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Transistorverstärker und Verfahren zur Verstärkungseinstellung für
ein Schwerhörigengerät mit mehreren galvanisch gekoppelten Stufen in Emitterschaltung
Die Erfindung betrifft einen Transistorverstärker für ein Schwerhörigengerät mit
mehreren galvanisch gekoppelten Stufen in Emitterschaltung, bei dem zur Stabilisierung
des Arbeitspunktes vom Kollektor der letzten Stufe ein Gleichstrom- und Wechselstromweg
über einen Gegenkopplungswiderstand zur Basis der ersten Stufe besteht.
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Dieser bekannte Transistorverstärker kann beispielsweise in dreistufiger
Ausführung in Schwer= hörigengeräten verwendet werden. Solche Geräte, die beispielsweise
am oder im Ohr getragen werden, müssen notwendigerweise sehr klein und leicht gehalten
sein, so daß auch der eingebaute Niederfrequenzverstärker nur sehr wenig Raum beanspruchen
darf. Aus diesem Grund' muß der mehrstufige Verstärker aus möglichst wenig Einzelteilen
bestehen. Ein galvanisch gekoppelter Transistorverstärker erfüllt diese Bedingung
im hervorragenden Maß und ist in integrierter Schaltung auch relativ preisgünstig
herstellbar: Ein wesentlicher Nachteil dieser bekannten Verstärker besteht in ihrer
übergroßen Empfindlichkeit hinsichtlich der Stabilisierung bzw. Einstellung des
gewünschten Arbeitspunktes, denn schon eine relativ kleine Veränderung des Gegenkopplungswiderstandes
ändert den Basisstrom der ersten Stufe so weit, daß der Kollektorstrom der letzten
Stufe mehr oder weniger weit -von dem gewünschten Wert abweicht.
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Dieser Nachteil macht sich insbesondere bemerk= bar, sobald- mittels
des Gegerikopplungswiderstandes nicht nur der gleichstrommäßige Anteil der Gegenkopplung
zwecks Einstellung des gewünschten Arbeitspunktes, sondern gleichzeitig auch der
wechselstrommäßige Anteil der Gegenkopplung auf einen bestimmten Wert festgelegt
werden muß, um einen vorbestimmten Verstärkungsfaktor sicherzustellen.
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Die Festlegung des Arbeitspunktes bei vorgegebener Wechselstromgegenkoppluhg
ist praktisch unmöglich, wenn der zwischen der Basis und dem Emitter liegende Kondensator
der ersten Stufe entfallen oder doch eine relativ kleine Kapazität besitzen muß.
Die Kapazität solcher an sich räumlich recht aufwendigen Kondensatoren muß aber
auf ein Mindestmaß reduziert weiden, sobald der Verstärker in einem im Ohr zu tragenden
Hörgerät Platz finden soll, da dann der zur Verfügung stehende Raum naturgemäß aufs
äußerste beschränkt ist.
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Wenn bei einem solchen Verstärker die Wechselstromgegenkopplung für
einen vorbestimmten Verstärkungsgrad eingestellt werden soll, kann in der bekannten
-Schaltung in vielen Fällen der GegenkopplungswideIstand einen Wert annehmen, bei
dem der Arbeitspunkt stark von dem gewünschten Wert abweicht, ohne daß eine Korrektur
möglich wäre; demzufolge tritt entweder gar keine Verstärkung mehr auf oder aber
es müssen zum Teil starke Sprachverzerrungen in Kauf genommen werden.
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Um diesen Übelstand zu beheben, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen,
daß zwischen dem Kollektor der letzten Stufe und dem mit den Emittern der Transistoren
verbundene Pol der Speisespannungsquelle ein aus ohmschen Widerständen bestehender
Spannungsteiler liegt; der einen über den Gegenkopplungswiderstand mit der Basis
der ersten Stufe verbundenen Abgriff hat.
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Bei dem Verstärker nach der Erfindung kann zur Einstellung einer vorgegebenen
Wechselstromgegenkopplung ein Verfahren verwendet werden, bei dem man zunächst den
Gegenkopplungswiderstand auf den der vorgegebenen Wechselstromgegenköpplung entsprechenden
Wert bringt und danach durch geeignete Wahl des zwischen dem Abgriff und dem@Köllektor
der letzten Stufe liegenden Abschnittes des Spannungsteilers einen gewünschten Arbeitspunkt
des Verstärkers einstellt.
