DE1762097A1 - B-Verstaerker mit Transistoren - Google Patents

Description

DR. MDLLER-BORg DIPL.-ING. GRALFS DR. MANITZ Dr.Deufel

Braunschweig, don 3,1. 1968 Unser Zeichen: Kl/kl - M 78(i

The Marconi Company Limited IZnr?;! i sh Electric House / Strand London ^₀C.2 / England

D-Verstärker mit Transistoren A

Die Erfindung betrifft Transistor-Verstärker, insbesondere B-Vorstärker mit Transistoren.

B-Verstärker ,verrlen oftmals verwendet ,wenn eine lineare Lei .stungsverstärkung; , d.h. eine Leistungsverstärk'in.>:,bei der das Undingssignal dem Eingangssignal so nahe wie möglich streng proportional ist, gefordert wird.Die Wahl der H-Verstärkung in derartigen Fällen wird getroffen,weil A-Verstärker einen relativ geringen Wirkungsgrad haben ,C-Verstärker jedoch ä Signalverzerrungen verursachen.In Fällen, bei denen eine gute Linearität der Leistungsverstärkung eine Betriebsforderung ist, ein wichtiges Beispiel liierfür sind Verstärker für Einseitenbandbetrieb bei Rundfunksendern und dergl., werden gewöhnlich B-Verstärker gewählt.

'.Yie bekannt,ist es erforderlich, korrekte Vorspannungen zu erzielen, falls ein B-Verstärker nur geringe oder vernachlässigbar kleine,Signalverzerrungen über einen weiten Leistungsbereich

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BRAUNSCHWEIG, AM BDRGERPARK 8 « (0631) 2 8« 87 8 MÖNCHEN 22, BOBEHT-KOCH-STR. 1 * (0811)225110

verursachen darf. Im FnIl eines B-Verstärkers mit Röhren ist dies nicht schwierig, da es lediglich nutwendig ist, einen statischen Arbeitspunkt zu wählen, indem dem Rölireneitter eine geeignete Vorspannung zugeführt wird und damit eine stabile Arbeitsweise erzielt wird, im Fiill eines B-Verstärkers mit Transistoren ergeben sich jedoch ernstliche Schwierigkeiten, in der Praxis die richtige Vorspannung zu erzielen, weil fe Hochfrequenztransistoren auf Temperaturänderuntren sehr empfindlich reagieren und einen niedrigen ickundärdurchbruchsitinkt haben. Während man einen Transistor-B-Verstärker unter Labor-Bedingungen innerhalb eines weiten keistungsbereichs zufiedanstellend betreiben kann, indem man sorgfältig die Vorspannung bei jeder wesentlichen Änderung der Ausgangsleistung nachstellt, ist es sehr schwierig, einen zufriedenstellenden Betrieb über einen weiten Leistungsbereich im betriebsmäßigen Einsatz zu erzielen, bei dem ein Verstärker bei einer Anzahl verschiedener Frequenzen sowie bei verschiedenen und schwankenden Leistungspegeln arbeiten muß und möglicherweise in weitem Bereich schwankenden Umgebungstemperaturen unter Bedingungen ausgesetzt ist, bei denen ein Bedarf für wiederholte Vorspannungs-Nachstellungen nicht zulässig ist, weil der erforderliche erfahrene Techniker fehlt,bzw*aus anderen praktischen Gründen. Soweit der Anmelderin bekannt, ist das seit Langem anstehende Problem der automatischen Erzeugung der richtigen Vorspannung eines B-Verstärkers ,der innerhalb eines «reiten Leistungsbereichs in einem weiten Umgebungstemperaturbereich arbeitet, bislang ungelöst geblieben. Die Erfindung zielt darauf ab, dieses Problem zu lasen. -

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Die M'findung ist nachfolgend im Zusammenhang mit Her Zeichnung beschrieben. Darin zeigt

Firur 1 ein Schaltbild einer bekannten und verbreitet angewandten Vorspannungaschaltung. Dieses schaltbild dient zur Erläuterung einiger der Schwierigkeiten,die die Erfindung zu vermeiden sucht.

