DE1814887A1

DE1814887A1 - Transistorverstaerkerschaltung

Info

Publication number: DE1814887A1
Application number: DE19681814887
Authority: DE
Inventors: Wittmann Erwin Johann
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1967-12-15
Filing date: 1968-12-16
Publication date: 1969-08-21
Also published as: AT289199B; FR1602135A; DE1814887C3; SE355910B; BE725375A; US3460049A; NL6817937A; DE1814887B2; GB1188049A; ES361337A1; NL158039B

Description

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6707-68/Dr.ν.Β/Ε
RCA 58,568
U.S.Ser.No. 690,832
Piled: Decembör 15, 1967

Radio Corporation of America New York N.Y. (V.St.A.)

Transistorverstärkerschaltung

Die vorliegende Erfindung betrifft stabilisierte Verstärker, insbesondere sowohl stabilisierte Verstärker mit unsymmetrischem Ausgang als auch stabilisierte Differenzverstärker.

Die Transistorverstärkerschaltung gemäß der Erfindung kann je nach den Wünschen und Bedürfnissen des Benutzers mit diskreten Bauelementen oder als integrierte Schaltung verwirklicht werden. Der Begriff "integrierte Schaltung" soll hier ein einheitliches oder monolithisches Halbleiterbauelement oder Plättchen bedeuten, welche das Äquivalent einer Schaltungsanordnung aus miteinander verbundenen aktiven und passiven Schaltungselementen darstellen.

Ein wesentliches Problem, beim Bau integrierter Schaltungen ist die Herstellung von Kapazitäten, da selbst für relativ kleine Kapazitätswerte verhältnismäßig große Flächen des Halbleiterplättchens benötigt werden. Es ist daher wünschenswert, so weit wie möglich ohne Kapazität auszukommen. Das Weglassen von Kapazitäten bringt bei Verstärkern jedoch häufig eine beträchtliche Einbuße an Verstärkungsgrad mit sich, da dann auch keine Ableitkondensatoren zur überbrückung von Emittervorspannungswiderständen vorhanden sind.

Ein anderes Problem von integrierten Schaltungen besteht darin, daß die Anzahl der Anschlüsse, die am Plättchen einer integrierten Schaltung angebracht werden können, begrenzt ist.

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Selbstverständlich müssen am Plättchen sowohl Eingangs- als auch Ausgangsklemmen vorgesehen werden und es müssen außerdem eine Betriebsspännungsklemme sowie eine Masseklemme vorhanden sein. Diese Klemmen, die für eine integrierte Schaltung notwendig sind, begrenzen die Anzahl von zusätzlichen Klemmen. Es ist daher unerwünscht, das Kapazitätsproblem dadurch zu lösen, daß man diskrete Kondensatoren, z.B. Emitterableitkondensatoren, vorsieht, welche mit der integrierten Schaltung über zusätzliche Anschlüsse am Plättchen verbunden werden müssen, da diese zusätzlichen Anschlüsse gegebenenfalls für andere Zwecke benötigt werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe zugrunde, eine Transistorverstärkerschaltung anzugeben, bei der der Verstärkungsgrad trotz des Fehlens von Ableitkondensatoren zur überbrückung von Emittervorspannungswiderständen nicht beeinträchtigt ist und trotzdem nur ein Minimum an Bauelementen, insbesondere Transistoren, benötigt wird.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung bei einem Transistorverstärker dadurch gelöst, daß ein erster Transistor sowohl mit einem zweiten Transistor in eine Differenzverstärkerschaltung als auch mit einen dritten Transistor in eine Gegenkopplungsschleife, die eine Yorspannungsschaltung für den Differenzverstärker bildet und hierfür die Emitter-Basis-Strecke des ersten Transistors sowie die Kollektor-Basis-Strecke des dritten Transistors enthält, geschaltet ist und daß in an sich bekannter Weise die Differenzverstärkerschaltung eine Impedanzanordnung, die die Emitterelektroden des ersten und des zweiten Transistors mit einem Bezugspotentialpunkt verbindet sowie eine entsprechende Verbindungsanordnung umfaßt, die die Kollektorelektroden des ersten und zweiten Transistors mit einem Betriebsspannung führenden Schaltungspunkt verbindet und so ausgelegt ist daß von mindestens einer dieser Kollektorelektroden Ausgangssignale abnehmbar sind, die durch Eingangssignale erzeugt werden,wel ehe der Basiselektrode des zweiten Transistors zugeführt sind.

