DE2046357B2 - Stromverstaerker - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Stromverstärker, bei dem der Signalstrom der Basis eines ersten Transistors zugeführt wird, dessen Emitter der verstärkte Signalstrom entnommen wird und dessen Kollektor mit der ersten Klemme einer Speiseklemme verbunden ist. In einem bekannten Stromverstärker dieser Art ist der Emitter des ersten Transistors vom npn-Typ mit einer Speiseklemme über die Emitter-Kollektor-Strecke eines zweiten Transistors vom pnp-Typ verbunden. Die Basis des ersten Transistors ist mit derselben Speiseklemme nacheinander über zwei Dioden und eine Stromquelle verbunden. Die Basis des zweiten Transistors ist mit dem von der Speiseklemme abgekehrten Anschlußende der erwähnten Stromauelle verbunden. Bei diesem bekannten Stromden in den Emitterleitungen des ersten und des zweiten Transistors häufig kleine Widerstände angebracht. Dies hat einerseits den Nachteil, daß die Ausgangsimpedanz des Stromverstärkers erhöht wird, und andererseits, daß bei Aussteuerung durch den Spannungsabfall über den beiden Widerständen der erste und der zweite Transistor der Reihe nach gesperrt werden, wodurch sich bei den Nulldurchgängen des verstärkten Signals Linearitätsprobleme ergeben.

Die Erfindung bezweckt, eine Lösung für die oben beschriebenen Schwierigkeiten zu schaffen, und ist dadurch gekennzeichnet, daß der Emitter des ersten Transistors über wenigstens eine erste Diode und die Emitter-Kollektor-Strecke eines zweiten Transistors mit der zweiten Klemme einer Speisequelle verbunden ist und daß die Basis des ersten Transistors über wenigstens eine zweite Diode, die Emitter-Kollektor-Strecke eines dritten Transistors und ein strombestimmendes Glied mit derselben Speiseklemme verbunden ist und daß die Basis des dritten Transistors mit der Verbindungsleitung zwischen der ersten Diode und dem Emitter des zweiten Transistors und die Basis des zweiten Transistors mit der Verbin-

dungsleitung zwischen dem dritten Transistor und dem strombestimmenden Glied verbunden ist.

Die Erfindung wird nachstehend für ein Ausführungsbeispiel an Hand der Zeichnung aäher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 den Stromverstärker nach der Erfindung,

Fig. 2 eine andere Ausführungsform des Stromverstärkers nach der Erfindung und

Fi g. 3 einen Pseudo-pnp-Transistor.

In F i g. 1 ist der Kollektor des ersten Transistors T₁ über einen Widerstand R₁ mit der positiven Klemme der Speisespannungsquelle E verbunden. Der Emitter des Transistors T₁ ist nacheinander über die erste Diode D₁, die Emitter-Kollektor-Strecke des zweiten Transistors T₂ und den Widerstand R₂ mit der negativen Klemme der Speisespannungsquelle £ verbunden. Die Basis-Elektrode des Transistors T₂ ist über ein strombestimmendes Glieds mit der negativen Klemme der Speisespannungsquelle E verbunden. Das strombestimmende Glied kann sowohl ein Widerstand wie auch eine Stromquelle sein. Die Basis des Transistors T₁ ist nacheinander über die zweite Diode D₅, und die Emitter-Kollektor-Strecke des dritten Transistors T_s mit der Basis des Transistors T₂ verbunden. Die Basis des Transistors T₃ ist mit dem Emitter des Transistors T₂ verbunden. Die Basis des Transistors T₁ ist mit dem Emitter des als Emitterfolger geschalteten Transistors T₀ verbunden. Das zu verstärkende Signal kann der Basis des Transistors T₀ zugeführt werden. Das verstärkte Signal kann dem Emitter des Transistors T₁ über z. B. die Impedanz Z entnommen werden, wie in dieser Figur gestrichelt dargestellt ist.

