DE2126360A1 - Verstärkerschaltung - Google Patents

Description

PHN. 4908. ;,, . . .-Mi Scholz Wij/RV.

AnmeJdar: ^ γ. philips' Gloeüamponfabrieken ^L ' ^{Z D ö} ° ^U

Akte No. PHN- 4908

Anmeldung vom ι 26. Mai 1971

"Verstärkerschaltung".

Die Erfindung bezieht sich auf eine TranaistorverstErkerschaltung ait mindestens einem Transistor, dessen Kollektor-Emitterstrecke aus einer Speisequelle gespeist wird, während die Basis dieses Transistors mindestens über einen Widerstand mit Hilfe einer der Spannung der genannten Speisequelle proportionalen Spannung einen Einstellstroa zugeführt bekommt.

Bei Verstärkerschaltungen dieser Art tritt der Nachteil auf, dass bei einer Abweichung der Speisespannung von der Nennspannung bei voller Aussteuerung eine asymmetrische Verzerrung auftritt.

Die Erfindung bezweckt, diesen Nachteil auszuschalten.

Eine Trans^storverstärkerschaltung der eingangs genannten Art weist nach der Erfindung das Kennzeichen auf, dass die Basis weiter mit einer Quelle verbunden ist, die einen weiteren Einstellstrom liefert,

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der den Einfluss der Emitter-Basisspannung ausgleicht, sodass der Basiseinstellstrom des genannten Transistors der genannten Speisespannung praktisch proportional ist.

Durch den ausgleichenden Basiseinstellstrom kann die Einstellung des Transistors bei schwankender Speisespannung immer derart bleiben, dass eine symmetrische volle Auesteuerung möglich ist. Dies ist insbesondere von Bedeutung beispielsweise für die Endstufen batteriegespeister Eapfänger oder für die Steuerstufen derselben.

Aueführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen

Fig· 1 ein vereinfachtes Schaltbild einer erfindungsgemäesen Traneistorverstärkerstufe,

Fig. 2 eine idealisierte Kollektorspannung-Stromkennlinie

zur Erläuterung der Änderung des Einstellpunktes einer Stufe nach Fig. 1,

Fig. 3 ein vereinfachtes Schaltbild einer in einen Rundfunkeapfänger aufgenoaraenen Transistorverstärkerschaltung nach einer weiteren Ausarbeitung der Erfindung.

In Fig. 1 iet der Emitter eines npn-Transistors 1 über einen Widerstand 3 alt einem Anschluss O und der Kollektor über eine Belastungsimpedanz 5 mi* einem Anschluss + einer Speieequelle mit einer Spannung ü verbunden* An die Belastungsimpedanz 5 ist ein Ausgang 7 angeschlossen, der auf galvanischem Wege oder über einen Trennkondensator bzw. -transformator mit des Kollektor und der Belastungsimpedanz verbunden sein kann.

Die Basis des Transistors 1 ist nit einen Eingang 9, über einen Widerstand 11 mit einer ersten Quelle 1J, die eine der Spannung U proportionale Spannung kü und einen Einstellstrom I^ abgibt, und mit einer zweiten Quelle 15 verbunden, die der Basis einen weiteren Einatellstrom i_

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liefert.

Darin ist:

Der gesamte der Basis zugeführte Einstellstrom ist nun i - I_{1 +} I₂.

kU - U„

^{1 R}11

U_? .■ die Spannung an der Basis dee Transistors 1 gegenüber

der Klemme 0

¹I=¹¹I ⁺ V₃

TJ » die Basis-Emitterspannung des Transistor» 1

i ■ der Kollektorstrom «<Λ'ΐ
c

⁷^' « der Stromverstärkungsfaktor des Transistors 1.

Daraus folgt:

kü - U -<K'iR,

11

+ i.

und folglich iet

^Ü1

(1)

In Fig. 2 sind in einer Kollektorspannung-Strom-(TJ -I)-

CC

Kennlinienschar zwei Linien 17 und I9 angegeben, die durch einen zur gewünschten Speisespannung U gewählten Arbeitepunkt P gehen.

Die Linie 17, PP¹, zeigt bei einer sich ändernden Speisespannung U die Verschiebung des Arbeitspunktes P, wenn, wie üblich, nur der Einstelistron i der Basis zugeführt wird (i₂ - 0 in der Formel (1) ). Bei einer niedrigeren Speisespannung U' liegt der Arbeitspunkt in P*. Eine symmetrische Vollaussteuerung war im ursprünglichen Arbeitspunkt P möglich, nicht aber ira neuen Arbeitspunkt P¹.

Die Linie 19, PP", stellt bei einer Änderung der Speisespan-

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nung U die Verschiebung des Arbeitspunktes P dar, wenn ausser dem Einstellstrom I₁ auch ein Einstellstron i_ der Basis erfindungsgemäss zugeführt wird. Bei der niedrigeren Speisespannung U¹ liegt der Arbeitspunkt nun in P" und eine symmetrische Vo11aussteuerung ist nach wie vor möglich.

Damit man den Arbeitspunkt P der Linie 19 entlang laufen

lassen kann, wird in der Formel (i) das Glied (i„ - ■=— ) » 0 sein müssen

^{2 R}11 U und der zusätzlich gelieferte Basiseinstellstrom also i_o » ·=— (2).

Der Einfluss der Basis-Emitterspannung U₁ wird dann vom Einstellstrom i_ ausgeglichen. Es dürfte einleuchten, dass ein einigermaesen abweichender Wert von i„ auch bereits eine Verbesserung in der

ψ Aussteuerungssymmetrie ergibt.

Der Strom i₂ lässt sich auf einfache Weise erhalten, wenn der Widerstand R₇. so klein ist, dass die Spannung daran gegenüber der BasiB-Eaitterspannung U klein ist. U entspricht dann etwa U . Wenn die Quelle 15 durch eine Spannungsquelle mit einer Spannung, die U₁ in Reihe mit einem Widerstand proportional ist, gebildet wird, lässt sich die gestellte Bedingung leicht erfüllen. Diese Spannung kann beispielsweise von einer Anzahl von einem Strom durchflossener Moden in Reihe oder von einer Schaltungsanordnung, wie diese in Fig. 3 dargestellt ist, herrühren. Bei

~ Verwendung eines grösseren Emitterwideretandes wird beispielsweise diese Diodenreiheschaltung noch ein Widerstand enthalten müssen und diese Schaltungsanordnung wird von einer Spannung gespeist werden müssen, die der Speisespannung U proportional ist. Letzteres ist wie folgt ersichtlich.

Vorausgesetzt, der Strom i_ wird von einer Spannungsquelle U._c

2

mit einem Innenwiderstand R₁,. geliefert.
Nach der Forael (i) muss

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^R* TI ^U1

R₁₁ R₁₁ 2 R₁₁ darin ist gemäss (2) i_o - ^F1 (2)

⁵^

und folglich ist

i (1 +*· p- ) -kf-

^{R R}

. i

IT (3)

weiter ist U₂ - U₁ +oC»iR ; (3) eingesetzt ergibt

U-U₊ <Λ· = U

2 1 η. ₁ + (A.¹ K,,

gemÄes (2) muss

i_ ■ 0— sein. 2 R_n

kR Nun ist auch» _TT „ ., 3

_i U₁₅ -U₂ ^ΰι₅-^ϋι-^ R₁₁ ^

² " ^R15 " ^R15

1 ili 1 1 3

folglich ^— » ^-^ - ^— - r— ^ . _ll} TJ

R₁₁ R₁₅ R₁₅ R₁₅ R₁₁ +^ R

daraus folgt:

L ^k«^IR

11 (l- -JlL -L 5

^R15 ^{U ++}

15 - ^{(1 +} S^ > ^H1 ⁺ » (4)

Die Spannung U₁. muss bei Verwendung eines Eaitterwiderstandes R, also aus einen U , d.h. der Basis-Eeitterspannung des Transistors 1» proportionalen Teil und einen U, d.h. der Spannung der Speisequelle proportionalen Teil zusammengestellt sein« was sioh ait der obengenannten Schaltungsanordnung auf einfache Weise erzielen laset.

In Fig. 3 sind für entsprechende Teile dieselben Bezugszeichen verwendet wie in Fig. 1. Der Transistor 1 ist als Steuerstufe fGr

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eine Reihengegentaktendstufe mit einem npn-Transistor 21 und einem pnp-Transistor 23 geschaltet.

Der Kollektor dee Transistors 21 liegt am + -Anschluss der Speisequelle U, der Emitter ist mit dem Emitter des Transistors 23 verbunden, dessen Kollektor am Null-Anschluss der Speisequelle U liegt.

Die Basis des Transistors 23 liegt am Kollektor des Transistors 1, der weiter über eine Reihenschaltung aus einer Anzahl Widerstände 25» 27 und 29 und einem Lautsprecher 31 an der +-Klemme der Speise· quelle U liegt.

