DE2328326B2 - Transistorverstärker - Google Patents

Description

■wohnlich als eine Höchstu<m-Ausgangsstufe eines Verhältnis zwischen den tyidersiandswerten R₃ und ienalkanals, und daher ist se.· L eistungsabfall in dem R₄. Daher ist der unerwünschte Leistungsabfall in

S .^i „„„,,„■•,ncrin _dem Vorspannungsteil kleiner als bei der in Fig. 1

gezeigten Schaltung. Darüber hinaus wird der Kollektorstrom /j des Vorspannungstransistors Q₁ durcn Änderungen der Transistoreigenschaften als Folge von Temperaturschwankungen kaum beeinflußt, so darf die Vorspannung des Verstärkertransistors O₂

stabilisiert wird. Das wird durch die folgenden Glei-

tände Ri und R₂. Dieses Verhältnis ist gleich dem 10 chungen ausgedrückt:

ienalkanals, und dah
^spannungsteü unerwünscht
line verbesserte bekannte Schaltung ist in Fig. 2 jzeigt, in der der Kollektorruhestrom Z₁ des Vorjannungstransistors öi um das 1/X₁-fache kleiner t als der Kollektorruhestrom /, des Verstärkeransistors Q₂ ' Ki i^st größer als 1 und wird bestimmt urch ein Verhältnis zwischen den Werten der Wider-R d ^R Dieses Verhältnis ist gleich de

R₂ R,

R.

= Stromverslärkungsgrad von Q₁ und Q₂ (/*; » 1),

V_cc = Ru ·

(5)

und deshalb

iv-i _, . K₁

-5-= K₁ und-ί-K₄ K₃

^RL

I₂ _ R₁+ R₃(I+/)) _ R₃ R₁ ' Z₁ R₂+ R₄(I+ (!) R₄ R₂

+ (1+fO

= ■-- = K₂ (6)

Durch Ersetzen von I₂ durch K₁ ■ I₂ folgt für Gleichung (4)

in /i » U K₁ und daher

und ferner für V_cc » V₁₁, und

R, '.
Ru + Ri r

(6a)

55

6o

65 Gleichung (6) zeigt, daß /, gleich I₁ multipliziert mit einer Konstanten ist, und Gleichung (6a) zeigt, daß /, und daher I₂ von V„,._: unabhängig sind.

Der Widerstandswert R₄ kann verhältnismäßig klein sein, um den hohen Verstärkungsgrad des Verstärkers, der den Transistor Q₂ aufweist, aufrechtzuerhalten. Der Grund dafür besteht darin, daß der VerstärkungsgrnJ eines Transistorverstärkers von der Art eines KollektoiTolgers im wesentlichen proportional dem Verhältnis zwischen dem Kollcklorwidcrstand (Rc) und Emitierwiderstand (Re) des Transistors, als Rc Rc ist. Daher neigt ein vergrößerter Emitlerwidersland zum Verkleinern des Verstärkungsgrades des Verstärkers. Der kleine Emitterwiderstandswert von R₄ ergibt jedoch eine niedrige Eingangsimpedanz des Verstärkertransistors Q₂. Das hat den Nachteil, daß

sine mit dem Eingang des Verstärkertransistors Q₂ verbundene Signalschaltung eine niedrige Ausgangsimpedanz haben muß. Im allgemeinen ist es ein unbedingtes Erfordernis für Schaltungen beim tatsächlichen Betrieb, daß solch eine vorbestimmte niedrige Ausgangsimpedanz gebildet wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Transistorverstärker der eingangs beschriebenen Art mit niedrigem Vorstrom und einer geringeren Verlustleistung sowie einer vergrößerten Eingangsimpedanz des Verstärkerteils zu schaffen, der gegen Temperaturschwankungen stabilisiert ist.

