DE2363360B1

DE2363360B1 - Transistor amplifier

Info

Publication number: DE2363360B1
Application number: DE2363360A
Authority: DE
Inventors: Manfred 8211 Grassau Berberich
Original assignee: Koerting Radio Werke 8211 Grassau GmbH
Current assignee: Koerting Radio Werke 8211 Grassau GmbH
Priority date: 1973-12-20
Filing date: 1973-12-20
Publication date: 1975-06-05

Description

Sowohl in der kommerziellen Verstärkertechnik als auch insbesondere in der Unterhaltungselektronik benötigt man häufig N F-Verstärkerstuf en, weiche einen sehr hohen Eingangswiderstand aufweisen, damit vorgeschaltete hochohmige Generatoren möglichst wenig belastet werden.Required both in commercial amplifier technology and, in particular, in entertainment electronics N F amplifier stages, which have a very high input resistance, are often connected upstream high-resistance generators are loaded as little as possible.

Der Eingangswiderstand eines Transistorverstärkers in Emitterschaltung, wie er z. B. in A b b. 1 dargestellt ist, wird im wesentlichen durch die Parallelschaltung der beiden Widerstände 1 und 2 des Basisspannungsteilers bestimmt, da dieser mit Rücksicht auf den unvermeidlichen Basisstrom und eine stabile Festlegung des Arbeitspunktes relativ niederohmig bemessen werden muß.The input resistance of a transistor amplifier in common emitter circuit, as it is, for. B. in A b b. 1 shown is, is essentially due to the parallel connection of the two resistors 1 and 2 of the base voltage divider determined, as this takes into account the inevitable base current and a stable definition of the Working point must be measured relatively low resistance.

Eine sehr bekannte Schaltung, welche den vorher erwähnten Nachteil des geringen Eingangswiderstandes nicht aufweist, ist die sogenannte Bootstrap-Schaltung (A b b. 2).A very well-known circuit, which has the aforementioned disadvantage of the low input resistance does not have, is the so-called bootstrap circuit (A b b. 2).

Bei dieser wird ein Teil des Ausgangssignals vom Emitter des Transistors 6 über einen Kondensator 4 auf den Verbindungspunkt des Spannungsteilers 1, 2 zurückgekoppelt und auf diese Weise die Wechselstrombelastung des Eingangs der Verstärkerstufe durch den Basisspannungsteiler aufgehoben. Wechselstrommäßig liegt die Parallelschaltung der Widerstände 1, 2 nunmehr nicht parallel zum Eingang, sondern parallel zum Emitterwiderstand 7.In this case, a part of the output signal from the emitter of the transistor 6 via a capacitor 4 is applied the connection point of the voltage divider 1, 2 is fed back and in this way the alternating current load of the input of the amplifier stage is canceled by the base voltage divider. Alternating current the parallel connection of the resistors 1, 2 is now not parallel to the input, but parallel to the Emitter resistor 7.

Der Eingangswiderstand einer solchen Stufe wird bekanntlich nur noch durch die Parallelschaltung des relativ hochohmigen Widerstandes 3 und des Transistoreingangswiderstandes sowie durch den Stromgegenkopplungsfaktor dieser Stufe festgelegt, weicher durch den im Emitterzweig wirksamen gesamten Wechselstromwiderstand bestimmt ist. Als äußerer Emitterwiderstand wirkt hier die Parallelschaltung der WiderAs is well known, the input resistance of such a stage is only reduced by the parallel connection of the relative high resistance 3 and the transistor input resistance as well as by the current negative feedback factor This level is determined, softer by the total alternating current resistance effective in the emitter branch is determined. The parallel connection of the resistors acts as the external emitter resistance

stände 1,2 und 7.stands 1, 2 and 7.

Mit dieser Schaltung können bekanntlich Eingangswiderstände im MOhm-Bereich bei relativ niederohmigen Werten für die Widerstände 1, 2 und 3 erreicht werden.With this circuit, as is known, input resistances in the MOhm range can be achieved with relatively low resistance Values for resistors 1, 2 and 3 can be achieved.

Die Bootstrap-Schaltung in dieser Ausführung hat den wesentlichen Nachteil, daß der Wert des Kondensators 4 bei NF-Verstärker-Schaltungen in der Größenordnung von einigen 100 bis 1000 μΡ gewählt werden ίο muß, da andernfalls der Eingangswiderstand bei tiefen Frequenzen stark absinkt und sich außerdem innerhalb des Übertragungsbereichs unerwünschte Phasendrehungen ergeben.The bootstrap circuit in this embodiment has the major disadvantage that the value of the capacitor 4 for LF amplifier circuits in the range of a few 100 to 1000 μΡ can be selected ίο must, otherwise the input resistance at low Frequencies drops sharply and undesirable phase rotations occur within the transmission range result.

