei einem Kollektorstrom, der oberhalb des Kollektorstromwertes für maximale Stromverstärkung liegt;

b) in der ersten der beiden Stufen (4, 5) ist ein zur Zuführung des Gleichstromes dienender Widerstand (8) derart hochohmig bemessen, daß der Transistor (4) bei einer bestimmten gewünschten Ausgangsspannung für· sich allein noch eine annähernd verzerrungsfreie Verstärkung bewirkt;

c) es besteht eine Gegenkopplung (9), wodurch die erste Stufe trotz des hochohmig bemessenen Widerstandes (8) für die folgende Stufe (5) als Generator mit niedrigem Innenwiderstand wirkt.

2. Transistorverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Gegenkopplung vorgesehen ist, die vom Ausgang der zweiten Stufe (5) gespeist wird und eine zur Entzerrung dienende Gegenkopplung über beide Stufen (5, 4) bildet.

3. Transistorverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der ersten Stufe (4) ein als Vorstufe dienender dritter Transistor (3) vorangeschaltet ist, der mit den beiden anderen Transistoren (4,5) eine Kaskadenschaltung bildet,

indem im Kollektorkreis und Emitterkreis der drei Transistoren (3, 4 und 5) je ein Widerstand liegt und jeweils der Kollektor eines Transistors mit der Basis des folgenden Transistors verbunden ist, und daß die erste Gegenkopplung durch einen Widerstand (9) zwischen dem Kollektor des Transistors (4) der ersten Stufe und dem Emitter des dritten Transistors (3) gebildet wird.

4. Transistorverstärker nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Gegenkopplung durch einen Widerstand (10) zwischen dem Emitter des Transistors (5) der zweiten Stufe und dem Emitter des dritten Transistors (3) gebildet wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschrift Nr. 932435;

deutsche Auslegeschrift Nr. 1138 430;

»Marconi Review«, 1958, S. 56 bis 75;

»Funkschau«, 1959, H. 24, S. 585, 1958, H. 14, S.343;

»Philips Technische Rundschau«, 1957/58,19. Jahrgang, Nr. 4;

»Technische Mitteilungen PTT«, Nr. 6, 1960, S. 185 bis 200, Nr. 7,1960, S. 228 bis 235;

»Nachrichtentechnik«, 1960, H.

5, S. 209 bis 216;

»Elektronische Rundschau«, Nr. 10, 1957, S. 297 bis 301.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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