DE929796C

DE929796C - Transistorkaskadenverstaerker

Info

Publication number: DE929796C
Application number: DEN7855A
Authority: DE
Inventors: Johannes Ensink; Pieter Johannes Wilhel Jochems; Adrianus Johannes Wil Overbeek; Leonard Johan Tummers
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1952-11-05
Filing date: 1953-10-08
Publication date: 1955-07-04
Also published as: GB742212A; BE523250A; CH316564A; FR1084604A; NL89157C; US3008091A

Description

AUSGEGEBEN AM 4. JULI 1955

N 7855 Villa/2i a*

Die Erfindung bezieht sich auf einen Transistorkaskadenverstärker mit wenigstens zwei Transistoren von wechselweise entgegengesetztem Leitfähigkeitstyp nebst einer einzigen energieliefernden Speisequelle. Sie zielt insbesondere darauf ab, einen Kaskadenverstärker für breite. Frequenzbänder und/oder hohe Verstärkung zu schaffen.

Die Erfindung weist die Merkmale auf, daß die eine Klemme der Speisequelle über für Gleichstrom durchlässige Wege mit der Emitter- und mit der Basiselektrode des ersten sowie mit der Kollektorelektrode des zweiten Transistors verbunden ist, daß die Kollektorelektrode des ersten Transistors über einen für Gleichstrom durchlässigen Weg mit einer der beiden übrigen Elektroden des zweiten Transistors und daß dessen dritte Elektrode über einen für Gleichstrom durchlässigen Weg mit der anderen Klemme der Speisequelle verbunden ist, so daß die je Transistor zur Verfügung stehende Speisespannung nahezu der Spannung der Speisequelle entspricht.

Unter »entgegengesetztem Leitfähigkeitstyp« ist im vorliegenden Fall zu verstehen, daß der eine Transistor z. B. ein N-Spitzenkontakt- oder ein pnp-Grenzschichttransistor ist, bei dem die Emitterelektrode eine negative, die Kollektorelektrode eine positive Vorspannung in bezug auf die Basiselektrode hat, während der andere ein P-Spitzenkontakt- oder ein npn-Grenzschichttransistor ist, bei dem die Polarität dieser Vorspannungen umgekehrt ist.

Man hat bereits vorgeschlagen, zwei Transistoren von wechselweise entgegensetztem Leitfähigkeitstyp in Kaskadenschaltung an eine Speisequelle

anzuschließen, wobei die beiden Kollektorelektroden gegenseitig durchgeschaltet sind, so daß eine Belastungsimpedanz, die in den gemeinsamen Kreis dieser Kollektorelektroden geschaltet ist, nicht von Gleichstrom durchflossen zu werden braucht. Die Spannung der Speisequelle wird damit über die beiden Transistoren verteilt, so daß dann nur die halbe Speisespannung je Transistor zur Verfügung steht.

ίο Die Erfindung wird an Hand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. In.

Fig. ι ist die Kollektorelektrode des ersten Transistors mit der Emitterelektrode des zweiten Transistors verbunden; in

Fig. 2 ist die Kollektorelektrode des ersten Transistors mit der Basiselektrode des -zweiten Traneistors verbunden;

Fig. 3 ist eine Abwandlung der Fig. 2, bei der außerdem Gegenkopplung Anwendung findet;

Fig. 4 ist eine Abwandlung der Fig. 3, bei der die Kaskade vier Transistoren enthält.

Der Verstärker nach Fig. 1 weist zwei Transistoren I und II auf, von denen wenigstens der Transistor I ein Grenzschichttransistor ist. Ein von einer Quelle 7 geliefertes zu verstärkendes Signal, von dem gegebenenfalls auch die Gleichstromkomponente verstärkt werden muß, wird der Basiselektrode &j des Transistors I zugeführt, so daß über einer Ausgangsimpedanz 10 ein verstärktes Signal auftritt.

Nach der Erfindung ist die eine Klemme der Speisequelle 8 — im dargestellten Fall die negative Klemme — über einen für Gleichstrom durchlässigen Weg 5 mit der Emitterelektrode e_l und über einen für Gleichstrom durchlässigen Weg 6 mit der Basiselektrode bj des Transistors I verbunden, während sie über einen für Gleichstrom durchlässigen Weg, der die Belastungsimpedanz 10 enthält, an der Kollektorelektrode C₁₁ des Transistors II liegt. Weiter ist die Kollektorelektrode C₁ des Transistors I über einen für Gleichstrom durchlässigen Weg 4 mit der Emitterelektrode C_n des Transistors II verbunden, und die Basiselektrode b_n dieses Transistors II liegt über einen für Gleichstrom durchlässigen Weg 9 an der anderen (positiven Klemme) der Speisequelle 8. Der Gleichstrom für die Verbindung 4 wird über eine in bezug auf Signalfrequenzen hohe Impedanz 12 zugeführt. Gewünschtenfalls können Kondensatoren 13 und 14 zum Kurzschließen der Signalströme angeordnet sein.

