-
Transistorverstärker Die Erfindung betrifft einen Transistorverstärker
für große Amplituden, bestehend aus mehreren in Serie geschalteten leistungstransistoren,
die über einen gemeinsamen Arbeitswiderstand an einer Betriebsspannungsquelle angeschlossen
sind und zur Einstellung des jeweiligen Arbeitspunktes der Transistoren mit einem
parallel liegenden Spannungsteiler in Verbindung stehen. Ein solcher Transistorverstärker
ist besonders in der medizinischen Reizstromtecbnik notwendig, damit die Applikation
der verschiedensten Stromarten erfolgen kann.
-
3Jie in der medizinischen Reizstromtechnik verwendeten Schaltungsnordnungen
müssen zahlreiche Bedingungen erfüllen, z.B.; 1 . Unverzerrte Übertragung und Verstärkung
der gewünschen stromformen.
-
2. Die Ausgangsstufe muß eine stromkonstante Charakteristik aufweisen,
d.b., die Intensität des eingestellten Ausgangsstromes muß auch bei einer Änderung
des Patientenwiderstandes in einem abgegrenzten Bereich nahezu konstant bleiben.
-
3. Die geforderten hohen Stromspitzen auch bei verhältnismäßig hohen
Werten des Belastungswiderstandes erfordern eine entsprechende Spannungsfestigkeit
der Verstärkerelemente.
-
4. Bei Einstellung des Intensitätsreglers auf den Ausgangswert Null
darf der ausgangsseitige Reststrom den Wert der physiologischen Reizschwelle, der
in der Größenordnung von 200-300 #A liegt, nicht überschreiten.
-
Die Realisierung dieser Bedingungen wurde mit Hilfe von Leistungsendpentoden
durchgeführt. Dabei mußte bei Geräten mit erhöhten Anforderungen an die Genauig-Leit
der Ausgangsparameter auf Spezialröhren mit definierten Anforderungen an die Kennlinienform
zurückgegriffen werden. Die Zuverlässigkeit und Lebensdauer dieser Spezialröhren
ist gering ebenso ist der Aufwand für eine Stabilisierung der Heizspannung sowie
die notwendige Anbeizzeit von Nachteil. Mit dem Binsatz von Transistoren können
diese Nachteil zwar verbinden werden, jedoch ist die notwendige Spannungsfestigkeit
bei der gleichzeitigen hohen leistungsmäßigen Beanspruchung mit den gegenwärtig
vorliegenden Transistoren noch nicht realisierbar.
-
Es ist ein Großsignalverstärker bekannt, der aus einer Serienschaltung
von Transistoren besteht. Die Prinzipschaltung dieses bekannten Verstärkers ist
in der Figur 1 dargestellt. Bei der Reihenschaltung von Transistoren ist es wichtig,
daß die Spannungsaufteilung auf die einzelnen Transistoren T1,T2,T3 und T 4 gleichmäßig
ist. Die gleichmäßige Spannungsaufteilung wird durch eine Basisspannungsteilerkette
gewährleistet, die aus Widerständen R1, R2, R3 und R4 besteht. Der Steuertransistor
T 1 arbeitet in Emitterschaltung und wird gegebenenfalls durch einen Vorverstärker
V 1 angesteuert. Die übrigen Transistoren T2, T3 und T4 sind in Basissohaltung angeordnet.
Sie dienen
praktisch nur zur Erhöhung der Spannungsfestigkeit.
-
Der Transistorreststrom, der auch durch den Lastwiderstand Ra fließt,
setzt sich aus dem typenabhängigen Transistorreststrom und dem Strom, der durch
den Basisspannungsteiler fließt, zusammen.
-
Zur Gewährleistung einer gleichmäßigen Spannungsteilung im gesamten
Arbeitsbereich der Schaltungsanordnung muß der Strom durch den Basisspannungsteiler
cirka lo mal so groß sein wie der Basisstrom, der zur Aussteuerung der Transistoren
notwendig ist.
-
Da auch bei der Verwendung von Leistungstransistoren mit hoher Stromverstärkung
der Strom durch den Teiler in die Größenordnung von einigen mA fallen würde, ist
diese Schaltungsanordnung für den obengenannten Anwendungsfall nicht geeignet.
-
Es ist Zweck der Erfindung, eine Transistorverstärkerschaltung anzugeben,
mit der die bei einer Reizstrombehandlung geforderten elektrischen Bedingungen erfüllt
werden können.
-
Der erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem rransistorverst?½ker,
der mit in Serie geschalteten leistungstransistoren aufgebaut ist und für die Arbeitspunkteinstellung
einen parallel geschalteten Spannungsteiler besitzt, die negative Wirkung des Querstromes
durch den Spannungsteiler, die als erhöhter Ruhestrom durch den Arbeitswiderstand
auftritt, zu beseitigen.
