DE2724545A1

DE2724545A1 - Amplifier using common emitter input transistor - operates with common base output transistor without loss of linearity

Info

Publication number: DE2724545A1
Application number: DE19772724545
Authority: DE
Inventors: Hubert Dipl Ing Goelz; Gerhard Dipl Ing Musil; Luis Ing Gr Sanchez-Hermosilla
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1977-05-31
Filing date: 1977-05-31
Publication date: 1978-12-07
Also published as: DE2724545B2

Abstract

The two-stage amplifier consists of a common-emitter input transistor and a common-base output transistor. The emitter/collector paths of both transistors carry the same current. The input stage is coupled to the output stage via an auto-transformer. The input stage load resistance is kept small by giving the auto-transformer a small turns ratio. A negative feedback loop is used to match the input and output. The advantage lies in using a common-base output transistor without noticeably reducing linearity and also at low current consumption.

Description

Zweistufiger TransistorverstärkerTwo-stage transistor amplifier

Die Erfindung bezieht sich auf einen zweistufigen Transistorverstärker mit einem Eingangstransistor in Emitterschaltung und einem galvanisch gekoppelten Transistor der Endstufe in Basisschaltung, bei dem die Emitter-Kollektorstrecken beider Transistoren in Reihenschaltung über einen Ausgangswiderstand an eine Spannungsquelle angeschlossen sind.The invention relates to a two-stage transistor amplifier with an input transistor in emitter circuit and a galvanically coupled one Common base transistor of the output stage with the emitter-collector paths both transistors connected in series via an output resistor to a voltage source are connected.

Eine derartige Schaltung ist bereits bekannt (DT-AS 1 107 282).Such a circuit is already known (DT-AS 1 107 282).

In hochlinearen Verstärkern sind Transistorstufen in Basisschaltung wegen ihrer sehr geringen nichtlinearen Verzerrungen als Endstufen besonders geeignet. Da der Stromverstärkungsfaktor einer Basisstufe nur ungefähr 1 ist, muß die Stromaussteuerung einer vorgeschalteten Treiberstufe normalerweise ebenso groß wie die der auszusteuernden Endstufe in Basisschaltung sein. Um die gute Linearität einer Endstufe in Basisschaltung nicht durch nichtlineare Verzerrungen der Treiberstufe zu mindern, wird in der Treiberstufe ein relativ großer Gleichstrom benötigt. Eine Stufe in Emitterschaltung klirrt unter vergleichbaren Voraussetzungen erheblich stärker als eine Stufe in Basisschaltung. Eine Minderung der Verstärkerlinearität ist grundsätzlich nur durch starke Unteraussteuerung der Treiberstufe in Emitterschaltung zu vermeiden.In highly linear amplifiers, transistor stages are common base particularly suitable as output stages because of their very low non-linear distortion. Since the current amplification factor of a base stage is only approximately 1, the current control must an upstream driver stage is usually just as large as the one to be controlled Be the output stage in the basic circuit. About the good linearity of an output stage in a basic circuit not to be mitigated by non-linear distortion of the driver stage, is in the driver stage a relatively large direct current is required. A step in the emitter circuit clinks below comparable requirements considerably stronger than a level in the basic circuit. A reduction in amplifier linearity is basically just through to avoid strong undermodulation of the driver stage in the emitter circuit.

Es ist daher ein relativ großer Ruhestrom in der Treiberstufe erforderlich. Ein hoher Leistungsbedarf in Verstärkern ist Jedoch wegen der damit verbundenen Wärmeprobleme insbesondere bei ferngespeisten Trägerfrequenz-Leitungsverstärkern sehr nachteilig.A relatively large quiescent current is therefore required in the driver stage. However, a high power requirement in amplifiers is associated with it Heat problems especially with remote-fed carrier frequency line amplifiers very disadvantageous.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Schaltung anzugeben, welche die Verwendung einer in Basisschaltung betriebenen Transistorstufe als Endstufe ohne spürbare Verminderung der Linearität des Verstärkers und bei geringem Strombedarf zu ermöglichen.The invention is based on the object of specifying a circuit which the use of a transistor stage operated in basic circuit as output stage without a noticeable reduction in the linearity of the amplifier and with low power consumption to enable.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Ankopplung der Eingangsstufe (Treiberstufe) an die Endstufe über die Anzapfung eines als Sparübertrager ausgebildeten Zwischenübertragere erfolgt.This object is achieved according to the invention in that the coupling the input stage (driver stage) to the output stage via tapping as an economy transformer trained intermediate transfer takes place.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird durch die Wahl eines kleinen Übersetzungsverhältnisses des Sparübertragers der Lastwiderstand der Transistoreingangsstufe (Treiberstufe) niederohmig gehalten.According to an advantageous development of the invention, the Choice of a small transformation ratio of the economy transformer of the load resistance the transistor input stage (driver stage) kept low.