Die Verbindung des Widerstandes 29 mit dem Lautsprecher 31 liegt wechselspannungsmässig über einen Kondensator 33 an den Emittern der Transistoren 21 und 23.

An den Emittern dieser Transistoren liegt weiter der Widerstand 11, wodurch der Einstellstrom i. der Basis des Transistors 1 geliefert wird. Der Widerstand 11 ist wechselspannungsmässig durch einen Kondensator 35 überbrückt.

Der Einstellstrom i_ für die Basis des Transistors 1 wird über einen Widerstand 15 erhalten, der mit dem Kollektor eines npn-Transistors 37 verbunden ist. Für Wechselspannung ist der Widerstand 15 durch einen Kondensator 39 überbrückt. Der Transistor 37 bildet einen Teil einer vorhergehenden Verstärkerstufe und ist mit dem Kollektor über einen Widerstand an den +-Anschluss der Speisequelle U gelegt.

Gleichspannungsmässig bildet der Transistor 37 einen Gleichspannungsstabilisator. Die Basis dieses Transistors ist dazu mit einer Anzapfung einer Reihenschaltung aus Widerständen 43, 45 und 47 vom Kollektor zum NuI1-Anschluss der Speisequelle U verbunden. .,

Die Basis des Transistors 37 liegt an der Verbindung der

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Widerstände 45 und 47 und der Emitter liegt am Null-Anschluss der Speisequelle U. Die Gleichspannung am Kollektor des Transistors ist infolge der Schaltungsanordnung n«U, » ^·^η ^^er

^R43 ^{+ R}45 ^{+ R}47

η « -³^ r¹" ^:tx— und U, die Basis-Emitterspannung des

R₄₇ be

Transistors 37 ist.

Die Basis des Traneistore ist wechselspannungsmässig Über einen Kondensator 49 an einen Ausgang einer Demodulatorschaltung 51 gelegt, deren Eingang über einen Zvischenfrequenztransformator mit dem Kollektor eines npn-Transistore 55 verbunden ist.

Der Emitter des Transistors 55 liegt an Null-Anschluse der Speisequelle U, während die Basis über eine Wicklung eines Zwischenfrequenz tranef ο rmat ore 57 und einen Wideretand 59 an die Verbindung der Widerstände 43 und 45 der Stabilisatorschaltung gelegt ist, Es gibt weiter zwei Entkopplungekondensatoren 61 und 63» welche die Enden dee Widerstandes 59 wechselspannungemäsaig mit dem Null-Anschluss der Speisequelle U verbinden.

Der Transistor 1 ist ebenso wie i« Beispiel nach Fig. 1 derart eingestellt, dass bei der Speisespannung U eine symmetrische Aussteuerung möglich iet. Der Verbindungspunkt der Widerstände 25 und 27, der ein Potential hat, das der Mittelwert der Baeispotentiale der Transistoren 21 und 23 ist, ist dann £ &· Dies ist auch das Potential der Eaittes· elektroden der Transistoren 21 und 23·

Die Einstellung des Transistors 1 ist derartig, dass die Spannung an der Verbindung der Widerstände 25 und 27 ismer £ U bleibt, und zwar bei jedes Wert von ü, und folglich bleibt auch die Spannung an den Emitterelektroden der Transistoren 21 und 23 £ U.

Die Einstellung des Transistors 1 wird erhalten durch den

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Einstellstroin i. Ober den Widerstand 11, der an die Spannung klT

schlossen ist, und durch den Einstellstrom i_ über den Widerstand 15» der an eine Spannung V « nU. angeschlossen ist.

Die im obenstehenden Ausführungebeispiel erwähnte Bedingung für die Einstellung des Transistors 1 kann nun bei einer richtigen Wahl der unterschiedlichen Widerstandewerte erfüllt werden, dennt

iU - U₁ nü, - U₁

1 *g1

i₂ -

^nU

be

15

15

₁₁

^U1

₁₅

be

15

^Ub

^U1

15

be ' ^R1«5

Hun ist =— - 1, folglich muss rr-²·

^{U R}

n-1 sein.

Wird beim Transistor 1 ein Eaitterwiderstand verwendet, so kann dennoch ein guter Ausgleich erhalten werden wenn in den Emitterkreis des Transistors 37 auch ein Widerstand aufgenommen wird.

Die Ausgleichsschaltung, welche den zusätzlichen Einstellstrom i~ für den Transistor 1 liefert, gibt auch eine stabilisierte Spannung am Widerstand 5<? ab, welche die Einstellung eines oder mehrerer Hochfrequenz- oder Zwischenfrequenztransistoren wie 55 versorgt, so dass bei Speisespannungeschwankungen ausser der maximal verformungsfreien Aussteuerbarkeit auch die Empfindlichkeit des Empfängers beibehalten wird.

Es dürfte einleuchten, dass die obenstehend beschriebenen Gleichspannungskopplungen unabhängig von den Wechselstromaussteuerungs-

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methoden beibehalten werden können. So kann der Transistor 1 beispielsweise wechselspannungsmässig in eine gemeinsame Basisschaltung aufgenommen werden.

Obschon Siliziumtransistoren eine grosse Basis-Emitterspannung haben, wodurch diese gegenüber einer bestimmten Speisespannung U verhältnismässig grosser ist als die von Germaniumtransistoren, kann selbstverständlich bei beiden Typen von Transistoren das beschriebene Einstellverfahren angewandt werden. Auch pnp-Transistoren können auf diese Weise eingestellt werden, wenn die Polaritäten der unterschiedlichen Spannungen und Ströme nur angepasst werden.

Der Transistor 1 ist hier als Steuerstufe geschaltet, aber er kann jede gewünschte Punktion in einem Verstärker haben und kann sogar eine Klasse-Α-Endstufe bilden.

Es dürfte weiter einleuchten, dass der Kollektorwiderstand des Transistors 1 in der Schaltungsanordnung nach Fig. 3 entsprechend den anderen Schaltungsparametern gewählt werden muss; so muss bei Vernachlässigung der Basisströme der Transistoren 21 und 23» die in Klasse B eingestellt sind,

¹C (^R27 ^{+ R}29 ^{+ R}31 > - *V

^WOrin i -(Vi -<*«

^C
so dass <* · ψ- (R₂₇

aleo H_{27 +} R_{29 +} R

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OBiOiNAL INSPECTED

Claims (7)

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   PATENTANSPRÜCHE

   1·/ Transistorverstärkerschaltung mit mindestens einem Transistor, dessen Kollektor-Emitterstrecke aus einer Speisequelle gespeist wird, während die Basis dieses Transistors mindestens über einen Widerstand mit Hilfe einer der Spannung der genannten Speisequelle proportionalen Spannung einen Einstellstrom zugeführt bekommt, dadurch gekennzeichnet, dass die Basis weiter mit einer Quelle verbunden ist, die einen weiteren Einstellstrora liefert, der den Einfluss der Emitter-Basisspannung ausgleicht, so dass der Basiseinstellstrom des genannten Transistors der genannten Speisespannung praktisch proportional ist.
2. 2. Transistorverstärkerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Quelle für den weiteren Einstellstrom eine Spannungsquelle ist, die mindestens über einen Widerstand mit der Basis-Emitterstrecke des genannten Transistors verbunden ist.
3. 5» Traneistorverstärkerschaltung nach Anspruch 2_f dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsquelle eine der Basis-Emitterspannung des genannten Transistors praktisch proportionale Spannung abgibt.
4. 4· Transistorverstärkerschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungequelle eine als Gleichspannungsstabilisator geschaltete vorhergehende Verstärkerstufe ist.
5. 5. Transistorverstärkerschaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass weiter mindestens noch eine Basis-Emitterstrecke einer Verstärkerstufe aus dem genannten Stabilisator gespeist wird.
6. 6. Transistorverstärkerschaltung nach Anspruch 5t dadurch gekennzeichnet, dass die weiter noch aus dem genannten Stabilisator gespeiste Veretarkeretufe eine Hochfrequenz- und/oder Zwischenfrequenzverstärkerstufe eines Empfängers ist, wobei der genannte Transistor in eine

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   INSPECTTED

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   Niederfrequenzverstärkerstufe aufgenommen ist.
7. 7. Transistorverstärkerschaltung nach eines der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die der Spannung der Speisequelle proportionale Spannung für den Einstellstroa von einen Ausgang einer den genannten Traneistor nachfolgenden gleichstrommässig daait verbundenen Verstärkerstufe erhalten wird und zwar durch eine Verbindung über einen Widerstand der Basis des Transistors zuβ Ausgang der nachfolgenden Veretärkerstufe, welcher Widerstand zugleich ein Gegenkopplungswideretand ist.

   8· Traneistorverstärkerachaltung nach Anspruch 7* dadurch gekennzeichnet, daee die nachfolgende Verstärkerstufe ein Reihengegentaktendverstärker ait einen komplementären Transietorpaar ist.

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