DE1562109C - Pufferverstarker mit einem Feldeffekt Transistor - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Pufferverstärkerschal- mieden werden. Diese Verschiebung ist nahezu kontung mit einem Feldeffekt-Transistor, bei dem durch stant, so daß die Kompensation bereits dann verden Übergangsleitwert zwischen Steuer- und Quellen- wirklicht ist, wenn der Pegel der entkoppelten Spanelektrode eine Verschiebung des Signalpegels ver- nungsquelle nahezu konstant ist. Stellen sich bei ursacht wird, mit einer Vorspannung zwischen Ver- 5 gewissen Betriebsbedingungen größere Schwankunstärkereingang und Steuerelektrode. gen der Verschiebung des Signalpegels ein, so kön-

Bei den bekannten Transistoren, die im allgemei- nen zunächst die Betriebswerte des Feldeffektnen »bipolare« Transistoren genannt werden, be- Transistors so verbessert werden, daß diese stehen die Vorgänge im Inneren in einer Bewegung Schwankungen möglichst gering sind, wonach der von Elektronen und Löchern. In jüngster Zeit wurde io Pegel der entkoppelten Spannungsquelle auf einem jedoch der Feldeffekt-Transistor wegen bestimmter dem mittleren Wert der noch vorhandenen Schwanvorteilhafter Eigenschaften von den Entwicklungs- kungen entsprechenden Wert eingestellt wird.
Ingenieuren in zunehmendem Maße verwendet. Bei Im folgenden werden weitere Einzelheiten der einem Feldeffekt-Transistor bewegen sich nur die Erfindung an Hand eines in den Figuren dargestell-Ladungsträger, beispielsweise die Elektronen. Eine is ten Ausführungsbeispiels beschrieben,
derartige Arbeitsweise kommt derjenigen der üb- F i g. 1 zeigt ein Blockschaltbild eines nach dem liehen Elektronenröhre nahe. Die Elektroden des erfindungsgemäßen Prinzip arbeitenden Pufferver-Feldeffekt-Transistors, die als Gate-Elektrode, Drain- stärkers, und

Elektrode und Source-Elektrode bezeichnet werden, Fig. 2 zeigt die erfindungsgemäße Schaltungsentsprechen dem Gitter, der Anode und der Ka- ao anordnung des Pufferverstärkers,
thode der Elektronenröhre. Unter einem Feldeffekt- In F i g. 1 ist ein Blockschaltbild eines nach dem Transistor kann man einen Halbleiter verstehen, erfindungsgemäßen Prinzip arbeitenden Pufferverstärdessen Leitfähigkeit durch eine oder mehrere ange- kers dargestellt.

legte Spannungen gesteuert wird. Während Elek- Der mit einem Feldeffekt-Transistor arbeitende

tronenröhren Anodenstromänderungen durch ange- 35 Verstärker 14 kann mit einer beliebigen Schaltungs-

legte Gitterspannung erfahren, zeigen Feldeffekt- anordnung aufgebaut sein, bei der jedoch als erste

Transistoren analoge Eigenschaften. Stufe ein Feldeffekt-Transistor verwendet wird. Das

Feldeffekt-Transistoren werden von den Entwick- Eingangssignal wird verstärkt und einer Nutzungslungsingenieuren wegen ihres hohen Eingangswider- einrichtung 18 bekannter Art.und Funktion zugestandes ähnlich dem einer Elektronenröhre Vorzugs- 30 führt. Mit dem Verstärker 14 und der Nutzungsweise verwendet, weil hintereinandergeschaltete Stu- einrichtung 18 ist ein Stromversorgungsgerät 16 verfen keine meßbare Belastung auf vorhergehende bunden, das gleichfalls in bekannter Weise aufge-Stufen ausüben. Beim Feldeffekt-Transistor wird baut ist und die Schaltungen mit den erforderlichen jedoch keine Heizleistung wie bei einer Elektronen- Betriebsspannungen versorgt.

röhre benötigt, wodurch sein Leistungsverbrauch 35 Der mit dem Feldeffekt-Transistor arbeitende geringer ist. Während der Vorteil des hohen Ein- Verstärker 14 kann in anderer Ausführung auch in gangswiderstandes bei Feldeffekt-Transistoren für Form einer einzigen Verstärkerstufe mit Feldeffektbestimmte Anwendungsfälle erwünscht ist, tritt jedoch Transistor aufgebaut sein. Die Nutzungseinrichtung zusätzlich in Feldeffekt-Transistoren eine Ver- 18 empfängt die Ausgangssignale des Verstärkers 14. Schiebung des Signalpegels durch den Übertragungs- 40 Im vorliegenden Falle arbeitet der Feldeffekt-Tranleitwert auf. In einer Schaltung, in der ein Feldeffekt- sistor ähnlich einem in üblicher Weise mit einer Transistor als Trennstufe verwendet wird, beispiels- Elektronenröhre aufgebauten Kathodenfolger. Der weise zwischen geringer und hoher Impedanz, also Feldeffekt-Transistor arbeitet dabei im wesentlichen in Form eines Kathodenfolgers oder Emitterfolgers, als eine Einrichtung zur Widerstandsanpassung einer ist eine solche Verschiebung der Spannung oder des 45 Eingangsschaltung mit hoher Impedanz an eine Signalpegels unerwünscht. Es kann eine äußere Schaltung mit niedriger Impedanz, beispielsweise die Stromversorgung über ein Widerstandsnetzwerk an- Nutzungseinrichtung 18, ohne selektiv für eine begeschlossen werden, dadurch wird jedoch unnötiger- stimmte Wechselstromfrequenz zu wirken. Die Ausweise eine Belastung der Gate-Elektrode des Feld- gangsspannung des Feldeffekt-Transistors 14 kann effekt-Transistors hervorgerufen. Dadurch wird der 50 geringer sein als seine Eingangsspannung, wobei hohe Eingangswiderstand des Feldeffekt-Transistors, jedoch eine Leistungsverstärkung immer noch mögder seine vorzugsweise Verwendung rechtfertigt, in Hch ist.
schädlichem Maße beeinträchtigt. Besteht das der Schaltung gemäß Fi g. 1 zugeführte

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Eingangssignal aus einer Wechselspannung veränder-

Pufferverstärker mit einem Feldeffekt-Transistor so 55 Hcher Amplitude oder einem zwischen einer ersten

auszubilden, daß die beschriebene Verschiebung des Spannung und einer zweiten Spannung sich ändern-

Signalpegels weitestgehend vermieden wird. den Gleichspannungssignal und ist die Nutzungs-

Ein Pufferverstärker der eingangs genannten Art einrichtung 18 eine Schaltung mit geringem Eingangsist zur Lösung dieser Aufgabe erfindungsgemäß der- widerstand, so muß eine Einrichtung zur Impedanzart ausgebildet, daß die Vorspannung mit einer 60 anpassung in Form eines Feldeffekt-Transistors vergegenüber der Betriebsspannungsquelle des Verstär- wendet werden, um eine Beeinträchtigung des Sikers entkoppelten Spannungsquelle erzeugt wird, gnals durch Impedanzfehlanpassung zu vermeiden, deren Pegel so eingestellt ist, daß er eine Kompen- Der Feldeffekt-Transistor ist speziell zum Aufbau sation der Verschiebung des Signalpegels im Feld- von Schaltungen zur Anpassung hoher Impedanzen effekt-Transistor bewirkt. 65 an geringe Impedanzen geeignet, da seine Eigen-

Mit einem Pufferverstärker nach der Erfindung schäften die Umsetzung eines Eingangssignals hoher

kann eine Spannungsverschiebung bei Übertragung Impedanz in ein Ausgangssignal geringer Impedanz

eines Signals durch einen Feldeffekt-Transistor ver- ermöglichen, während die Eigenschaften einer Halb-

leiteranordnung beibehalten werden. Im Gegensatz zu einer üblichen Elektronenröhre benötigt der Feldeffekt-Transistor keine Heizleistung und verursacht daher nicht den entsprechend hohen Leistungsverbrauch.

