DE2554770C2 - Transistor-Gegentaktverstärker - Google Patents

Description

U_AsS'Ub-2(U,e+Uce)

gelten, wobei U_Ass den Spannungswert der Ausgangsspannung von Spitze zu Spitze gemessen bezeichnet Da die Spannung Übe bei Transistoren einen annähernd konstanten Wert yon etwa 0,7 V hat, während die Spannung Uce von der jeweiligen Aussteuerung des Transistors abhängt, ist die Ausgangsspannung U*_ss also immer mindestens um

2 0,7 V- 1,4 V

Die Erfindung bezieht sich auf einen Transistor-Gegentaktverstärker nach der Gattung des Patentanspruchs 1.

Es ist ein Transistor-Gegentaktverstarker mit einer Gegentakt-Treiberstufe mit zwei komplementären Transistoren und eine Gegentakt-Endstufe, die ebenfalls zwei komplementäre Transistoren enthält, bekannt (Tietze und Schenk »Halbleiter-Schaltungstechnik«, Springer-Verlag,! 969, Seite 241). Bei der je ein Transistor der Treiberstufe und je ein Transistor der Endstufe eine komplementäre Darlington-Schaltung bilden. Ausgangsseitig sind die Darlington-Schaltungen über zwei in Serie geschaltete Widerstände verbunden, zwischen deren gemeinsamen Anschluß und z. B. Masse das verstärkte Signal abgenommen werden kann. Soll die Ausgangsleistung P bei einer gegebenen Betriebsspannung Ub möglichst groß sein, so muß aufgrund der Beziehung kleiner als die Betriebsspannung Ub. Der Spannungsabfall von 1,4 V kann bei höheren Betriebsspannungen vernachlässigt werden. Liegt die Betriebsspannung aber beispielsweise bei nur etwa 3 V, dann ist der Spannungsabfall von 1,4 V keinesfalls mehr vernachlässigbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Transistor-Gegentaktverstarker zu schaffen, dessen Ausgangsspannung bzw. Ausgangsleistung bei einer gegebenen Betriebsspannung größer ist als bei den bisher bekanntgewordenen Gegentaktverstärker^

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Transistor-Gegentaktverstarker nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs dadurch gelöst, daß ein Schaltungspunkt zwischen den einander zugekehrten Anschlüssen der Transistoren der Treiberstufe erstens über einen für die zu verstärkenden Signale eine geringe Impedanz aufweisenden Kondensator mit einem festen Bezugspotential, z. B. dem Massepotential, und zweitens über ei· nen Widerstand, dessen Widerstandswert so gewählt ist daß die Transistoren des Gegentaktverstärker den gewünschten Arbeitspunkt haben, mit einem Schaltungspunkt zwischen den einander zugekehrten Anschlüssen der Transistoren der Endstufe verbunden ist

Bei einem derartigen Verstärker gilt für die größtmögliche Ausgangsspannung die Beziehung

—Üb—

b5 wobei mit Uce_si„. die Kollektor-Emitterspannung der in den Sättigungszustand gesteuerten Endstufen-Transistoren bedeutet. Die Sättigungsspannung U_sl„ beträgt bei Transistoren beispielsweise etwa 100 mV. so daß bei

einem mit ζ. B. 3 V betriebenen Transistor-Gegentaktverstärkcr die Autgangsspannung Uass einen Wert von 2£ V erreichen kann. Ein derart hoher Wert ist mit den bekannten Transistor-Gegentaktverstärkem nicht erreichbar.

Zweckmäßige Ausgestaltungen und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Im folgenden wird die Erfindung an Hznd zweier in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher iirllutert In der Zeichnung zeigt

Fi g. 1 ein Schaltbild eines Transistor-Gegentaktverstärkers in einer ersten Ausführungsform und

Fi g. 2 ein Schaltbild eines Transistor-Gegentaktverstirkers in einer zweiten Ausführungsform.

Ein Transistor-GegenUktverstärker nach F i g. 1 hat zwei Anschlüsse 1,2 zum Zuführen von mit dem Verstärker zu verstärkenden Wechselstromsignalen der Spannung Ub Mit dem Gegentaktverstärker können aber nicht nur Wechselstromsignale, sondern auch impulsförmige Signale verstärkt werden. Der Anschluß 1 steht über einen Kondensator 3 mit der Basis eines Transformators 4 in Verbindung, dessen Emitter auf dem Massepotential liegt und dessen Kollektor erstens mit der Basis eines Transistors 5 und zweitens über zwei in Reihe geschaltete Dioden 6, 7 mit der Basis eines Transistors 8 verbunden ist Die Transistoren 5 und 8 bilden eine komplementäre Gegentakt-Treiberstufe. Die Basis des Transistors 8 steht außerdem über einen Widerstand 9 mit einem Anschluß 10 einer Betriebsspannungsquelle in Verbindung, die eine Gleichspannung Ub von z. B. 3 V liefert.

Während die Emitter der Transistoren 5 und 8 der Treiberstufe unmittelbar miteinander verbunden sind (- Schaltungspunkt A), schließt sich an den Kollektor des Transistors 5 die Basis eines Leistungstransistors 11 und an den Kollektor des Transistors 8 die Basis eines Leistungstransistors 12 an. Die Leistungstransistoren 11 und 12 bilden eine komplementäre Gegentakt-Endstufe, wobei die Kollektoren der beiden Leistungstransistoren unmittelbar miteinander verbunden sind (- Schaltungspunkt B), während der Emitter des Transistors 11 auf dem Massepotential und der Emitter des Leistungstransistors 12 auf dem, z. B. positiven, Betriebspotential des Anschlusses 10 liegt

Die beiden miteinander verbundenen Kollektoren der Leistungstransistoren U und 12 stehen erstens über einen Kondensator 13 mit einem Anschluß 14 in Verbindung, der zusammen mit einem auf dem Massepotential liegenden Anschluß 15 den Ausgang des Gegentaktverstärker bildet Zweitens steht der Verbindungspunkt zwischen den Kollektoren der Leistungstransistoren über einen Widerstand 16 mit der Basis des Transistors 4 und einen in Reihe zu dem Widerstand 16 liegenden weiteren Widerstand 17 mit Masse in Verbindung.

Außer den komplementären Transistoren 5 und 8 bzw. 11 und 12 in der Treiberstufe und in der Gegentakt-Endstufe sind auch die Transistoren 8 und 12 bzw. 5 und 11 zueinander komplementär. Auf diese Weise entstehen, sofern der Emitter der Transistoren 5 und 8 und die Kollektoren der Leistungstransistoren 11 und 12 miteinander galvanisch verbunden wären, zwei komplementäre Darlington-Schaltungen.

Der vorstehend beschriebene Teil der Gegentaktverstärker-Schaltung mit zwei komplementären Darlington-Schaltungen ist bekannt. Die Eingangsspannung Ue. das ist z. B. eine Wechselspannung 18, erscheint an dem Kollektor des Transistors 4 als gegenphasige Spannung 19, die den Basen der Transistoren 5 und 8 gleichphasig zugeführt wird. Die Komplementär-Darlington-Schaltungen mit den Transistoren 5,11 bzw. 8,12 bilden für die Wechselspannung 19 parallele Verstärkungswegs, die ausgangsseitig zusammengeführt sind. Das verstärkte Wechselstromsignal kann dann zwischen den Anschlüssen 14,15 abgenommen werden.

Bei der soweit beschriebenen und in ihrer Funktion erläuterten bekannten Schaltung kann die Ausgangsspannung Uass ^nur einen solchen Wert haben, der gleich

ίο der Betriebsspannung U₈ vermindert um die Spannungen übe der Leistungstransistoren 11 und 12 und vermindert um die Spannungen Uce der Transistoren 5 und 8ist
Wie bereits weiter oben erwähnt, hat in diesem Falle

is die Ausgangsspannung Uass höchstens einen Wert der um 1,4 V kleiner ist ais die Betriebsspannung Ub- Um zu einer höheren Ausgangsspannung Uass ^zu kommen, wird nach F i g. 1 auf die bekannte galvanische Verbindung zwischen den Schaltungspunkten A und B verzichtet Der Schaltungspunkt A steht vielmehr erstens über einen Kondensator 20 mit Masse und zweitens über einen Widerstand 21 mit dem Schaltungspunkt B in Verbindung. Auf diese Weise bilden die Transistoren 8 und 12 bzw. 5 und U keine komplementären Darlington-

Schaltungen mehr.

Die Ansteuerung der Leistungstransistoren U bis 12 geschieht nun über die Transistoren 5 bzw. 8 und den Kondensatoren 20. Da die Schaltungspunkte A und B über den Widerstand 21 verbunden sind, kann Punkt B andere Spannungswerte annehmen als Punkt A. Der Kondensator 20 hat wechselspannungstnäßig eine sehr kleine Impedanz. Dadurch erhalten die Leistungstransistoren einen genügend hohen Steuerstrom, so daß sie bis in den oberen Sättigungsbereich hinein ausgesteuert werden können.

Durch den Widerstand 21 werden die Gleichspannungsverhältnisse des Verstärkers eingestellt.

Dem Widerstand 21 kann ein Kondensator 22 parallel geschaltet sein, der durch eine Wechselspannungsgegenkopplung verhindert daß der Verstärker zu schwingen beginnt. Der Kapazitätswert des Kondensators 22 muß zu diesem Zweck kleiner sein als der Kapazitätswert des Kondensators 20. Die mit dem Verstärker erzielbare Verstärkung ist frequenzunabhängig und hängt von dem Verhältnis der Kapazitätswerte der Kondensatoren 20 und 22 ab.

Für die neue Schaltung mit dem Widerstand 21 und dem Kondensator 20 und gegebenenfalls dem zusätzlichen Kondensator 22 gilt die Beziehung

-U_B-

wobei mit UcE₅₁,,. die Kollektor-Emitter-Sättigungsspannung der Transistoren 11 bzw. 12 bezeichnet ist.

Ein Vergleich mit der für die bekannte komplementäre Gegentaktverstärker-Schaltung geltende Beziehung zeigt, daß die neue Schaltung eine um 2Ube größere Ausgangsspannung U₅₅ abgeben kann. Bei einer Betriebsspannung Ub von z. B. 3 V kann also die Ausgangsspannung Uass Werte bis zu 2,8 V haben. Da zwischen Ausgangsleistung und Ausgangssp&nnung eine quadratischBeziehung besteht, ist auch die erzielbare Ausgangsleistung erheblich höher.
Die in F i g. 1 angegebenen Werte für die Kondensatoren 20 und 22 und den Widerstand 21 haben sich bei einem Gegentaktverstärker für niederfrequente Wechselströme bewährt. Allgemein liegt der Widerstandswert des Widerstandes 19 vorzugsweise zwischen eini-

gen hundert Ohm und einigen Kilo-Ohm.

In einer Schaltungsvariante zu F i g. 1 liegt nach dem Schaltbild in F i g. 2 zwischen dem Schaltungspunkt A und Masse eine Reihenschaltung aus einem Widerstand 23 und einem Kondensator 24 sowie zwischen den 5 Schaltungspunkten A und B ein Widerstand 25. Eine Voraussetzung für das Funktionieren der Schaltung nach F i g. 2 besteht darin, daß die Impedanz des Kondensators 24 erheblich kleiner sein muß als der Widerstandswert des Widerstandes 23. Der Widerstand 25 hat 10 in dieser Schaltung die gleiche Funktion wie der Widerstand 21 in dem Schaltbild nach F i g. 1.

Es sei noch erwähnt, daß der Kondensator 20 bzw. 24 auch zwischen dem Schaltungspunkt A und dem Anschluß IQ liegen, kann; vgl. gestrichelte Linien in F i g. 1. 15

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

20

25

30

35

40

45

50

60

65

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   1. Transistor-Gegentaktverstarker zum Verstärken von Wechselstrom- oder Impulssignalen mit einer Gegentakt-Treiberstufe und einer Gegentakt-Endstufe, wobei die Treiberstufe und die Endstufe je zwei mit ihren Emitter-Kollektorstrecken gleichstrommäßig in Reihe und für die zu verstärkenden Signale parallel liegende Transistoren haben, und wobei je ein Transistor der Treiberstufe mit je einem Transistor der Endstufe eine komplementäre Dar-Iington-Schaltung bilden, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schaltungspunkt (A) zwischen den einander zugekehrten Anschlüssen der Transistoren (5, S) der Treiberstufe erstens Ober einen für die zu verstärkenden Signale eine geringe Impedanz aufweisenden Kondensator (20) mit einem festen Bezugspotential, z.B. dem Massepotential, und zweitens Ober einen Widerstand (21), dessen Widerstandswert so gewählt ist, daß die Transistoren des Gegentaktverstärker« den gewünschten Arbeitspunkt haben, mit einem Schaltungspunkt (B) zwischen den einander zugekehrten Anschlössen der Transistoren (11,12) der Endstufe verbunden ist

   2. Transistor-Gegentaktverstarker nach Anspruch

   1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegentakt-Treiberstufe und die Gegentakt· Endstufe je zwei komplementäre Transistoren (5,8; 11,12) haben.

   ß.Transistor-Gegentaktverstlrker nach Anspruch

   2, dadurch gekennzeichnet, daß die zu einem Gegentaktzweig gehörenden Transistoren (5,11; 8,12) von Treiberstufe und Endstufe vom entgegengesetzten Leitungstyp sind.

   4. Transistor-Gegentaktverstarker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand (21) durch einen eine Wechselspannungsgegenkopplung bewirkenden weiteren Kondensator (22) überbrückt ist.

   5. Transistor-Gegentaktverstarker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Schaltungspunkt (A) und dem mit Masse verbundenen Kondensator (20, 24) ein zusätzlicher Widerstand (23) liegt.

   worin Ua die Ausgangsspannung des Verstärkers und R der Widerstandswert der Last ist, dafür gesorgt werden, daß der bei der Aussteuerung der Endstufe erzielbare größte Amplitudenwert der Ausgangsspannung mög-

   s liehst nahe an die Betriebsspannung herankommt Verzichtet man, wie bei einer anderen bekannten Komplementär-Endstufe (Valvo-Berichte, 1956, Heft 2, S. 44, Bild 13) auf die erwähnte Reihenschaltung der beiden Widerstände zwischen den beiden Endstufen-Transistoren, dann ergibt sich je Gegentaktzweig aber immer noch an den Transistoren jeder Darlington-Schaltung ein Spannungsabfall, der sich aus der Basis-Emitterspannung Übe des Transistors der Endstufe und der dazu wechselstrommäßig in Reihe liegenden Kollektor-Emitterspannung Uce des Transistors der Treiberstufe zusammensetzt Abgesehen davon weist die Schaltung nach den Valvo-Berichten in der Endstufe Emitterwiderstände auf, die einen Spannungsabfall verursachen. Schließlich sind die Endstufen-Transistoren über Wicklungen eines Ausgangstransformators verbunden. Nimmt man an, daß der bekannte Transistor-Gegentaktverstarker ohne den Transformator auskäme, so würde die Beziehung