DE2109221A1 - Vorspannungsanordnung für einen Verstarkertransistor - Google Patents

Description

75 - Paris 16d/Frankreich

Vorspannungsanordnung für einen Verstärkertransistor

Die Erfindung bezieht sich auf Ysrspannungsanordaungen für Verstärkertransistoren.

Transistorverstärker können nmr dann eine befriedigende linearität beibehalten, wenn die ihren Arbeitspunkt bestimmende Basis-Emitter-Vorapannung einen Wert aufweist, der genau einer gegebenen Temperatur der Übergänge der Transistoren entspricht.

Es ist daher in der Praxis notwendig, den Wert dieser Vorspannung in jedem Augenblick der Temperatur der Übergänge nachzuregeln, wobei diese Temperatur \^ron der Umgebungstemperatur und der Verlustleistung in den Übergängen abhängt.

Es ist bekannt, zu diesem Zweck eine Flächendiode zu verwenden, deren Temperatur oder wenigstens Temperaturänderungen mit den entsprechenden Werten der Transistorübergänge übereinstimmen, und die Klemmenspannung der Diode zur Ausbildung der Vorspannung zu verwenden.

Lei/Ba

109837/1505

Nach der gegenwärtigen Technik liegt die Diode aber in den meisten Fällen auf dem Kühler möglichst nahe bei den transistoren. Es hat sich in der Praxis herausgestellt, daß wegen des Wärmewiderstandes dieser Teile die Temperaturdifferenz zwischen den Tran3i3torüborgängen und der Diode nicht konstant ist, wenn die Transistoren schnellen Änderungen der Verlustleistung unterworfen -sind, wie es bei der Verstärkung von modulierten Hochfrequenzsignalen oft vorkommt.

Daraus ergeben sich beträchtliche Fehler bei der Ausbildung der Vorspannung und daherVerserrungen und im Grenzfall sogar eiie Zerstörung der Transistoren.

Das Ziel der Erfindung ist die Vermeidung dieser Nachteile.

Nach der Erfindung ist eine Vorspannungsanordnung für einen Verstärkertransistor mit einer Spannungsquelle, die eine in Abhängigkeit von der Temperatur eines Beaug3-elements veränderliche Bezugsspannung liefert, gekennzeichnet durch eine Anordnung, die eine Zusatzspannung liefert, die von der Verlustleistung des Transistors abhängt, und durch eine Anordnung, die eine Vorspannung abgibt, die von der Bezugsspannung und von der Zusatzspannung abhängt.

Ein Aasführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Darin zeigen:

Fig.1 das Prinzipschema eines Ausführungsbeispiela der erfindungsgemäSem Vorspannungsanordnung und

Fig.2 das genauere Schaltbild eines Teils der Anordnung von Fig.1.

109837/1505

Fig.1 seißt einenTransistorverstärker 1 rait einem Eingang E, der sum Empfang der au verstärkenden Signale bestimmt ist, einem Ausgang 3, der die verstärkten Signale abgibt, einem Vorspannungseingang 2 und zwei Hilfsausgängen umi 13, die, v/ie später an Hand von Mg.2 erläutert wird, zwei Spannungn abgeben, deren Produkt Vp proportional zu der Verlustleistung des Transistorverstärker ist.

Diese beiden Spannungen v/erden miteinander in einer Multipli7,ierschaltuug 11 multipliziert, deren Ausgang mit dem invertierenden Eingang 9 einen Differensrechenverstärlters über eine Zeitkonstantenschaltung 10 verbunden ist. Der andere Eingang dß3 Verstärkers 3 ist über einen Widerstand 6 mit einer Spanriungsquelle 5 und über einen"'Widerstund 8 mit einer Spannungsquelle 7 verbunden.

Die Spannungsquelle 7 ist eine klassische UezugKspannungsquelle, die eine Flächendiode enthält, die in der Umgebung des Transistors des Verstärkers 1 montiert ist und eine Spannung V_R liefert, die sich in Abhängigkeit von der Temperatur des Übergangs dieaer Diode ändert.

