DE2438473A1

DE2438473A1 - Transistorschaltung

Info

Publication number: DE2438473A1
Application number: DE2438473A
Authority: DE
Inventors: Yoshio Ota; Masashi Takeda
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1973-08-10
Filing date: 1974-08-09
Publication date: 1975-03-06
Also published as: NL7410691A; JPS5039856A; GB1478642A; FR2240570B1; JPS5424630B2; US3917991A; DE2438473C2; NL188973C; NL188973B; CA1030619A; IT1018886B; FR2240570A1

Description

Dipl.-Ing. H. MITSCHERLICH D-B MÖNCHEN 22

Dipl.-Ing. K. GUNSCHMANN SteinsdorfstraBe 10

Dr. rer. not. W. KÖRBER S> (089) · 29 66 84

Dipl.-Ing. J. SCHMIDT-EVERS

PATENTANWÄLTE 24384 73

9. August 1974 SONY CORPORATION
7-35 Kitashinagawa
6-chome, Shinagawa-ku
Tokio, Japan

P at ent anme1dung

Transistor schaltung;

Die Erfindung bezieht sich auf zu einer Differentialschaltung vereinigte Transistorschaltungen und betrifft insbesondere Einrichtungen zum Verbessern des Abgleiche des Ausgangssignals solcher Verstärker gegenüber dem Nullpegel, Die Schaltung nach der Erfindung ist insbesondere geeignet, selbst bei iingangssignalen von niedriger Amplitude abgeglichene bzw. ausgewogene, nach dem Vollwegverfahren gleichgerichtete Signale zu liefern.

Bei den bis jetzt bekannten Vollweg-Gleichrichtungsschaltungen ist ein Phasenteiler oder Phaseninverter vorhanden, der dazu dient, ein Eintaktsignal jeweils in zwei Signale von entgegengesetzter Polarität zu verwandeln. Der Phasenteiler kann als Transformator mit einer zwei Klemmen aufweisenden Eingangswicklung und einer eine Mittelanzapfung aufweisenden Ausgangswicklung ausgebildet sein. Die an den Enden der Ausgangswicklung erscheinenden Signale können gleichgerichtet werden, um durch eine Vollweggleichrichtung ein Signal zu erzeugen, das dann durch einen Siebkreis geglättet wird. Hat das Eingangssignal jedoch eine kleine Amplitude, besteht die Gefahr, daß bei dem gleichgerichteten Ausgangssignal eine nichtlineare Verzerrung auftritt, die auf die nichtlinearen Eigenschaften der verwendeten Dioden zurückzuführen ist. Hierdurch vergrößert sich die Welligkeit

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des Ausgangssignals. Liegt die (iröJBe des Eingangssignal unter der Durchlaßspannung der liiode oder Dioden, ist es außer-r dem der Gleichrichterschaltung nicht möglich, das Eingangssignal überhaupt gleichzurichten.

Ferner hängt das ^etriebsverhalten solcher Schaltungen von der Dur chi aß spannung und der Temperaturcharakteristik; der zur Gleichrichtung dienenden Dioden ab. Es ist erwünscht, daß die Dioden einander genau gleichen, und daß die Schaltung vollkommen abgeglichen ist, denn anderenfalls erhalten die aufeinander folgenden Halbperioden des gleichgerichteten Signals bei einem sinusförmigen Eingangssignal unterschiedliche Amplituden, so daß sich die Welligkeit des Äusgangssignals vergrößert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte, abgeglichene Transistorschaltung mit Differentialverstärkern zu schaffen, ferner eine verbesserte Transistorgleichrichterschaltung zum Durchführen einer Vollweggleichrichtung derart, daß ein einwandfrei abgeglichenes Ausgangssignal erzeugt wird, die Stabilität des Gleichrichtungsvorgangs bei einer Transistorschaltung unter Berücksichtigung von Temperaturänderungen der Schaltungselemente zu verbessern, eine Schaltung der genannten Art zu schaffen, die es ermöglicht, ein ihr zugeführtes Signal symmetrisch gleichzurichten, so daß man ohne !rücksicht auf die Schwellenspannung und die Temperaturcharakteristiken der Gleichrichterelemente aufeinander folgende gleichgerichtete Halbperioden von gleicher Amplitude erhält, und schließlich eine verbesserte abgeglichene Transistorschaltung dieser Art zu schaffen, die insbesondere geeignet ist, als integrierter Schaltkreis ausgebildet zu werden.

Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Gleichrichterschaltung nach der Erfindung;

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Fig. 2A bis 2E jeweils eine der Signal wellenformen, die in der Schaltung nach Fig. 1 auftreten; und

Fig. 3A und 3B jeweils eine graphische Darstellung eines Signals zur Veranschaulichung der Wirkungsweise der Schaltung nach Fig. 1.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Schaltung ist eine Cuelle 1 für ein Vvechseispannungssignal zwischen einer gemeinsamen Klemme, z.B. einer kasseklenme, und der Basis eines Transistors Q1 angeschlossen, der zusammen mit einem Transistor Q2 einen Eingangs-Differentialverstärker bildet. Die beiden Transistoren Q1 und Q2 sind NPN-'Transistören, deren Emitter über einen gemeinsamen Emitterwiderstand mit einer negativen Klemme -Vcc verbunden sind, und deren Kollektoren an die Kollektoren zweier weiterer Transistoren Q3 und Q4- angeschlossen sind. Bei diesen letzteren Transistoren handelt es sich um PHP-Transistoren, deren Emitter gemeinsam direkt mit einer Klemme +Vcc verbunden sind. Zwischen den Kollektoren der Transistoren Q1 und Q2 einerseits und der Kathode einer Diode DI liegen zwei Widerstände E1 und R2. Die Anode der Diode D1 ist mit den Basiselektroden der Transistoren Q3 und Q4 verbunden, und ein Widerstand P 3 ist zwischen den Basiselektroden dieser Transistoren einerseits und den Emittern der gleichen Transistoren angeschlossen.

Die Kollektoren der Transistoren Q/l und Q2 bilden die Ausgangsklemmen des ersten DifferentialVerstärkers und sind mit den Basiseingangsklemmen von zwei Transistoren ^,5 und Q6 eines zweiten DifferentialVerstärkers verbunden, bei denen es sich ebenfalls um PKP-Transistoren handelt, und deren Lmitter über einen gemeinsamen Emitterwiderstand mit der Speiseklemme +Vcc verbunden sind. Die Kollektoren der Transistoren t._5 und Q6 sind über zugehörige V-iderstände FA und E5 an die Basiselektroden zweier weiterer Gleichrichtertransistoren tt,7 und QB angeschlossen, die als IiPK-Transistoren ausgebildet sind, deren Kollektoren gemeinsam direkt an die Speiseklemme +Vcc angeschlossen sind, und deren Emitter gemeinsam direkt mit der Basis eines EPN-5usp;angstransistors

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Q9 verbunden sind, der als Emitterfolger geschaltet ist, und bei dem an seinen Emitter eine Ausgangsklemme 2 angeschlossen ist.

Die Kollektoren der Transistoren Q5 und Q6 sind ebenfalls durch zwei Widerstände R6 und R7 mit der Basis eines NPK-Transistors Q10 verbunden, dessen Kollektor an die positive Klemme +Vcc angeschlossen ist, während sein Emitter direkt mit den Basiselektroden zweier weiterer NPN-Transistören Q11 und Q12 verbunden ist. Die Kollektoren der beiden letzteren Transistoren sind direkt an die Kollektoren der Transistoren Q5 und Q6 angeschlossen, während ihre Emitter unmittelbar geerdet sind. Der Emitter des Transistors Q10 und die Basiselektroden der Transistoren Q11 und Q12 sind über einen Widerstand R8 ebenfalls geerdet.

