DE1562099A1 - Transistorverstaerker mit Gegentaktendstufe in Emitterschaltung,deren Transistoren vom Versorgungsgleichstrom in Reihe durchflossen werden,vorzugsweise Traegerfrequenzverstaerker - Google Patents

Description

STMDARDELEKTRIKLOEEIiZAG 1562099

7 Stüttgart-Zuffenhausen
Hellmuth-Hirth-Str. 42

SEL/Reg.1T

"Transistorverstärker mit Gegent-aktends-tüfe in Emitterschaltung, deren Transistoren vom Versorgungsgleichstrom in Reilie durchflossen werden, vorzugsweise Trägerfreuuenzver-. stärker"

Die Erfindung "bezieht sich auf einen Transistorverstärker mit Gegentaktstufe, die mit Transistoren entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps bestückt ist, die in Emitterschaltung betrieben vom Versorgungsgleichstrom in Reihe durchflossen werden, wobei die Kollektoren der Endstufentransistoren miteinander verbunden sind und ihre Basen von einer vorgeschalteten Treiberstufe gesteuert werden, bei derYcTas Aus gangs signal wechs els tr ommäßig zwischen dem Verbindungspunkt der Kollektoren der Endstufentransistoren und dem Schaltungsbezugspunkt (Masse) entnommen wird, insbesondere Fernmeldeverstärker und vorzugsweise Träger-' frequenzverstärker.

Gegentaktendstufen, deren Transistoren vom Versorgungsgleichstrom in Reihe durchflossen werden, sind an sich bekannt, wobei das ihnen zugrunde liegende Prinzip in der anglo-amerikanischen Literatur mit "Single ended push-pull" bezeichnet wird. Es gibt dabei Ausführungsformen, bei denen die beiden vom Versorgungsgleichstrom in Reihe durchflossenen Transistoren gleichen Leitfähigkeitstyp aufweisen, wobei dann das Steuersignal für die Basis des zweiten Transistors vom Kollektor-Ausgangssignal des ersten abgeleitet wird (DAS 1 026 361,

29.1.1968 \ . . ·

.Le/Ro (21. April 1969) -2-

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1 067 866, 1 143 859, 1 218 526, 1 218 527), wie auch solche, bei denen die beiden Endstufentransistoren zueinander entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp aufweisen, wobei ihre Basen I dann wechselstrommäßig gleichphasig angesteuert werden (DAS 1 232 208).

Die Endstufen, die Transistoren gleichen Leitfähigkeitstyps aufweisen, bei denen das Steuersignal für die Basis des zweiten Transistors vom Kollektorausgangssignal des ersten Transistors abgeleitet wird, sind nur für reinen A-Betrieb verwendbar, da alle Verzerrungen im ersten Transistor auch den zweiten steuern und sich nicht im Ausgang gegeneinander aufheben.

Bei den Anordnungen gemäß der deutschen Auslegeschrift 1 232 werden nun zwar die Basen der beiden gleichstrommäßig in Reihe geschalteten Sndstufentransistoren unterschiedlichen Leitfähigkeitstyps wechselstrommäßig von einer gemeinsamen Treiberstufe gesteuert, jedoch kann infolge der gleichstrommäßigen Hintereinanderschaltung der beiden Endstufentransistoren nur die Basis des einen mit Gleichstromkopplung gesteuert werden, während der andere nur mit B/C-Kopplung gesteuert werden kann, wobei dieser dann noch über einen Basisspannungsteiler die benötigte Basisvorspannung erhalten muß. Die beiden unterschiedlichen Kopplungsarten erschweren nicht nur das Erzielen einer hinreichenden Symmetrie, die R/G-Kopplung beschränkt dabei den Einsatz dieser Endstufe auch auf reinen A-Betrieb,

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da sonstVinfolge Aufladung des Koppelkondensators bewirkte^ ArbeitspunktverschiebungöÄ sich nicht die für eine AB- bzw. B-Stufe benötigte gleichmäßige Ansteueruig der Transistoren erzielen läßt. Die gleichen Schwierigkeiten ergeben sich aber auch bereits bei reinem Α-Betrieb, wenn der Verstärker mit unipolaren Impulsen beaufschlagt wird.