Die Spannungsquelle 5 ist eine Hilfsspannungsquelle, die dazu bestimmt ist, die Aufangseinstellung der Vorspannung zu erleichtern. Sie liefert eine stabile Gleichspannung Vq von einstellbarem positive oder negativem Wert, die zu der Spannung V_R am Eingang 4 des Differenzverstärkers 3 addiert wird.

Von der resultierenden Spannung V_R+ Y_Q wird in dem Differenzverstärker 3 die von der Multiplizierschaltung 11 gelieferte Spannung Vp abgezogen.

^e*0 QHiQtHAL

— «J —

Diese Spannung Vp steigt also mit der VerlustIeiötung an. aber die resultierende Vorspannung V_n, die dem Eingang 2 vom Verstärker 3 zugeführt wird, muß { dem .Absolutwert nach , falls sie negativ ist) abnehmen, wenn diese Leistung wächst, damit der Arbeitspunkt des Verstärkers 1 festgehalten wird.

Es gilt

⁷S ^{β y}R ^{+ V}G - ⁷P

Die Zeitkonstantenschaltung 10 hat dan Zweck» das Auftreten der Spannung Vp mit der thermischen Zeitkonstante der Transistoren zu harmonisieren; oie kann mit Hilfe einer einfachen RC-Schaltutig bekannter Art realisiert werden.

Es ist noch au zeigen, wie die beiden an den Klemmen und 13 erscheinenden Spannungen erhalten werden, deren Produkt die Verlustleistung darstellen muß.

Eig.2 zeigt ein Schaltungsbeiapiel , mit dem diese Spannungen erhalten werden können.

In Fig.2 sind wieder die Eingänge bzw. Ausgänge E, 2, S, 12 und 13 des Verstärkere 1 von Pig.1 zu finden. Im vorliegenden Fall wird angenommen, daß es sich um einen npn-Tranaistor in Emitterschaltung handelt.

Der Kollektor 21 des npn-'fransistors 20 ist an eine Stromversorgungsklemme 22 über eine Lastimpedanz 23 in Serie mit einem Widerstand 24 angeschlossen, sowie an eine Klemme 25 über eine Diode 26 und ein Potentiometer 27, dessen Abgriff mit dem Ausgang 13 verbunden ist. Die

109837/1505 BAD

_ 5 —

der Impedanz 23 und dem Widerstand 24 gemeinsame Klemme ist direkt mib der Klemme 25 und über einen Entkopplungskondenoator 29 mit Masse verbunden. Der getaeinaamö Schalfcimgspunkt zwischen der Diode 26 und dem Potentiometer 27 ist über einen Kondensator 30 mit Masse verbunden.

Es sei V. die positive Spannung, die aur Stromversorgung des Transistors an die Klemme 22 angelegt wird. Die Kondensatoren 29 und 30 besitzen vernachlässigbare Impedanzen für die Hochfrequonzsignale und große Impedanzen für die ModulatLonakomponenten. Der Widerstand 24, dessen Wert klein gegen die Lastimpedanz 23 iet, wird von dem mittleren Gleichstrom I- des Transistors durchflossen, dem die zwischen den Klemmen 22 und 25 erscheinende Spannung V. proportional ist. Dieae Spannung V^ wird am Ausgang 12 eines Differenzverstärkers 50 abgenommen, dessen beide Eingänge mit der einen bzw. der anderen Klemme des Widerstands 24 verbunden sind. Ferner werden die an den Klemmen der Impedanz 23 erscheinenden Verstärkten Hochfrequenzsignale von der Diode 26 gleichgerichtet, so daß ihr Spitzenwert V_M an den Klemmen des Potentiometer» 2-7 erscheint.