Die Wirkungsweise des Stromverstärkers nach der Erfindung ist folgende: Die Transistoren T₁, T₂ und T₃ und die Dioden D₁ und D₂ bilden eine gesteuerte Stromquelle. Die Meßdiode dieser Stromquelle wird durch die Reihenschaltung der Diode D₁ und der Basis-Emitter-Diode des Transistors T₁ gebildet. Die Spannung über dieser Meßdiode ist unter allen Umständen gleich der Summe der Spannungen über der Diode D₂ und der Basis-Emitter-Diode des Transistors T₃. Der Ruhestrom durch die Meßdiode wird mit dem das strombestimmende Glied S durchfließenden Strom verglichen. Wenn nun der Ruhestrom durch die Meßdiode und somit auch der Ruhestrom durch die beiden Transistoren T₁ und T₂ von dem durch das strombestimmende Glied S fließenden Strom verschieden ist, wird der Ruhestrom über den Kollektor des Transistors T_? auf die Basis des Transistors T₂ rückgekoppelt, bis der Ruhestrom durch die Transistoren T₁ und T₂ wieder gleich dem das strombestimmende Glied S durchfließenden Strom geworden ist. Obgleich die Summe der Spannungen über der Diode D₁ und der Basis-Emitter-Diode des Transistors T₁ konstant sein wird, kann der Strom durch die Diode D₁ von dem den Transistor T₁ durchfließenden Strom sehr verschieden sein, und zwar wenn eine Ausgangsimpedanz Z zwischen dem Emitter des Transistors T₁ und einem Punkt konstanten Potentials angeordnet wird, wie in Fig. 1 gestrichelt dargestellt ist. Der Strom durch den Transistor T₁ wird größer, wenn die Ausgangsspannung am Emitter des Transistors T₁ ansteigt. Die Basis-Emitter-Spannung des Transistors T₁ nimmt also zu. Well die Summe der Spannungen über der Diode D₁ und der Basis-Emitter-Diode des Transistors T₁ konstant ist, wird die Spannung über der Diode D₁ um einen gleichen Betrag abnehmen, wie die Spannung über der Basis-Emitter-Oiode des Transistors T₁ zunimmt. Dies bedeutet, daß, wenn der Strom durch den Transistor T₁ "leich / · / geworden ist, der Strom durch die Diode

S D₁ gleich /// sein wird, wobei / der das strombestimmende Glied 5 durchfließende Strom ist. Wenn das Ausgangssignal am Emitter des Transistors T₁ abnimmt, tritt der umgekehrte Effekt auf. Der Strom durch den Transistor T₁ wird nun jedoch abnehmen,

ίο wenn der Strom durch die Diode D₁ zunimmt. Der Höchstausgangsstrom, der durch die Belastung Z fließen kann, ist gleich dem Strom / multipliziert mit dem Basis-Kollektor-Stromverstärkungsfaktor β des Transistors T₂.

Die Tatsache, daß die Basis-Emitter-Spannung des Transistors T₂ die Einstellung des Ruhestroms durch die Transistoren T₁ und T₂ nicht mitbestimmt, ergibt den Vorteil, daß der Transistor T₂ ohne weiteres durch einen Pseudo-pnp-Transistor ersetzt werden

ao kann, wie er in F i g. 3 dargestellt ist. In der Schaltungsanordnung wird dann der Transistor T₂ fortgelassen und werden die Anschlüsse A, B und C des Pseudo-pnp-Transistors nach F i g. 3 mit den entsprechenden Punkten A, B und C der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 verbunden. Wenn dieser Pseudopnp-Transistor in der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 angebracht wird, wird der Vorteil erhalten, daß der Höchstwert des mit dem Stromverstärker erzielbaren Ausgangsstroms größer wird. Der Strom

ist in diesem Falle gleich β I · Ampere, wobei β den Basis-Kollektor-Stromverstärkungsfaktor des npn-Transistors T₂₂ der F i g. 3 darstellt. Der Stromverstärkungsfaktor β des Transistors T₂₂ ist viel größer als der entsprechende Stromverstärkungsfaktor des pnp-Transistors T₂ der Fig. 1. Ein derartiger Ersatz ist bei dem bekannten oben beschriebenen Stromverstärker nicht möglich.

Wegen des Fehlens der Widerstände in den Emitterleitungen der Transistoren T₁ und T₂ ist die Aus-

gangsimpedanz des Stromverstärkers nach Fig. 1 viele Male kleiner als die Ausgangsimpedanz des bekannten Stromverstärkers. Außerdem bringt das Fehlen der vorerwähnten Widerstände mit sich, daß sowohl der Transistor T₁ als auch der Transistor T₂ bei

Aussteuerung nie gesperrt werden, weil die Ströme durch die Transistoren T₁ und T₂ logarithmisch zu Null gehen. Dadurch sind im Vergleich zu dem bekannten Stromverstärker viel kleinere Ruheströme durch die Transistoren T₁ und T₂ zulässig, während

sich bei den Nulldurchgängen des verstärkten Signals viel weniger Linearitätsprobleme ergeben.

Bisher wurde stets davon ausgegangen, daß der Ruhestrom durch die Transistoren T₁ und T₂ stets gleich dem durch das strombestimmende Glied 5 fließenden Strom / sein muß. Unter bestimmten Bedingungen, insbesondere z. B. im Zusammenhang mit Bandbreite, Stabilität und Stromverbrauch, kann es günstig sein, wenn der Ruhestrom nicht gleich dem durch das strombestimmende Glied S fließenden Strom / gewählt wird. Zu diesem Zweck wird z. B. die Emitteroberfläche des Transistors T₈ größer als die Emitteroberfläche der Diode D₂ gewählt, während die Emitteroberfläche der Diode D₁ größer als die Emitteroberfläche des Transistors T₁ gewählt wird,

wobei der Quotient der Oberflächen der Diode D₂ und des Transistors T₁ gleich dem Quotienten der Oberflächen des Transistors T₃ und der Diode D₁ bleibt.

Die Widerstände A₁ und R₂ können gleich Null gemacht werden. Dies ergibt den Vorteil, daß der Aussteuerbereich des Stromverstärkers dann maximal ist.

Wenn der Ausgangsstrom nicht genügend ist, kann die Schaltungsanordnung nach Fig. 1 auf einfache Weise erweitert werden, wie in F i g. 2 dargestellt ist. Die Basis des Transistors I₄ ist mit dem Kollektor des Transistors T₁ verbunden, während der Emitter des Transistors T₁ mit der positiven Klemme der Speisespannungsquelle E verbunden ist. Die Basis des Transistors T₅ ist mit dem Kollektor des Transistors T₂ verbunden, während der Emitter des Transistors T₅ mit der negativen Klemme der Speisespannungsquelle £ verbunden ist. Die Kollektoren der Transistoren T₄ und T₆ sind mit dem Emitter des Transistors T₁ verbunden, welcher Emitter außerdem über die Ausgangsimpedanz Z mit einem Punkt konstanten Potentials verbunden ist. Die Widerstände R₁ und R₂ sind derart gewählt, daß für kleine Eingangssignale an der Basis des Transistors T₀ die beiden Transistoren T₄ und T₅ gesperrt bleiben. Bei zunehmendem Eingangssignal werden zu einem gewissen Zeitpunkt die beiden Transistoren T₄ und T₅ entsperrt werden, weil die über den Widerständen R₁ und A₂ erzeugten Spannungen genügend groß werden. Zu dem erwähnten Zeitpunkt ist der Gesamtausgangsstrom gleich der Summe der Ströme durch die Transistoren T₁ und T₄ oder gleich der Summe der Ströme durch die Transistoren T₂ und T₅. Durch die Summation der Ströme wird erreicht, daß die Frequenzeigenschaften der Transistoren T₄ und T₅ die

Übertragungskennlinie zwischen dem Eingang und dem Ausgang des Stromverstärkers nicht mit bestimmen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Stromverstärker, bei dem ein Signalstrom der Basis eines ersten Transistors zugeführt wird, dessen Emitter der verstärkte Signalstrom entnommen wird und dessen Kollektor mit der ersten Klemme einer Speisequelle verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der verstärker wird mit Hilfe der beiden Dioden und der Stromquelle der Ruhesuom des ersten und des zweiten Transistors eingestellt. Durch die beiden Dioden wird ein konstanter Strom geschickt, wodurch über den beiden Dioden eine Spannung V₀ auftritt. Diese Spannung ist also zwischen der Basis des ersten Transistors und der Basis des zweiten Transistors vorhanden. Dadurch fließt nun durch den ersten und den zweiten Transistor ein Strom, der etwa gleich, dem

