DE1762301C3 - Transistor amplifier with temperature stabilization of the operating point of the output stage - Google Patents
Transistor amplifier with temperature stabilization of the operating point of the output stageInfo
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Description
6060
Die Erfindung betrifft einen temperaturstabilisierten Transistorverstärker mit einer Endstufe und einer galvanisch ansteuernden Treiberstufe, deren Basis über einen ersten Spannungsteilerwiderstand im gleichstromgegenkoppelnden Sinn mit einem Emitterwider- hr> stand eines basisgesteuerten Transistors der Endstufe und über einem weiteren Spannungsteilerwiderstand mit dem kollektorseitigen Potential der VersorgungsThe invention relates to a temperature-stabilized transistor amplifier with an output stage and an electrically-addressing driver stage, the base stand via a first voltage divider resistor in the DC-to-coupling sense with a Emitterwider- h r> a base-controlled transistor of the output stage and via a further voltage divider resistor to the collector-side potential of the supply
spannung verbunden istvoltage is connected
Bei Transistorstufen ist es äußerst wichtig, daß der Ruhestrom in einem vorgegebenen Temperaturbereich konstant gehalten wird, damit innerhalb dieses Temperaturbereiches die volle Ausgangsleistung erhalten werden kann.With transistor stages it is extremely important that the quiescent current is within a given temperature range is kept constant so within this temperature range the full output power can be obtained.
Ein Transistorverstärker der eingangs genannten A?t, bei dem die Basis der Endstufe über einem weiteren ohmschen Spannungsteiler galvanisch an den Kollektor der Treiberstufe angeschlossen ist ist aus der britischen Patentschrift 9 51 342 bekannt Der Längswiderstand des weiteren ohmschen Spannungsteilers ist hierbei zum Zweck der Korrektur bzw. Festlegung des Arbeitspunktes der Endstufe einstellbar, woraus auf einen nicht unbeachtlichen Einfluß der streuenden und temperaturabhängigen Kenndaten der Transistoren auf deren Arbeitspunkt in der bekannten Schaltungsanordnung geschlossen werden kann.A transistor amplifier of the A? T mentioned above, in which the base of the output stage is galvanically connected to the collector via another ohmic voltage divider the driver stage is connected is known from British patent specification 9 51 342 The series resistance the further ohmic voltage divider is here for the purpose of correcting or defining the operating point the output stage adjustable, which indicates a not insignificant influence of the scattering and temperature-dependent Characteristic data of the transistors at their operating point in the known circuit arrangement can be closed.
Weiterhin ist aus der britischen Patentschrift 9 84 243 eine Transistorstufe mit ohmschem Basisspannungsteiler und ohmschem Emitterwiderstand bekannt, welcher zum Zweck der Kompensation der Temperaturabhängigkeit der Transistoreigenschaften einen positiven Temperaturkoeffizienten von mindestens 7% pro Grad Celsius aufweistFurthermore, British patent specification 9 84 243 discloses a transistor stage with an ohmic base voltage divider and ohmic emitter resistance, which is used to compensate for the temperature dependence the transistor properties have a positive temperature coefficient of at least 7% per degree Celsius
Sodann zeigt die vorbekannte Literaturstelle »Telefunken-Zeitung« Jg. 39 (1966) Heft 1, Seite 25 in Bild 23 einen Operationsverstärker mit einem Hilfsverstärker, welcher u. a drei galvanisch gekoppelte Transistoren Tl 1, T12, T13 aufweist, von denen der zweite Transistor Tl 2 basisseitig über einen ersten Spannungsteilerwiderstand mit dem emitterseitigen Potential und über einen w|iteren Spannungsteilerwiderstand mit dem kollektorseitigen Potential der Versorgungsspannung verbunden ist und von denen der erste Transistor Tl 1 kollektorseitig an einen durch Unterteilung des zweiten Spannungsteilerwiderstandes in zwei in Serie geschaltete Teilwiderstände entstehenden Zwischenpunkt angeschlossen ist Zum Zweck der Gleichstromstabilisierung ist ein Gegenkopplungsweg vom Ausgang des letzten Transistors zum Eingang eines dem Transistor TIl vorgeschalteten Transistors TlO vorgesehen, wobei der letzte Transistor Tl 3 vom umgekehrten Leitfähigkeitstyp wie die anderen Transistoren des Hilfsverstärkers ist.The previously known reference »Telefunken-Zeitung« then shows Vol. 39 (1966) issue 1, page 25 in Fig. 23 an operational amplifier with an auxiliary amplifier, which, among other things, has three galvanically coupled transistors Tl 1, T12, T13, of which the second transistor Tl 2 on the base side via a first voltage divider resistor with the emitter-side potential and via a further voltage divider resistance with the collector side Potential of the supply voltage is connected and of which the first transistor Tl 1 on the collector side to one by dividing the second voltage divider resistor into two series-connected partial resistors The resulting intermediate point is connected. For the purpose of direct current stabilization, a Negative feedback path from the output of the last transistor to the input of a transistor TIl connected upstream Transistor TlO provided, the last transistor Tl 3 of the opposite conductivity type as the other transistors of the auxiliary amplifier is.