Figur 2 zeigt ein Schaltbild einer Uisführungsform der Erfindung und

Figur 3 ist eine erläuternde grafische Darstellung.

In Figur 1 bezeichnet T.· den Transistor, für den die Vorspannung geschiffcn werden muß und der im D-Betrieb arbeitet. Die zu vorstärkenden Eingangssignale werden von der Eingangsklemme über einen Kondensator wie dargestellt der Basis des Transistors zugeführt und das verstärkte Ausgangssignal wird von dessen Kollektor abgeleitet und der Ausgangssignalklemme 2 zugeführt. Eine positive Vorspannungsquelle (nicht dargestellt) ,deren typische Spannung zwischen O und +-5 Volt liegt, ist mit der Klemme 3 verbunden. Ein Widerstand 1, typisch etwa 100 Ohm, verbindet die Klömme. 3 mit Hem Verbindungspunkt 5 einer HF-Drossel ti und eines Widerstandes 7. Dabei ist die andere Seite Her HF-Dro^sel rr.it tier Basis des Transistors verbunden und da« andere i-nrie des Widerstandes 7 ist geerdet. Ein Kondensator β ist zu dem AiHerstand 7 paral !einschaltet. Typische praktische Werte für die elemente 7 und 8 sind 30 Ohm und 0, t ^uP.

Diese bekannte schaltung hat die folgenden praktischen Nachteile:

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\, Ändert sich die Temperatur der Transistor-Sperrschicht um einen wesentlichen Betrag, so ändert sich auch der KoI J ektorstrorn.

2. Es tritt ein erheblicher Leistungsverlust auf, um die erforderliche niederohmige Vorspannungsquelle bereitzustelj.eifv und *

3. Damit der Verstärker optimal arbeitet,muß die Vorspannung

von der Quelle bei 3 bei wesentlichen Änderungen des Ausgangs leistungspegcls nachgestellt werden.

Durch die Erfindung wird ein besserer B-Verstärker tni% Transistoren geschaffen, der diese Nichteile nicht aufweist.

Gemäß der Lrfindung weist ein B-Verstärker mit Transistoren einen im B-Betrieb arbeitenden Transistor und eine Vorspannungsschaltung dafür auf, die einen Vorspannungstransistor enthält, dessen Basis eine Spannung von einer Vorspannungsquelle zugeführt wird und dessen Ausgang der Basis des Verstärkertransistors über eine Verbindung zugeführt wird, die einen durch einen Widerstand überbrückten weiteren Transistor enthält, dessen Sättigungsspannung unter der Sperrspannung des im B-Betrieb arbeitenden Transistors liegt.

Vorzugsweise ist die Vorspannungsquelle mit dem Kollektor des Vorspannunestransistors über einen hochohmiffen Widerstand verbunden und die Basis des VorspannunjiStransistors ist mit dem Verbindungspunkt eines Spannungsteilers zwischen der Vorspannung quelle und tirde verbunden. Vorzugsweise ist der widerstand zwischen der Vorsfiannungs quelle und dem Kollektor des Vor spannuncstransi stor-s einstellbar.

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Weiterhin vorzugsweise ist der Emitter des Vorspannungstransistors direkt mit der Basis des weiteren Transistors verbunden, dessen Emitter geerdet ist und dessen Kollektor mit der Basis des im B-Betrieb arbeitenden Transistors verbunden ist. Ein einsteilbarer Widerstand verbindet dabei die Basis und den Kollektor des genannten weiteren Transistors.