Im übrigen muß der Kondensator 4 normalerweise als relativ teuerer Elektrolyt-Kondensator ausgeführt werden, der schwer ist, viel Platz benötigt und seinen Wert bei Alterung ändert.In addition, the capacitor 4 must normally be designed as a relatively expensive electrolytic capacitor that is heavy, takes up a lot of space and changes its value with age.

Bei modernen Schaltungskonzeptionen ist weiterhin von Nachteil, daß ein derartig großer Kondensator im Zusammenhang mit monolithisch integrierten Schaltungen grundsätzlich als externes Bauteil zugeschaltet werden muß.In modern circuit designs it is also disadvantageous that such a large capacitor in the In connection with monolithically integrated circuits, it is always connected as an external component must become.

Die Aufgabenstellung der Erfindung geht dahin, die durch den Kondensator 4 gegebenen Nachteile der bekannten Schaltung zu vermeiden.The object of the invention is to address the disadvantages of the known ones given by the capacitor 4 Avoid circuit.

Die Erfindung betrifft einen Transistorverstärker in Emitter- oder Kollektorschaltung mit Anwendung einer Mitkoppelung vom Ausgang zum Eingang, bei der zwischen dem Kollektor und dem Basisspannungsteiler 1, 2 ein Kondensator 4 eingeschaltet ist, um die Belastung des Verstärkereingangs durch den Spannungsteiler aufzuheben. Sie liegt darin, daß an Stelle des Kondensators 4 eine in Flußrichtung betriebene Diode 8 liegt (A b b. 3).The invention relates to a transistor amplifier in emitter or collector circuit with application a positive feedback from the output to the input, in which between the collector and the base voltage divider 1, 2 a capacitor 4 is switched on to reduce the load on the amplifier input through the voltage divider to cancel. It lies in the fact that instead of the capacitor 4, one operated in the flow direction Diode 8 is located (A b b. 3).

Es ist aus der Technologie integrierter Schaltkreise bekannt, Kapazitäten durch PN-Übergänge nachzubilden, wobei diese so in den Stromlauf eingefügt werden, daß sie in Sperrichtung betrieben werden. Auch in der diskreten Schaltungstechnik ist es üblich, hohe und damit meist großvolumige Kapazitäten — wie z. B. Kathoden- und Koppelkondensatoren — vorzugsweise durch Z-Dioden zu ersetzen, insbesonders dann, wenn sehr niedrige Frequenzen übertragen werden sollen.It is known from the technology of integrated circuits to simulate capacities by means of PN junctions, these are inserted into the circuit in such a way that they are operated in the reverse direction. Also in the discrete circuit technology, it is common to use high and therefore mostly large-volume capacities - such as. B. cathode and coupling capacitors - preferably to be replaced by Zener diodes, especially if very low frequencies are to be transmitted.

Der überraschende Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung, einen relativ teueren und mit der monolithischen Integrationstechnologie nicht konformen Elektrolyt-Kondensator durch eine einfache, in Flußrichtung betriebene Diode zu ersetzen, ergibt sich aus der Erkenntnis, daß die Diode einerseits im Flußgebiet einen sehr niedrigen differenziellen Widerstand aufweist, der durchaus in der Größenordnung des Verlust-Reihen-Widerstandes eines Elektrolyt-Kondensators liegt, und daß andererseits sich zugleich an der Diode eine nahezu konstante Gleichspannung aufbaut, welche in etwa dem Wert der benötigten Basis-Emitterspannung entspricht.The surprising advantage of the solution according to the invention, a relatively expensive and with the monolithic one Integration technology non-compliant electrolytic capacitor through a simple, in the flow direction To replace operated diode, results from the knowledge that the diode on the one hand in the flow area has a very low differential resistance, which is quite in the order of magnitude of the loss series resistance an electrolytic capacitor, and that on the other hand, at the same time on the diode an almost constant DC voltage builds up, which is approximately the value of the required base emitter voltage is equivalent to.

Eine Weiterbildung des Erfindungsgedankens, entsprechend der A b b. 3, liegt darin, daß zwischen dem Emitter und der Basis des Transistors 6 ein so bemessener zusätzlicher Widerstand 9 eingefügt ist, daß die über den Spannungsteiler 3, 9 von der Diode 8 abgegriffene Basis-Emitterspannung den gev/ünschten Arbeitspunkt des Transistors 6 festlegt.A further development of the concept of the invention, corresponding to A b b. 3, lies in the fact that between the Emitter and the base of the transistor 6, a dimensioned additional resistor 9 is inserted that the The base-emitter voltage tapped off by the diode 8 via the voltage divider 3, 9 shows the desired operating point of transistor 6 defines.

Diese Modifikation des Erfindungsgedankens ist immer dann vorteilhaft, wenn die Flußspannung der Diode 8 mit Rücksicht auf den gewünschten differenziellen Widerstand durch entsprechend hohe Bemessung des Flußstromes größer ist als die für den gewünschtenThis modification of the inventive idea is always then advantageous if the forward voltage of the diode 8 with regard to the desired differential Resistance due to a correspondingly high rating of the flow current is greater than that for the desired

Arbeitspunkt benötigte Basis-Emitterspannung des Transistors 6.Base-emitter voltage of the transistor 6 required at the operating point.

Eine andere Weiterbildung der Erfindung ist in der A b b. 4 dargestellt und betrifft eine Ausführung, bei welcher der Transistorverstärker als Darlington-Schaltung durch Einfügung eines Treibertransistors 10 ausgelegt ist, und liegt darin, daß die zur Arbeitspunkteinstellung erforderliche höhere Spannung zwischen dem Emitter des Transistors 6 und der Basis des Treibertransistors 10 durch Einschaltung einer weiteren in Flußrichtung betriebenen Diode 11 in Reihe mit der Diode 8 sichergestellt ist.Another development of the invention is shown in A b b. 4 and relates to an embodiment in which the transistor amplifier is designed as a Darlington circuit by inserting a driver transistor 10 is, and lies in the fact that the higher voltage required for setting the operating point between the Emitter of the transistor 6 and the base of the driver transistor 10 by switching on another in Direction of flow operated diode 11 in series with the diode 8 is ensured.

Bei der Darlington-Schaltung wird bekanntlich der Eingangswiderstand der Halbleiteranordnung selbst durch die Stromverstärkung der vorgeschalteten Treiberstufe 10 erheblich erhöht. Um diesen Vorteil in der praktischen Schaltung auswerten zu können, ist es besonders wichtig, eine Mitkopplung nach Art der Bootstrap-Schaltung auf den Eingangsspannungsteiler anzuwenden. Da ferner gerade bei der Konzeption von monolithisch integrierten Schaltungen gern Darlington-Anordnungen verwendet werden, fällt der erfindungsgemäße Vorteil des Einsatzes von integrationsfähigen Bauteilen, wie z. B. von zwei in Reihe liegenden Dioden an Stelle eines Elkos, besonders ins Gewicht. Bei Bedarf können auch Reihenschaltungen von mehr als zwei Dioden verwendet werden.In the Darlington circuit, as is well known, the input resistance of the semiconductor device itself increased considerably by the current amplification of the upstream driver stage 10. To get this advantage in the To be able to evaluate a practical circuit, it is particularly important to have a positive feedback in the manner of the bootstrap circuit to apply to the input voltage divider. Since, furthermore, especially with the conception of monolithic Integrated circuits like Darlington arrangements are used, the invention falls Advantage of using components that can be integrated, such as B. of two diodes in series instead of an electrolytic capacitor, especially weight. If necessary, series connections of more than two Diodes are used.

Außer dem bereits erwähnten Vorteil einer Platz- und Gewichtsersparnis durch die Diode sowie der möglichen Einbeziehung in monolithisch integrierte Schaltkreise, hat die erfindungsgemäße Anordnung noch weitere Vorzüge.In addition to the already mentioned advantage of saving space and weight through the diode and the possible inclusion in monolithic integrated circuits, has the arrangement according to the invention even more advantages.

Die Schaltung weist im Bereich tiefer Frequenzen keine Phasendrehung auf und arbeitet ohne Begrenzung des Frequenzbereiches nach unten bis ins Gleichstromgebiet, d. h. auch für langsame Schaltvorgänge mit hohem Eingangswiderstand.The circuit has no phase shift in the lower frequency range and works without limitation the frequency range down to the direct current area, d. H. also for slow gear changes with high input resistance.

Darüber hinaus wirkt die verwendete Diode in vollem Umfang als Arbeitspunktstabilisierung für die Transistorschaltung.In addition, the diode used acts fully as an operating point stabilizer for the Transistor circuit.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Transistor amplifier in emitter or collector circuit with use of positive feedback from the output to the input, at which between the collector and the base voltage divider (1, 2) a Capacitor (4) is switched on to reduce the load on the amplifier input through the voltage divider cancel, characterized in that instead of the capacitor (4) one in the flow direction operated diode (8) is located.

2. Transistor amplifier according to claim 1, characterized in that between the emitter and base of the transistor (6) a dimensioned additional resistor (9) is inserted that the voltage divider (3,9) from the diode (8) tapped base-emitter voltage defines the desired operating point of the transistor (6).

3. Transistor amplifier according to claim 1 or 2, wherein the amplifier is a Darlington circuit is carried out by inserting a driver transistor (10), characterized in that the operating point setting required higher voltage between the emitter of the transistor (6) and the base of the driver transistor (10) by switching on a further diode (11) operated in the forward direction in series with the diode (8) ensured is.