In vielen Fällen ist es aber aus Gründen des v/irkungsgrades erwünscht die Endstufen im AB- bzw. im-B-Betrieb zu .betreiben', wobei dann noch für den Nutzbereich eine hinreichend hohe

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Klirrdämpfung gefordert werden muß, in bekannter'Weise eine starre Ansteuerung der Endstufentransistoren durch _Α«,_ΛΙ1,»·'

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eingeprägten Strom oder eingeprägter Spannung angestrebt wird»

Pie Erfindung setzt sich nun zur Aufgabe für Transistorverstärker, insbesondere für Fernmeldeverstärker, vorzugsweise • Trägerfrequenzverstärker, eine Gegentaktendstufe, die mit Transistoren entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps bestückt ist, die in Emitterschaltung betrieben vom Versorgungsgleichstrom in Reihe durchflossen werden, wobei die Kollektoren der Endstufentransistoren miteinander verbunden sind und die Basen von einer vorgeschalteten Treiberstufe gesteuert werden, bei der ferner das Ausgangssignal wechselstrommäßig zwischen dem Verbindungspunkt 'der Kollektoren der Sndstufentransistoren und dem Schaltungsbezugspunkt (Masse) entnommen wird, zum Betrieb als AB- bzw. B-Verstärker anzugeben. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß zur Ansteuerung der Endstufe mit eingeprägten Strom die Treiberstufe ebenfalls aus zwei Transistoren entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps in Emitterschaltung besteht, daß die Basen der Treiberstufentransistoren in an sich bekannter Weise gleichphasig angesteuert werden und ihre Kollektoren jeweils mit den Basen der Endstufentransistoren entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps verbunden sind, so daß in an sich bekannter Weise die Kollektorströ'me der Treiberstufentransistoren aus den Basisströmen der Büstufentransistoren bestehen, während die Emitter der Treiberstufentransistoren bei Bedarf unter Zwischenschaltung eines Stabilisierungswiderstandes wechselstrommäßig am Schaltungsbezugspunkt (Masse) liegen.

Entsprechend wird zurAnsteuerung der Endstufentransistoren mit eingeprägter Spannung die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, daß die Treiberstufe ebenfalls, aus zwei Transistoren entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps in Kollektorschaltung besteht, daß die Basen der Treiberstufentransistoren in an sich bekannter Weise gleichphasig angesteuert werden und ihre Emitter jeweils mit den Basen der Endstufentransistoren entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps'verbunden sind, so daß in an sich bekannter Weise die Emitterströme der Treiber-

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Stufentransistoren aus den Basisströmen der Endstufentransistoren bestehen, während die Kollektoren der Treiberstufentransistoren bei Bedarf unter Zwischenschaltung eines Schutzwiderstandes wechselstrommäßig am Schaltungsbezugspunkt (Masse) liegen.

Die Erfindung soll nun anhand der Figuren eingehend beschrieben werden. Es zeigt dabei:

Pig.1...3 Signalstromläufe von Endstufen des erfindungsge- . mäßen Transistorverstärkers;

Pig.4...6 vollständige Stromläufe der Endstufen nach Fig.1...3j Fig.7...9 Stromläufe eines vollständigen Transistorverstär- ■ kere mit den Endstufen nach Fig.4...6;

Fig.1 zeigt den reinen Wechselstromlauf einer Treiber- und Endstufe des erfindungsgemäßen Transistorverstärkers. Die Die Treiberstufentran-Si stören Trsi und Trs2 weisen zueinander entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp auf, und zwar ist in dem dargestellten Beispiel Trs1 ein p-n-p und Trs2 ein n-p-n Transistor, Die Basen dieser beiden Transistoren Trs1 und Trs2 sind wechselstrommäßig miteinander verbunden und werden durch das zu verstärkende Signal gesteuert, während ihre Emitter am + bzw. am -Pol der Versorgungsspannung liegen. Die Endstufentransistoren Trs3 und Trs4 weisen ebenfalls zueinander entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp auf, wobei Trs3 ein n-p-n und Trs4 ein p-n-p Transistor ist. Die Emitter dieser Endstufentransistoren liegen wiederum am — bzw. +Pol der Versorgungsspannung, während ihre Kollektoren miteinander verbunden sind. Zwischen dem Verbindungspunkt der beiden Kollektoren und dem Verbindungspunkt zweier in Reihe geschalteter Kondensatoren C1 und 02 liegt der Lastwiderstand RL. Die Basen der Endstufentransistoren Trs3 bzw. Trs4 sind jeweils mit dem Kollektor des Treiberstufentransistors Trsi bzw. Trs2 verbunden, der zu dem Endstufentransistor entgegegengesetzten Leitfähigkeitstyp aufweist. Es fließt so also jeweils der Kollektorstrom eines Treiberstufentransistors (Trs1 bzw. Trs2) über die Basis-Emitterstrecke eines· Endstufentransistors (Trs3 bzw. Trs4), so daß

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also die Endstufentransistoren starr durch den von den Treiberstufen eingeprägten Kollektorstrom gesteuert werden. .

Fig.2 zeigt eine ähnlich aufgebaute Treiberstufen-Endstufenanordnung. Hier sind die Emitter der Treiberstufentransistoren Trs1 und Trs2 miteinander verbunden und liegen an dem durch den Verbindungspunkt der Kondensatoren C1 und 02 gebildeten. Symmetriepunkt, so daß auch so die Treiberstufe mit symmetriert wird.

Die Anordnung nach Pig.3 entspricht der nach Fig.1, jedoch sind hier die Treiberstufentransistoren nicht "in Emitterschaltung, sondern in Kollektorschaltung betrieben, so daß ihre Kollektoren an der Versorgungsspannung liegen, während ihre Emitter jeweils mit den Basen der Endstufentransistoren gleichen Leitfähigkeit styps verbunden sind, so daß die an den Emittern der Treiberstufentransistoren Trat und Trs2 niederohmig anstehende Signalspannung die Endstufentransistoren starr mit eingeprägter Spannung steuert.

Fig.4...6 zeigen nun Strpmläufe der Treiber- und Endstufenanordnungen. Diese unterscheiden sich von den reinen Wechselstromläufen der Fig.1...3 dadurch, daß Basisspannungsteiler zur ' Einstellung des Arbeitspunktes der Treiberstufentransistoren einschließlich Mitteln zur parallelen Einkopplung des 'Eingangs-, signales auf die Basen der Treiberstufentransistoren vorgesehen sind. Für die Signaleinkopplung sind jeweils zwei Varianten a und b ·dargestellt, wobei die Variante a vorausgesetzt, daß der Basisspannungsteilerwiderstand zwischen den Basen der beiden Treiberstufentransistoren wertmäßig hinreichend klein

und der Eingangswiderstand der Treiberstufentransistoren hin- .gthalten wsrdtnMtoii, ■

reichend groß/»srt_f so daß der Signalspannungsabfall am aufgeteilten Spannungsteilerwiderstand zwischen den Basen vernachlässigbar klein bleibt. Die Variante b vermeidet diese Be-

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dingung, erfordert abeiTcLen Mehraufwand eines weiteren Koppelkondensators. ·■...'■

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Die V/iderstände in den Emitterkreisen der Treiber- undVEndstufentransistoren dienen zur Temperaturetabilisation und weisen besonders bei den Endstufentransistoren nur geringe Widerstandswerte auf. v/ährend bei der Anordnung nach Fig.5» bei der die Reihenschaltung der Kondensatoren C1 und 02 an den Emittern der Endstufentransistoren C1 und 02 liegt, die Emitterwiderstände der Endstüfentransistoren vom Ausgangswechselstrom nicht durchflossen werden, also kein Ausgangsleistungsverlust auftritt, liegen diese Kondensatoren 01 und 02 mit ihren nicht gemeinsamen Polen bei den Anordnungen nach Pig.4 und 6 direkt an der Versorgungsspannung. Zwar tritt nun durch die Emitterwiderstände der Endstufentransistoren ein Ausgangsleistungsverlust auf, so daß darauf geachtet werden muß, daß diese Widerstände wertmäßig klein gegenüber R^ bleiben, sie befinden sich abe^r auch nicht im Ladekreis der Kondensatoren 01 und 02, so daß durch sie keine störenden Zeitkonstanten gebildet werden.

Wann
die Endstufentransistoren im A/B- bzw. B-Betrieb arbeiten,

dft müssen in den Signalstromkreisen, in derem Zuge sichvfür die Signalhalbwellen unterschiedlicher Polarität unterschiedlich arbeitenden Transistoren befinden, Zeitkonstanten möglichst ganz vermieden werden, damit nicht durch Integration der Signalströme an diesen Zeitkonstanten Arbeitspunktverschiebungen auftreten können. Wenn die Kapazitätswerte der Kondensatoren 01 und 02, wie an sich bekannt, so hoch gewählt werden, daß diese Kondensatoren während einer Halbwelle der Signalspannung mit der niedrigsten Frequenz nur soweit entladen werden, daß die dadurch verursachte Versorgungsspannungsschwankung der. einzelnen Endstufentransistoren keine unzulässigen Verzerrungen der Kurvenform hervorrufen, enthalten die Anordnungen entsprechend Fig.4...6 in ihren Signalstromkreisen keine weiteren Zeitkonstanten, die bei A/B- oder B-Betrieb der Endstufentransistoren Verlagerungen des Arbeitspunktes und damit Verzerrungen hervorrufen können.

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Pig.7...9 zeigen nun.Stromläufe von mit den Treiber- und Endstufen nach Fig.1...3 bzw.4...6 aufgebauten Trägerfrequenzverstärkern. Diese Verstärker weisen jeder noch eine ■ Vorstufe in Emitterschaltung mit einem Transistor Trs5 auf. Ferner sind Ein- und Ausgangsübertrager vorgesehen, um in bekannter Weise nicht nur eine Anpassung an die Leitungsscheinwiderstände zu ermöglichen, sondern um auch eine galvanische Trennung des Verstärkers von der Leitung zum Schütze gegen StörSpannungen und sonstige Beeinflussungen oder auch eine Anschlußmöglichkeit an eine erdsymmetrische Leitung zu ermöglichen. Um Ein- und Ausgangswiderstände auf einen vorgegebenen gewünschten Wert einstellen zu können, ist vom Ausgang des Verstärkers eine an sich bekannte gemischte Strom-Spannungs-Parallel-Seriengegenkopplung (Brückengegenkopplung) vorgesehen· Wechselstrommäßig ist dabei der Emitter des Vorstufentransistors Trs5 mit dem Symmetriepunkt der Endstufe, also dem Verbindungspunkt der beiden Kondensatoren C1 und C2 verbunden.

' Durch Einsatz der beschriebenen Maßnahmen kann erreicht werden, daß auch mit einem Transistorverstärker, dessen Endstufe im A/B- bzw. B-Betrieb arbeitet, die hohen Linearitätsforderungen der Trägerfrequenztechnik eingehalten werden können. Der Einsatz solcher Verstärker ermöglicht nicht nur einen guten Wirkungsgrad der Endstufen, also eine gute Ausnutzung der eingesetzten Endstufentransistoren, sondern ist stets auch dann .von Interesse, wenn nur eine beschränkte Versorgungsleistung, z.B. bei Fernspeisung,zur Verfügung steht. Es besteht dann die Möglichkeit, den Verstärker im A/B-Betrieb zu betreiben und die Endstufen bis zum mittleren Lei^tüngspegel in A-Betrieb.' Arbeiten.dagegen für die Pegelspitzen in den B-Betrieb übergehen zu lassen. Die benötigten Versorgungsledstungsspitzen · können dabei aus der in den Kondensatoren G1 und G2 gespeicherten Energie entnommen werden, wobei evtl. noch ein weiterer Pufferkondensator über der Versorgungsspannung liegen kaiin·

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Untersuchungen an ausgeführten Verstärkern der beschriebenen Art ergaben, daß sich mit erheblich geringeren Gegenkopplungsyerten die geforderten hohen Klirrdämpfungen erzielen lassen vLe mit den bekannten Verstärkerschaltungen. Hierdurch können jedoch höhere Verstärkungsgrade bei guter Stabilität des Verstärkers erzielt und dabei der Versorgungsleistungsbedarf in tragbaren Grenzen gehalten werden.

