DE1303403C2 - Transistorverstaerker fuer eine elektrische spannung - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen Transistorverstärker dann fließende Emitter-Kollektorstrom, der stark von für eine elektrische Spannung mit wenigstens zwei der Temperatur des Halbleitermaterial abhangig ist, Verstärkertransistoren, bei dem einem Transistor als erzeugt in einem das Basispotential des uder der Verstärkuneselemem in Emitterschaltung ein weiterer Verstärkertransistoren bestimmenden widerstand Transistor in Emitterschaltung zugeordnet ist, dessen 5 einen entsprechenden Spannungsabtall. Auen diese eigene temperalurabhängige Eigenschaftsänderungen Art einer Temperaturkompensation ist relativ wenig zur !Compensate, von Temperatureinflüssen diener., befriedigend, weil, wie Untersuchungen gezeigt und bei dem der Verstärkertransistor und der Korn- haben, die Arbeitskennhnie des Kompensationsirar.-pensationstransistor die gleiche Charakteristik sowie sistors bzw. des durch diesen Transistor gebildeten einen semeinsamen Emitterwiderstand haben und io Kompensationswiderstandes zu verschieden von der durch Wahl des Basispotentials und der Kollektor- Arbeitskennlinie des oder der Verstar-.ertranwiderstände bzw. des Emitterwiderstandes beide sistoren ist. -or Transistoren auf einen möglichst gleichen Arbeits- An Stelle eines solchen durch einen mit offener punkt eingestellt sind, .wobei dem ersten Verstärker- Basis betriebenen Transistor gebildeten temperaturtransistor dn Kompensationstransistor zugeordnet ist. 15 abhängigen Widerstandes sind auch bereits mit VorTransistoren bestehen bekanntlich aus Halbleiter- strom betriebene Dioden in einer analogen Schaltung material, wie Germanium oder Silizium, dessen angewendet worden. Es gilt jedoch fur diese Scha.-Stromleitung von der Materialtemperatur abhängig tungrn im Prinzip das gleiche.

ist. Verstärkerschaltungen mit Transistoren als Ver- Bei einer weiteren bekannten Temperaturstahilisu stärkereiemente müssen deshalb, wenn sie in einem 20 rungsschaltung für Transistoren wird ein transistor größeren Temperaturbereich driftfrei arbeiten sollen, Gleichspannungsverstärke· zum Vergleich des Spannut einer Kompensationsschaltung zur Behebung der nungsabfalls an einem Impedanzelement in d. Temperaturabhängigkeit des Arbeitspunktes versehen Emitterzuleitung des zu stabilisierenden Verstarke werden. transistors mit der Fmitterversorgungsspannung o,···

Ein Verstärker der einleitend geschilderten Art, 25 zur Stabilisierung dienenden Gleichspannung^, r

ist durch die Zeitschrift »Bull. Schweizer. Elektro- stärkers vorgesehen. Diese bekannte Schaltung brir. ■

techn Verein« 1956 Nr. 12. S. 566 567, bekannt. D^ einerseits die Schwierigkeit, daß im Eingang u.-

thermische Stabilisierung dieses Verstärkers ist für Transistors zusätzlich zu dessen Eingangswiderst.!

manche Anwendungsfälle jedoch picht ausreichend. noch der Widerstand des Transistors im Stab!:v.

Bekannt ist außerdem eine ganze Anzahl weiterer 30 rungs-Gleichspannungs-Verstärker liegt. Wescnti,·. "<i

Kompensations\erfahren. " kritischer ist bei dieser Schaltung aber äußern-

Ein erstes dieser Kompensationsverfahren wendet daß die Vergleichsspannung im Stabilisiert!·<_■·.-

eine Gleichstrom-Gegenkopplung vom Ausgang zum Gleichspannungs-Verstärker zeitlich und temper:-.;,:

Eingang des Transistorverstärkers an. Diese Art der mäßig hochkonstant sein muß, weil sonst hie.-ü! .