Ein Nachteil bei der Verwendung eines Feldeffekt-Transistors als Einrichtung zur Impedanzanpassung besteht in der durch ihn bewirkten Verschiebung des Signalpegels. Dieser kann auch bei dem sehr günstigen hohen Eingangswiderstand den wirtschaftlichen Wert bei der Verwendung des Feldeffekt-Transistors als Impedanzanpassungseinrichtung beeinträchtigen. Eine Lösung des Problems des Signalabfalls in einem Feldeffekt-Transistor besteht in einer Verschiebung der Vorspannung am Eingang des Transistors. Der ^5 Signalverlust des Feldeffekt-Transistors wird auf diese Weise durch Verwendung der verschobenen Vorspannung ausgeglichen, so daß das Ausgangssignal dem Eingangssignal entspricht und die Impedanzfehlanpassung kompensiert ist.

Die vorstehend beschriebene Möglichkeit ist nicht immer zufriedenstellend, da die Stromversorgung normalerweise nicht die hohe Impedanz des Feldeffekt-Transistors aufweist. Dies bedeutet, daß die Verwendung einer besonderen Leitung vom Stromversorgungsteil zum Eingang oder Gate-Elektrode des Feldeffekt-Transistors auch mit einem Reihenwiderstandsnetzwerk immer noch eine im Vergleich zum Eingangswiderstand des Feldeffekt-Transistors geringe Impedanz darstellt. Eine derartige Verwendung der Stromversorgung der Schaltung beeinträchtigt deshalb den hohen Eingangswiderstand des Feldeffekt-Transistors und den damit verbundenen Vorteil seiner Verwendung. Dadurch kann sich eine Signalverzerrung ausbilden, da das Ausgangssignal der Quelle mit hohem Innenwiderstand nicht auf den hohen Eingangswiderstand des Feldeffekt-Transistors, sondern auf die Kombination dieses hohen Eingangswiderstandes und den relativ geringen Widerstand der Stromversorgung und deren Vorwiderstand geschaltet wird. Die Quelle für die Vorspannung muß daher von der Stromversorgung getrennt werden, um den Eingangswiderstand des Transistors nicht zu beeinträchtigen. Die Quelle 12 für die Vorspannung ist deshalb an eine Kopplungsanordnung 10 angeschaltet, so daß die Vorspannung auf den Eingang des Feldeffekt-Transistors geschaltet wird, ohne dessen hohen Eingangswiderstand zu verringern. Die Kopplungseinrichtung 10 kann beispielsweise eine Schaltungsanordnung zur Übertragung von Wechselstrom- oder sich ändernden Gleichstromsignalen sein, die ohne Signalverringerung oder -verzerrung arbeitet. Die Quelle 12 für die Vorspannung kann eine einfache Gleichspannungsbatterie sein, deren Potential so hoch ist, daß es die Verschiebung des Signalpegels in Feldeffekt-Transistor 14 ausgleicht.

In Fig. 2 ist eine Schaltungsanordnung dargestellt, die gemäß der Erfindung nach dem in F i g. 1 gezeigten Prinzip arbeitet. Eine Batterie, wie sie im Zusammenhang mit F i g. 1 genannt wurde, stellt eine einwandfreie Vorspannungsquelle dar. Batterien behalten jedoch nicht ihre Spannung für einen langen Zeitraum bei, und daher ist am Eingang des Feldeffekt-Transistors eine Schaltungsanordnung erwünscht, die eine Verschiebung der Vorspannung ohne Erzeugung einer unnötigen parallelgeschalteten Last bewirkt. In F i g. 2 ist der Feldeffekt-Transistor T 2 von der übrigen Schaltung getrennt dargestellt.