Diese Schaltung ermöglicht es, Signale bis zu hohen Frequenzen zu verstärken, da die Beschränkung des Frequenzbereiches bis zu der Grenze, bis zu der Grenzschichttransistoren normalerweise gut brauchbar sind, bei dieser Schaltungsart nicht gilt. Diese Beschränkung beruht, nach einer der Erfindung zugrunde liegenden Erkenntnis, auf dem Umstand, daß zufolge des in Sperrichtung betriebenen Überganges zwischen der Kollektorelektrode C₁ und der Basiselektrode b₁ eine beträchtliche Kapazität C wirksam ist, über welche, falls an der Kollektorelektrode C₁ des Transistors I eine Wechselspannung erzeugt werden würde, eine Rückwirkung auf die Eingangsspannungsquelle 7 möglich wäre. Diese Rückwirkung wird aber von dem in Durchlaßrichtung betriebenen und deshalb eine geringe Eingangsimpedanz aufweisenden Übergang des Eingangskreises des Transistors II rückgängig gemacht, dessen Basiselektrode Jb₁₁ mit einem Punkt konstanten Potentials verbunden ist, so daß auch seine Emitterelektrode C₁₁ im wesentlichen eine konstante Spannung führt.

Die dabei je Transistor zur Verfügung stehende Speisespannung — d. h. der im Kreis zwischen der Emitter- und Kollektorelektrode wirksame Spannungsteil der Quelle 8 — entspricht bei dieser Schaltungsart jeweils der ganzen Spannung der Quelle 8. .

Bei der Schaltung nach Fig. 2 ist die Signalquelle 7 wieder in den Basiskreis des Transistors I geschaltet, und die Verbindungen der negativen Klemme der Speisequelle 8 mit den Elektroden C₁, &! und C₁₁ sind die gleichen geblieben. Die Kollektorelektrode C₁ ist nun aber über den für Gleichstrom durchlässigen Weg 4, der gewünschtenfalls noch eine frequenzabhängige Impedanz enthalten könnte, mit der Basiselektrode O₁₁ des Transistors II verbunden, und seine Emitterelektrode C_n liegt unmittelbar an der positiven Klemme der Speisequelle 8.

In dieser Weise wird eine höhere Spannungsverstärkung je Transistor erreicht, und der für den Transistor II zur Verfügung stehende Teil der Speisespannung entspricht wieder der Spannung der Quelle 8, während derjenige für den Transistor I wegen des Spannungsverlustes in der Größenordnung von nur 0,1 V zwischen den Elektroden e_n und 6_n nahezu der Spannung der Quelle 8 entspricht. ioo

In Fig. 3 wird das zu verstärkende Signal der Quelle 7 wieder der Basiselektrode O₁ des Transistors I zugeführt; an der Emitterelektrode C₁₁ des Transistors II wird ein verstärktes Signal erzeugt. Die Transistoren I und II .sind wieder von wechselweise entgegengesetztem Leitfähigkeitstyp, und zwar ist der Transistor I zweckmäßig vom npn-Typ und der Transistor II vom pnp-Typ, was eine geringere Rauschneigung und eine höhere Ausgangsleistung ergibt. -

Die Kollektorelektrode C₁ des Transistors I ist wieder mit der Basiselektrode &_π des Transistors II über einen für Gleichstrom durchlässigen Weg 4 verbunden, während in den gemeinsamen Weg, der die negative Klemme der Speisequelle 8 mit der Emitterelektrode C₁ des Transistors I und mit der Kollektorelektrode C₁₁ des Transistors II verbindet, eine Gegenkopplungsimpedanz 16 aufgenommen ist. Diese Schaltungsart macht es wieder möglich, die Transistoren I bzw. II je mit nahezu der vollen Spannung der Quelle 8 zu speisen. Zu diesem Zweck werden die Spannungsteiler 17, 18 bzw. 19, 20, welche die Vorspannungen der Emitterelektrode C₁₁ des Transistors II bzw. der Basiselektrode O₁ des Transistors I bestimmen, derart eingestellt, daß die erstgenannte Elektrode eine Vorspannung hat, die

etwa der Spannung der positiven Klemme entspricht, und die letztgenannte Elektrode eine Vorspannung besitzt, die nahezu der Spannung der negativen Klemme der Quelle 8 entspricht. Bei diesen Vorspannungen kann die Gegenkopplungsimpedanz i6, die vielfach als Widerstand ausgebildet sein wird, aber gewünschtenfalls auch frequenzabhängig sein kann, einfach unmittelbar in den der Kollektorelektrode des Transistors II und

ίο der Emitterelektrode des Transistors I gemeinsamen Kreis geschaltet werden.

Dabei zeigt es sich, daß der diese Gegenkopplungsimpedanz i6 durchfließende Strom dem Emitterstrom des Transistors II im wesentlichen genau entspricht, so daß die Gegenkopplung eine starke Verzerrungsverringerung dieses Stromes nebst Stabilisierung des Arbeitspunktes der Transistoren ergibt. Wird also die Ausgangsimpedanz 10 in den Emitterkreis des Transistors II geschaltet, so wird das darüber erzeugte verstärkte Signal nur eine sehr geringe Verzerrung aufweisen.

Um einen zu großen Gleichstrom zur Basiselektrode hu zu verhüten, kann man nötigenfalls diese Basiselektrode b_n mit der Emitterelektrode e_n

über eine Impedanz verbinden, die für Gleichstrom klein und in bezug auf Wechselstrom groß ist, z. B. eine Selbstinduktion in Reihe mit einem sehr geringen Widerstand.

In Fig. 4 ist ein ähnlicher Kaskadenverstärker mit vier Transistoren I, II, III, IV dargestellt. Die Gegenkopplungsimpedanz 16 ist wieder in den Kreis aufgenommen, der der Emitterelektrode des ersten Transistors I und der Kollektorelektrode des letzten Transistors IV der Kaskade gemeinsam ist.

Da nun aber der diese Gegenkopplungsimpedanz 16 durchfließende Strom dem Kollektorstrom des Transistors IV im wesentlichen genau entspricht, ist die Ausgangsimpedanz 10 in den Kollektorkreis dieses Transistors IV aufgenommen, damit die Verzerrung des verstärkten Signals gering bleibt.

Claims

Patentansprüche:

i. Transistorkaskadenverstärker mit wenigstens zwei Transistoren von wechselweise entgegengesetztem Leitfähigkeitstyp nebst einer einzigen energieliefernden Speisequelle, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Klemme der Speisequelle über für Gleichstrom durchlässige Wege mit der Emitter- und mit der Basiselektrode des ersten und mit der Kollektorelektrode des zweiten Transistors verbunden ist, daß die Kollektorelektrode des ersten Transistors über einen für Gleichstrom durchlässigen Weg mit einer der beiden übrigen Elektroden des zweiten Transistors und daß dessen dritte Elektrode über einen für Gleichstrom durchlässigen Weg mit der anderen Klemme der Speisequelle verbunden ist, so daß die je Transistor zur Verfügung stehende Speisespannung nahezu der Spannung der Speisequelle entspricht.
2. Verstärker nach Anspruch 1, bei dem die Kollektorelektrode des ersten. Transistors über einen für Gleichstrom durchlässigen Weg mit der Emitterelektrode des zweiten Transistors verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens der erste Transistor ein Grenzschichttransistor ist und daß die Basiselektrode des zweiten Transistors wenigstens in bezug auf die Frequenzen der Schwingungen in seinem Ausgangskreis mit einem Punkt konstanten Potentials verbunden ist (Fig. 1).
3. Verstärker nach Anspruch 1, bei dem die Kollektorelektrode des ersten Transistors über einen für Gleichstrom durchlässigen Weg mit der Basiselektrode des zweiten Transistors verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß in den für Gleichstrom durchlässigen gemeinsamen Kreis der Emitterelektrode des ersten und der Kollektorelektrode des zweiten Transistors eine Gegenkopplungsimpedanz aufgenommen ist (Fig. 3)·
4. Verstärker nach Anspruch 3 mit nur zwei Transistoren, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsimpedanz in den Emitterkreis des zweiten Transistors aufgenommen ist (Fig. 3).
5. Verstärker nach Anspruch 3 mit mehr als zwei Transistoren, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsimpedanz in den Kollektorkreis des letzten Transistors aufgenommen ist (Fig. 4).
6. Verstärker nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Transistor vom npn-Typ mit niedriger Rauschneigung und der zweite vom pnp-Typ mit hoher Ausgangsleistung ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

509 522 6.55