Diese Aufgabe wird durch einen Transistor der eingangs beschriebenen Art gelöst, welcher gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet ist, daß zwischen dem Vorspannungstransistor und dem Verstärkertransistor ein weiterer Verstärkertransislor in Emitterfolgeschaltung angeordnet ist.

Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den Figuren. Von den Figuren zeigt

F i g. 1 eine bekannte Schaltung mit unerwünschtem Leistungsabfall des Vorspannungstransistors und unerwünschter niedriger Eingangsimpedanz.

F i g. 2 eine bekannte Schaltung ähnlich der in F i g. 1 gezeigten Schaltung, jedoch mit Emitterwiderständen, die ebenfalls eine unerwünscht niedrige Eingangsimpedanz besitzt,

F i g. 3 eine Ausführungsform der Schaltung genriß der Erfindung mit einem Emitterfolgertransistor zur Erhöhung der Eingangsimpedanz des Verstärkers.

Fig. 4 eine andere Ausfuhrungsform mit einem vierten Transistor als Stromsenke zur Verbesserung der Wirksamkeit bei der Zuführung eines Eingangssignals über den Emitterfolgertransistor zu einem Verstärkertransistor und

Fig. 5 eine Schaltung, in der ein Transistor Q₁ als eine Temperaturkompensationsschaltung verwendet wird.

Es wird im weiteren auf F i g. 3 Bezug genommen. Transistoren Q₂ und Q₁ bilden einen Verstärker und eine Vorspannungsschaltung für den Verstärker wie bei den bekannten Schaltungen gemäß F i g. 1 und 2. In dieser Schaltung ist ein zusätzlicher Transistor (K auch am Eingang des Transistors Q₂ vorgesehen, um die Eingangsimpedanz des Verstärkers zu erhöhen. Die Basis und der Emitter des Emitterfolger-Transistors Q₂ sind mit einem Eingangskontaktpunkt »in« bzw. mit der Basis des Transistors Q₂ verbunden. Darüber hinaus ist zum Kompensieren von Schwan-

klingen des durch die Transistoren Q₁ und Q₂ fließenden Stromes als Folge von Temperaturschwankungen, die durch den zusätzlichen Transistor Q'₂ hervorgerufen werden können, eine Diode D mit dem Emitter des Vorspannungstransislors Q₁ in Reihe verbunden. Die Diode D erzeugt einen Spannungsabfall von V_HI. zwischen ihrer Anode und Kathode.

Die Widerstandswerte A₁, R₂, R₃, R₄, R₅ weiden so gewählt, daß sie die folgenden Beziehungen erfüllen:

K₁ R₂ = K₁" > 1. R₃R^ = K₂' > 1, R₃/R₅ = KV

Im Betrieb werden zu verstärkende Eingangssignale dem Eingangskontaklpunkt an der Basis des Transistors Q₁ zugeführt und zur Basis des Transistors Q₂ über den Emitterfolgertransistor Q₁ geleitet. Die Kollektor-Ruheströme (Quiescent collector currents) /,, /₂ und /₂ der Transistoren Q₁, Q₂ und Q₂ haben die folgenden Beziehungen:

Z₁ = 1 K₂'- Γ, = 1 K₁"- I₂.

Das heißt, der Kollektorstrom Z₁ des Vorspannungstransistors Q₁ ist um 1 KVmal kleiner als der Kollektorstrom /₂ des Transistors Q₂ und auch um 1 'KJ'mal kleiner als der Kollektorstrom /₂ des Transistors Q-,, so daß der Leistungsverbrauch in dem Vorspannungsteil kleiner als der in der in F i g. 1 gezeigten bekannten Schaltung ist. Der Kollektorruheslrom 7, wird durch Änderungen der Transistoreigenschaften als Folge von Temperaturschwankungen nicht beeinflußt, und daher wird eine stabilisierte Vorspannung der Transistoren Q₂ und Q₂ erhalten.