Am Eingang des Feldeffekt-Transistors ist in Reihenschaltung mit der Eingangssignalquelle ein Kondensator C1 vorgesehen. Parallel zum Kondensator C1 ist eine Gleichstromquelle geschaltet, die durch den Transformator TR1 von der Stromversorgung der Schaltungsanordnung getrennt ist. In der dargestellten Schaltungsanordnung wird ein Eingangstaktsignal, das von einer beliebigen Quelle zugeführt wird, auf den Eingang eines normalen Transistors T1 geschaltet. Der Transistor Tl empfängt seine Betriebsspannungen von der Stromversorgung — V über den Widerstand R1 sowie über die Primärwicklung des Transformators TR1 und den Widerstand R 4, dem ein Kondensator C 4 parallel geschaltet ist und der an den Kollektor dieses Transistors angeschlossen ist. Der Widerstand R 3 und der ihm parallelgeschaltete Kondensator C 3 sind zwischen den Emitter des Transistors Tl und Erde geschaltet. Der Widerstand R 2 liegt zwischen der Basis des Transistors Tl und Erde. Ein Kondensator C 2 ist am Eingang vorgesehen und koppelt das Eingangstaktsignal auf die Basis des Transistors Tl.

Nach Verstärkung des Eingangstaktsignals mit vorbestimmter Frequenz durch den Transistor Tl wird das verstärkte Wechselstromsignal auf die Sekundärwicklung des Transformators gegeben und gelangt dann auf eine Halbwellen-Gleichrichterschaltung, die aus der Diode Dl und den Widerständen R5, R6, Rl und R8 sowie den Kondensatoren C 6 und C 7 besteht und eine Stromglättung bewirkt. Die sich ergebende Gleichspannung liegt am Kondensator Cl und verschiebt die Vorspannung um einen vorbestimmten Betrag, der durch die Verstärkerschaltung bestimmt ist.

Der Vorspannungspegel an der Gate-Elektrode des Feldeffekt-Transistors wird zu einem Punkt verschoben, der eine Beibehaltung des Pegels des Eingangssignals am Ausgang des Feldeffekt-Transistors mit dem gewünschten Potential gewährleistet. Diese Verschiebung der Vorspannung wird mit der in F i g. 2 dargestellten Schaltungsanordnung ohne die Anschaltung einer geringen Impedanz parallel zum Eingang des Transistors bewirkt, und zwar durch die Transformatorkopplung des Verstärkerteils und des Gleichrichterteils der Vorspannungsquelle. Auf diese Weise wird der hohe Eingangswiderstand des Feldeffekt-Transistors beibehalten, während die Verschiebung des Signalpegels durch die Vorspannung am Eingangskondensator ausgeglichen wird.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Pufferverstärkerschaltung mit einem Feldeffekt-Transistor, bei dem durch den Ubergangsleitwert zwischen Steuer- und Quellenelektrode eine Verschiebung des Signalpegels verursacht wird, mit einer Vorspannung zwischen Verstärkereingang und Steuerelektrode, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannung mit einer gegenüber der Betriebsspannungsquelle (16) des Verstärkers entkoppelten Spannungsquelle (12) erzeugt wird, deren Pegel so eingestellt ist, daß er eine Kompensation der Verschiebung des Signalpegels im Feldeffekt-Transistor (14) bewirkt.

2. Pufferverstärker nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen zwischen den Verstärkereingang und der Steuerelektrode des Feldeffekt-Transistors (T 2) vorgesehenen Kondensator (Cl),

durch einen Verstärker (Π) für das Taktsignal, durch eine Gleichrichter- und Filteranordnung (Dl; RS, R6, Rl, R 8, C6, Cl), mittels derer aus dem verstärkten Taktsignal eine Gleichvorspannung für den Kondensator (C 1) erzeugt wird, durch einen die elektrische Kopplung zwischen dem Verstärker (Tl) und der Gleichrichteranordnung bewirkenden Transformator (TRl) sowie durch eine gemeinsame Stromversorgung für den Feldeffekt-Transistor (Γ2) und denVerstärker(Tl).

3. Pufferverstärkerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Quelle (12) für die Vorspannung eine Gleichspannungsbatterie vorgesehen ist.

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