Emitter des ersten Transistors (T₁) über wenig- io konstanten durch die beiden Dioden fließenden Strom stens eine erste Diode (D₁) und die Emitter-Kol- ist. Wenn nun die Spannung F₀ über den beiden lektor-Strecke eines zweiten Transistors (T₂) mit Dioden z. B. infolge einer Änderung in der Tempeder zweiten Klemme einer Speisequelle (E) ver- ratur geändert wird, bleibt der durch den ersten und bunden ist, daß die Basis des ersten Transistors den zweiten Transistor fließende Strom konstant, weil (T₁) über wenigstens eine zweite Ditfde (D₂), die 15 der durch die Dioden fließende Strom auch konstant Emitter-Kollektor-Strecke eines dritten Transi- ist.
stors (T₃) und ein strombestimmendes Glied (S)
mit derselben Speiseklemme verbunden ist und

daß die Basis des dritten Transistors (T₃) mit der Der bekannte Stromverstärker hat den Nachteil, daß der den ersten und den zweiten Transistor durch-

fließende Strom nie genau dem die beiden Dioden

Verbindungsieitung zwischen der ersten Diode ao durchfließenden Strom gleichgemacht werden kann. (D₁) und dem Emitter des zweiten Transistors Dks ist auf den bei Transistoren auftretenden

sogenannten »Early«-(Früh-)Effekt zurückzuführen. Der durch einen Transistor fließende Strom wird nämlich nicht nur durch die Basis-Emitter-Spannung die.'.es Transistors, sondern auch durch seine Kollektor-Emitter-Spannung bestimmt. Die beiden Dioden

\iS*J UIlU UbIIl JLvllllltl-l UbO CWWHVll X 1 CUIOAoLVfA ö (T₂) und die Basis des zweiten Transistors (T₂) mit der Verbindungsleitung zwischen dem Kollektor des dritten Transistors (T₃) und dem strombestimmenden Glied (S) verbunden ist.

2. Stromverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollektor des zweiten Transistors (T₂) über einen Widerstand (R_i2) nü* der Speiseklemme verbunden ist, daß der Emitter des oben beschriebenen Stromverstärkers sind als zwei Transistoren zu betrachten, deren Basen und Kollektoren miteinander verbunden sind. Dies be-

des zweiten Transistors mit dem Kollektor eines 30 deutet, daß die Kollektor-Emitter-Spannung dieser

weiteren Transistors (T₂₂) verbunden ist, der von einem dem des zweiten Transistors (T₂) entgegengesetzten Leitungs-Typ ist und dessen Basis mit dem Kollektor des zweiten Transistors (T₂) verals Dioden geschalteten Transistoren gleich O Volt ist. Die Kollektor-Emitter-Spannung des ersten und des zweiten Transistors ist aber gleich der halben Speisepannung, die zwischen den Kollektor-Elektroden des

bunden ist, und daß der Emitter des weiteren 35 ersten und des zweiten Transistors angelegt ist. Da-Transistors (T₂₂) mit der zweiten Klemme einer durch wird der durch den ersten und den zweiten Speiseklemme verbunden ist. Transistor fließende Ruhestrom größer als der durch

die beiden Dioden fließende Strom sein, und zwar größer, je nachdem die angelegte Speisespannung

3. Stromverstärker nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollektoren des

ersten und des zweiten Transistors über je einen 40 größer ist Der oben beschriebene »Early«-Effekt tritt

Widerstand (R₁, R₂) mit einer Speiseklemme ver- in erheblichem Maße bei horizontalen pnp-Transi-

bunden sind und daß die Widerstände von der stören auf, wodurch der Ruhestrom im bekannten

Basis-Emitter-Strecke je eines Transistors (T₄, T₈) Stromverstärker von dem durch die beiden Dioden

überbrückt sind und daß die Kollektoren dieser fließenden Strom sehr verschieden sein kann. Um

Transistoren mit dem Emitter des ersten Transi- 45 diese Ungleichheit von Strömen auszugleichen, wer-

stors verbunden sind.