Gemäß £'ig. 1 ist bei der dargestellten Schaltung auch ein iaickkopplungsteil vorhanden, zu dem ein Widerstand R9 gehört, der zwischen dem Kollektor des Transistors Q5 und der Basis eines NPN-Transistors Q15 liegt. Der Kollektor des Transistors Q13 ist direkt mit der positiven Klemme +Vcc verbunden, und dieser Transistor ist als Emitterfolger geschaltet, der eine Diode D2 aufweist, welche in der Durchlaßrichtung mit einem Emitterbelastungswiderstand R10 in Reihe geschaltet ist und zwischen dem Emitter des Transistors Q13 und der negativen Klemme -Vcc liegt. Ein Widerstand R11 verbindet den Knotenpunkt zwischen der Diode D2 und dem Widerstand R10 der Basis des Transistors Q2. Ein RC-Kreis, der sich aus einem Widerstand R12 und einem Kondensator C zusammensetzt, welche in Reihe geschaltet sind, liegt zwischen der Basis des Transistors Q2 und dem Masseanschluß.

Der Gleichspannungs-Vorspannzustand der Kollektoren der Transistoren Q1und Q2 des ersten DifferentialVerstärkers wird durch die Kollektor-Emitter-Spannungen der Transistoren Q3 und Q4- bestimmt, und der äquivalente alternierende Widerstand gegenüber den Kollektoren der Transistoren Q1 und Q2 wird nur durch die Belastungswiderstände R1 und R2 bestimmt, da die Kollektor-Emitter-Widerstände der Transistoren

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Q3 und Q4- praktisch erheblich größer sind als die widerstandswerte der Widerstände R1 und R2. Daher ist es möglich, für die Belastungswiderstände R1 und R2 hohe Widerstandswerte zu wählen, ohne den Gleichspannungs-Vorspannzustand des ersten DifferentialVerstärkers zu berücksichtigen. Infolgedessen kann der erste Differentialverstärker mit einer hohen Verstärkung arbeiten.

Alternativ könnten die Kollektoren der Transistoren 01 und Q2 einfach über Belastungswider stände mit der Klemme +Vcc so verbunden sein, wie es bei einem gewöhnlichen Differentialverstärker üblich ist. Da der widerstandswert der Belastungswiderstände vorzugsweise hoch ist, würde Jedoch der dynamische Bereich eines solchen Verstärkers wegen des

Gleichspannungsabfalls an den großen Belastungswiderständen nur schmal sein.

Die Schaltung des zweiten Differentialverstärkers mit den Transistoren Q5 und Q6 ähnelt grundsätzlich derjenigen des ersten Differentialverstärkers mit den Transistoren Q1 und Q2. Der Belastungskreis der Transistoren Q5 und Q6 weist die Widerstände R6, R7, R8 sowie die Transistoren Q1G, Q11 und Q12 auf. Der Transistor Q10 ähnelt grundsätzlich der Diode bzw. dem Gleichrichter D1, da es sich um eine nur in einer Richtung leitfähige Vorrichtung handelt.

Bei der folgenden Beschreibung der Schaltung nach Fig. 1 wird auf die in Fig, 2A bis 2E dargestellten Spannungswellenformen Bezug genommen. Nimmt man an, daß mit Hilfe der Lingangssignalquelle 1 eine Eingangsspannung So nach Fig. 2A zwischen der Basis des '-i'ransistors QI des ersten Differentialverstärkers und Masse angelegt wird, erzeugt der erste Differentialverstärker zwei Ausgangssignale von entgegengesetzter Polarität, die an den Kollektoren der Transistoren Q1 und Q2 erscheinen, und diese Ausgangssignale des ersten DifferentialVerstärkers gelangen zu den Basiseingangsklemmen des zweiten Differentialverstärkers mit den Transistoren Q5 und Q6. Die an den Kollektoren der Transistoren Q5 und Q6

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erscheinenden Signalspannungen sind in Fig. 2B und 2C dargestellt; das Signal S1 ist das Ausgangssignal, das am Kollektor des Transistors <^5 gemäß Fig. 1 an dem -hinkt A erscheint, und das Signal S2 ist das Signal, das am Kollektor des Transistors QJ? an dem JEainkt B erscheint.

Die Achsen der Signale S1 und S2 sind gegenüber der Nullinie entsprechend einer Gleichspannung 2Vbe nach oben versetzt. Diese Gleichspannungskomponente ist die Spannung, welche an den Punkten A und B vorhanden sein würde, wenn man nicht mit Hilfe der Cuelle Λ eine Wechselspannung zuführen würde. Bei der Gleichspannung 2Vbe handelt es sich um die Summe der Spannung Vbe zwischen der Basis und dem Emitter des Transistors Q11, die gleich der Spannung zwischen der Basis und dem Emitter des Transistors Q12 ist, und der Spannung Vbe zwischen der Basis und dem Emitter des Transistors Q10.

Die positive Halbperiode des Signals S1 am Punkt A wird durch den Basis-Emitter-Übergang des Transistors Q7 gleichgerichtet, während die positive Halbperiode der Spannung S2 am Punkt B durch den Basis-Emitter-tTbergang des Transistors Q8 gleichgerichtet wird, so daß an den Emittern der Transistoren Q7 und Q8 das einer Vollweggleichrichtung unterzogene Signal S3 nach Fig. 2D erscheint.'Dieses Signal ist nach oben um eine Gleichspannung Vbe versetzt, da die Versetzung 2Vbe an den Punkten A und B zwischen der Basis und dem Emitter jedes der Transistoren Q7 und Q8 um Vbe verringert wird. Wird die Spannung SJ an die Basis des Transistors Q9 angelegt, erscheint an der Ausgangsklemme 2 die in Fig. 2E dargestellte Ausgangsspannung S4-. Die Versetzung um Vbe ist jetzt infolge des Spannungsabfalls Vbe zwischen der Basis und dem Emitter des Transistors Q9 beseitigt worden. Da das gleichzurichtende Signal an der Gleichrichterstufe mit den Transistoren Q7 und Qß in der beschriebenen Weise um einen vorbestimmten Betrag nach oben versetzt ist, ist es möglich, auch sehr schwache Eingangssignale mit guter Wiedergabetreue gleichzurichten und trotzdem ein Ausgangssignal zu erhalten, dessen Ver-

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setzung Null Volt beträgt. . .

Die Schaltung nach Fig. 1 ist ferner geeignet, auf Temperaturänderungen zurückzuführende Änderungen der Ausgangsspannung auszugleichen. Die Änderungen der gesamten Spannung Vbe der Transistoren Q7 und QS- sowie, des Transistors Q9 werden durch Änderungen der gesamten Spannung Vbe der Transistoren Q10 mit den Transistoren Q11 oder Q12 ausgeglichen, wird an die Schaltung keine Eingangssignal spannung angelegt¹, wird somit die Ausrangsspannung an der.Klemme 2 stets auf Null Volt gehalten. Stehen jedoch die Basis-Emitter-Spannung Vbe und die Gleichstromverstärkung hfe bei den Transistoren £,5 und Q6 des zv;eiten Differential Verstärkers oder bei den Transistoren Q1 und Q2 des ersten Lifferentialverstärkers nicht im Gleichgewicht, d.h. besteht keine Gleichheit, erscheinen an den Punkten A und B verschiedene Potentiale. Infolgedessen wird die an der Ausgangsklemme 2 erscheinende gleichgerichtete Spannung selbst dann bei jeder zweiten Ilalbperiode einen anderen Pegel erreichen, wenn das gleichgerichtete Signal einer zur Kuliachse symmetrischen Sinuswelle entspricht. Line einer "Vollweggleichrichtung unterzogene Spannung, bei der eine solche Verzerrung vorhanden ist, ist in iig. 3A dargestellt.

Bei der Schaltung nach i'ig. 1 ist zur Vermeidung einer solchen Verzerrung, die zu einem Signal der in !ig. 3A dargestellten Art führt, eine Euckkopplungsverbxndung zwischen dem zweiten Differentialverstärker und dem ersten Differentialverstärker vorhanden. Nimmt man z.B. an, daß die an dem Punk"t A erscheinende Gleichspannung einen vorbestimmten Spanrmngspegel überschreitet, und daß diese Schwankung durch den Transistor GJ> und die Diode D2 auf die Basis des Transistors Q2 des ersten Differentialverstärkers übertragen wird, nimmt der Kollektorstrom des Transistors Q2 in Abhängigkeit von der Zunahme des Potentials an seiner Basis zu. Andererseits wird infolge der Differentialwirkung der Kollektorstrom des Transistors Q1 abnehmen, so daß das Potential an der Basis des Transistors ^5» der die Spannung von dem Transistor Q1 aus zugeführt wird, ansteigt und der Kollektorstrom des

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Transistors C.5 abnimmt. Dies hat zur Folge, daß die Spannung an dem Punkt A auf ihren stabilisierten Pegel reduziert wird.

entsprechend wird ein Wechselspannungssignal als Rückkopplungssignal von dem zweiten Differentialverstärker aus zu dem ersten Differentialverstärker zurückgeleitet. Wenn in diesem lall der Widerstandswert des Widerstandes E12 in dem .Rückkopplungskreis geändert wird, kann diese Änderung dazu dienen, die Verstärkung der Wechselspannungs-Rückkopplungsschleife einzustellen, ferner ist es möglich, Änderungen der Basis-Emitter-Spannungen 2Vbe der Transistoren Q10 und Q11 zu kompensieren, die auf Temperaturänderungen zurückzuführen sind. Um eine solche Kompensation zu erreichen, kann man den Basis-Emitter-Übergang des Transistors Q3 und die Diode D2 in die Rückkopplungsscbleife einschalten.

Gemäß der Erfindung ist es weiterhin möglich, zu bewirken, daß das an dem Punkt A erscheinende Potential gleich dem an dem Punkt B erscheinenden Potential wird, obwohl die iverte für hfe und Vbe bei sämtlichen transistoren nicht einander gleich sind. Fig. 5B zeigt ein einwandfrei gleichgerichtetes Ausgangssignal, das an der Auspangsklemme 2 erscheint, bei dem die vorstehend beschriebene Kompensation durchgeführt wurde, so daß die Amplituden sämtlicher Halbperioden den gleichen festen Wert aufweisen.

Zwar ist die Erfindung vorstehend bezüglich einer VoIj-weggleichrichtungsschaltung beschrieben, doch ist zu bemerken, daß sich die Schaltung auch abändern läßt und z.B. bei einer komplexen Schaltung verwendet werden kann, bei der mehrere Differentialverstärker in Reihe geschaltet sind.

Ansprüche:

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Claims

ANSPRÜCHE

1. Transistorschaltung mit einem ersten Differentialverstärker, der zwei erste Verstärkungstransistoren und zwei erste Ausgangsklemmen aufweist, und einem zweiten Differential verstärker, der zwei zweite Verstärkungstransistoren, zwei an die Ausgangsklemmen des ersten. DifferentialVerstärkers angeschlossene Eingangsklemmeη und zwei Ausgangsklemmen aufweist, dadurch gekennzeichnet , daß ein Signalrückkopplungskreis mit einem Transistor (Q13) an eine der Ausgangsklemmen (A) des zweiten DifferentialVerstärkers (Q5, Q6) angeschlossen ist, und daß ein Ausgangskreis mit einer Eingangsklemrae (w2) des ersten DifferentialVerstärkers (t._1, Q2) verbunden ist, um dem ersten Differential verstärker ein Signal zuzuführen, dessen Polarität der Polarität des durch ihn verstärkten Signals entgegengesetzt ist.

2. Transistorschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß zu dem Rückkopplungskreis eine mit dem Transistor des Rückkopplungskreises in Reihe geschaltete Diode (D2) gehört.

3. Transistorschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Transistor (Q13) des Hückkopplungskreises als Emitterfolger geschaltet ist, und daß die Diode (D2) zwischen dem Emitter des Emitterfolgerkreises und der Easis eines der beiden ersten Transistoren (Q1, Q2) angeschlossen ist.

4. Transistorschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis'3? dadurch gekennzeichnet , daß zu dem Ilückkopplungskreis ein Widerstand (R12) und ein damit in Reihe geschalteter Kondensator (C) gehören, die zwischen der Eingangsklemme des ersten Differential Verstärkers (Q₁I, Q2) und einem Punmt liegen, an dem eine feste Spannung vorhanden ist, um das dem ersten Differentialverstärker zugeführte

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Wechselstrom-Rückkopplungssignal zu regeln.

5· Transistorschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4-, dadurch gekennzeichnet , daß mindestens einer der Differentialverstärker (Q1, Q2 oder Q5, Q6) einen Belastungskreis aufweist, zu dem erste und zweite Belastungswiderstände (Π, R2 oder E6, R7) gehören, die in Reihe geschaltet sind und zwischen einem gemeinsamen Knotenpunkt und den Aollektoren der beiden "Verstärkungstransistoren des betreffenden Differentialverstärkers liegen, daß erste und zweite Vorspanntransistoren (Q3, Q4 bzw. Q11, Q12) vorhanden sind, die im Vergleich zu den zuletzt genannten Verstärkungstransistoren vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp sind, und bei denen die Emitter-Kollektor-Kreise in Reihe mit einem zugehörigen Emitter-Kollektor-Kreis des entsprechenden der zuletzt genannten Verstärkungstransistoren geschaltet sind, daß nur in einer Richtung leitfähige Einrichtungen (D1 bzw. Q10) den gemeinsamen Knotenpunkt mit den Basiselektroden der beiden Vorspanntrar.sistoren verbinden, und daß ein Widerstand (R3 baw. R8) die Basiselektroden der beiden Voröpanntransistoren mit einer Quelle für eine Betriebsspannung verbindet.

6. Transistorschaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß die nur in einer Richtung leitfähige Einrichtung eine Diode (D1) ist.

7. Transistorschaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß die nur in einer Richtung leitfähige Einrichtung durch den Basis-Emitter-Kreis eines als Emitterfolger geschalteten Transistors (Q10) gebildet ist.

8. T_ransistorschaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß jeder Differentialverstärker (0,1, Q2 und Q5, Q6) einen Belastungskreis aufweist, zu dem erste und zweite Belastungswiderstände (R1, R2 und R6, R7) gehören, die zwischen einem gemeinsamen Knotenpunkt und den Kollektoreten der beiden zugehörigen Verstärkungstransistoren des betreffenden DifferentialVerstärkers (Q1, Q2 bzw. Q5,Q6)

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in Reihe geschaltet sind, daß erste und zweite Vorspanntransistoren (Q3» Q4- "bzw. Q11, Q12) vorhanden sind, deren Leitfähigkeitstyp demjenigen der vorher genannten Verstarkungstransistoren entgegengesetzt ist, daß die Emitter-Kollektor-Kreise jedes der Vorspanntransistoren in Reihe mit einem zugehörigen Emitter-Kollektor-Kreis des entsprechenden der genannten Verstärkungstransistoren geschaltet sind, daß nur in einer Richtung leitfähige Einrichtungen (D1 bzw. Q10) den gemeinsamen Knotenpunkt mit den Basiselektroden der beiden zugehörigen Vorspanntransistoren verbinden, und daß ein Widerstand (R3 bzw. R8) die Basiselektroden der beiden Vorspanntransistoren mit einer Quelle für eine Betriebsspannung verbindet.

9. Transistorschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Transistoren (Q1, Q2) des ersten Paars von Verstärkungstransistoren von einem bestimmten Leitfähigkeitstyp sind, und daß die Transistoren (Q5> Q6) des zweiten Paars von Verstärkungstransistoren vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp sind.

10. Transistorschaltung nach einem der Ansprüche ΐ bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Gleichrichter (Q7» Q8) an die beiden zweiten Verstärkungstransistoren (Q5, Q6) angeschlossen sind, um von ihnen Signale aufzunehmen, und daß diese Gleichrichter so geschaltet sind, daß sie ein einer Vollwepgleichrichtung unterzogenes Signal liefern.

11. Transistorschaltung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß jeder der genannten Gleichrichter (Q7, Q8) ein Gleichrichtertransistor ist, daß die Kollektoren der beiden Gleichrichtertransistoren gemeinsam an eine Quelle für eine Betriebsspannung angeschlossen sind, und daß die Emitter beider Gleichrichtertransistoren gemeinsam mit einer Ausgangsklemme (2) verbunden sind.

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