Ferner ist in dem Buch »Transistortechnik«, 1960 herausgegeben von Richard F. Shea, auf Seite 140, Abb. 5-4 ein zweistufiger Transistorverstärker dargestellt und beschrieben, bei dem eine Temperaturkompensation des Arbeitspunktes unter Venvendung eines zusätzlichen, als temperaturabhängige Diode bzw. temperaturabhängige Stromquelle wirkenden Transistors herbeigeführt ist Dieser zusätzliche Transistor, der selber keine signalverstärkende Funktion hat, ist kollektorseitig an die einstellbare Anzapfung eines Widerstandes angeschlossen, welcher den Verbindungspunkt der Basis des Endtransistors und des Kollektors des Treibertransistors mit der Basis des Treibertransistors verbindet, so daß sowohl das Gleichpotential der Basis des Treibertransistors als auch das der Basis des Endtransistors unmittelbar im Sinne einer Temperaturkompensation der Kollektorströme verschiebbar sind. Furthermore, in the book "Transistortechnik", published in 1960 by Richard F. Shea, on page 140, Fig. 5-4 shows and describes a two-stage transistor amplifier with temperature compensation of the operating point using an additional, temperature-dependent diode or temperature-dependent current source acting transistor is brought about This additional transistor, which itself does not have a signal-amplifying function, is connected to the adjustable tap on the collector side Resistor connected, which is the connection point of the base of the output transistor and the collector of the driver transistor connects to the base of the driver transistor, so that both the DC potential of the The base of the driver transistor and that of the base of the end transistor can be shifted directly in the sense of temperature compensation of the collector currents.
Schließlich ist aus den Siemens-Schaltbeispielen, 1963, Seite 16, Bild 1.5 ein dreistufiger Transistorverstärker mit einem Vor-, einem Treiber und einem Endtransistor bekannt, bei dem der Treibertransistor zum Zweck der Arbeitspunktstabilisierung über einen ersten Spannungsteilerwiderstand mit dem emitterseitigen Potential und über einen weiteren SpannungsteilerwiderstandFinally, from the Siemens switching examples, 1963, Page 16, Figure 1.5 a three-stage transistor amplifier with a pre-driver, a driver and a final transistor known, in which the driver transistor for the purpose of operating point stabilization via a first voltage divider resistor with the emitter-side potential and via a further voltage divider resistor
mit dem kollektorseitigen Potential der Versorgungsspannung verbunden ist, wobei der den Treibertransistor im wesentlichen kapazitiv ansteuernde Vortransistor mit seinem Kollektor an einen durch Unterteilung des zweiten Spannungsteilerwiderstandes in zwei in Serie geschaltete Teilwiderstände entstehenden Zwischenpunkt angeschlossen ist Durch diese Schaltungsart wird der Arbeitspunkt des Treibettransistors durch den des Vortransistors mitbestimmt, welch letzterer durch eine interne starke Emitterstromgegenkopplung stabilisiert ist Der Temperaturgang der Vorstufe -wird dazu ausgenutzt den Arbeitspunkt der Treiberstufe zu stabilisieren. Andererseits besitzt der Endtransistor, welcher von der Treiberstufe galvanisch getrennt ist und eine eigene, einstellbare Arbeitspunkstabilisierung aufweist eine Temperaturkompensation mit zwei Dioden im Basiskreis. Lediglich zum Zweck der Linearisierung der Aussteuerungskennlinie und des Frequenzganges der Verstärkung sind zwei Wechselsignalgegenkopplungspfade vom Ausgan «jskreis des Endtransistors zum Eingangskreis des Treibertransistors vorgesehen.is connected to the potential of the supply voltage on the collector side, the pre-transistor, which drives the driver transistor in an essentially capacitive manner, with its collector connected to a subdivision of the second voltage divider resistor is connected in two