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Bei einem Transistorverstärker gemäß der Erfindung liegt also der erste Transistor sowohl mit dem zweiten Transistor in einer Differenzverstärkerschaltung als auch mit dem dritten Transistor in einer Gegenkopplungsschleife, die einen Vorspannungskreis für den Differenzverstärker bildet.

zweiten

An der Kollektorelektrode des rbe Transistors

steht ein invertiertes verstärktes Signal zur Verfügung, während das Ausgangssignal an der Kollektorelektrode des b Transistors ein gleichphasiges verstärktes Signal ist.

Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert, es zeigen:

Fig. 1 ein Schaltbild eines stabilisierten Differenzverstärkers gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 2 ein Schaltbild eines stabilisierten Verstärkers mit unsymmetrischem Ausgang gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung, und

Fig. 3 ein Schaltbild eines stabilisierten Verstärkers mit unsymmetrischem Ausgang gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Der in Fig. 1 als erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellte stabilisierte Differenzverstärker enthält drei Transistoren 1Ö, 12 und 14. Die Transistoren 12 und Ϊ4 stellen mit den zugehörigen verbindenden Schaltungsteilen, die noch genauer beschrieben werden, eine stabilisierte Vorspannungsquelle niedriger Impedanz dar. Eine Vorspannungsquelle diesen Typs ist bereits in der deutschen Patentanmeldung P 14 87 397.3 vorgeschlagen worden.

Die Kollektorelektrode des Transistors 10 ist über einen Widerstand 18 mit einer Klemme 16 verbunden und die Kollektorelektrode des Transistors 12 ist über einen Widerstand 20 mit der Klemme 16 verbunden. Die Emitterelektroden der Transistoren

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BAD ORfGfNM.

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10 und 12 sind miteinander verbunden und ihr Verbindungspunkt ist über einen Widerstand 24 an eine Klemme' 22 angeschlossen. Die Klemmen 16 und 22 sind zum Anschluß an eine Spannungsquelle bestimmt. Bei der in Fig. 1 dargestellten Schaltungsanordnung wird an die Klemme 16 eine nicht dargestellte positive Potentialq'uelle angeschlossen, während die Klemme 22 mit einem Bezugspoter tial verbunden ist, das als Masse dargestellt ist.

Die Kollektorelektrode des Transistors 14 ist mit der Klemme 16 und damit der Betriebspotentialquelle durch einen Widerstand 26 verbunden. Die Emitterelektrode des Transistors 14 liegt direkt am Bezugspotential, nämlich Masse, an der Klemme 22. Die Basiselektrode des Transistors 14 ist unmittelbar an die Emitterelektrode des Transistors 12 angeschlsosen und ein Widerstand 28 verbindet die Basiselektrode des Transistors 12 mit der Kollektorelektrode des Transistors 14. Zwischen die Basiselektrode des Transistors 10 und die Kollektorelektrode des Transistors 14 ist ein Trennwiderstand 30 geschaltet.

Wie ersichtlich, sind die beiden Transistoren und 14 in eine Gegenkopplungsschleife geschaltet, durch die Schaltungspunkte niedriger Impedanz gebildet werden, wie im folgenden erläutert wird. Die Gegenkopplungsschleife enthält die Emitterelektrode und die Basiselektrode des Transistors 12, den Widerstand 28 sowie die Kollektorelektrode und die Basiselektrode des Transistors 14.

Im folgenden soll der Begriff "V. -Spannung"

die mittlere Basis-Emitter-Spannung eines Transistors bedeuten, der als aktives Schaltungselement in einer Verstärkerschaltung oder dgl. arbeitet. Bei Siliciumtransistoren beträgt die V, Spannung etwa 0,7 Volt, was innerhalb des Bereiches der richtigen V_b -Spannung für Α-Verstärkung liegt. Außerdem sei für die folgenden Erläuterungen angenommen, daß alle Transistoren aus Halbleitermaterial desselben Typs hergestellt sind.

Wenn die Vorspannungsschaltung ihren Gleichgewichtszustand erreicht hat, fällt an den Basis-Emitter-über-

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jbiwis^o BAD OR)QINAt

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g'ängen der Transistoren 12 und 14 jeweils eine Spannung von 1 V_be ab. Von der Emitterelektrode zur Basiselektrode des Transistors besteht ein Spannungsanstieg von 1 V. und von der Emtitterelektrode der Basiselektrode des Transistors 12 besteht ebenfalls ein Spannungeanstieg von 1 V. . Die an den Basiselektroden der Transistoren 14 und 12 bezüglich dem Ilassepotential an der Klemme auftretenden Spannungen betragen daher 1 V_Kä bzw. 2 V_Kq. Da außer dem in der Basisleitung des Transistors 12 nur ein sehr kleiner Strom fließt, ist der Spannungsabfall am Widerstand 28 vernächlässigbar und an der Kollektorelektrode des Transistors 14 erscheint eine Spannung von 2 V_bQ.

Der Verbindungspunkt zwischen der Emitterelektrode des Transistors 12 und der Basiselektrode des Transistors 14 ist ein Schaltungspunkt niedriger Impedanz. Die Impedanz an diesem Verbindungspunkt liegt in der Größenordnung von einem Ohm. Außerdem ist auch der Verbindungspunkt zwischen der Kollektorelektrode des 'Transistors 14 und dem Widerstand 28 ein Schaltungs· punkt niedriger Impedanz, die Impedanz in diesem Funkt ist jedoch nicht ganz so niedrig wie im erstgenannten Funkt. Die Verbindung zwischen der Emitterelektrode des Transistors 12 und der Basiselektrode des Transistors 14 sowie die Verbindung der Kollektorelektrode des Transistors 14 mit dem Widerstand 28 sind also Funkte niedriger Impedanz, an denen stabilisiert· Vorspannungen von 1 V_K_ bzw. 2 V_K_ zur Verfügung stehen. . ue Dc ·

Den Emitterelektroden der Transistoren 10 und 12 wird eine Vorspannung von 1 V_K ' zugeführt. Die Vorspannung von 2 V_be, die an des» Kollektorelektrode des Transietors 14 erscheint wird der Basiselektrode des Transistors 10 über den Isolierwiderstand 30 zugeführt. Wie bereits erwähnt wurde _t entetent auch an der Basiselektrode des Transistors 12 eine Spannung von 2 V^₀. Man beachte _s daß der Differenzverstärker durch die einzige Spannungsquelle , die die Klemme 16 speist _s vollständig vorgespannt wird. .

Der in den Kollektor-Emitter-Streoken der Transistoren 10 und 12 fließende Ruhestrom wird durch die Bemessung

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BA0

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des Widerstandes 24 bestimmt. Da die Spannung, die zwischen der Verbindung 'der Emitterelektroden der Transistoren 10 und 12 mit der Basiselektrode des Transistors 14 einerseits und der Masseklemme 22 andererseits auftritt, 1 V_bQ beträgt, bestimmt die Größe des ¥iderstandes 24 den Stromfluß. Dabei ist selbstverständlich vorausgesetzt, daß der zur Basiselektrode des Transistors 14 fließende Strom im Vergleich mit dem durch den Widerstand 24 fließenden Strom so klein ist, daß er vernachlässigt werden kann. Wie oben bereits erwähnt wurde, stellt ferner die Emitterelektrode des Transistors 12 einen Schaltungspunkt niedriger Impedanz dar und die Emitterelektrode des Transistors 10 ist daher mit einem Sehaltungspunkt niedriger impedanz verbunden Hieraus ergibt sich wiederum, daß die Spannungsverstärkung der Transistoren 10 imd 12 _t von deren Kollektorelektroden Ausgangssignale abgenommen werden, hoch ist. Es tritt also kein nennenswerter Verstärkungsverlust auf.

, Dem stabilisierten Differenzverstärker werden Eingangssignale e^_n an des? Basiselektrode des Transistors 10 zugeführt. Die Alisgangssignale e_Q und e^ des Verstärkers werden an den Kollektorelektrode üer Transistoren 10 bzw. 12 abgenommen. Bezüglich des der Basiselektrode des Transistors 10 zugeführten Eingangssignales ist e_Q das invertierte verstärkte Ausgangssigna-1 _m während e^ das gleichphasige verstärkte Signal darstellt .

Im Betrieb wird ein Signal der Basiselektrode des Transistor» 10 zugeführt und verstärkt, wobei an der. Kollektorelektrode dieses Transistors ein invertiertes Ausgangssignal e_Q auftritt. Das Eingangssignal erscheint ferner am Emitter des Transistors 10, von dem es auf öle Basis des Transistors 14 gekoppelt wird.

Es sei darauf hingewiesen , daß die Verbindung, des Emitters des Transistors 2,0 lült der Basis des Transistors 14 ein Schaltungspunkt niedriger Impedanz ist. An der Basis des Transistors Ik tritt dementsprechend nur ©in sehr kleines Eingangssignal auf,- Das Eingangssignal des Transistors 14 erscheint ver-

BAD

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stärkt und invertiert am Kollektor dieses Transistors, von dem es zur Basis des Transistors 12 gelangt. Der Transistor 12 verstärkt uie an seiner Basiselektrode liegende Eingangssignalspannung und liefert ein invertiertes Ausgangssignal an seiner Kollektorelektrode. Da das ursprüngliche Eingangssignal e.· . das an der Basis des Transistors 10 liegt , zweimal invertiert i</urde, stellt das Ausgangssignal e' eine gleichphasige verstärkte Wiedergabe des ursprünglichen Eingangssignales dar.

Wenn die Widerstandswerte der Widerstände 18 und 20 gleich sind _s haben die Spannungen an den Ausgängen des stabilisierten Differenzverstärkers gleichen Betrag und entgegengesetzte Phase. Wegen der stabilisierten Vorspannungsversorgung sind die Ausgangssignale des Differenzverstärkers auch stabilisiert. Es sei nochmals betont, daß bei keinem der Transistoren ein nennenswerter Verstärkungsverlust auftritt, da die Verbindung der Emitter der Transistoren 10 und 12 ein Sehaltungspunkt niedriger Impedanz ist.

In den Figuren 2 und 3 ist jeweils ein stabilisierter Verstärker mit unsymmetrischem Ausgang dargestellt. Der Verstärker gemäß Figur 2 unterscheidet sich von dem stabilisierten Differenzverstärker gemäß Figur 1 darin ^ daß der Widerstand 18 weggelassen wurde und daß nur ein Ausgangssignal e' von der Kollektorelektrode des Transistors 12 abgenommen wird. In ent-: sprechender Weise unterscheidet sich der Verstärker gemäß Figur 3 von dem stabilisierten Differenzverstärker gemäß Figur 1 darin, daß der Widerstand 20 weggelassen wurde und nur ein Ausgangssignal e_Q von der Kollektorelektrode des Transistors 10 abgenommen

Die Arbeitsweise der in den Figuren 2 und 3 dargestellten Schaltungen ist ähnlich wie die des stabilisierten Differenzverstärkers gemäß Figur 1 und es ergeben sich selbstverständlich ähnliche Vorteile. Die Ausgangssignale e_Q bzw. e^ sind wieder verstärkte Abbilder des der Basiselektrode des Transistors 10 zugeführten Eingangssignales e. Das Ausgangssignal e_n ist

in * υ

bezüglich des Eingangssignales e· invertiert, während das Aus-

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gangssignal e' die gleiche Phase wie das Eingangssignal e. hat.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung gemäß Figur 1 wurden die Bauteile mit den folgenden Werten verwendet:

Widerstand 18 2 kOhm

Widerstand 20 2 kOhm

.Widerstand 24 700 Ohm

Widerstand 26 10 kOhm

Widerstand 23 2 kOhm

Widerstand 30 2 kOhm.

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Claims

Pat ent an3prüche

(T) Transistorverstärkerschaltung, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Transistor (12) sowohl mit einem zweiten Transistor (10) in eine Differenzverstärkerschaltung als auch mit einem dritten Transistor (14) in eine Gegenkopplungsschleife, die eine Vorspannungsschaltung für den Differenzverstärker bildet und hierfür die Emitter-Basis-Strecke des ersten Transistors (12) sowie die Kollektor-Basis-Strecke des dritten Transistors (14) enthält, geschaltet ist und daß in an sich bekannter Weise die Differenzverstärkerschaltung eine Im· ρedanzanordnung, die die Emitterelektroden des ersten und des zweiten Transistors mit einem Bezugspotentialpunkt (22) verbindet sowie eine entsprechende Verbindungsanordnung umfaßt, die die Kollektorelektroden des ersten und zweiten Transistors mit einem Betriebsspannung führenden Schaltungspunkt verbindet und so ausgelegt ist, daß von mindestens einer dieser Kollektorelektroden Ausgangssignale (e_Q, e«_Q) abnehmbar sind, die durch Eingangssignale (e_in)' erzeugt werden, welche der Basiselektrode des zweiten Transistors zugeführt sind.
2. Verstärkerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenkopplungsschleife durch eine einen Widerstand (28) enthaltende Verbindung zwischen der Kollektorelektrode des dritten Transistors (14) und der Basiselektrode des ersten Transistors (12) und eine direkte Verbindung zwischen der Emitterelektrode des ersten.Transistors (12) und der Basiselektrode des dritten Transistors (14) gebildet wird, und daß ein weiterer Widerstand (26) zwischen die Kollektorelektrode des dritten Transistors (14) und den Betriebsspannung führenden Sehaltuogspunkt (16) geschaltet ist.
3. Verstärkerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß der Kollektorkreis des ersten Transistors (12) einen Widerstand (20) enthält, der die Abnahme eines Ausgangssigaales (e'_o) von der Kollektorelektrode dieses Transistors gestattet.

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4. Verstärkerschaltung nach -Anspruch 1 oder 2_}

dadurch gekennzeichnet, daß der Kollektorkreis des zweiten Widerstands (10) einen Widerstand (18) enthält, der die Abnahme eines Ausgangssignales (e_Q) von der Kollektorelektrode dieses Transistors gestattet.
5. Verstärkerschaltung nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, daß die Kollektorkreise des ersten und zweiten Transistors (12, 10) jeweils einen Widerstand (20, 18) enthalten, welche die Abnahme von gegenphasigen Ausgangssignalen (e^ e_Q) von den Kollektorelektroden dieser Transistoren gestatten.
6. Verstärkerschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die mit den Emitterelektroden der als Differenzverstärker geschalteten Transistoren (10, 12) verbundene Impedanzanordnung einen Widerstand (24) enthält.
f. Verstärkerschaltung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Transistoren (1O₃ 12, 14) und Widerstände (18, 20, 24, 26, 28, 30) sowie die ssugehörigen Verbindungen durch eine integrierte Schaltung gebildet werden.
8. Verstärkerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die' Verbindung der Kollektorelektrode mindestens eines der ersten beiden Transistoren (10, 12) mit dem Betriebsspannung führenden Punkt (16) einen Widerstand enthält, der die Abnahme von Ausgangssignalen von der zugehörigen Eollektorelektrode erlaubt, daß der dritte Transistor (1%) mit seiner Kollektorelektrode über einen Widerstand an den Betriebsspannung führenden Punkt (16) und mit seiner Emitterelektrode direkt an den Bezugspotentialpunkt (22)

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angeschlossen ist, daß die Impedanzanordnung ein Widerstand (24) ist j daß die Gegenkopplungsschleife durch eine einen Widerstand (23) enthaltende Yerbindung zxvischen der Kollektorelektrode des dritten Transistors (14) und der Basiselektrode des ersten Transistors (12) soiiie eine unmittelbare Verbindung zwischen der Emitterelektrode des ersten Transistors (12)und der Basiselektrode des dritten Transistors (14) gebildet wird, und daß ein weiterer widerstand (30) zxtfischen die Kollektor elektrode des " dritten Transistors (14) und die Basiselektrode des zweiten Transistors (10) geschaltet ist.

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