Durch die erfindungsgemäße Verwendung eines Sparübertragers zwischen einer in Emittersdaltung betriebenen Treiberstufe und einer als Basisschaltung ausgebildeten Endstufe wird eine Verminderung der Stromaussteuerung der Treiberstufe erreicht, derart, daß dem relativ großen Signalstrom in der Endstufe ein kleinerer Signalstrom in der Treiberstufe entspricht. Infolge der galvanischen Kopplung ist der volle Ruhestrom der Endstufe auch in der Treiberstufe verfügbar. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß der bei kleinem Ubersetzungsverhältnis des Sparübertragers erhaltene niederohmige Lastwiderstand der Treiberstufe die Verwendung einer nur relativ kleinen Spannung von z.B. nur 2 bis 3V an der Kollektor-Emitterstrecke der Treiberstufe bei einer Kollektor-Emitterspannung von z.B. 11 bis 12V an der Endstufe ermöglicht. Somit ist bei einem nur geringfügig erhöhtem Gleichspannungsbedarf gegenüber demJenigen bei herkömmlichen Verstärkerschaltungen der Gleichstrombedarf erheblich verringert. Die Linerarität der erfindungsgemäßen VerstärkerschaBung entspricht weitgehend derjenigen einer hochlinearen Endstufe in Basisschaltung und wird durch die Treiberstufe nicht nennenswert gemindert.The inventive use of a savings transformer between a driver stage operated in emitter circuit and one designed as a basic circuit Output stage a reduction of the current modulation of the driver stage is achieved, such that the relatively large signal current in the output stage has a smaller signal current in the driver stage. As a result of the galvanic coupling, the full one Quiescent current of the output stage is also available in the driver stage. Another advantage consists in the fact that the one obtained with a small gear ratio of the saving transformer low-ohm load resistance of the driver stage the use of only a relatively small one Voltage of e.g. only 2 to 3V at the collector-emitter path the Driver stage with a collector-emitter voltage of e.g. 11 to 12V at the output stage enables. Thus, there is only a slightly increased DC voltage requirement compared to demJenigen with conventional amplifier circuits the direct current requirement is considerable decreased. The linearity of the amplifier circuit according to the invention corresponds largely that of a highly linear output stage in a basic circuit and is through the driver stage is not significantly reduced.

Die Erfindung wird an Hand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert.The invention is explained in more detail using an exemplary embodiment.

In der Fig. ist die Schaltungsanordnung eines hochlinearen Verstärkers mit geringem Leistungsbedarf dargestellt.In the figure is the circuit arrangement of a highly linear amplifier shown with a low power requirement.

Der Verstärker ist mit einer Endstufe Tr1 einer Basisstufe Tr2 und einem Sparübertrager Ul zwischen Emitter- und Basistufe ausgebildet. Die Basis der Emitterstufe (Treiberstufe) bildet den Eingang des Verstärkers, der Emitter ist über die Widerstände R5 und R6 mit einem Pol der Spannungsquelle verbunden und der Kollektor liegt am eingangsseitigen Anschluß des Sparübertragers Ü1. Mit einer Anzapfung des Sparübertragers ist der Emitter der Basistufe (Endstufe) verbunden, während der Kollektor über einen zweiten Sparübertrager t82) zur Leistungsanpassung mit Masse, d.h. mit dem anderen Pol der Versorgungsspannungsquelle verbunden ist. Stromversorgungsmäßig sind die Emitter-Kollektorstrecken der Treiber- und Endstufe Uber einen Teil des tbrUbertragers Ul in Reihe geschaltet. Die Basiselektroden der Treiber- und der Endstufe liegen an je einem Basisspannungsteiler R1, R2 und R7, R8. Zur Stromeinsparung ist es jedoch möglich, beiden Verstärkerstufen nur einen gemeinsamen Spannungsteiler zuzuordnen. Die besonderen Eigenschaften der Schaltung, bei der im Kollektorkreis der Emitterstufe der sehr niedrige Eingangswiderstand der Basisstufe liegt, sind eine kleine Rückwirkungskapazität und ein geringes Kapazitätsklirren der Emitterstufe bei andererseits größerem Diodenklirren.The amplifier is with an output stage Tr1 and a base stage Tr2 a savings transformer Ul formed between the emitter and base stage. The basis of the Emitter stage (driver stage) forms the input of the amplifier, which is the emitter connected via the resistors R5 and R6 to one pole of the voltage source and the The collector is at the input connection of the economy transformer Ü1. With a tap of the economy transformer is connected to the emitter of the base stage (output stage) while the collector via a second economy transformer t82) for power adjustment Ground, i.e. connected to the other pole of the supply voltage source. Power supply are the emitter-collector sections of the driver and output stage over part of the tbrUbertragers Ul connected in series. The base electrodes of the driver and the The output stage is connected to a base voltage divider R1, R2 and R7, R8. To save electricity However, it is possible to have only one common voltage divider for both amplifier stages assign. The special properties of the circuit when in the collector circuit the emitter stage has the very low input resistance of the base stage a small feedback capacitance and a low capacitance ringing of the emitter stage with larger diode clinking on the other hand.

Durch die Verwendung eines als Sparübertrager ausgebildeten Zwischenübertragers kann sowohl die Leistungsverstärkung erhöht als auch das Diodenklirren verringert werden,wenn man eine relativ kleine Vergrößerung der RUckwirkungskapazität zulassen kann. Bei günstiger Bemessung des Ubersetzungsverhältnisses des Sparübertragers kann ein Klirrdämpfungsmaximum erreicht werden. Ein günstiges Ubersetzungsverhältnis kann in Abhängigkeit von den jeweils verwendeten Transistoren zwischen zwei und vier liegen. Die maximale Leistungsverstärkung wird bei Anpassung der Transistoren in der Treiber- und Endstufe erreicht. Der Sparübertrager Ül bietet der Emitterstufe einen bezüglich ihrer Klirreigenschaften optimalen Lastwiderstand und erhebt andererseits für die Basisstufe einen bezüglich der Leistungsverstärkung genügend kleinen Generatorwiderstand.By using an intermediate transformer designed as an economy transformer can both increase power gain and reduce diode clink if you allow a relatively small increase in the reactive capacity can. With a favorable dimensioning of the transmission ratio of the savings transfer a maximum distortion attenuation can be achieved. A favorable transmission ratio depending on the transistors used in each case, between two and four lie. The maximum power gain is achieved by matching the transistors reached in the driver and output stage. The economy transformer Ül offers the emitter stage a load resistance that is optimal in terms of its distortion properties and, on the other hand, increases a generator resistance that is sufficiently small in terms of power amplification for the basic stage.

Der Verstärker ist durch zwei Gegenkopplungsschleifen am Ein-und Ausgang aktiv angepaßt. Eine Gegenkopplungsschleife besteht aus den Widerständen R3, R4 und den Kondensatoren Cl, C2, die zweite führt über den Sparübertrager U2, den Kondensator C3, den Widerstand R5 und den Kondensator C4.The amplifier is through two negative feedback loops at the input and output actively adapted. A negative feedback loop consists of resistors R3, R4 and the capacitors Cl, C2, the second leads via the economy transformer U2, the capacitor C3, resistor R5 and capacitor C4.

Die aufgenommene Gleichstromleistung der erfindungsgemäßen Verstärkerschaltung ist bei verbessertem Wirkungsgrad niedriger und die maximale Auagangsleitung höher als bei bisher bekannten Breitbandverstärkern. Die Verwendung der Verstärkerschaltung ist auch in Gegentakt-Endstufen mit Vorteil möglich.The DC power consumed by the amplifier circuit according to the invention is lower with improved efficiency and the maximum output power is higher than with previously known broadband amplifiers. The use of the amplifier circuit is also possible with advantage in push-pull output stages.

4 Patentansprüche 1 Figur L e e r s e i t e4 claims 1 figure L e r s e i t e

Claims

Claims 19 Two-stage transistor amplifier with one input transistor in emitter circuit and a galvanically coupled transistor of the output stage in Basic circuit in which the emitter-collector paths of both transistors are identical Current flow through them by connecting them in series across an output resistor are connected to a voltage source, d u r c h e k e n n -z e i c h n e t that the coupling of the input stage (driver stage) to the output stage is about the tapping of an intermediate transformer designed as a saving transformer takes place.

2. Two-stage transistor amplifier according to claim 1, d a -d urc h it is not noted that the load resistance of the transistor input stage (Driver stage) by choosing a small transmission ratio for the economy transformer is kept low resistance.

3. Two-stage transistor amplifier according to claim 1 or 2, d a d u r c h e k e n n 2 e i c h n e t, ß an adaptation at the input and output of the amplifier takes place through two negative feedback loops.

4. Two-stage transistor amplifier according to one of the preceding Claims, d a d u r c h e k e n n -z e i c h n e t, that at the output of the amplifier a savings transformer is provided for power adjustment.