series-connected partial resistances resulting intermediate point that of the pre-transistor also determines which latter is stabilized by an internal strong emitter current negative feedback used to stabilize the operating point of the driver stage. On the other hand, the final transistor has which is galvanically separated from the driver stage and its own adjustable working point stabilization has a temperature compensation with two diodes in the base circuit. Only for the purpose of The linearization of the modulation characteristic and the frequency response of the amplification are two alternating signal negative feedback paths from the output circuit of the End transistor provided to the input circuit of the driver transistor.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Schaltung eines mehrstufigen, galvanisch durchverbundenen Transistorverstärkers anzugeben, bei der in einfacher Weise eine besonders gute Stabilisierung des Arbeitspunktes der Endstufe erreicht wird.The object of the invention is to specify the circuit of a multi-stage, galvanically through-connected transistor amplifier in which a particularly good stabilization of the operating point of the output stage is achieved.
Ausgehend von einem Transistorverstärker der eingangs genannten Art ist diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Basis des Transistors der Endstufe über eine Zenerdiode an den Kollektorkreis des Transistors der Treiberstufe angeschlossen ist und daß ein die Treiberstufe galvanisch ansteuernder Vortransistor mit seinem Kollektor an einen durch Unterteilung des zweiten Spannungsteilerwiderstandes in zwei in Serie geschaltete Teilwiderstände entstehenden Zwischenpunkt angeschlossen istBased on a transistor amplifier of the type mentioned, this object is achieved according to the invention in that the base of the transistor The output stage is connected to the collector circuit of the transistor of the driver stage via a Zener diode and that a pre-transistor which galvanically drives the driver stage with its collector to one through Subdivision of the second voltage divider resistor into two series-connected partial resistances resulting intermediate point is connected
Durch diese Maßnahmen ist der Vortransistor in kombinierter Weise zur zusätzlichen Temperaturkompensation und zur Signalverstärkung eingesetzt so daß ein dreistufiger Transistorverstärker mit hoher Verstärkung und ausgezeichneter Stabilität des Ruhestromes der End- und Treiberstufe ohne jeglichen Mehraufwand gegenüber beikannten dreistufigen Transistorverstärkern mit durchgehend galvanischer Kopplung der Stufen entstehtAs a result of these measures, the pre-transistor is used in a combined manner for additional temperature compensation and signal amplification, so that a three-stage transistor amplifier with high gain and excellent stability of the quiescent current the output and driver stage without any additional effort compared to known three-stage transistor amplifiers with continuous galvanic coupling of the Stages arises
Um die Wirkung der Gleichstromgegenkopplung über den ersten Spannungsteilerwiderstand für die Signalverstärkung auszuschließen, kann der erste Spannungsteilerwiderstand in Reihenwiderstände aufgeteilt und zwischendurch wechselstrommäßig geerdet sein.To the effect of the DC negative feedback via the first voltage divider resistor for the To exclude signal amplification, the first voltage divider resistor can be divided into series resistors and grounded in the meantime in terms of alternating current be.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden nachstehend an Hand zweier Ausführungsbeispiele nach den F i g. 1 und 2 näher erläutert.Further details of the invention are given below with reference to two exemplary embodiments according to the F i g. 1 and 2 explained in more detail.