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Nach diesem Verfahren ist es-möglich, mittels des Widerstandes, der
durch den Abschnitt des Spannungsteilers zwischen dem Abgriff und dem Kollektor
gebildet wird, stets den gewünschten Arbeitspunkt einzustellen, selbst dann, wenn-
dieser sich bei der
Einstellung des Gegenkopplungswiderstandes erheblich
verändert hat. Es .ist auf .diese Weise möglich, bei einem vorgegebenen Verstärkungsgrad
eine verzerrungsfreie Verstärkung sicherzustellen.
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Die Einstellung der gewünschten Widerstandswerte für die Wechselstromgegenkopplung
und für den-Arbeitspunkt kannbeispielsweise mittels je eines außerhalb des Verstärkungsgerätes
befindlichen Dekadenmeßwiderstandes vorgenommen werden, der über Kabel mit den Lötösen
der entsprechenden. Widerstandshalterung im Verstärkergerät verbunden wird. Nachdem
auf diese Weise die gewünschten Widerstandswerte für eine Verstärkereinheit ermittelt
wurden, werden die Verbindungskabel der Dekadenmeßwiderstände von den Halterungen
im Verstärkergerät wieder gelöst und dafür feste Widerstände mit den ermittelten
Werten in die Halterungen eingelötet..
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In der F i g. 1 der Zeichnung ist eine bekannte Schaltung für einen
dreistufigen, galvanisch gekoppelten. Transistorverstärker dargestellt. Der Verstärker
besteht aus den drei Stufen 1, 2 und 3, die alle in Emitterschaltung arbeiten. Die
mit 27 bezeichnete Signalspannungs- oder Signalstromquelle, beispielsweise ein Mikrofon,
liegt im Basis-Emitter-Kreis.der ersten Stufe 1. Der Kollektor der Stufe 1 ist unmittelbar
mit der Basis der zweiten Stufe 2 verbunden, deren Kollektor wiederum mit der Basis
der letzten Stufe 3 gekoppelt ist. Die Kollektorwiderstännde der drei Stufen sind
mit 13, 14 und 15 bezeichnet.
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Zur Stabilisierung des Arbeitspunktes ist eine gleichstrommäßige.
Gegenkopplung vom Kollektor 4 der letzten Stufe 3 über einen Gegenkopplungswiderstand
8 auf die Basis 11 der ersten Stufe 1 erforderlich. Diese Gleichstromgegeukopplung..
über -den Widerstand 8 ist für den Basisstrom der ersten Stufe 1 maßgeblich. Ein
Siebkondensator 19 verhindert, daß eine wechselstrommäßige Gegenkopplung wirksam
wird, indem er die Wechselstromkomponente der Gegenkopplungsspannung kurzschließt.
Dieser bekannte, in F i g. 1 dargestellte Niederfreqüenzverstärker arbeitet stabil
und phasenrein, wenn man von den Phasendrehungen durch die Eingangs- und Ausgangsimpedanz
(Mikrofon und Hörer) absieht.
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Bei diesem bekannten, an sich, zufriedenstellend arbeitenden Niederfrequenzverstärker
ergeben sich Schwierigkeiten, sobald der Kondensator 19 eine relativ kleine Kapazität
besitzt, so daß er nur zum geringen Teil die Wechselstromkomponente der Gegenkopplungsspannung
kurzschließt. Bei einem im Ohr zu tragenden Hörgerät ist man aber infolge Raummangels
geradezu gezwungen, die relativ voluminösen Kondensatoren größerer Kapazität möglichst
klein zu halten, so daß der Kapazitätsweit des Kondensators 19 nur noch einen Bruchteil
seines Normalwertes beträgt.
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Um auch in einem solchen Fall eine tragbare Wechselstromgegenkopplung
zu erhalten, müßte der Gegenkopplungswiderstand 8 einen Wert annehmen, bei dem der
Arbeitspunkt weit aus dem zulässigen bzw. gewünschten Bereich herausgewandert ist,
so daß der Verstärker funktionsunfähig wird.