4 Patentansprüche

3 Bl.Zeichng., 9 Fig,

Unterlag JU (Aru7 § 1 Aus. 2 Nr. l Satz 3 des Änderungsge*. v. 4.9. löi

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Claims (4)

V'1 11 671 - 9 - U~~ Patentansprüche - '

1. Transistorverstärker mit Gegentaktendstufe, die mit Transistoren entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps bestückt ist, die in Emitterschaltung betrieben vom Versorgungsgleichstrom in Reihe durchflossen werden, wobei die Kollektoren der Endstufen-'transistoren miteinander verbunden sind und die Basen von einer · vorgeschalteten Treiberstufe gesteuert werden, bei der ferner das Ausgangssignal wechseistrommäßig zwischen dem Verbindungspunkt der Kollektoren der Endstufentransistoren und dem Schaltungsbezugspunkt (Masse) entnommen wird, insbesondere Fernmeldeverstärker und vorzugsweise Träg-^;erfrequenzverstärker, dadurch gekennzeichnet, daß zum Betrieb der Endstufe als AB- bzw.B-Verstärker und Ansteuerung der Endstufe mit eingeprägtem Strom die Treiberstufe ebenfalls aus zwei Transistoren entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps in Emitterschaltung besteht, daß die Basen der Treiberstufentransistoren in an sich bekannter V/eise gleichphasig angesteuert werden und ihre Kollektoren jeweils mit den Basen der Endstufentransistoren entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps verbunden sind, so daß in an sich bekannter Weise die Kollektorströme der Treiberstufentransistoren aus den Basisströmen der Endstufentransistoren bestehen, während die Emitter der Treiberstufentransistoren bei Bedarf unter Zwischenschaltung eines Stabilisierungswiderstandes wechseistrommmäßig am Schaltungsbezugspunkt (Masse) liegen.

I. Transistorverstärker mit G-egentakt endstufe, die mit Transistoren entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps bestückt ist, die in Emitterschaltung betrieben vom Versorgungsgleichstrom in Seihe durchflossen werden, wobei die Kollektoren miteinander verbunden sind und die Basen von einer vorgeschalteten Treiberstufe gesteuert werden, bei der ferner das Ausgangssignal wechselstrommäßig zwischen dem Verbindungspunkt der Endstufentransistoren und dem Schaltungsbezugspunkt (Masse) entnommen wird, insbesondere fernmeldeverstärker und vorzugsweise Trägerfrequenzverstärker, dadurch gekennzeichnet, daß zum Betrieb

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?,!»-> Unterlagan {Art ? §1 'Abs.

2-Mr. I^ Satz 3 Sea^Änderunea(Wfcv.4.9.iÖi

SEL/Reg.11 671 - 10 - :-. ._.:.:.,

der Endstufe als AB- bzw. B-Verstärker und Ansteuerung der Endstufe mit eingeprägter Spannung die Treiherstuf e ebenfalls aus zwei Transistoren entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps in Kollektorschaltung besteht, daß die Basen der Treiberstufentransistoren in an sich bekannter ./eise gleichphasig angesteuert v/erden und ihre Emitter jeweils mit den Basen der Endstufentransistoren gleichen . . Leitfähigkeitstyps verbunden sind, so dai3 in an sich bekannter 7eise die Eniitterströme der Treiberstufentransistoren aus den Basisströmen der lindstufentransistoren bestehen, während die Kollektoren der Treiberstufentransistoren bei Bedarf unter Zwischenschaltung eines ochutzwiderstandes wechselstrommäßig am ochaltungfj. zugspunkt (Hasse) liegen.

3. Transistorverstärker nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß den Treiber- und Endstufen eine Vorstufe in Emitterschaltung vorgeschaltet ist, daß der Emitter des Transistors (Trs5) dieser Vorstufe wechselstrommäßig mit dem durch den Verbindungspunkt der Kondensatoren C1 und C2 gebildeten Symmetriepunkt verbunden ist.

4. Transistorverstärker nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß vom Verstärkerausgang auf den Verstärker Eingang eine gemischte Strom-Spannungs-Parallel-oeriengegenkopplung (Brückengegenkopplung) erfolgt.