DE2935919C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Verstärkerschaltung mit wenigstens zwei Transistoren, die galvanisch miteinander gekoppelt sind, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine derartige Verstärkerschaltung ist bekannt (DE- Buch "Halbliter-Schaltungstechnik" V. U. Tietze u. Ch. Schenk, 3. Auflage, 1974, S. 142, 143, insbes. Abb. 8.2). Der Kollektor des ersten Transistors ist hierbei mit der Basis des zweiten Transistors gekoppelt, und der Emitter des zweiten Transistors oder der Emitter eines dem zweiten Transistor nachgeschalteten Transistors eines Emitterfolgers ist, vorzugsweise über einen Widerstand, mit der Basis des ersten Transistors verbunden. Eine Schaltung, die nach diesem Prinzip aufgebaut ist, ist in Fig 2 der Zeichnung dargestellt. Diese Schaltung hat die Eigenschaft, daß sich in Folge der stabilisierenden Wirkung der U _BE -Spannungen der Transistoren ein fester Kollektorstrom durch den zweiten Transistor einstellt, der im wesentlichen unabhängig von der Höhe der Betriebsspannung der Verstärkerschaltung ist.

Der Aussteuerbereich der Verstärkerschaltung wird am besten ausgenutzt, wenn die Gleichspannung am Kollektor des zweiten Transistors etwa die halbe Betriebsspannung beträgt. Die bekannte Schaltung hat jedoch die Eigenschaft, daß der Spannungsabfall am Widerstand 7 bei Betriebsspannungsänderungenn sich in Folge der erwähnten stabilisierenden Wirkung der U _BE -Spannungen nicht ändert. In Folge dessen ist die Aussteuerbarkeit der Verstärkerschaltung bei unterschiedlichen Betriebsspannungen verschieden. Der Aussteuerbereich kann daher bei der Anwendung in Geräten mit schwankender Versorgungsspannung nicht voll ausgeschöpft werden. Relativ starke Schwankungen der Versorgungsspannung können beispielsweise bei Geräten mit Batteriestromversorgung auftreten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die nach dem beschriebenen Prinzip aufgebaute Verstärkerschaltung so abzuwandeln, daß der Arbeitspunkt der Schaltung sich unterschiedlichen Werten der Betriebsspannung angleicht. Diese Aufgabe wird bei einer Verstärkerschaltung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebene Schaltungsmaßnahme gelöst. Im folgenden wird die Erfindung an Hand zweier Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 2 eine in bekannter Weise aufgebaute Verstärkerschaltung

Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung und

Fig. 4 ein Diagramm zur Verdeutlichung der Wirkung der Schaltungen gemäß Fig. 1 und 3.

Zunächst sei an Hand von Fig. 2 eine Verstärkerschaltung beschrieben, die in bekannter Weise aufgebaut ist. Der erste Transistor 1 des Verstärkers ist mit seinem Kollektor mit der Basis des zweiten Transistors 2 des Verstärkers galvanisch gekoppelt. Der Transistor 1 hat einen Kollektorwiderstand 5 und einen Emitterwiderstand 6. Das Eingangssignal des Verstärkers wird von einer Eingangsklemme 10 über einen Kondensator 3 der Basis des Transistors 1 zugeführt. Der Transistor 1 erhält an seiner Basis über einen Widerstand 4 von dem Emitter des Transistors 2 eine Vorspannung, die der Spannung am Emitterwiderstand 9 des Transistors 2 entspricht. In der Kollektorleitung des Transistors 2 liegt ein Widerstand 7, von dem über einen Koppelkondensator 8 das Ausgangssignal zur Ausgangsklemme 11 geleitet wird. Die von einer Batterie gelieferte Versorgungsspannung U _Bat des Verstärkers wird über eine Klemme 12 zugeführt. Der Widerstand 5 der Schaltung in Fig. 2 hat beispielsweise den Wert 100 kΩ und der Widerstand 6 den Wert 100 Ω.

Bei der beschriebenen Schaltung gilt in guter Näherung für die Emitterspannung des Transistors 2 folgende Beziehung:

Darin bedeuten

U _BE1 die Basis-Emitter-Spannung des Transistors 1, R _E1 der Emitter-Widerstand 6 des Transistors 1 und R _C1 der Kollektor-Widerstand 5 des Transistors 1.

Es kann angenommen werden, daß der Spannungsabfall am Widerstand 4 in Fig. 2 vernachlässigbar klein ist und die U _BE -Spannungen der Transistoren konstant sind. Der Teil

der obigen Beziehung ist ebenfalls vernachlässigbar gering, da das Verhältnis

bei üblicher Dimensionierung gemäß dem obigen Beispiel für diese Widerstände nur etwa 10^{-3 beträgt. Somit ist die Spannung U _E2 als konstant anzusehen. Sie ist gleich U _BE . Infolgedessen ist auch der durch den Widerstand 9 und damit durch den Transistor 2 fließende Strom konstant und unabhängig von der Batteriespannung U _Bat. Die in Fig. 1 dargestellte Schaltung unterscheidet sich von der Schaltung in Fig. 2 nur dadurch, daß zwischen die Versorgungsspannung und den Emitter des Transistors 1 eine Impedanz geschaltet ist. Für die Impedanz ist in Fig. 1 ein Widerstand 13 gewählt. Durch diese Maßnahme ergibt sich für die Emitter-Spannung U _E2 des zweiten Transistors folgende neue Beziehung: Darin ist R der Wert des Widerstandes 13. Diese Beziehung läßt erkennen, daß die Emitter-Spannung U _E2 jetzt wesentlich von der Größe der Versorgungsspannung U _Bat abhängt. Die Wirkung der Impedanz 13 auf das Verhalten der Schaltung ist in Fig. 4 verdeutlicht. Dort ist die Abhängigkeit der Emitter-Spannung U _E2 des zweiten Transistors 2 von der Versorgungsspannung U _Bat wiedergegeben. Es ist zwischen Fällen a bis d unterschieden. Im Fall a ist die Schaltung gemäß Fig. 2 zugrunde gelegt. Man erkennt, daß die Emitter- Spannung U _E2 sich nicht mit der Versorgungsspannung ändert. Im Fall b ist - die Schaltung nach Fig. 1 zugrunde gelegt - der Teil mit 0,1 und im Fall c mit 0,5 angenommen. Im Fall b erhöht sich bei einer Verdopplung von U _Bat von 6 auf 12 V die Spannung U _E2 um das 1,46-fache und im Falle c um das 1,81-fache. Angestrebt ist eine proportionale Änderung mit der Versorgungsspannung, weil dann die Kollektorspannung des Transistors 2 auf den halben Wert der Versorgungsspannung gehalten wird. Gegenüber der Schaltung nach Fig. 2 weist die Schaltung nach Fig. 1 jedoch, wie die genannten Beispiele zeigen, Vorteile auf. Besonders vorteilhaft ist eine Schaltung, bei der gemäß Fig. 3 die Impedanz durch eine Reihenschaltung aus einem Widerstand 15 und einem spannungsstabilisierenden Element, z. B. einer Zenerdiode 14, gebildet wird. Die Zenerspannung der Zenerdiode 14 wird mit Vorteil so gewählt, daß die Impedanz bei Versorgungsspannungen unterhalb der niedrigsten auftretenden Versorgungsspannung nicht wirksam ist. Bis zu dieser niedrigsten Spannung bleibt die Zenerdiode 14 bei dieser Bemessung gesperrt, so daß die Emitter- Spannung U _E2 noch nicht beeinflußt wird. Bei der niedrigsten Versorgungsspannung ist U _E2 entsprechend dem Fall a in Fig. 4 gleich dem Wert U _BE . Für die Emitter-Spannung U _{E 2} gilt bei der Schaltung nach Fig. 3 folgenden Beziehung: Durch bestimmte Wahl des Wertes für den Widerstand 15 in Fig. 3 und der Zenerspannung der Zenerdiode 14 kann erreicht werden, daß sich die Emitter-Spannung U _E2 proportional mit der Versorgungsspannung ändert. Im folgenden sei ein Bemessungsbeispiel angegeben, bei dem dieses Ziel erreicht wird. Es ist vorausgesetzt, daß die Versorgungsspannung sich zwischen 6 V und 12 V ändern kann. Widerstand 6:100 Ω Widerstand 15:ca. 750 Ω Zenerspannung:6,0 V Für U _BE wird eine konstante Spannung von 0,7 V angenommen. Bei dieser Bemessung ändert sich, wie die zugehörige Gerade d in Fig. 4 erkennen läßt, die Spannung U _E2 gerade proportional zur Versorgungsspannung. Damit ist auch gewährleistet, daß die Kollektorspannung U _C2 sich proportional mit der Versorgungsspannung ändert, wodurch bei allen vorkommenden Versorgungsspannungen eine optimale Aussteuerbarkeit erreicht wird. Zur Unterdrückung des Eigenrausches der Zenerdiode 14 ist letztere mit einem Kondensator 16 überbrückt.}

Claims (4)

1. Verstärkerschaltung mit mindestens zwei galvanisch gekoppelten Transistoren, bei welcher der Kollektor des ersten Transistors mit der Basis des zweiten Transistors galvanisch gekoppelt ist und bei welcher der Basis des ersten Transistors eine Vorspannung vom Emitter des zweiten oder eines nachfolgenden Transistors zugeführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Impedanz (13) von einem Schaltungspunkt (U _Bat ), dessen Potential sich mit der Betriebsspannung der Verstärkerschaltung ändert, zum Emitter des ersten Transistors (1) geschaltet ist.

2. Schaltung nach Anspruch 1, bei der die Impedanz durch eine Reihenschaltung aus einem Widerstand (15) und einem stabilisierenden Element (14) gebildet ist.

3. Schaltung nach Anspruch 2, bei der das stabilisierende Element eine Zenerdiode (14) ist.

4. Schaltung nach Anspruch 1, bei der die Impedanz so dimensioniert ist, daß bei Batteriespannungsänderungen der Strom durch den zweiten Transistor sich im wesentlichen proportional zur Betriebsspannung verhält.