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In der F i g. 2 der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel für einen
nach der Erfindung gestalteten Niederfrequenzverstärker in vereinfachter Schaltung
dargestellt. Dieser erfindungsgemäße Verstärker stimmt im wesentlichen mit dem oben
erläuterten bekannten, in F i-g.1 dargestellten, aus drei galvanisch gekoppelten
Transistorstufen bestehenden Niederfrequenzverstärker überein, mit Ausnahme eines
die Erfindung ausmachenden, aus ohmschen Widerständen bestehenden Spannungsteilers
6, 7, der zwischen dem Kollektor 4 der letzten Stufe 3 und dem emitterseitigen
Pol 5 der Speisespannungsquelle liegt und der einen über den Gegenkopplungswiderstand
8 mit der Basis 11 der ersten Stufe 1 verbundenen Abgriff 12 hat.
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Verändert man in dieser Schaltung den Gegenkopplungswiderstand 8 nach
einem höheren Wert hin, so daß sich die wechselstrommäßige Gegenkopphing verringert,
dann kann durch entsprechende Verringerung des Widerstandswertes des zwischen dem
Kollektor 4 der dritten Stufe 3 und dem Abgriff 12 liegenden Abschnittes 6 des Spannungsteilers
6, 7 der gewünschte Arbeitspunkt des Verstärkers wieder eingestellt werden. So wurde
z. B. an einem mit 1;4 V Speisespannung betriebenen Hörgerät bei einem Wistandswert
des Gegenkopplungswiderstandes 8 vor< etwa 680 k52 und einem Widerstandswert
des zwischen dem Kollektor 4 der dritten Stufe 3 und dem Abgriff 12 liegenden Abschnittes
6 des Spannungsteilers 6, 7 von etwa 22 k52 die Einstellung des Arbeitspunktes erzielt,
wobei gleichzeitig die wechsei strommäßige Gegenkopplung einen Wert annahm, der
einem vorgebenen Verstärkungsgrad von etwa 60 db entsprach. Dabei betrug die Kapazität
des Siebkondensators 19 nur etwa 1,5 g,F gegenüber etwa 8 t,F in der bekannten Schaltung
nach F i g.1.
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In. F i g. 3 ist eine Schaltung dargestellt, wie sie in einem im Ohr
zu tragenden Hörgerät praktisch ausgeführt ist. In dieser Schaltung hat der Abschnitt
16
des Spannungsteilers 16,17 den Widerstandswert von etwa 22 k52 und der
Abschnitt 17 den Widerstandswert von etwa 30 k52. Der Gegenkopplungswidery stand
18 beträgt etwa 680 k52 und der Gleichstromwiderstand des Hörers 24 etwa 200 52,
während der Wechselstromwiderstand des Hörers 24 etwa 4000 62 ist. Die Kapazität
des Siebkondensators 21 ist etwa 1,5 RF, die des Kondensators 20 etwa 0,03 #tF,
des Kondensators 22 etwa 4 i,F und des Kondensators 23 etwa 0,1 l,F; 27 ist das
Mikrofon und 26 ein veränderlicher Widerstand zum Regeln der Lautstärke; 25- ist
eine Gleichstromquelle von 1,4 V Spannung.
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Der innere Widerstand der Emitter-Kollektor-Strecke der dritten Stufe
3 ist. etwa 1,5 k52, so daß demnach der Widerstandswert des Abschnittes 17 mit etwa
30 kQ etwa das Zwanzigfache der Emitter-Kol-Iektor-Strecke der dritten Stufe beträgt.
Ebenso be= trägt der Widerstandswert des Gegenkopplungswider= standes 8 von etwa
680k9 etwa das Dreiundzwanzig= fache des Widerstandswertes des Abschnittes
17 mit etwa 3019. Es hat sich bei der vorliegenden Schaltung nach F i g.
2 als vorteilhaft erwiesen, wenn die gegenseitigen Relationen der drei genannten
Widerstände (3, 8 und 17) größenordnungsmäßig in etwa eingehalten werden, wobei
je nach den verwendeten Transistoren sich die absoluten Widerstandswerte in gewissen
Grenzen ändern können. Es sei noch darauf hingewiesen, daß der Widerstandswert des
Gegenkopplungswiderstandes 8 in der Schaltung nach der Erfindung wesentlich kleiner
sein kann als in der bekannten Schaltung nach Fi g. 1; auch das ist insofern von
Vorteil, als Widerstände von mehreren M52 in der für ein im Ohr zü tragendes Hörgerät
gebotenen. Kleinstausführung zur Zeit nur äußerst schwer herstellbar sind. Außerdem
ist der Verstärker bzw. das
Hörgerät für von außen einfallende Störspannungen
weniger anfällig, wenn der Gegenkopplungswiderstand 8 einen nicht zu großen Wert
annimmt.