In Fifiur 2 bezeichnet T₁ wieder den im B-B_etrieb arbeitenden Transistor,für den eine Vorspannung erzeugt werden muß. Die Signal-Eingangs- und Ausgangsklemmen sind mit 1 bzw.2 bezeichnet und 6 bzweö bezeichnen eine HF-Drossel und einen Kondensator wie in Figur 1. Eine positive Spannung, typisch etwa +4 Volt, wird von einer Quelle (nicht dargestellt) über eine Klemme 3 zugeführt, die über einen einstellbaren widerstand Rl mit einer Reihenschaltung aus einem Widerstand R2 und einem geerdeten »viderstand R3 verbunden ist. Der Verbindungspunkt der Aiderst'inde R2 und R3 ist mit der Basis eines Transistors T2 verbunden. Klemme 3 ist weiterhin über den vorgenannten Widerstand Rl in Reihenschaltung mit einem weiteren widerstand R4 mit dem Kollektor des Transistors T2 verbunden.

Der Emitter von T2 ist mit der Basis eines weiteren Transistors T.3 verbunden, dessen Emitter geerdet ist und dessen Kollektor mit dem Verbindungspunkt 5 der HF-Drossel 6 mit dem Kondensator 8 verbunden ist. Ein einstellbarer Widerstand R5 überbrückt den Transistor T3 zwischen Basis und Kollektor.

Der Transistor T3 ist so gewählt und geschaltet, daß seine Sättigungsspannung unterhalb der Sperrspannung von Tl liegt

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und der Widerstand K5 ist so eingestellt, daß die erforderliche Vorspannung V. von dem Kollektor voh T3 der Basis von Tl zugeführt wird.

Die Arbeitsweise der Vorspannungsschaltung nach Figur 2 wird aus Figur 3 verständlich, die in grafischer Darstellung den Zusammenhang zwischen der Vorspannung V. ( Abszisse) und dem Vorspannungsstrom I. (Ordinate) zeigt· Wie ersichtlich, zeigt die Kurve drei ausgeprägte,im wesentlichen lineare Anteile

X₁Y und Z, wobei die genaue Charakteristik natürlich durch die Werte der verwendeten Bauelemente bestimmt ist. Der Teil X verläuft von im wesentlichen null betragenden Wert des Vorspannungsstroms I. (I. » 0 ) bis zu einem Wert des Vorstroms

I. a I₄ , bei dem der Kollektorstrom von To null ist. Eine b 1

Änderung des Widerstandes R5 verursacht eine Änderung der Vorspannung V_fe über dem ^Aeil X der Charakteristik , wie durch die gestrichelte Linie AR5 in Figur 3 angedeutet wird. Der ψ mit IN markierte Pfeil gibt dabei die Änderung an, die durch eine Zunahme von R5 bewirkt wird und der mit DE bezeichnete ^feil gibt die Änderung an,die durch eine Verkleinerung des Wertes von R5 bewirkt wird. Ist R5 einmal so eingestellt, daß sich der gewünschte Wert von V. ergibt,so ruft eine Änderung des Vor-

f Stroms I_b über dem Teil A der Charakteristik von I_b · 0 bis j ^b^-1I (^{wobei der} Kollektorstrom von T3 null ist ) keine Änderung der Vorspannung V. hervor, da über dem Kennlinienteil X jede Zunahme des Vorstroms I_fa zu einer ausgleichenden Abnahme des Kollektorstroms von T3 führt.

Ist der Vorstrom auf den Wfcrt I « I angewachsen,bei dem der

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Kollektorstrom von T3 null ist, so fuhrt jede weitere Zunahme des t'cnairiten Vorstroms lediglich zu einer Zunahme des Stroms durch R5, wodurch eine proportionale Abnahme der Vorspannung

V. erzielt wird und die Schaltung nun im Teil Y der Kennlinie gemä¹* Fi "ur ."> arbeitet, !.her diesem Teil 'ler Kennlinie bleibt die Spannung V am Emitter des Transistors T2 und an der Basis des Transistors T3 konstant und tier rjnitterstrom I

des Transistors T2 fließt durch den Widerstand R5. M

Der vorstehend beschriebene Betrieb erfolgt auf dem Teil Y der Oi irakteristik gemäß Fi mir 3 , bis der- erste Transistor Tl gesättigt ist. 1st dies erföl et, so arbeitet die Schaltung auf dem »eil Z der Kennlinie -remäli Fig.3 und jede weitere /unalune des \orstroms über den Aert 1., hinaus , bei nein Ϊ2 gesättigt ist, erzeugt einen wesentlichen Kückgarm der Spannung. V ,da der Widerstand R4 relativ hocholvnig ist. Kine Kinstellung des Teils Z der Kennlinie wird durch !Einstellung von Kl bewirkt, wobei die Auswirkung einer derartigen &in- ä stellung durch die gestrichelte Linie ARl angezeigt wird. Die Wirkung einer Zunahme von R4 wird durch den Pfeil IN und die Wirkung der Abnahme von Rl durch den Pfeil Di, angedeutet.

Die Schaltung gemäß Finur 1 weist folgende wertvolle Vorteile

1. N u-hdem der Vorspannunersnunkt eingestellt ist,bleibt er auf -einem uptimalwert ungeachtet der Änderungen im \usgangs-

ieistuncspegel.
1. Die schaltung schafft eine Vorspannungsoueile sehr niedriger Impοdan7.

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3« Sie arbeitet wirtschaftlich und verbraucht wenig ttnergie.

4. Wirkt auf den Transistor T3 im wesentlichen die gleiche Temperatur ein wie auf den vorgespannten Transistor Tl und hat T3 einen gleichartigen Temperaturgang, so arbeitet die Schaltung über einen weiten Temneraturbereich zufriedenstellend ohne die Notwendigkeit, die Vorspannung nachstellen zu müssen.

5. Kine einzige VorspannungsschaJtune kann für die Vorspannung einer Mehrzahl von Transistoren wie Tl, die im Parallelbetrieb arbeiten, herangezogen werden und

6. Die ochaltung kann so ausgeJe; t of'er eingestellt werden, daß ihre Kennlinie die gewünschte Form der Art wie die kennlinie zemäfi Pi&ur 3 hat, um speziellen Transistoren angepaßt zu werden.

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   (l·/ B-Verstärker mit Transistoren, gekennzeichnet durch einen im .B-Betrieb arbeitenden Transistor und eine Vorspannungsschaltung dafür, die einen Vorspaimungstransistor enthält, dessen Basis eine Spannung von einer Vorspannungsqueile zugeführt wird und dessen Ausgang der Basis des Verstärkertransistors über eine Verbindung zugeführt wird, die einen durch einen .Virlerstand überbrückten weiteren Transistor enthält, ύ dessen iättigungsspannung unter der Sperrspannung des im B-^ertrieb arbeitenden Transistors liegt.

   '2e Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet ,daß die Vorspannungsqueile mit dem Kollektor des Vorspannungstransistors über einen hochohmigen Widerstand und die Basis des Vorspannun<rstransistors mit dem Verbindungspunkt eines Spannungsteilers zwischen der Vorspannungsquelle und türde verbunden ist.

   3c Verstärker nach Anspruch 2,dadurch gekennzeichnet,daß der viderstand zwischen der Vorspannungsquelle und dem KoI Lektor des Vorspannungstransistors einsteilbar ist.

   4. Verstärker nach einem der Ansprüche 1-3,dadurch gekennzeichnet, daß der Emitter des Vorspannungstransistors direkt mit der Basis des weiteren Transistors verbunden ist,dessen emitter geerdet ist und dessen Kollektor mit der Basis des im B-^etrieb arbeitenden Transistors verbunden ist ,und daß ein einstellbarer Widerstand zwischen Basis und Koilektor des weiteren Transistors geschaltet ist.

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