In F i g. 1 ist ein zweistufiger Transistorverstärker dargestellt. Der Treibertransistor Ti und der Endtransistor T2 sind vom gleichen Leitfähigkeitstyp (npn-Typ) und arbeiten beide in Emitterschaltung. Am Eingang E wird das Signal über einen Kondensator der Basis des Treibertransistors Ti zugeführt, dessen Emitter wechselstrommäßig geerdet und über einen Emitterwiderstand R 2 mit dem emitterseitigen Potential - UB der Versorgungsspiannung verbunden ist. An den Kollektor des Treibertransistors Ti ist ein mit dem kollektorseitigen Potential Oder Versorgungsspannung verbundener Arbeitswiderstand A3 und die Kathode einer Zenerdiode Z angeschlossen, deren Anode mir der Basis desIn Fig. 1 shows a two-stage transistor amplifier. The driver transistor Ti and the final transistor T2 are of the same conductivity type (npn type) and both work in the emitter circuit. At the input E , the signal is fed via a capacitor to the base of the driver transistor Ti , the emitter of which is earthed in terms of alternating current and is connected to the emitter-side potential - UB of the supply voltage via an emitter resistor R 2. A working resistor A3 connected to the collector-side potential or supply voltage and the cathode of a Zener diode Z , the anode of which is the base of the, is connected to the collector of the driver transistor Ti Endtransistors TI verbunden ist Im Kollektorkreis des Endtransistors 7*2 befindet sich die Primärwicklung des Ausgangsübertragers O, dessen Sekundärwicklung den Ausgang A des Transistorverstärkers darstellt DerThe output transistor TI is connected in the collector circuit of the output transistor 7 * 2 is the primary winding of the output transformer O, the secondary winding of which represents the output A of the transistor amplifier Der Emitter des Endtransistors T2 ist erstens über den Emitterwiderstand R 5, dessen Spannungsabfall mit Ur bezeichnet ist mit dem emitterseitigen Potential - UB der Versorgungsspannung und zweitens über die Spannungsteilerwiderstände R1 und R 4 sowie dieThe emitter of the output transistor T2 is first via the emitter resistor R 5, whose voltage drop is denoted by Ur with the emitter-side potential - UB of the supply voltage and secondly via the voltage divider resistors R 1 and R 4 and the
ίο Diode D mit dem kollektorseitigen Potential O der Versorgungsspannung verbunden. Dabei ist an den Verbindungspunkt des zweiten Spannungsteilerwiderstandes R1 und der Serienschaltung, bestehend aus der Diode D und dem ersten Spannungsteilerwiderstandίο Diode D connected to the collector-side potential O of the supply voltage. At the connection point of the second voltage divider resistor R 1 and the series circuit, consisting of the diode D and the first voltage divider resistor R 4, die Basis des Treibertransistors Ti angeschlossen. Änderungen des Stromes im Endtransistor T2 und damit Änderungen des Spannungsabfalles Ur werden über den ersten Spannungsteilerwiderstand R 4 und die Diode D an die Basis des Treibertransistors 7Ί R 4, connected to the base of the driver transistor Ti . Changes in the current in the output transistor T2 and thus changes in the voltage drop Ur are passed through the first voltage divider resistor R 4 and the diode D to the base of the driver transistor 7Ί zurückgeführt wo sie übej den Treibertransistor Ti und die Zenerdiode Zeine Änderung der Basisspannung des Endtransistors T2 und damit seines Emitterstromes in einer Weise bewirken, die der ursprünglichen Stromänderung entgegengesetzt ist Dabei werdenfed back where they cause the driver transistor Ti and the Zener diode Zeine to change the base voltage of the end transistor T2 and thus its emitter current in a way that is opposite to the original current change
temperaturbedingte Änderungen der Emitter-Basis-Schwellenspannung des Treibertransistors 7*1 in ihrer Wirkung auf den Kollektorstrom durch die temperaturbedingte Änderung der Durchlaß-Schwellenspannung der Diode D, die zweckmäßigerweise aus dem gleichentemperature-related changes in the emitter-base threshold voltage of the driver transistor 7 * 1 in their effect on the collector current by the temperature-related change in the forward threshold voltage of the diode D, which expediently from the same Material wie der Transistor Ti besteht kompensiert. Der zweite Spannungsteilerwiderstand R1 setzt die Wirkung der Gleichstromgegenkopplung nur unwesentlich herab, ermöglicht es aber in einfacher Weise, den Temperaturgang des Treibertransistors Ti zuMaterial like the transistor Ti is made of compensated. The second voltage divider resistor R 1 only insignificantly reduces the effect of the direct current negative feedback, but makes it possible in a simple manner to increase the temperature response of the driver transistor Ti
J5 kompensieren sowie den Spannungsabfall Ur klein zu halten. Durch den vergleichsweise geringen Spannungsabfall Ur (beispielsweise 0,7 V) wird der Wirkungsgrad der Endstufe und auch deren Wechselstromverstärkung ganz wesentlich erhöht, ohne daß der niederohmigeCompensate J5 and keep the voltage drop Ur small. Due to the comparatively low voltage drop Ur (for example 0.7 V), the efficiency of the output stage and also its alternating current amplification are significantly increased without the low-resistance
-to Emitterwiderstand R 5 durch einen sehr großen Kondensator überbrückt werden muß. Temperaturbedingte Änderungen der Zenerspannung der Zenerdiode Z sowie der Schwellenspannung Übe 2 der Emitter-Basis-Strecke des Transistors 7*2 werden durch die-to emitter resistor R 5 must be bridged by a very large capacitor. Temperature-related changes in the Zener voltage of the Zener diode Z and the threshold voltage Übe 2 of the emitter-base path of the transistor 7 * 2 are through the
4r> Wirkung der Gleichstromgegenkopplung stark herabgesetzt.4 r > Effect of DC negative feedback greatly reduced.
In Fig.2 ist ein dreistufiger Transistorverstärker nach der Erfindung dargestellt. Der Schaltungsteil, bestehend aus dem Treibertransistor Ti und demA three-stage transistor amplifier according to the invention is shown in FIG. The circuit part, consisting of the driver transistor Ti and the
ίο Endtransistor T2, stimmt im wesentlichen mit der Anordnung nach F i g. 1 überein, jedoch ist dieser Anordnung ein Vortransistor Γ4 vorgeschaltet, dessen Kollektor an einem durch Unterteilung des zweiten Spannungsteilerwiderstandes Al in zwei in Serieίο output transistor T2, essentially agrees with the arrangement according to FIG. 1, but this arrangement is preceded by a pre-transistor Γ4, the collector of which is connected to one by dividing the second voltage divider resistor Al into two in series geschaltete Teilwiderstände Ria und Rib entstehenden Zwischenpunkt angeschlossen ist. In dieser Anordnung wird die Wirkung der Temperaturabhängigkeit der Emitter-Basis-Schwellenspannung Übe 1 durch die Wirkung der Emitter-Basis-Schwellenspannungswitched partial resistances Ria and Rib resulting intermediate point is connected. In this arrangement, the effect of the temperature dependency of the emitter-base threshold voltage Übe 1 by the effect of the emitter-base threshold voltage
μ Übe 4 des Vortransistors T'4 kompensiert, so daß die Diode Daus F i g. 1 entfallen kann.μ Übe 4 of the pre-transistor T '4 compensated, so that the diode Daus F i g. 1 can be omitted.