I m folgenden werden Beispiclswerte für die in F i g. 3 verwendeten Elemente angegeben:

li c 1 spi el

Ri	- 6 ku
	2 ku
R",	- 15OU
R4	- 50 U
Rs	- 450U
L/.l	- 8.3 kU
	- 10V
m	0.75 V
	i= 100

Das Verhältnis von /, zu I₂ und die Unabhängigkeil

jo von f, und I₂ von Temjneraturschwankungen werder

durch die Gleichungen MO) und (12) gezeigt. Es folg!

R,

R»

κ;.

,/ = Stromverstärkungsgrad von Q₁. Q₂ und Q, I » 1|.

R₁ '' + R,-(/, + M = R,- ^K- + R₄'(Vf 'Λ. R, (1 + ¹Y /, = R₄ · (I + ¹^ ■ /, + R₂ · ~*

* R₁ · ^l\

worin ,; » 1. und daher

ι ^ R* . ι ^R2 ¹I , Ri Λ

K₄ K₄ /. K₄ ,-

und ferner für

K₄ K₄ ,ι K₄ /ι

/, = K₂- /,. /, 4- _κ_ ■ /₂ (10)

stehen soll.

Durch Iirsct7.cn von /, durch K₂ ■ I₂ ergibt sich aus Gleichung (9)

R, ■ ''. + R., -Ti + ¹Y/, = R₂ · |; + R₄ -(l

worin ,; ^- 1 und K-, - „' und daher

,R₁ ■ '; + R₁-I₁ = R:' ': + κ, · /,.

/ /, /, .. , , vorgesehen ist. dessen Kollektor mit dem limitier de»

Di: Basisströme ) . und ; sind im Vergleich Transistors ς), und dessen Imitier über einen Wider

zu den icwcihgen Kollektorströmen. /,. /_; und /_: im 50 stand R₁, mit einem verhältnismäßig kleinen Wider

tatsächlichen Betneb vernachlässigbar. standswert geerdet und dessen Basis über einen Ver

Diidurch ergibt sich für (ilcichung (7) im wesent- bindungspunkt mit dem limitier des Transistors ρ

|j_cl_lct1 und der Diode /) verbunden ist Alle anderen Hlementi

, . „ /j">i * R -I ^siru' 'ⁿ ^^cr gl^ctcncn Weise angeordnet wie in de

""'""' ' 55 Schaltung ÜT Ausführungsform 1

\ 21 β, Dieser vierte Transistor (λ, arbeitet als eine Kon

Ί ο i n st.intslromscnke. dessen Basisvorspannung (hase bia*

¹¹ ■' ing voltage) die Spannungsdifferenz zwischen seine

und fur I *■ ~* I Basis und Imitier im wesentlichen konstant hai

60 wobei die Vorspannung an der Anode der Diode Γ,, ., erzeugt wird und von dieser zugeführt wird

'1 n 4 k₍ ' In der in 1 i g. 3 gezeigten Schaltung ist der Wide

stand R< parallel geschaltet zu der effektiven I ingang impedanz des Transistors Q₂. und daher wird d.

(-leichungtllai zeigt, da IA /, unabhängig von 65 I mg.mgssignal der Basis des Iransistors ς), als loh l_{B 1S}| * des Vorhandenseins von R₁. gedampft zugeführt D

"ί ig 4 zeigt eine Schaltung ähnlich der in 1 ig ? Wirkung der /ufuhrung des lingangssignals »r bei der μ-doch ein vierter Transistor ^₄ besondeis in dem lall vermindert, in dem der Wide

stand R₅ nahezu gleich oder kleiner ist als der Wert der Eingangsimpedanz des Transistors Q₂. Im Gegensatz dazu hat die Stromsenke aus dem Transistor Q± dieser Schaltung eine im wesentlichen unbegrenzte Impedanz für das dem Transistor Q₂ zugeführte Eingangssignal, welches darin verstärkt werden soll, so daß das Eingangssignal ohne Dämpfung wirksam der Basis des Transistors Q₂ zugeführt werden kann. Auch in dieser Schaltung treten die Kollektorruheströme /,, /, und I₂ der Transistoren Q₁, Q₂ und Q₂ in denselben Verhältnissen wie in der in F i g. 3 gezeigten Schaltung auf. Typisch auftretende Werte lind die folgenden:

R1 =	6kU
R2 =	2kU
R.I =	15OU
R4 =	50U
R„ =	75 U
R/i =	8,3 kU
ι/.... =	K)V

V₁₁, = 0,75 V

/; = K)O

In dem Ausführungsbcispicl in F i g. 5 ist ein zusätzlicher Vorspannungstransistor Q[ vorgesehen, der mit dem Vorspannungstransistor Q_{ mit seiner Basis-Emitter-Slrecke zwischen dem Kollektor und der Basis des Transistors Q₁ über einen Widerstand R₁ verbunden ist. Der Emitter des Transistors Q\ ist über

ίο einen Widerstand R₇ geerdet, und der Kollektor des Transistors Q\ ist mit der Spannungsquelle verbunden. Dadurch entsteht eine Spannungskompensation ähnlich der durch die Diode D in den F i g. 3 und 4t
In diesem Fall ist der Strom des Vorspannungsleils.

d. h. die Summe der Ströme, die durch die Transistoren Q₁ und Q{ Hießen, kleiner als der Ruhestrom, der durch den Verstärkerteil Hießt, und dadurch wird ein ungewünschter Leistungsverbrauch in dem Vorspannungsteil vermindert. Darüber hinaus wird die stabilisierte Vorspannung für den Verstärkerteil in derselben Weise erhalten wie in den Schaltungen der F i g. 3 und 4.

Die zu Fig. 5 gehörigen Gleichungen sind die folgenden:

R1 R2	Ri R5	Kx' > 1.
R1	R2	k" -> I
Ri	R5 ~	t\-t s> \ .
Rs		1

,; = Stromvcrstärkiingsgrad von O₁. Q₂ und Qi I₁;

ι'·,«■ - R₁, ■ (

h + '■ +

t) + R₁ · |_;! - 2 V₁₁

(12) (13)

f R-

R: ': f

R,-(/,4 ⁷;j.

/, R₁ +R^lI +
/,' R₂ + Rs(I +

R- R-Rs R;

ν» ο bei

R,

> ^und

11

und daher

12 (/

(14) (15) ι !■

R, ■ ! + R, ■ (I₁ + Λ = R, ■ ; + R₄ ■ (I₁ + ;V (17)

I R

Durch Ersetzen von /,' durch „,, · /,' = -J ■ Ii eruibl sich für Gleichimu (17) ¹ κ, - K₁

γ = -s- - ^Ki ■ h = ι·- '2 · '1 λ₄ \,

, , · j j· η ■ . ·· Ί ': Ί ι ': ■ ferner aus Gleichung (19)

Jetzt sind die Basisstrome ! , , . . und . im ^c

Vergleich zu den jeweiligen Kollektorströmen /,. /,, y _ Va■ ~' ' «/; _ ^m

11 und V₁ im talsächlichen Betrieb vernachlässigbar. ' R₇ R-

Demgemäß ergibt sich für die Gleichungen (12). und fur V_{1 (} :» V₁₁₁ (13) und (14) ~ ²⁵

R- R₇

_{Ersetztman durch} ι,,

³⁰ Gleichung (21) ^R" ^{+ R>}

(18)

_t-vφ«/..·λ + ν™. + R₇·/;· (19) _{Ersetztman durch} ι,, _{danncrBihtsichfür}

³⁰ G ^{R + R}

r = R,, ■ /, + 2 K„, + R, ■ /,. (20)