Bekanntlich gilt im reinen B-Betrieb:

worin I_c der Hochfrequenz-Spttzenstrom.ist. Wenn die mittlere abgegebene leistung mit W^ bezeichnet wird, gilt ferner:

¹M 2 ~ Z

109837/1505

6 - 2100221

Die sugöführte Leistung W, ist gegeben durch:

^WA " V ¹M

Die Verlustleistung VL, des Transistors beträgt aieo:

^WD = ^WA - ^WH

(Wegen des kleinen Wertes des Widers bands 24 wird die an der Klemme 25 erscheinende SbrotaversorgungSij|>annung näherunguwoise der Spannung V, gleichgesetzt),

Durch eine geeignete Einstellung des Potentiometers 27 ist es möglich, zwischen den Punkten 28 uud 25 eine Spannung des Werfcea %Yyj2 erscheinen au lassen. Die zv/iachen dem Punkb 28 und Masse erscheinende Spannung V,r beträgt al3o :

Daraus folgt:

worin k ein Proportionalitätsfaktor ist.

Die von der Multiplizierschaltung 11 gelieferte Spannung Vp ist somit der Verlustleistung Wjj proportional; es gilt nämlich:

Τ— 1Γ ♦ V · JT

OWGlSAL INSPECTED 109837/1505

iVirin enthält K außer dem zuvor erwahnten Koeffizient k don th^rtaisehen Widerstandskoeffizienten der Transistoren, der den Teiqaaturanstieg pro Watt Verlustleistung darstellt und den Temperaturkoeffizient der Vorspannung ia Volt pro Grad, der in der Gx'ößenordnung von 1,5 biii 2 mV/°C liegt, v/obei dessen negatives Vorzeichen duroli die im Differenzverstärker 3 durchgeführte Subtraktion erhalten wird.

Der Viert von K wird offensichtlich durch eine geelguete derMiiltiplizierschaltung 11 erhalten,

Fü> die Berechnung ist eine vollkommene Linearität und eine strenge Einhaltung des B-Betriebo vorauagoaefczt doch bleiben sie praktisch auch für einen Aß-Betriel) gültig.

Pi«.· in der suvor angegebenen Weise erhaltene Ausgangsspannung V des Verstärkers 3 von Fig.1 wird der Basis diiG Transistors 20 über eine Drosselspule 51 zugeführt, deren Impedanz für Gleichstrom vernachläjsigbar ist.

Im Fall eines symmetrischen Verstärkers mit zwei Transistoren, die beispielsweise wie der einzige Transistor von Fig.2 in Emitterschaltung geschaltet sind, kann die Spannung Y^ an den Klemmen eines Widerstands abgenommen werden, der in den gemeinsamen Stroraveraorgungskreis der beiden Transistoren eingefügt ist, und die Spannung Vj- kann mit Hilfe einer Schaltung der in Pig.2 gezeigten Art erhalten werden, die nur einen der beiden Transistoren berücksichtigt, da den Basen dex* beiden Transistoren die gleiche Vorspannung zugeführt wird.

Patentansprüche

BAD

109837/1^05

Claims (4)

Patentansprüche

1.) Vorspanmmgsanordnung für einen Verstärkertransistor mit einer Spannungsquelle, die eine in Abhängigkeit von der Temperatur eines Bezugselementes veränderliche Bezugsspannung liefert, gekennzeichnet durch eine Anordnung, die eine Zusataspannung liefert» die von der Verlustleistung des Transistors abhängt, und durch eine Anordnung, die eine Vorspannung abgibt, die von der Bezugsspannung und von der Zusatzspannung abhängt·

2. Vorspanuungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die Zusatzspannung liefernde Anordnung eine Schaltung zur Bildung von zwei Spannungen enthält, die dem mittleren Speisestrom des Transistors bzw. der von ihm gelieferten Spitzenspannung proportional sind, sowie eine Multiplizierschaltung mit einstellbarer Verstärkung, die eine dem Produkt dieser beiden. Spannungen proportionale Spannung als Zusatzspannung abgibt.

3. Vorspannungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die die Susataspannung liefernde Anordnung eine Verzögerungsschaltung enthält, deren Zeitkonstante in der Fähe der thermischenZeitkonstante des Transistors liegt.

4. Vorspannungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die die Vorspannung abgebende Anordnung ein Differenzverstärker ist.

109837/1505