Temperaturkompensation ist jedoch bei Gleich- 35 eine weitere störende Beeinflussung des zu kom.yn-

spannungsverstärkern praktisch nicht anwendbar und sierenden Transistors eintritt.

führt auch zu einer wesentlichen Minderung der er- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, .^n

zielbaren Gesamtverstärkung. Vor allem, wenn der Transistorverstärker mit einer sehr guten Tenijvra-

Verstärker mehrstufig ausgeführt wird, besteht auch turkompensation zu realisieren,

die Gefahr einer störenden Selbsterregung, die auf 4° Ausgehend von einem Verstärker der einleitend

eine Umwandlung der Gleichstrom-Gegenkopplung geschilderten Art wird diese Aufgabe erfindungs-

in eine Wechselstrom-Rückkopplung zurückzu- gemäß dadurch gelöst, daß alle VerstärkertransMoren

führen ist. und der Kompensationstransistor die deiche

Bei einer anderen Kompensation des Temperatur- Charakteristik haben und thermisch gut leitend miteinflusses wird dem zu kompensierenden Transistor 45 einander verbunden sind und die Basisvorspannungen ein temperaturempfindliches Element in einer der tür den ersten Verstärkertransistor und für den Vorspannungsleitungen, beispielsweise in der Basis- Kompensationstransistor mittels je eines Spannungszuleitung, zugeordnet. Vor allem findet hierbei eine teilcrs eingestellt sind, daß der Basisspannungsteiler Diode, die mit einem Flächentransistor eine bauliche 22, 23 für den Kompensationstransistor 17 mit Einheit bildet, elektrisch jedoch weitgehend von des- 50 seinem einen Ende auf das Bezugspotential für die sen Eingang getrennt ist, Anwendung (deutsche Aus- Kollektoren und mit seinem anderen Ende an eine legeschrift 1022 639) Diese ebenfalls bekannte Anzapfung des gemeinsamen Emitterwiderstandes Kompensationsart verlangt somit nicht nur ein be- 21, 24 geschaltet ist, daß der Basisspannungsteiler sonders ausgebildetes Halbleiter-Verstärkerelement; 26, 27 für den Verstärkertransistor 18 mit seinem vielmehr ist eine nur relativ unzureichende Kompen- 55 einen Ende auf das Bezugspotential für die Kolleksation in einem größeren Temperaturbereich erreich- toren und mit seinem anderen Ende auf das Bezugsbar, weil sich eine Diodenstrecke, wie der Erfindung potential für die Emitter geschaltet ist. zugrunde liegende Untersuchungen gezeigt haben, Im Unterschied zu der eingangs genannten bein einem größeren Temperaturbereich hinsichtlich kannten Anordnung, bei der es sich um einen stabider Kennlinie abweichend von einem Transistor- 60 lisierten Differentialverstärker handelt, erfolgt bei element verhält. dem Verstärker nach der Erfindung diese Stabilisie-

Es ist auch bereits versucht worden, als strom- rung nicht allein durch eine Stromgegenkopplung,

abhängigen Widerstand einen Transistor zu verwen- sondern zusätzlich durch eine temperaturabhängige

den, der mehreren Verstärkertransistoren unterein- Steuerung des Potentials an der Basis des Kompen-

ander gleicher Charakteristik, die in Kaskade ge- 65 sationstransistors.

schaltet sind, als gemeinsamer Kompensationstran- Aus der deutschen Auslegeschrift 1156111 ist

sistor zugeordnet ist. Der Kompensationstransistor bereits ein Verstärker bekannt, bei dem Transistoren

wird hierbei mit offener Basis betrieben und der thermisch leitend miteinander verbunden sind, jedoch

dient diese Maßnahme der Losung einer anderen Aufgabe als beim Erfindungsgeuensiund. Mit dieser Maßnahme soii nämlich erreicht werden, da!.*, eine überlastung und unzulässiee Erwärmung der Tran-Stören sicher vermieden wird. Auf diese Weise kann Her Au^anastransistor gegen Kurzschluß der !.ast Za üb^:rste"uerung wirkungsvoll ^schützt werden. Fc ist aber auch möglich, die Verstärkt in ge- «i«en Grenzen lastabhängig zu machen, denn eine Vprrinecrung des Lastwiderstandes der leuien Stufe w Jeivnielswe'· eine E-hcihun* des Kollektor- «mimes'und dai. der Temperatur" zur Foiue. Diese ¥°r:.iuränderunn überträet <;,h _auf J_ie anderen und hat insgesamt eine dcr.rtie·.· Ver^hieb-ne --tspunktes zur Foil*, daß die Gesanv.-or-.-' entsorechend der \.a_S. indcrnnu wanden

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instellbar gemacht

Transistoren gleichen Typs
gleicher Kenn'inie enthalten.

" Der Kompensationstransistor L7 und tier s-Stärkertransistor 18 sind beide in Emitterschaltung 5 angeordnet und haben verbundene Emitter. ue. Kompensationstransistor 17 hat einen ^°'^leKlor widerstand 19 und der Verstärkertransistor 18 einen Kollektorwiderstand 20. Der Emitterstrom fur beide Transistoren wird über die Widerstände -1 unu -■+ zugeführt. Der Kompensationstransistor 17 c.ha.i seine Basisspannung über den aus den ^erstanden 22 und 23 bestehenden Spannungsteiler Der Widerstand 24 verbindet das Kompensationsglied m. dem Pluspol der Batterie 25. Der Vcrstarkertrans.stor 18 15 erhält seine Basisspannung über den aus den Widj.rständen 26 und 27 bestehenden Spannungsteilerde. zwischen beiden Polen der Batter.e 25 angeordna ist. Der Vernärkereingang kann an den ^stL!^"^ sind, werden oder 30 im aufgetrennten Strompfad -lepcn m Wrs'ärker ao sich der Verstärkerausgang zwischen den

31 und 32 befindet. , .■

Die Arbeitsweise der Temperaturkompensation ba

diesem mit einem stromgegengekoppelten Kon.ptninllüsse der sationsglicJ ausgerüsteten Gleichspannungsverstarker Der Wärme- 25 kann man sich wie folgt verdeutlichen.

Der Kompensationstransistor 17 und der \ . -Stärkertransistor 18 unterhegen bei einer Temperatur änderung einer Kollektorstromanderung Die Kolfunkt.onell lektorstromänderung des Verstarkcrtransistors 18 so Xerstärkers 3= kompensiert werden Zur ^^k^^~fi wird der Widerstand 23' vorläufig über die gestriche gezeichnete Verbindungsleitung an den Phaspol der Bctriebsspannungsquelle ζ B. einer Batten. Z5 ge

legt und der Widerstand 23 ^¹^ ^g^^

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,i soll demnach nicht minima! ,ein. nach der deutsehe-, Ρ.,ΐοηχ UuU 1 I·?: 6.V) - eine wärmeleitend, K-iWleiterelementen xorccselu thermische Stabilis.en.n, ^k- < -"wirken

vr schweizerischen Pa.en.-chriit M* 377 ist :ärker bekamt, bei dein ii.-m verstärkender: Mr ebenfalls in Kompen-aMonstransistor zu- legt und der

^ i<t. Dort wird indessen aus dem Kollektor- 35 Signalspannung an und sind die p

-s ersten, als Kom_PensaüonMrans,stor dienen- 30 kurzgeschlossen, so stellen sich über d.e Span .nsistorr eine Spannung abgleitet, die zur nungsteiler 22, 23' und 26, 27 an den Baser.der hcn Stabilisierung dem Basis-Emitterkreis Transistoren 17 und 18 gk.che \P.™_o^™ öSTw ,ten Transistors zugeführt wird. ein. Wird jetzt d.e Temperatur erhöht se vergrößern

Wie Jer Erfindung _ZUErunde hegende Unter- ₄o sich die Kollektorstrome der l™ns.storen_17 18 je suchumen gezeigt haben, "ist für den Hrfindungs- um einen Wert.«!, ™d es ^erhoh «* ^Λ™^3 gegenstand in einem relativ sehr großen Temperatur- samen Emitterwiders and 21, 24 die Spannung du cn Seich beispielsweise von 40 his ^ 60 C, eine die Stromgegenkopplung, wodurch sich d ^ «as's t Temperaturkompensation erreichbar, wobei im Emitterspannung der T
fll der Kompensationstransistor zusätzlich 45 Durch diese S
zur Versfäikung des Emgangssigna, mit- ^^

ä,t in vorteühafter

nrtKStwenn der Kompensationstransistör und der wenigstens eine Verstärkertrans^tor in Bohrungen eines Aufnahrnekorpers eingesetzt sind,

,^ koSant bleibt. Die \ ^^g^ _des Transistors 17 hat am

fodung nachstehend ausführlich erläutert

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die des Transistors 17. Die genaue Kompensation läßt sich mil dem Regelwiderstand 24 einstellen. Wird beispielsweise in das Klemmenpaar 28 ein Gleichspannungssignal eingespeist, so bleibt die Temperaturkompensation erhalten. Abweichungen ergeben sich nur bei sehr großer Ansteuerung. Durch die Einspeisung des Signals werden die Basisspannungen der Transistoren 17 und 18 ungleich, und es erfolgt eine erhebliche Verstärkung.

Die F i g. 2 zeigt einen zweistufigen Gleichspannungsverstärker. Der an Hand der F i g. 1 bereits beschriebenen Kompensationsstufe III und der ebenfalls an Hand der Fig. 1 bereits beschriebenen Verstärkerstufe IV ist eine weitere .Verstärkerstufe XII angefügt. Diese enthält den Transistor 59, den Kollektorwiderstand 60, den Emitterwiderstand 61 und den Spannungsteiler 62, 63, von dessen Abgriff der Widerstand 64 zur Basis des Transistors 17 führt. Der Transistor 59 hat den gleichen Typ, die gleichen Eigenschaften und die gleichen Arbeitsbedingungen wie die Transistoren 17 und 18.

Die Wirkungsweise der Stufen III und IV ist die gleiche, wie bei dem bereits beschriebenen Verstärker nach der Fig. 1. Der Widerstand 24 wird hier jedoch so eingestellt, daß die temperaturabhängige Kollektorstromänderung des Transistors 18 nicht Null, sondern so groß ist, daß in den Transistor 59 eine temperaturabhängige Spannung eingespeist wird, die zu der im Transistor 59 entstehenden temperaturabhängigen Spannung gleich groß und gegenphasig ist, so daß der Kollektorstrom des Transistors 59 tcmperaturunabh angig ist. Der zwischen gleichen Potentialen liegende Widerstand 64 bewirkt eine Gegenkopplung über den Gesamtverstärker. Das Signal wird am Klemmenpaar 28 eingespeist und am Klemmenpaar 65, 66 verstärkt entnommen.

Es ist daran gedacht, auch diesen Verstärker zur Verstärkung von Wechselspannungen heranzuziehen, indem das Signal über einen Koppelkondensator in die Basis des Transistors 18 eingespeist und über einen der Klemme 65 nachgeschalteten Koppe'kondensator wieder entnommen wird.

Die dargestellten Schaltungen lassen sich sowohl mit Germanium- als auch mit Silizium-Transistoren realisieren.

Die Fig. 3 zeigt eine Vorrichtung zur Erzielung einer besonders gut wärmeleitenden Verbindung zwischen einem Kompensationstransistor 1 und einem Verstärkertransistor 9 beispielsweise für eine Schaltung nach der Fig. 1. Die Transistoren 1, 9 sind im Paßsitz in Bohrungen eines Aufnahmekörpers 67 eingesetzt, der aus Isolationsgründen aus Polystyrol besteht. Der Aufnahmekörper 67 wird von den Transistoren 1, 9 isoliert durch die Metallplatten 68 und 69 abgedeckt Die Platte 69 enthält Bohrungen 70. durch die die Transistoranschlußdrähte 71 isoliert geführt sind.

Die Metallplatten 68 und 69 und der Aufnahmekörper 67 sind in an sich bekannter Weise verschraubt und bewirken einen guten Wärmekontakt zwischen den Transistoren 1, 9. An Stelle eines Isolierstoffes für den Aufnahmekörper kann auch ein Metall verwendet werden, werm eine leitende Verbindung der Kappe bzw. Gehäuse der Transistoren nicht stört. Gegebenenfalls könnten die Transistoren auch rein elektrisch isoliert im Paßsitz in einem metallischen Aufnahmekörper eingesetzt werden.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Transistorverstärker für eine elektrische Spannung mit wenigstens zwei Verstärkertransistoren, bei dem einem Transistor als Verstäikungselcment in Emitterschaltung ein weiterer Transistor in Emitterschaltung zugeordnet ist,

ίο dessen eigene temperaturabhängige Eigenschaftsänderungen zur Kompensation von Temperatureinflüssen dienen, und bei dem der Verstärkertransistor und der Kompensationstransistor die gleiche Charakteristik sowie einen gemeinsamen Emitterwiderstand haben und durch Wahl des Basispotentials und der Kollektorwiderstände bzw. des Emitterwiderstandes beide Transistoren auf einen möglichst gleichen Arbeitspunkt eingestellt sind, wobei dem ersten Verstärkertransistor ein Kom-

ao pensationstransistor zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß alle Verstärkertransistoren und der Kompensationstransistor die gleiche Charakteristik haben und thermisch gut leitend miteinander verbunden sind und dit-

*5 Basisvorspannungen für den ersten Verstärkertransistor und für den Kompensationstransistor mittels je eines Spannungsteilers eingestellt sind daß der Basisspannungsteiler (22, 23) für den Kompensationstransistor (17) mit seinem einen Ende auf das Bezugspotential für die Kollektoren und mit seinem anderen Ende an eine Anzapfung des gemeinsamen Emitterwiderstandes (21. 24) geschaltet ist, daß der Basisspannungsteiler (26, 27) für den Verstärkertransistor (18) mit seinem einen Ende auf das Bezugspotential für die Kollektoren und mit seinem anderen Ende auf das Bezugspotential für die Emitter geschaltet ist.

2. Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalspannungsquelle emitterseitig in den Basisspannungsteiler (22, 23) des Kompensationstransistors (17) oder emitterseitig in den Basisspannungsteiler (26, 27) des ersten Verstärkungstransistors (18) eingeschaltet ist.

3. Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Basis des ersten Verstärkertransistors ein Koppelkondensator vorgesehen ist, über den eine zu verstärkende Wechselspannung eingespeist wird.

4. Verstärker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kompensationstransistor (17) und der wenigstens eine Verstärkertransistor (18) in Bohrungen eines Aufnahmekörpers (67) eingesetzt sind (F i g. 3).

5. Verstärker nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Aufnahmekörper (67) aus Polystyrol vorgesehen ist.

6. Verstärker nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Aufnahmekörper (67) aus

Metall vorgesehen ist

7. Verstärker nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abdeckung der Bohrungen des Aufnakmekörpers

(67) Metallplatten (68, 69) vorgesehen sind, die Bohrungen (70) zur isolierten Herausführung der Transistoranschlußdrähte (71) enthalten (F i g. 3).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen