DE2716122C2 - Leistungsverstärker - Google Patents

Description

— einen hohen Preis, weil eine komplizierte Schaltung oder eine schwierige Regulierung erforderlich ist

!0 — eine übermäßige Leistungsabgabe der Siromversorgungsquelie gegenüber dem Ruhestrom des Leistungs transistors,

— eine mittelmäßige Temperaturkompensation, und

— eine begrenzte Ausnutzung bei gewissen Typen von Leistungstransistoren.

Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu beseitigen, ohne daß die Verwendung eines im Innern des Gehäuses des Leistungstransistors angeordneten Bezugselementes erforderlich wird.

Gemäß der Erfindung ist ein Leistungsverstärker der

so gewählt sind, daß die Andenjng der Vorspannung eingangs genannten Art dadurch gekennzeichnet, daß

der Basis des Leistungstransistors in Abhängigkeit von der Temperatur zur Temperaturkompensation des letzteren ausreicht

2. Leistungsverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Leistungstransistor und der Regeltransistor auf ein und demselben Kühlkörper montiert sind.

Die Erfindung betrifft einen im AB-Betrieb arbeitenden Leistungsverstärker, mit einem Leistungstransistor, der zur Verstärkung eines an sei.e Basis angelegten HF-Signals bestimmt ist und wenigstens in bezug auf die Vorspannung in Emitterschaltung liegt, während sein Kollektor mit einem Punkt festen Potentials gekoppelt ist; und mit einer Schaltung zum Vorspannen der Basis des Leistungstransistors, die einen Regeltransistor, der in Emitterschaltung liegt und dessen Kollektor mit der Basis des Leistungstransistors gekoppelt ist, und zwei Vorspannungswiderstände enthält, von denen der erste die Basis des Regeltransistors mit seinem Kollektor verbindet.

In bekannten Verstärkern dieser Art stellt die Schaltung zum Vorspannen der Basis die Vorspannung der Basis des Leistungstransistors ein und nimmt dabei eine automatische Temperaturkompensation vor, so daß eine Erhöhung des Ruheausgangsstroms des Leistungstransistors auf Grund einer Temperaturerhöhung der Basis-Emitter-Strecke des Leistungstransiitors vermieden wird.

Zur schnellen Ausführung dieser Temperaturkompensation ist ein Bezugselement, im allgemeinen eine Diode oder ein Transistor, im Innern desselben Gehäuses des Leistungstransistors angebracht Das ist aber nicht unerläßlich, sofern die benutzten Leistungstransistoren die Übergangszustände aushalten können, denen sie in den Leistungsverstärkern ausgesetzt sind, und im übrigen enthalten die Leistungstransistoren meistens kein Bezugsclement in ihrem Gehäuse. Es sei außerdem angemerkt, daß in den Schaltungen, in welchen das Bezugselement sich im Innern des Gehäuses des Leistungstransistors befindet, der Ausfall des Bezugselements das Austauschen des gesamten Gehäuses erforderlich macht) was einen nichivernach-

der zweite Vorspannungswiderstand an die Basis des Regeltransistors und an den Punkt mit festem Potential angeschlossen ist wobei dieser Anschluß des zweiten Vorspannungswiderstandes und die Werte der beiden Vorspannungswiderstände so gewählt sind, daß die Änderung der Vorspannung der Basis des Leistungstransistors in Abhängigkeit von der Temperatur zur Temperaturkompensation des letzteren ausreicht

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher beschrieben, die das Schaltbild eines Verstärkers nach der Erfindung zeigt

Die Figur zeigt einen HF-Verstärker, der im AB-Betrieb arbeitet Dieser Verstärker enthält einen HF-Leistungstransistor 71, dessen Emitter an Masse liegt und bei welchem es sich um einen npn-Transistor handelt Der Signaleingang £"des Verstärkers ist mit der Basis des Transistors 7i verbur-den, während sein Signalausgang S mit dem Kollektor des Transistors 71 verbunden ist Der Kollektor des Transistors Ti liegt über einen Belastungskreis 1 an einer Konstantspannungsquelle V₃.

Die Figur zeigt außerdem eine Schaltung zum Vorspannen der Basis des Transistors 7t, die folgende Elemente enthält:

— einen NF-Transistor 7*2 des npn-Typs, dessen Emitter an Miisse liegt und der als Regeltransistor dient,

— einen Widerstand R\, der die Basis des Transistors T₂ mit seinem Kollektor verbindet,

einen Widerstand R₂, der die Basis des Transistors Ti mit der Konstantspannungsquelle V_a verbindet, und

— eine Induktivität L, die verhindert, daß das an den Eingang E angelegte HF-Signal zu dieser Vorspannschaltung geleitet wird.

Ein solcher Verstärker ist mit folgenden Werten realisiert worden:

V, - +6 V,
R\ = 10 Ohm,
R₂ = 0,2 Ohm,

Der NF-Transistor T₂ der Vorspannschaltung soll eine ausreichend große Stromverstärkung (größer als

30) haben, damit er bei den kleinen Spannungen, bei denen er benutzt wird, nicht gesättigt wird.

Für den Widerstand R₂ wird ein kleiner Wert (0,2 Ohm) gewählt, damit der Transistor T₂ nicht gesättigt wird, obwohl seine Kollektorspannung Vce niedriger ist als seine Basisspannung Vbe- Diese Betriebsweise erklärt sich dadurch, daß die Spannung Vbe der Basiselektrode auf Grund des Innenwiderstandes des Transistors T₂ größer ist als die Spannung Vß des Basisüberganges und daß es möglich ist den Wert des Widerstandes R₂ ausreichend klein zu wählen, so daß gilt:

Vß < Vce < V_be

Die Transistoren T\ und T₂ sind auf ein und demselben Kühlkörper 2 montiert und zwar, was das Schaltbild nicht zeigt so nahe wie möglich beieinander, um den gegenseitigen Wärmeaustausch zu erleichtern.

Auf Grund der Tatsache, daß die Versorgungsspannung ( + 6V) gegenüber der Kollektor-Emitter-Spannung des Transistors T₂ (in der Größenordnung von 0,6 V mit Ri = 02 Ohm und R₂ = 10 Ohm) relativ hoch ist, wird der Transistor T₂ mit einem konstanten Strom versorgt und zwar ungeachtet der Tempiratur. Da außerdem der Transistor T₂ eine sehr große Stromverstärkung hat, ist der konstante Strom in dem Widerstand R₂ (Versorgungsstrom des Transistors 7}) praktisch gleich dem Strom in dem Widerstand R\ (bis auf 3% bei einer Verstärkung von 30) und, wenn der Transistor T₂ nicht belastet ist, gleich dem Strom in dem Kollektor dieses Transistors. Wenn der Transistor T₂ durch den Leistungstransistor Ti belastet ist (der in der Figur dargestellte Fall), behält der Strom in den Widerständen R\ und R₂ den selben Wert, aber der Wert des Stroms in dem Kollektor des Transistors T₂ wird um den Wert des Vorspannungsstroms verringert, der an die Basis des Transistors T₁ abgegeben wird.

Wenn folgende Bezeichnungen gewählt werden:

V_be: Basis-Emitter-Spannung des Transistors T₂,

V«: Kollektor-Emitter-Spannung des Transistors T₂,

Vi_x: Basis-Kollektor-Spannung des Transistors T₂, I_c: Kollektorstrom in dem Transistor T₂, Iq: konstanter Strom in den Widerständen Ri und Ri,

gilt für eiivsn gegebenen Wert der Temperatur

Vie > V«

V_bc - V„ -

Ri Io - konstant

und, da für Temperature;! von beispielsweise 25° C und 100⁰C, die Ungleichungen

V_1x bei 25° C > V^bei 100⁰C
und V« bei 25° C > V«bei 100⁰C

gelten, folgt daraus:

50

55 Basis-Emitter-Spannung eines HF-Leistungstransistors benutzt werden, ändert sich aber in dieser Schaltung die Vorspannung nicht linear in Abhängigkeit von Änderungen einer Spannung an den Klemmen einer Diode oder eines Elements, das so geschaltet ist, daß es sich wie eine Diode verhält. In dem Fall der in der Figur dargestellten Schaltung ändert sich die Vorspannung in Abhängigkeit von der Temperatur schneller als die Spannung an den Klemmen einer Diode, da gezeigt worden ist, daß beispielsweise

F„bei2S°C K_6gbei25°C

K_n. bei 100⁰C ' V^ bei 100⁰C

was zeigt daß die Spannung V„ proportional schneller »bnjmmt als die Spannung Vi*, wenn die Temperatur zunimmt

Wenn die Temperatur zunimmt, nimmt deshalb die Vorspannung der Basis des Leistungstransistors T\ ab, was eine Temperaturkompensation darstellt Im Gegensatz zu der Mehrzahl der Schaltungen, die zur Durchführung einer Temperaturkompensation für die

eo

65 K_n. bei 100⁰C K_6ibei 100⁰C

gilt, was einer der Vorteile der Schaltung ist Auf Grund der Temperaturdifferenzen zwischen den pn-Übergängen der Transistoren T\ und T₂ (in der Größenordnung von maximal 8O⁰C) und auf Grund der thermischen Trägheit der thermischen Verbindung zwischen diesen beiden Transistoren ist es nämli'*¹* vorteilhaft, eine Kompensation vorzunehmen, bei wplcher es sich nicht um eine lineare Funktion der Spannung an den Klemmen eines Bezugs-pn-Überganges handelt sondern die sich schneller als diese letztere in dem Maße ändert wie die Temperatur ansteigt, d. h. es ist vorteilnaft eine »Überkompensation« auszuführen.

Um für die Kompensation die beste Einstellung zu erhalten, ist es möglich:

— die Kenndaten des Transistors T₂ zu wählen,

— den Widerstand R₂ in Abhängigkeit von einem gewünschten Wert der Kollektor-Emitter-Spannung des Transistors T₂ einzustellen, und

— den Widerstand /?i in Abhängigkeit von der gewünschten »Überkompensation« einzustellen.

Es könnte für den Transistor T₂ befürchtet werden, daß sich von einem Exemplar zum anderen starke Änderungen der Spannung V_be und infolgedessen der Spannung V_ce in Abhängigkeit von den Werten der Sfomverstärkung B dieser Exemplare ergeben. Das ist aber nicht der Fall. Mit den bereits benutzten Bezeichnungen und, wenn

h den Strom in der Basis des Transistors T₂, und Rb den Basis-Emitter-Innenwiderstand des Transistors T₂ bezeichnet

gilt nämlich
R_b = K-B

wobei K ein Koeffizient ist, der von dem Typ des benutzten Transistors T₂ und von dem Versorgungsstrom dieses Transistors abhängt und

Γ- Ke - Ke

* R„ KB
und

was bedeu'et, daß die Spannung Vj* von der Stromverstärkung B unabhängig ist

Messungen, die an 15 NF-Transistoren ausgeführt worden sind, deren Stromverstärkung B von 24 für den schlechtesten bis 75 für den stärksten ging, haben gezeigt, daß mit einem Kollektorstrom von 1 A die Spannung V_iK zwischen 0,80 und 0,86 V lag.

Es ist möglich, den Leistungsverstärker nach der

Erfindung abzuwandeln. So könnte der HF-K.reis 1 der Figur statt mit dem Kollektor des Transistors 7Ί mit seinem Emitter verbunden werden, aber der Transistor T\ müßte in bezug auf die Vorspannung in Emitterschaltung bleiben.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Im AB-Betrieb arbeitender Leistungsverstärker, mit einem Leistungstransistor, der zur Verstärkung eines an seine Basis angelegten HF-Signals bestimmt ist und wenigstens in bezug auf die Vorspannung in Emitterschaltung liegt, während sein Kollektor mit einem Punkt festen Potentials gekoppelt ist; und mit einer Schaltung zum Vorspannen der Basis des Leistungstransistors, die einen Regeltransistor, der in Emitterschaltung liegt und dessen Kollektor mit der Basis des Leistungstransistors gekoppelt ist, und zwei Vorspannungswiderstände enthält, von denen der erste die Basis des Regeltransistors mit seinem Kollektor verbindet, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Vorspannungswiderstand an die Basis des Regeltransistors und an den Punkt mit festem Potential angeschlossen ist, wobei dieser Anschluß des zweiten Vorspannungswiderstandes und die W< .te der beiden Vorspannungswiderstände Ä

lässigbaren Nachteil darstellt

In den bekannten Verstärkern, in welchen sieh das Bezugselement außerhalb des Gehäuses des Leistungstransistors befindet, weist die Schaltung zum Vorspannen der Basis des Leistungstransistors wenigstens einen der folgenden Nachteile auf: