-
"Einstellbarer Transistor-Verstärker"
-
Zusatz zum Patent 27 23 750 (Patentanmeldung P 27 23 750.9) Die Erfindung
bezieht sich auf einen einstellbaren Transistor-Verstärker, bei dem der Bezugspunkt
des zum ersten Pol der Speisequelle (+) eingeschalteten Kollektor-Ausgangswiderstandes
durch wenigstens einen in seiner Gleichstromeinstellung geregelten (ersten) Transistor
in Abhängigkeit vom Kollektorgleichstrom wenigstens eines entgegengesetzt geregelten
(zweiten) Transistors gesteuert wird dadurch, daß der Spannungsabfall an einer im
Kollektorstrom des zweiten Transistors liegenden Impedanz über einen (dritten) Emitter-Folger-Transistor
an den genannten Bezugspunkt übertragen wird, wobei zum Ausgleich des stromabhängigen
Anteiles der Basis-Emitter-Spannung des Emitterfolger-Transistors ein Halbleiterelement,
z.B. ein Transistor in integrierter Technik, eingeschaltet ist, das in seiner Spannungs-Strom-Kennlinie
der Basis-Emitter-Strecke des dritten Transistors wenigstens annähernd gleich ist
und wobei ggf. der Emitter des dritten Transistors mit dem zweiten Pol der Speisequelle
(Masse) verbunden ist über ein Gleichstrom leitendes Schaltelement, insbesondere
einen ohm'schen Widerstand, nach Patent 27 23 750 (Patentanmeldung P 27 23 750.9).
-
Bei einem derartigen Verstärker, der insbesondere mit Differenzverstärkern
ausgebildet ist, kann sich der Spannungsabfall an der Impedanz, z.B. einem ohm'schen
Widerstand, ausreichend linear mit der Gleichstromeinstellung des ersten Transistors
ändern. Insoweit wird also die Gleichspannung am Bezugspunkt gegensinnig zum
Spannungsabfall
an der Kollektor-Ausgangsimpedanz geändert derart, daß der Gleichspannungs-Arbeitspunkt
an der Ausgangsklemme weitgehend konstant bleibt. über dem Emitterfolger wird diese
Spannung aber nicht völlig unverändert zum Ausgangswiderstand hin übertragen; es
ergibt sich eine Differenz in Höhe der Basis-Emitter-Spannung. Diese ist außerdem
nicht konstant, sondern ein bestimmter Wert von z.B. 0,7 V ändert sich infolge der
Stromänderung um z.B.
-
150 mV, wobei zusätzlich temperaturabhängige Änderungen von z.B. 2
mV pro °C auftreten. Dadurch kann also der Gleichspannungswert am Ausgang um z.B.
200 bis 250 mV verfälscht werden.
-
Nach dem Hauptpatent wird eine bessere Stabilisierung erreicht, indem
ein Halbleiterelement eingeschaltet wird, dessen Spannungsabfall kompensierend wirksam
gemacht wird.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Kompensation,insbesondere
des stromabhängigen und des temperaturabhängigen Anteiles der Basis-Emitter-Spannung
des Emitterfolger-Transistors, noch weiter zu verbessern.
-
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß nach der Erfindung der Spannungsabfall
an der Impedanz einem vierten Transistor zugeführt wird, der mit einer in den Kollektor-Emitter-Stromkreisen
beider Transistoren liegenden Stromspiegelschaltung und ggf. mit einem weiteren
Transistor eine Vergleichsanordnung bildet, mit der die an der Basis des vierten
Transistors liegende Spannung auf den Emitter des dritten Transistors übertragen
wird Dadurch können vorteilhaft die durch die Stromspiegelschaltung verbundenen
Ströme in einem Verhältnis zueinander stehen, vorzugsweise
gleich
groß sein.
-
Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann der vierte Transistor
ein pnp-Transistor sein, dessen an die Stromspiegelschaltung angeschlossener Emitter
mit der Basis des dritten Transistors verbunden ist.