-
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Spannungsteiler
aus einer Serienschaltung mehrerer Transistoren besteht. Diese sind über einen festen
rbeitswiderstand mit der Betriebsspannungsquelle
verbunden. Der
für diese Transistoren notwendige Spannungsteiler kann nunmehr aus ohmschen Widerstanden
bestehen, und der durch sie fließende Querstrom belastet nicht den Arbeitswiderstand
der ein Serie geschalteten Leistungstransistoren.
-
Als Steuerspannung für die Transistoren wird die über der Serienschaltung
der Leistungstransistoren anliegende Spannung benutzt. Jamit bei der Abnahme der
Spannung für die Steuerung der Transistoren ein möglichst geringer Strom entnommen
wird, erfolgt diese durch einen Verstärker, der über einen hochohmigen Widerstand
an den Verbindungspunkt zwischen dem das höchste Potential gegen Masse führenden
Leistungstransistor und seinem Arbeitswiderstand angeschlossen ist. Die Ansteuerung
des Transistorverstärkers erfolgt durch den auf niedrigstem Potential liegenden
leistungstransistor, wodurch alle in Serie geschalteten Transistoren ausgesteuert
werden. Als Eingangsspannung, die gegebenenfalls über einen Vor-Verstärker angekoppelt
wird, dient eine Impulsspannung oder Gleichspannung.
-
Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles
und einer Figur näher erläutert werden.
-
In der Figur 2 ist das Prinzipschaltbild des Transistorverstarkers
dargestellt. An der Eingangsklemme eines Vorverstärkers V1 wird z.B. eine impulsförmige
Spannung angelegt. Die Ausgangsseite des Verstärkers ist mit der Basis eines Ieistungstransistors
T1 verbanden. Der Leistungstransistor T1, welcher in Emitterschaltung arbeitet,
liegt mit weiteren Transistoren T2,T3 und T4, die in Basisschaltung arbeiten, sowie
mit einem Arbeitswiderstand Ra1 in Reihe an der Betriebsspannungsquelle Uc. Parallel
zu den Ieistungstransistoren ist eine weitere Transistorkaskade angeordnet,
die
die Funktion der Basisspannungsteilerkette übernimmt. Sie besteht aus den Transistoren
T5,T6 und T7 und wird über einen Arbeitswiderstand Ra2 ebenfalls mit der Betriebsspannungsquelle
Uc verbunden. Vtährend der Arbeitswiderstand Ral den Patientenwiderstand darstellt,
der sich um einige Zehnerpotenzen ändern kann, ist der Arbeitswiderstand Ra2 ein
Festwiderstand. Es ist ersichtlich, daß der benötigte Strom zur Einstellung der
Arbeitspunkte für die einzelnen Leistungstransistoren nicht mit über den Arbeitswiderstand
Ral und somit nicht über den durch den -Patienten gebildeten Widerstand fließt.
Die notwendige Information übe-r den Spannungsabfall an den variablen Lastwiderstand
Ra2, also die Kollektorspannung an dem Leistungstransistor T4 wird über einen hochohmigen
Widerstand R einem Gleichstromverstärker V2 zugeführt. Dieser wiederum steuert den
Transistor T 5 an, womit auch T 6 und T 7- angesteuert werden. Der Arbeitswiderstand
Ra2 muß so dimensioniert werden, daß der über ihn entstehende Spannungsabfall im
stationären Zustand ein Viertel der gesamten Spannung der Betriebsspannungsquelle
Uc beträgt. Der durch den Arbeitswiderstand Ra2 fließende Strom setzt sich aus dem
Strom, der durch die zu den Transistoren 2 52 T 6 und T 7 gehörenden Basisteilerwiderständen
R1, R2 und R3 fließt, sowie aus dem Ruhe strom der Transistoren T 5 , g 6 und T
7 zusammen. Die Aussteuerung der Transistoren T 5, T 6 und T 7 für den Basisspannungsteiler
erfolgt durch den Gleichstromverstärker V2 proportional der am Kollektoranschluß
T 4 anliegenden Spannung.
-
Der viderstand R kann entsprechend der Stromverstärkung des Gleichstromverstärkers
V2 sehr hochohmig, z0B. einige M gewählt werden. Damit stellt der durch diesen Widerstand
R fließende Strom einen vernachlässigbar kleinen Wert dar. Der Ruhe strom, der durch
den
Arbeitswiderstand R fließt, wird damit fast ausschließlich durch
den Transistorreststrom der Leistungstransistoren T 1 bis T 4 bestimmt. Dieser liegt
in der geforderten Größe unterhalb der Reizstromschwelle des patienten.
-
Durch diese Schaltungsanordnung kann ein transistorisiertes Reizstromgerät
mit verhältnismäßig großer Ausgangsleistung gebaut werden. Ein weiterer Vorteil
dieser Schaltungsart liegt in der Konstanz des eingestellten Ausgangsstromes bei
Änderung des durch den Patienten gebildeten Laststromwiderstandes.