Das Eingangssignal ZTwird nun über einen Kondensator der Basis des Vortransistors 7"4 zugeleitet und gelangt verstärkt von dessen Kollektor über denThe input signal ZT is now fed through a capacitor to the base of the pre-transistor 7 "4 and gets more and more from its collector via the
<>' wechselstromüberbrückten Tei!widerstand R\a an die Basis des Treibertransistors Ti. Dei andere Teilwiderstand AlZj stellt nun für den Vortransistor T4 einen Arbeitswiderstand dar. Der Emitter des VortransistorsThe AC-bridged partial resistance R \ a to the base of the driver transistor Ti. The other partial resistance AlZj now represents a working resistance for the pre-transistor T4 . The emitter of the pre-transistor
Γ4 ist wechselstrommäßig geerdet und über einen Emitterwiderstand R 14 mit dem emitterseitigen Potential — UB der Versorgungsspannung verbunden. Zusammen mit diesem Emitterwiderstand R14 wird der Arbeitspunkt des Vortransistors Γ4 und der nachfolgenden Transitoren Ti und T2 durch den Arbeitspunkt-Spannungsteiler, bestehend aus den Widerständen R 12 und R 13 festgelegt, an deren Verbindungspunkt die Basis des Vortransistors Γ 4 angeschlossen ist. Dabei liegt an den Arbeitspunkt-Spannungsteilerwiderständen R 12 und R 13 die gesamte Versorgungsspannung Γ4 is earthed in terms of alternating current and connected to the emitter-side potential - UB of the supply voltage via an emitter resistor R 14. Together with this emitter resistor R 14, the operating point of the pre-transistor Γ4 and the subsequent transistors Ti and T2 is determined by the operating point voltage divider, consisting of the resistors R 12 and R 13, to whose connection point the base of the pre-transistor Γ 4 is connected. The entire supply voltage is applied to the operating point voltage divider resistors R 12 and R 13
Durch Temperaturänderungen bedingte Änderungen der Eigenschaften der Zenerdiode Z und des Endtransistors 7*2 werden durch die vornehmlich durch den ersten Spannungsteiierwiderstand R 4 und den Emitterwiderstand R 5 gebildete Gleichstromgegenkopplung unterdrückt. Änderungen der Basis-Emitter-Spannung Übe ι des Treibertransistors Ti werden durch das aus dem Vortransistor T4 und den Widerständen R la, Rib, R4 und /?14 gebildete Netzwerk unwirksam gemacht. Bei geeigneter Dimensionierung kann auch der Einfluß des durch die Gleichstromgegenkopplung nicht völlig aufgehobenen Temperaturganges de Zenerdiode Z des Endlransistors TI und des Wider Standes R 5 auf den Ruhestrom des Endtransistor weiter herabgesetzt werden.Caused by temperature changes, changes in the characteristics of the zener diode Z and of the output transistor 7 * 2 are suppressed by the first primarily by the Spannungsteiierwiderstand R 4 and the emitter resistor R5 DC negative feedback formed. Changes in the base-emitter voltage Übe ι of the driver transistor Ti are rendered ineffective by the network formed from the pre-transistor T 4 and the resistors R la, Rib, R4 and /? 14. With suitable dimensioning, the influence of the temperature response de Zener diode Z of the final transistor TI and the resistor R 5 on the quiescent current of the final transistor can be further reduced.
Der Strom in der Endstufe wird z. B. durch di< Arbeitspunkt-Spannungsteilerwiderstände R12 un< R13 des Vortransistors 7" 4 eingestellt. Durch dii Gleichstromgegenkopplung sind Toleranzen der Zener spannung der Zenerdiode Z und der Basis-Emitter Spannung Übe 2 des Transistors T2 nur von geringen Einfluß. Der Emitterwiderstand RS des Endtransistor Tl kann klein gehalten werden. Wegen der Verwen dung des Vortransistors T4 auch zur Temperaturkom pensation erfordert die Schaltungsanordnung keinei zusätzlichen Bauteileaufwand im Vergleich zu bekann ten dreistufigen Transistorverstärkern.The current in the output stage is z. B. set by di <operating point voltage divider resistors R 12 un < R 13 of the pre-transistor 7 "4. Due to the direct current negative feedback, tolerances of the Zener voltage of the Zener diode Z and the base-emitter voltage Übe 2 of the transistor T2 are of little influence RS of the output transistor Tl can. Because of USAGE be kept small extension of the Vortransistors T4 also to Temperaturkom pensation requires the circuitry keinei additional components effort compared to most th three-stage transistor amplifiers.
Die Schaltungsanordnung nach F i g. 2 arbeitet aucl zufriedenstellend, wenn die Transistoren 7"4 und T] nicht auf gleicher Temperatur — etwa durch gemeinsa men Kühlkörper — gehalten werden; die Temperatur differenz zwischen dem Vortransistor T4 und den Treibertransistor Ti soll aber erhalten bleiben.The circuit arrangement according to FIG. 2 also works satisfactorily if the transistors 7 "4 and T] are not kept at the same temperature - for example by a common heat sink - but the temperature difference between the pre-transistor T4 and the driver transistor Ti should be maintained.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
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