'R₇ R- 'Λ,.,+R., R₇(R₁₁ +Rj) "· Aus Gleichung (20) folgt /, (R_M + R,) = I , < - 2 V₁₁₁. 35 ==========:,■,

und daher für Κ_(Γ s> 2 K_B( Gleichung (16) zeigt, daß /,' um ein konstantes

Vielfaches kleiner ist als /;. Aus Gleichung (18) ergibt y sich, daß /, um ein konstantes Vielfaches kleiner ist

^-' j" ■' 40 unabhängig ist von V_HI._:.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Transistorverstärker mit einem Verstärkertransistor und einem diesen mit einem Vorstrom beaufschlagenden Vorspannungstransistor, bei dem der Kollektor des Vorspannungstransistors mit seiner Basis über einen ersten Widerstand und mit der Basis des Verstärkertransistors über einen zweiten Widerstand und die Emitter der beiden Transistoren jeweils über einen dritten bzw. einen vierten Widerstand mit einem gemeinsamen Potential verbunden sind, wobei das Verhältnis der Werte des ersten zum zweiten und des dritten zum vierten Widerstand jeweils größer als eins ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Vorspannungstransistor (Q₁) und dem Verstärkertransistor (Q₂) ein weiterer Verstärkertransistor (Q₂,) in Emitterfolgeschaltung angeordnet ist.

2. Transistorverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Emitter des weiteren Verstärkertransistors (Q₂,) über einen fünften Widerstand (R₅, RJ mit dem gemeinsamen Potential verbunden ist. J5

3. Transistorverstärker nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Emitter des Vorspannungstransistors (Q₁) und dem dritten Widerstand (R₃) eine Diode (D) vorgesehen ist.

4. Transistorverstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein

vierter Transistor (Q₄) vorgesehen ist, dessen KoI- R-^L = R -—

lektor mit dem Emitter des weiteren Verstärker- ' ' ' ' ' β ~ ² // '

transistors (Q₂,), dessen Emitter über einen sechsten Widerstand (RJ mit dem gemeinsamen Potential

und dessen Basis mit dem gemeinsamen Punkt worin R, gleich R₂ ist, daraus lolgt

zwischen dem Emitter des Vorverstärkers (Q₁)

und der Diode (D) verbunden sind. /, = 7₂.

5. Transistorverstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den ersten Widerstand (R₁) und die Basis des Vorspannungstransistors (Q₁) ein weiterer Transistor (Q₁,) geschaltet ist, dessen Emitter direkt mit der Basis des Vorspannungstransistors (Q₁) und über einen sechsten Widerstand (R₇) mit dem gemeinsamen Potential und dessen Kollektor mit dem ersten Widerstand (R₁) und mit seiner Basis sowie über eine geeignete Leitung mit dem Kollektorpotential des weiteren Verstärkertransistors (Q₂,) verbunden ist

V_cc = R₁

4 + V«

Durch Ersetzen von I₂ durch Z₁ folgt Tür Gleichung (1):

2R_IA+R_A . /,
R,a /'

55

Die Erfindung betrifft einen Transistorverstärker mit einem Verstärkertransist Dr und einem diesem mit einem Vorstrom beaufschlagenden Vorspannungstransistor, bei dem der Kollektor des Vorspannungstransistors mit seiner Basis über einen ersten Widerstand und mit der Basis des Verstärkertransistors über einen zweiten Widerstund und die Emitter der beiden Transistoren jeweils über einen dritten bzw. vierten Widerstand mit einen gemeinsamen Potential verbunden sind, wobei das Verhältnis der Werte des ersten zum zweiten und des dritten zum vierten Widerstand jeweils größer als eins ist.

und daher für V_cc »

K_B, und

(3a)

Gleichung (3a) zeigt, daß /, unabhängig von I₁₁₁ ist.

Da der Kollektorstrom /, des Vorspannungstransistors Q₁ gleich dem Kollektorslrom I₁ des Verstärkertransistors Q₂ ist. ist der Leistungsabfall in dem Vorspannungsteil vergleichbar mit dem in dem Verstärkerteil. Der Ve^rslärker von dieser Art dient