-
Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist der vierte Transistor
ein npn-Transistor, dessen Emitter mit dem Emitter eines weiteren Transistors und
mit einer gegen Masse angeschlossenen Stromquelle verbunden ist derart, daß der
vierte und der weitere Transistor einen Differenzverstärker bilden, zwischen dessen
Kollektorzweigen die Stromspiegelschaltung liegt, und die Basis und der Emitter
des dritten Transistors sind mit dem Kollektor bzw. der Basis des weiteren Transistors
verbunden.
-
Die Erfindung wird nachstehend an Hand zweier in der Zeichnung dargestellter
Ausführungsbeispiele näher erläutert, von denen in Fig. 1 die Stromspiegelschaltung
im Kollektorzweig des dritten Transistors und im Emitterzweig eines von der Impedanz
gesteuerten pnp-Transistors liegt, während in Fig. 2 zwischen der Impedanz und dem
Emitter des dritten Transistors ein Differenzverstärker gebildet wird, dessen Kollektorzweige
durch die Stromspiegelschaltung verbunden sind.
-
In Fig. 1 wird durch zwei npn-Transistoren 1 und 2 ein Differenzverstärker
gebildet, dem zwischen den Basen das steuernde Wechselstromsignal Us von den Klemmen
11 und 12 zugeführt wird. Die Emitter
der Transistoren 1 und 2 sind
verbunden und liegen am Kollektor eines Transistors 7, der emitterseitig über eine
vorzugsweise konstante Stromquelle 9 gespeist wird.
-
Der von der Stromquelle 9 über den Transistor 7 geleitete Strom wird
den verbundenen Emittern des Differenzverstärkers 1, 2 zugeführt. Im Kollektorkreis
des Transistors 1 liegt ein Ausgangswiderstand 17 von 1 kOhm. Dieser ist auf der
anderen Seite mit dem Emitter eines dritten npn-Transistors 3 verbunden, dessen
Kollektor mit dem positiven Pol der Speisequelle +B in Verbindung steht, an deren
negativen Pol (Masse) die Stromquelle 9 angeschlossen ist.
-
Der Kollektor des Transistors 1 liegt an einer Ausgangsklemme 21.
-
Am Emitter des Transistors 3 wird ein Bezugspunkt 25 gebildet, durch
den am oberen Ende des Widerstandes 17 ein Potential zugeführt wird, das bei Änderungen
des Kollektorstromes des Transistors 1 so gesteuert wird, daß das Gleichspannungs-Bezugspotential
an der Ausgangsklemme 21 konstant bleibt. Die erforderliche Steuerung des Transistors
3 wird nach der zugrunde liegenden Schaltung dadurch erreicht, daß im Kollektorstromkreis
des Transistors 2 eine Impedanz 19 eingeschaltet ist, vorzugsweise ein ohm'scher
Widerstand von 500 Ohm, dessen Gleichspannungsabfall auf die Basis des Transistors
3 und damit an den Bezugspunkt 25 an dessen Emitter übertragen wird.
-
Ein auftretender Signalanteil muß dabei beseitigt werden, z.B.
-
durch einen von der Basis des Transistors 3 nach Erde eingeschalteten
Kondensator 24, so daß sichergestellt ist, daß am Punkt 25 nur ein Gleichstrompegel
auftritt.
-
Ein weiterer Differenzverstärker wird durch die Transistoren 5 gebildet,
deren Basen in gleicher Weise an die Klemmen 11 und 12
an die Einstellspannung
U an den Klemmen 11 und 12 gelegt sind 5 derart, daß die in der einen Richtung verlaufenden
Kollektorstromänderungen der Transistoren 1 und 5 in den Ausgangsimpedanzen 17 bzw.
18 wirksam sind, während die in entgegengesetzter Richtung verlaufenden Kollektorstromänderungen
der Transistoren 2 und 6 zusammengefaßt im Widerstand 19 wirksam werden.
-
Der konstante Strom von der Quelle 9 fließt zu den Emittern der Transistoren
7 und 8, und das Verhältnis dieser Emitterströme und damit auch der Kollektorströme
wird durch die zwischen den Klemmen 13 und 14 wirksame Signalspannung Ue gesteuert.
Die Kollektorströme der Transistoren 7 und 8 enthalten somit entgegengesetzt verlaufende
Signalanteile. Diese werden den Emittern der Transistoren 2 und 6 zugeführt, deren
Basen in gleicher Weise von der Einstellspannung Us gesteuert werden, so daß sie
im Vergleich zu dem zugeordneten Transistor 1 bzw. 5 den gleichen Bruchteil des
am Emitter zugeführten Stromes ubernehmmn. Da die Kollektoren der Transistoren 2
und 6 verbunden sind, ergibt sich daraus daß a emeinsamon Emitterzweig sich die
Signalailteile praktisch aufheben, so daß am Widerstand 19 nur ein Gleichspannungsanteil
auftritt. Andererseits steuern diese entgegengesetzt verlaufenden Signalschwingungen
von den Transistoren 7 d a auch die mLer der Transistoren 1 und 5 so daß in deren
Kollektorzweigen an den Impedanzen 17 bzw entgegengesetzt verlaufende Signalspannungen
auftreten und an den Ausgangsklemmen 21 und 22 eine entsprechende Summen-Signalspannung
UA entnommen werden kann.
-
Die bishr besricL'ene cha1t iSt grun=Lt?ich von bekannter Art und
hinsichtlich einiger weiterer Einzelheiten in der Hauptanmeldung näher beschrieben.
Durch Änderung der Einstellspannung Us an den Klemmen 11 und 12 kann die Übertragung
für die an den
Klemmen 13, 14 zugeführten Signalschwingungen zu
den Ausgangsklemmen 21, 22 geändert und somit die Verstärkung eingestellt werden,
die dabei auch Werte kleiner als 1 annehmen kann. Infolge der über Kreuz gekoppelten
Differenzverstärker 1, 2 und 5, 6 wird erreicht, daß sich die Eingangsspannung Us
auf die Gleichspannung zwischen den Ausgangsklemmen 21 und 22 nicht auswirkt. Durch
die Steuerung vom Widerstand 19 her wird weiter erreicht, daß sich die Spannung
am Bezugspunkt 25, der Verbindung der Widerstände 17 und 18, gegenläufig zu dem
durch die Einstellspannung Us veränderten Gleichspannungsabfall am Widerstand 17
bzw. 18 ändert derart, daß der betreffende Gleichstrompegel an den Ausgangsklemmen
21 und 22 weitgehend konstant gehalten wird.
-
Bei der Übertragung dieses ausgleichenden Spannungsabfalles vom Widerstand
19 zum Bezugspunkt 25 kann eine Verfälschung durch den stromabhängigen bzw. temperaturabhängigen
Anteil der Basis-Emitter-Spannung des Transistors 3 eintreten.
-
Nach einer Ausführungsform der Erfindung wird daher die Spannung von
dem der Speisequelle +B abgewandten Punkt des Widerstandes 19 der Basis eines pnp-Transistors
4 zugeführt, dessen Kollektor an Erde liegt und dessen Emitter mit der Basis des
Emitterfolger-Transistors 3 verbunden ist. Im Kollektorzweig des Transistors 3 bzw.
-
im Emitterzweig des Transistors 4 liegt eine aus drei pnp-Transistoren
26, 27 und 28 aufgebaute, an sich bekannte Stromspiegelschaltung. Dadurch wird sichergestellt,
daß die Emitterströme der Transistoren 3 und 4 in einem festen Verhältnis stehen,
insbesondere untereinander gleich sind derart, daß beide in nahezu gleicher Weise
sich mit dem Emitterstrom bzw. mit der Temperatur ändern. Dann ist sichergestellt,
daß die Spannung am Widerstand 19 nahezu exakt auf
den Bezugspunkt
25 übertragen wird. Der Widerstand 19 kann statt an die Speisequelle +B an eine
Speisequelle +B' mit einer anderen, z.B. niedrigeren Spannung gegen Erde angeschlossen
werden. So können der Gleichspannungspegel am Bezugspunkt 25 und die Betriebsspannung
für die Stromspiegelschaltung 26, 27, 28 unabhängig voneinander gewählt werden.
Durch einen zwischen dem Bezugspunkt 25 und Erde eingeschalteten weiteren Widerstand
29 kann ein zusätzlicher Querstrom geführt und dadurch gegebenenfalls eine Verbesserung
der gewünschten Gleichstrompegel-Korrektur erzielt werden. Dies gilt insbesondere
dann, wenn der Gleichstrompegel der Ausgangsklemmen 21, 22 nicht konstant gehalten
werden soll, sondern in einem gewünschten Maße verändert werden soll.
-
Wenn die Kollektorstromänderungen der Transistoren 1, 2, 5, 6 bei
Änderungen der Einstellspannung U5 im Betrag gleich sind, ist der Widerstand 19
zweckmäßig halb so groß wie jeder der untereinander gleichen Widerstände 17 und
18. Dann wird durch die Stromspiegelschaltung 26, 27, 28 der von den Differenzverstärker-Transistoren
1 und 5 bewirkte Strom durch den Transistor 3 in gleicher Größe auch durch den Transistor
4 wirksam gemacht, so daß die gleichen Verhältnisse vorliegen, die dazu fÜhren,
daß sich die Einflüsse von Stromstärke und Temperatur auf die Spannungsübertragung
kompensieren.
-
Da pnp- und npn-Transistoren in integrierter Technik verschiedenartig
aufgebaut sind, stimmen die Transistoren 3 und 4 nicht ohne weiteres in ihrem Verhalten
überein. Gegebenenfalls können bei ungleichen, aber proportionalen Strömen durch
die Transistoren 3 und 4 gleiche Emitter-Basis-Spannungs-Änderungen beim dritten
und
beim vierten Transistor im vorgesehenen Steuerbereich durch
geeignete Wahl des Übersetzungsverhältnisses der Stromspiegelschaltung 26, 27, 28
erreicht werden.
-
Auch können bei proportionalen Strömen gleiche Emitter-Basis-Spannungs-Änderungen
beim dritten Transistor 3 und beim vierten Transistor 4 erreicht werden dadurch,
daß die Emitterflächen in den beiden Transistoren unterschiedlich sind.
-
Man erhält eine andere Ausführungsform der Erfindung, wenn man die
in.Fig. 2 dargestellte Schaltung oberhalb der in Fig. 1 gezeichneten waagerecht
liegenden gestrichelten Linie L an den beiden durch zwei Quadrate gekennzeichneten
Stellen an die in Fig. 1 unterhalb dieser Linie L dargestellte Schaltung anschließt.
Nach dieser Aus führungs form wird der in gleicher Weise erhaltene Spannung abfall
vom Widerstand 19 der Basis eines npn-Transistors 14 zugeführt, dessen Emitter mit
dem Emitter eines npn-Transistors 15 und über eine Stromquelle 30 mit Erde bzw.
dem negativen Pol der Speisequelle B, verbunden ist. Die Basis des Transistors 15
ist an den Emitter des Transistors 3 und damit an den Bezugspunkt 25 angeschlossen.
Die Basis des Transistors 3, dessen Kollektor mit B verbunden ist, ist an den Emitter
des Transistors 15 angeschlossen Zwischen den Kollektorzweigen der Transistoren
14 und 15 liegt eine Stromspiegelschaltung mit den pnp-Transistoren 31 und 32, deren
Emitter an +B liegen und deren Kollektoren an die Kollektoren der Transistoren 14
und 15 angeschlossen sind. Der Kollektor des Transistors 31 ist weiter mit der Basis
eines pnp-Transistors 33 verbunden, dessen Kollektor an Erde liegt und dessen Emitter
die verbundenen Basen der Transistoren 31 und 32 steuert. Durch die Stromspiegelschaltung
31, 32, 33 wird sichergestellt, daß der durch
die Basissteuerung
des Transistors 14 bedingte Kollektorstrom in gleicher Grösse durch den Transistor
15 fließt derart, daß die Basis-Emitter-Spannungen beider Transistoren auch bei
verschiedenen Strömen und Temperaturen gleich sind. Durch die so gebildeten symmetrischen
Differenzverstärker 14, 15 werden die Spannungen zwischen den durch kleine Quadrate
bezeichneten Anschlußpunkten sehr genau konstant gehalten, wobei die erforderliche
Stromsteuerung zum Bezugspunkt 5 hin durch den Transistor 3 erfolgt, dessen Basis
die entsprechende Spannung vom Kollektor des Transistors 15 zugeführt wird.