DE1537621C3 - Breitband-Klasse-A-Transistorverstärker mit hoher Eingangsimpedanz als Phasenschieber - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Breitband-Klasse-A-Transistorverstärker mit hoher Eingangs- und nied^. riger Ausgangsimpedanz als Phasenschieber, bei dem unter fester Basisvorspannung ein kapazitiver Gegenkopplungszweig zwischen Kollektor und Basis geschaltet ist.

Wenn ein solcher Verstärker als Phasenschieber verwendet wird, dann dient ein Widerstands-Kapazitätsnetzwerk als Gegenkopplungspfad, wobei die erforderliche Schaltung relativ aufwendig ist. Außerdem ist der Verstärkungsgrad abhängig von der Eingangsfrequenz und damit von der vorgenommenen Phasenschiebung.

In dem Bestreben, eine einfache Schaltung der obengenannten Art bereitzustellen, besteht die Aufgabe der Erfindung darin, die Anzahl der benötigten passiven Schaltelemente auf ein Minimum zu beschränken und weiterhin zu gewährleisten, daß der Verstärkungsgrad unabhängig vom Betrag der Phasenverschiebung konstant ist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß sowohl der Innenwiderstand der Vorspannungsquelle als auch der mit dem Verstärkungsfaktor multiplizierte Wert der Impedanz des Gegenkopplungszweiges bei vernachlässigbarer ohmscher Komponente wesentlich größer als der Innenwiderstand der an der Basis angekoppelten Signalquelle ist und daß der Kollektor-Lastwiderstand gleich dem Emitter-Vorwiderstand einschließlich Emitter-Bahnwiderstand ist.

Der Verstärkungsgrad ist dabei unabhängig von der wirksamen Eingangsfrequenz immer konstant, obwohl sich die Phase in Abhängigkeit von der Frequenz von O bis 180° verschieben läßt. Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Schaltung liegt darin, daß für die Belastung nur die Impedanz des Kollektorkreises wirksam ist. Des weiteren ist die Anzahl der Schaltelemente, insbesondere der mit ausgewählten Toleranzen, auf ein Minimum beschränkt.

In vorteilhafter Anwendung der Erfindung läßt sich ein Differentialvierstärker aufbauen, wenn der ,Emitter-yorwideJfstarid"jn.-Sefie·..mit■ dem Emitter-Vorwiderstand eihilizweiten gleichartigen Transistorverstärkers verbürgen wird, dessen Verbindungspunkt über einem Widerstand auf entsprechend festem Potential liegt.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, die an Hand von Ausführungsbeispielen mit Hilfe der nachstehend aufgeführten Zeichnungen der Erfindung näher erläutert, und aus den Patentansprüchen. Es zeigt

;i kFfiigctv|iij^Sfcialtungsanordnungeineserfindungsgemaßeri' Verstärkers,

,-.Λ F i g. 2a, 2b und 2c graphische Darstellungen für einen jeweils anderen Wert des Verhältnisses von 'Kollektorwiderstand zu Emitterwiderstand des erfin-

; dungsgemäßen Verstärkers, :

... F i g. 3 einen Differentialverstärker unter Anwendung einer Ausführung gemäß der Erfindung;

sA Bei deV Schaltungsanordnung nach Fig. 1 ist ein Transistorverstärker in Emitterschaltung an eine Betriebsspannungsquelle 2 sowohl über einen Emitterwiderstand R 4 und einen Kollektorwiderstand R 3 angeschlossen. An die Betriebsspannungsquelle 2 is't weiterhin ein aus den Widerständen 5 und 6 bestehender Spannungsteiler angeschlossen, dessen Mittelabgriff an der Basis des Transistors 1 liegt, so daß er bei einem vorgegebenen Punkt in seinem linearen Bereich vorgespannt ist. Ein Gegenkopplungs-Kondensator C liegt zwischen dem Kollektor und der Basis des Transistors 1. Eine Steuerspannungsquelle 8 ist mit der Basis des Transistors 1 über einen weiteren Kondensator 9 gekoppelt.

Der Wert des Emitterwiderstandes R4 ist bedeutend größer als der Wert des Emitterbahnwiderstandes. Weiterhin wird vorausgesetzt, daß die Grenzfrequenz des Transistors 1 wesentlich höher ist als die Betriebsfrequenz. Die Impedanz der Steuerspannungsquelle 8 ist klein gegenüber der Impedanz des Gegenkopplungskondensators C multipliziert mit einem Faktor, der sich aus dem Gewinn des Verstärkers ergibt. Weiterhin ist auch die Impedanz der Spannungsteilerwiderstände 5 und 6 wesentlich größer als die der Steuersparinungsquelle 8;

Für die Schaltungsanordnung nach F i g. 1 ergibt sich eine übertragungsfunktion gemäß folgender Gleichung:

Hierin bedeutet

G = Gleichstrom-Verstärkungsfaktor der Schaltungsanordnung,

S = die komplexe Frequenz wie sie in Anwendung der La Place-Transformation auftritt,

T₁ = die Zeitkonstante des aus dem Emitterwiderstand R4 und dem Kondensator C gebildeten Zeitgliedes,

T₂ = die Zeitkonstante des aus dem Kollektorwiderstand R 3 und dem Kondensator C gebildeten Zeitgliedes,

e₀ = die Ausgangsspannung,

e_in = die Eingangsspannung.

Der Wert des Spannungsverhältnisses f — (S) J für einen beliebigen Wert der Winkelfrequenz ω läßt

sich durch Ersatz von S durch 7'ω ermitteln. Gewinn- und Phasencharakteristik sind dann durch Größe

«r e.

und Winkel des Verhältnisses — (jo>) vorgegeben.

V in

Der Gleichstromgewinn G der Schaltungsanord-

nung ergibt sich zu

η 'i

. Durch entsprechendes

Einsetzen der Parameterwerte ergibt sich aus Gleichung (2):

e₀ .. . -R3 (1 -jw R4C)

(1

R3-.C)'

Der Kollektorwiderstand R3 stellt den wirksamen Gesamtbelastungswiderstand des Transistors 1 dar; d. h., der Widerstand R3 entspricht dem Äquivalent der Parallelschaltung eines eigentlichen Kollektorwiderstandes mit einem der Belastung entsprechenden Widerstand. In der gleichen Weise enthält der Emitterwiderstand R4 den sich bei Betrieb des Transistors 1 ergebenden Emitterbahnwiderstand.

Die Eigenschaften der Schaltungsanordnung lassen sich am besten durch das Verhalten der Gleichung (2) bei Variation der Frequenz über einem weiten Bereich abschätzen:

So ergibt sich bei Gleichstrom (jo> = 0), — (/'">) = G. Bei hohen Frequenzen mit jo> » 1

Gt₁

f(jo>):

Die Phasenlage des Gewinns hat sich damit um 180° gedreht.

Für einen speziellen Fall mit T₁ = T₂ und G — — 1 ergibt die Auflösung der Gleichung (1): Bei Gleichstrom (JO) = O), j- (S) ss — 1, bei hohen Frequenzen mit St₁ » 1 und St₂ » 1 j: (S) « +1.

Eine Schaltungsanordnung mit den zuletzt genannten Schaltparametern zeigt also als Funktion der Frequenz einen konstanten Gewinn und eine 180°-Phasendrehung. Diese Eigenschaft ist in der graphischen Darstellung nach F i g. 2 a gezeigt, wo der sich aus Gleichung (3) ergebende Verhältniswert und die Phasenlage für den Fall G = — 1 oder R3 = R4 in Abhängigkeit von der Frequenz aufgetragen ist. Diese graphischen Darstellungen sind die aus der Regelungstechnik bekannten Frequenzkennlinien.

In der graphischen Darstellung nach F i g. 2 b ist die Amplitude und Phase jeweils in Abhängigkeit von der Frequenz für T₁ » T₂ aufgetragen, und zwar unter der Bedingung RA 3> R3. In der graphischen Darstellung nach F i g. 2c sind Frequenzkennlinien für die Bedingung T₂ » T₁ gezeigt; d. h. wenn R3 » R 4 ist. Die Phasenverschiebung nähert sich dem Wert 0°, wenn die Frequenz unendlich wird. Jedoch ergibt sich aber auch, daß die Phasenschiebung in der graphischen ^Darstellung nach F i g. 2a um 180° in zwei Frequenzdekaden vonstatten geht. Die Linearisierung der Frequenzkennlinien ist in allen entsprechenden Fällen durch gestrichelte Linien angezeigt.

Die Schaltungsanordnung nach F i g. 3 zeigt einen Differentialverstärker in Klasse-A-Betrieb, der unter Anwendung der Lehre gemäß der Erfindung aufgebaut ist. Die Emitter der beiden Transistoren la und Ib sind über jeweils einen Widerstand R4a und R4b an einen gemeinsamen Emitterwiderstand angeschlossen, während die Kollektoren jeweils über einen Widerstand R3a und R3b an dem anderen Pol der Betriebsspannungsquelle liegen. Außerdem sind jeweils vom Kollektor zur Basis die Gegenkopplungskondensatoren Ca und Cb eingeschaltet. Der Differentialverstärker ist symmetrisch, d. h. R3a = R3b, R4a = R4b und Ca = Cb. Ist der Ausgang des Verstärkers differentiell, dann gilt Gleichung (1), während bei einem einseitigen Ausgang der Gewinn um die Hälfte reduziert ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Breitband-Klasse-A-Transistorverstärkermit hoher Eingangs- und niedriger Ausgangsimpedanz als Phasenschieber, bei dem unter fester Basisvorspannung ein kapazitiver Gegenkopplungszweig zwischen Kollektor und Basis geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl der Innenwiderstand der Vorspannungsquelle als auch der mit dem Verstärkungsfaktor multiplizierte Wert der Impedanz (Q) des Gegenkopplungszweiges; bei veinächlässigbarer öhmscher--; ·/, Komponente^; wesentlich größer als der Innen-'' ^: widerstand der an der Basis angekoppelten Signalquelle (8) ist und daß der Kollektor-Lastwiderstand (R3) gleich dem Emitter-Vorwiderstand (R4f einschließlich Emitter-Bahnwiderstand ist. , , , _::■■■■

2. Transistorverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Emitter-Vorwider- Vo stand (R4a) in Serie mit dem Emitter-Vorwider- ·. stand (R4b) eines zweiten gleichartigen ,Transistorverstärkers verbunden ist, dessen Verbindungspunkt über einem Widerstand auf entsprechend festem Potential liegt.