DE932435C

DE932435C - Verstaerkerschaltung mit Transistoren

Info

Publication number: DE932435C
Application number: DER12966A
Authority: DE
Inventors: Frederick Donald Waldhauer
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1952-11-15
Filing date: 1953-11-15
Publication date: 1955-09-01
Also published as: GB743824A; NL182825B; FR1090256A; NL97546C; NL243935A; US2750456A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Halbleiterverstärkerschaltung mit Rückkopplung.

Die Schaltung wird im folgenden unter Verwendung von Halbleiterelementen mit mehreren Elektroden beschrieben. Eine Form eines solchen Halbleiterelements ist unter der Bezeichnung »Transistor« bekannt. Vor der Erläuterung der Erfindung seien zunächst die grundlegenden Prinzipien solcher Halbleiterelemente nochmals kurz. behandelt.

In halbleitenden Materialien sind nach der gegenwärtig allgemein angenommenen Theorie entweder Elektronen, die ,als Überschußelektronen bezeichnet werden, oder sogenannte Löcher, nämlich sogenannte Defektelektronen, die Träger des elektrischen Stroms. Ein solches Defektelektron (Loch) ist ein Träger positiver elektrischer Ladung und ein Elektron selbst ein Träger negativer elektrischer Ladung. Die Halbleitermaterialien pflegt man in zwei Leitfähigkeitetypen zu unterteilen, je nachdem, ob die normalerweise vorhandenen freien Ladungen Elektronen oder Löcher sind. Diese beiden Leitfähigkeitstypen¹ sind der sogenannte N-Typ, der gut stromdurchlässig ist, wenn das Halbleitermaterial negativ gegenüber einem gleichrichtenden Kontakt auf seiner Oberfläche ist, und der sogenannte P-Typ, welcher gut Sitromdurchlässig ist, wenn das halbleitende Material positiv gegenüber einem solchen Kontakt ist.

Es' sind zwei Klassen von Halbleiterverstärkerelementen entwickelt worden, welche Punktkontakttramsistoren und Großflächentransistoren genannt

werden. Ein Punktliontakttransistor .besteht, aus einem Halbleiterkörper mit zwei (oder mehr) kleinflächigen Elektroden, nämlich einer Kollektorelektrode und einer Emitterelektrode, die über hohen Widerstand oder in gleichrichtendem Kontakt mit dem Halbleiterkörper in Verbindung ,stehen, und mit einer weiteren Elektrode, nämlich der Basiselektrode, die über niedrigen Widerstand auf dem Halbleiterkörper aufliegt. Der Halbleiterkörper ίο kann aus N-Material oder aus P-Material bestehen, z. B. aus Germanium- oder Siliziumkrietallen. Ein Großflächentransistor enthält einen Halbleiterkörper mit abwechselnden Zonen aus N- und P-Material, wobei die aneinandergrenizenden Zonen durch eine Sperrschicht getrennt sind. Die Elektroden liegen unter niedrigem Widerstand auf den. einzelnen Zonen auf.

In einer Verstärkerschaltung, in der ein' Transistor, der seine Vorspannung selbst erzeugt, und ao nur eine einzige Speisespannungsquelle vorhanden sind, kann die Basiselektrode gegenüber den anderen Elektroden selbsttätig vorgespannt werden. Jedoch wurde gefunden, daß die bekannten Schaltungen mit selbsterzeugter Vorspannung sich nicht für Transistoren von veränderlichen Betriebseigenschaften eignen. Ferner wurde gefunden, daß die dynamischen und die statischen Kennlinien von Transistoren¹ von Kristall zu Kristall erheblich verschieden sind, selbst wenn man sich bemüht, sie gleichzumachen. Dementsprechend arbeitet eine Schaltung, die auf einen bestimmten Transistor abgeglichen ist, unter Umständen mit eimern anderen Transistor weniger gut oder überhaupt nicht, und zwar wegen des; verschiedenen Verlaufs .der Kennlinien.

Die Erfindung bezweckt, ein stabile Transistorschaltung zu schaffen, und zwar insbesondere für Verstärkerzwecke, d. h. eine Verstärkerschaltung, welche mit Transistoren von verschiedenen Betriebseigenschaften arbeiten kann.

Ein weiterer Zweck der Erfindung ist die Schaffung einer Verstärkerschaltung, in welcher die Unterschiede zwischen einzelnen Transistoren, sofern der eine Transistor gegen einen anderen ausgetauscht wird, verschiedene Werte des Basiselektrodenstroms hervorrufen, der in Verbindung mit der Kollektorepannung und dem Kollektorstrom eine Stabilisierung des Betriebs hervorruft. Außerdem ist Zweck der Erfindung, eine eich selbst stabilisierende Verstärkerschaltung zu schaffen, in welcher Transistoren mit verschiedenen Kennlinien benutzt werden können, während die Wechselstromgegenkopplung gering ist. .

Gemäß der Erfindung sollen stets Transistoren mit Basiselektrode, Kollektorelektrode und Emitterelektrode verwendet werden. Zwischen der Basiselektrode und der Emitterelektrode liegt das Ein- . gangssignal, und das Ausgangssignal wir-d,, von einem zwischen der KoMektorelektrode und der Emitterelektrode liegenden Widerstand .abgenommen. Die Gleichsttromstabilisierung wird durch eine ■ Gleichstromgegenkopplung bewirkt, die einen für Gleichstrom durchlässigen Scheinwiderstand zwischen' der Kollektonelekteode und der Basiselektrode enthält. Auf diese Weise wird der Basiselektrodenstrom eines bestimmten Transistor® hauptsächlich durch die Größe dieses Widerstandes und der KoI-lektorspannung bestimmt.

Fig. ι ist ein Schaltbild einer Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 ist ein Schaltbild von zwei in Kaskade geschalteten¹ Halbleiterverstärkern als eine weitere Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform in der Anwendung auf beispielsweise einen Hochfrequenzverstärker oder einen Zwischenfrequenzverstärker;

Fig·. 4 a, 4 b und 4c zeigen verschiedene Betriebskennlinien dreier Transistoren.

In Fig. ι ist ein Transistor 10 als Verstärker dargestellt. Dieser Transistor kann ein Punktkontaktteansistor oder ein Großflächentransistor sein. Er besteht aus einem Halbleiterkörper, der einem der beiden Leiitfähigkeitstypen angehört. In Fig. 1 sei angenommen, daß der Transistor 10 ein P-N-P-Graßfläehentransistor sei, dessen Basiselektrode mit 12, dessen Emitterelektrode mit 13 und dessen Kollektorelektrode mit 14 bezeichnet ist. Die Eingangssignale werden von einer durch ein Rechteck

15 dargestellten Signal quelle geliefert und der Basiselektrode 12 über einen Kopplungskondensator

16 zugeführt. Die Emitterelektrode 13 ist an ein festes Potential, z. B. an Erde, angeschlossen, und eine Klemme der Signalquelle ist gleichfalls geerdet. Die Speisespannung wird von einer als-Batterie 17 dargestellten Spannungsquelle gelliefert, deren positiver Pol geerdet ist und der ein für die Signalfrequenzen durchlässiger Kondensator 18 parallel liegt. Die negative Klemme der Batterie 17 ist mit der Kollektorelektrode 14 über eine als Widerstand 19 dargestellte Belastungsimpedanz verbunden, so daß zwischen der Kollektorelektrode und der Basiselektrode eine Sperrspannung Hegt und zwischen der Emitterelektrode und der BasiS'-elektrode eine Vorspannung in Durchlaßrichtung. Der Ausgangskreis in Form eines Belastungswiderstände 21 ist über einen Kondensator 20 zwischen die Kolllektorelektrode 14 und Ende eingeschaltet. Die Stabilisierung wird mittels eines Widerstands 23 zwischen der Kollektorelektrode und der Basiselektrode bewirkt. .

Im Ruhezustand, d. h. beim Fehlen eines Signals, fließen in der Schaltung nach Fig. 1 folgende Ströme: Der größte Strom durchfließt die Emitterelektrode 13 und verläuft zum Teil durch den Halbleiterkörper hindurch zur Kollektorelektrode 14 und über dem Widerstand 19 sowie dile Batterie 17 zurück zur Emitterelektrode. Dieser Strom ist der Kollektprelektrodenstirom. Ein weiterer' Teil des Emittereilektrodenstroms durchsetzt einen Teil des Halbleiters und verläuft über die Basiselektrode 12 und den Widerstand 23 .sowie über den Widerstand 19 und die Batterie 17 zurück zur Emitterelektrode. Dieser Strom ist der Basiselektrodenstrom. Der Spannungsabfall am Halbleiterkörper zwischen der Emitterelektrode 13 und der Kollektorelektrode 14 ist die· Kollektorelektrodenspannung. Der Emitter-

elektrodenström ist die Summe des. Kollektorstromsi und -des Basisstrome. Die Größe de® Kollektorstroms hängt von den Transistoreigenschaften und von der Größe des Basisstroms im Widerstand 23 ab.

Die Wirkungsweise der Schaltung nach Fig. 1 sei nun an Hand der Kurven in Fdg. 4 a bis 4 c erläutert, welche Kennlinien von drei verschiedenen Transistoren in der Schaltung nach Fig. 1 darstellen. Fig. 4a bezieht sich auf einen Transistor Nr. I, Fig. 4 b auf einen Transistor Nf. II und Fig. 4c auf einen Transistor Nr. III. Im übrigen bleibt die Schaltung nach Fig. 1 für die drei verschiedenen Transistoren ungeändert."

Fig. 4 a zeigt auf der Ordinate die Kollekto>rspanmungen von ο bis — 10 Volt und gibt durch die Kurve X-Y die zugehörigen Werte des Kollektorstroms an. Außerdem enthält Fig. 4 a die mit A, Ä, A" bezeichneten Kurven, welche die zu den

ao Kollektorströmen gehörigen Werte des B'asiseliektrodenstroms von 50, 100, 150 Mikroampere darstellen. Mit H ist eine Kollektorspannung' von etwa 5 Volt und ein Kollektorstrom von etwa 2,5 Milliampere bezeichnet. Der Arbeitspunkt Hegt also auf der Geraden X-Y derart, daß bei Zuführung eines Signals von einer gewünschten Kollektorspannung aus längs, einer geraden Kennlinie, nämlich der Geraden X-Y, beiderseits vom Punkt H gearbeitet wird.

Die Fig. 4b zeigt, daß in derselben Schaltungsanordnung und mit derselben Bemessung ihrer Schaltelemente bei dem Transistor Nr. II eine andere Kfoillektorspannung, nämlich eine Spannung von etwas über 6 Volt, und ein anderer Kollektorstrom, nämlich etwa 2 Milliampere, auftreten und daß der Arbeitspunkt etwa an 'der Stelle / auf der Geraden X'-Y' liegt. Der Punkt / ist eine geeignete Kollektorspannung und liegt auf einem geradlinigen Teil der Linie X'-Y', so daß ein zugeführtes Signal einen Kollektorstrom beiderseits des Punktes / zur Folge hat.

Die Fig. 4c zeigt, daß wieder mit derselben Schaltung wie in Fig. 1 und derselben Bemessung der Schaltelemente, aber bei dem Transistor Nr. III wiederum andereWerte der Kollektorspannung, nämlich ein Wert von weniger als 4 Volt, und des Kollektorstroms, nämlich ein Wert von 3 Milliampere, auftreten, so daß der Arbeitspunkt an die Stelle L auf der Linie X"-Y" fällt. Der Punkt L ist ebenfalls eine brauchbare Kollektorspannung und liegt wieder auf einem linearen Teil der Linie X"-Y", so daß bei Zuführung eines· Signals ein Kollektorstrom beiderseits des Punktes L auftritt.

Es soll nun untersucht werden, was beim Einsetzen des Transistors Nr. II nach Fig. 4b oder Nr. III nach Fig. 4c an Stelle des Transistors nach Fig. 4 a in eine gewöhnliche, also nicht gemäß der Erfindung aufgebaute Schaltung geschieht. Wie in Fig. 4 b dargestellt, liegt der Arbeitspunkt dann nicht mehr bei / oder in der Nähe des. Punktes J, sondern fällt an eine Stelle/ mit höherem Strom und höherer Spannung, an der die Kurve X'-Y' nicht mehr linear ist, was zu einer nicht zulässigen Verzerrung führt. Beim Einsetzen des Transistors Nr. III an Stelle des Transistors Nr. I in eine gewohnliche Schaltung fällt der Arbeitspunkt nicht mehr an die Stelle L oder in die Nähe der Stelle L₁ sondern kann beispielsweise an die Stelle K mit unzulässig erhöhtem Strom und zu kleiner Spannung auf einen niicht linearen Teil der Kurve X"-Y" fallen, so daß ebenfalls eine unzulässige Verzerrung entsteht. Ferner sieht man, daß bei einem Transistor nach Fig. 4a und einem Kollektorstrom von 2 Milliampere ein Basisstrom von etwa 150 Mikroampere durch die Widerstände 23 und 19 auftritt. Mit einem Transistor nach Fig. 4b und bei dem gleichen Kollektorstrom von 2 Milliampere tritt ein Basisstrom von etwa 250 Mikroampere durch die Widerstände 23 und 19 auf, während mit einem Transistor nach Fig. 4 c und bei derselben Größe des Kollektorstroms von 2 Milliampere ein Baslisstrom von etwa 100 Mikroampere in den Widerständen 23 und 19 auftritt.

Durch die erfindungsgemäße Schaltung wird der Basiselektrodenstrom ,selbsttätig so eingestellt, daß die Kollektorspannung und der Kollektorstrom einigermaßen konstant gehalten werden. Wenn der Transistor nach Fig. 4b an Stelle des Transistors nach Fig. 4 a eingesetzt wird, würde der Kollektorstrom zu klein werden, sofern nicht der Basisstrom erhöht wird. Jedoch ruft ein kleinerer Kollektorstrom auch einen kleineren Spannungsabfall am Widerstand 19 hervor, so daß die Spannung an der Kollektorelektrode stärker negativ wird. Die Spannung an der Kollektorelektrode arbeitet als Vorspannung an der Basiselektrode über den Widerstand 23. Der höhere an der Basiselektrode wirksame Spannungsabfall ruft den benötigten größeren Basisstram hervor. Dieser größere Ruhestrom an der Basiselektro'de ist von einem größeren Kollektorelektrodenstrom begleitet, wie man an jeder der Fig. 4a bis 4c sehen kann. Ein größerer Kollektorstrom im Widerstand 19 vermindert wieder die negative Spannung an der Kollektorelektrode, wasi zu einer Verminderung des Ursprungliehen Einflusses auf den Basisstrom führt. Somit nimmt der Kollektorstrom zu, bis ein Wert erreicht ist, bei dem ein ausreichender B.asisruhestrotn fließt, um den Kollektorstrom aufrechtzuerhalten.

Wenn andererseits ein Transistor nach Fig. 4 c an Stelle des Transistors nach Fig. 4a eingesetzt wird, würde der Kollektorstrom zu groß werden, wenn nicht der Basisstrom vermindert wiird. Ein großer Kollektorstrom ruft aber einen großen Spannungsabfall am Widerstand 19 hervor, so daß die Kollektorspannung abnimmt. Wie oben bereits bemerkt, wirkt aber die Kollektorspannung an der Basiselektrode über den Widerstand 23 als Vorspannung. Der kleinere SpannungSiabfall, der an der Basiselektrode wirksam ist, erzeugt nun den benötigten kleineren Basisruhestrom. Dieser wird begleitet von einem kleineren Kollektorstrom, wie sich aus Fig. 4 c ergibt. Dieser kleinere Kollektorstrom im Widerstand 19 läßt die negative Spannung an der Kollektorelektrode zunehmen, so daß

eine Verminderung des ursprünglichen Einflusses auf dem Basisruhesitrom auftritt. In diesem Fall wind also der Kollektorstrom auf einen solchen Wert vermindert, daß ein Basisstrom auftritt, der den "richtigen, Wert hat, um den Kollektorstrom aufrechtzuerhalten.

Es wurde gefunden, daß bei einer Verstärkerschaltung nach FIg. i, bei welcher der Widerstand 19 die Größe von 7000 Ohm hat, der Widerstand 23 die Größe von 40 000 Ohm und die Batterie 17 eine Spannung von 22,5 Volt besitzt, Transistoren mit so weitgehend verschiedenen Kennlinien wie in Fig. 4 a bis 4c benutzt werden können, ohne die Schaltung jedesmal neu abgleichen zu müssen. Der Arbeitspunkt liegt zwar, wie durch die Rechtecke H, J und L angedeutet, an etwas'verschiedenen Stellen der Belastungskennliinie. Jedoch ist diese Verschiebung des Arbeitspunktes bei den drei betrachteten Transistoren,· nicht so groß, daß man in einen nichtlinearen Bereich gelangt. Bai der obengenannten Schaltung hatte der Kondensator 20 eine Größe von 20 Mikrofarad und der Widerstand 21 eine. Größe von 500 Ohm.

Man erkennt, daß diite maximale Stabilisierung dann erreicht wird, wenn der Widerstand 19 in Fig. ι groß gegenüber dem wirksamen Widerstand des Ausgangskreises ist. Außerdem d'st der Widerstand! 19 kleini gegenüber der Stabilisiierungsimpedanz, nämlich dem Widerstand 23. Bei'einer solchen Wahl der Widerstände bewirken die Stromschwankungen dm Koillektorelektrodenzweig eine maximale Korrektur, indem sie eine verhältnismäßig hohe Änderung der Korrekturspaninung hervorrufen;, so daß der Basisruhestrom geändert wird. Die angegebene Polarität der Batterie 17 bezieht sich natürlich auf einen Punktkontakt- N-Transistor oder auf einem P-N-P-GraßnächentransistOir. Bei anderen Tiransistorenarten, nämlich einem Punktkontakt-P-Transistor oder einem N-P-N-Großflächentransistor, muß die Polarität der Batterie 17 umgekehrt gewählt werden.

In Fig. 2 ist eine Schaltung mit zwei in Kaskade geschalteten Transistorstufen dargestellt, welche gegenüber Fig. 1 eine andere Ausfühirungsiform veranschaulichen. Bei dieser ist ein Transistor 28 mit einem Halbleiterkörper 29, nämlich einem Germaniumkristall aus N- oder P-Material, vorhanden, wenn der Transistor 28 ein· Pmnktkonitakttiransistor ist. Dieser Transistor kann auch, ein Großflächentransistor sein. Bei der Polarität der Batterie 17 in Fig. 2 ist vorausgesetzt, daß es sich bei dem Transistor 28 um einen Punktkontakt-N-Transistor oder um einen P-N-P-Großflächentran&istor handelt.

Auf dem Halbleiterkörper 29 sind eine Emitterelektrode 30, eiine Kollektorelektrode 31 und eine Basiselektrode 32' vorhanden. Zwischen¹ der Basiselektrode 32 und Erde liegen eine Signalquel-leTCS und ein Kondensator 16 in Reihe. Ein Lastwiderstand 19 liegt zwischen der Koillektorelektrode 31 und einer Batterie 17, welche für Signalfrequenzen durch einen Kondensator 18 überbrückt ist. Zwischen- der KoUektorelektrode 31 und der Basiselektrode 32 ist wieder ein Stabililsieruinigswiderstand 23 vorhanden.

Insoweit ist die Schaltung die gleiche wie in Fdg. i. Es sind jedoch noch zusätzliche, die Vorspannung beeinflussende Elemente vorhanden, die als ein Widerstand 33 in der Zuleitung zur Emitterelektrode und ein Widerstand 35 zwischen der Basiselektrode und Erde dargestellt sind. Zum Widerstand 33 liegt ein Kondensator 34 parallel, um eine Wechselstromgegenkopplung zu vermeiden. Man sieht, daß, wenn der Widerstand 23 viel kleiner als in Fig. 1 gewählt wird, ein größerer Basisstrom fließt, und daß daher gemäß Fig. 4a bis 4 c auch ein größerer Kollektorstrom vorhanden sein muß. Ein großer Kollektorstrom erzeugt aber einen Spannungsabfall am Widerstand 33. Dieser hat eine solche Polarität, daß zwischen der Basiselektrode 32 und der Emitterelektrode 30 der überschüssige Basisstrom vermindert wird, der durch den geringen Wert des Widerstandes 23 erzeugt worden war. Man sieht daher, daß sich ein Ruhearbeitspunkt einstellt, der nahezu unabhängig davon ist, ob Transistoren mit weitgehend verschiedenen Kennlinien verwendet werden.

Ein Vergleich der Wirkungsweise dieser Schaltungen läßt sich aus der folgenden Tabelle entnehmen, welche mit 26 verschiedenen P-N-P-Groß- go flächentransistoren aufgenommen wurde. Diese wurden alle in drei verschiedene Schaltungen eingesetzt. Die erste Schaltung enthielt keinen Stabilisierungswiderstand, die zweite Schaltung war nach Fig. ι aufgebaut, und die dritte Schaltung enthielt einen Stabilisierungszweig, wie in der ersten Stufe des Verstärkers nach Fig. 2 eingezeichnet. Die Kollektorspannung betrug 6 Volt zwischen Kollektor und Emitterelektrode und der Kollektorstrom 3 Milliampere mit einer Belastung von 6000 Ohm. Die Batterie 17 hatte 22,5 Volt. Die Größe der Widerstände in den drei verschiedenen Schaltungen war:

Bei jeder Schaltung und bei jedem Transistor würde,zunächst ein Versuch bei Zimmertemperatur, d. h.-bei etwa 20⁰ C, gemacht, sodann ein Versuch nach einer Erwärmung in einem Ofen bei 6o° C und zuletzt ein Versuch, nachdem der Transistor sich wieder auf Zimmertemperatur abgekühlt hatte. Die linke senkrechte Reihe in der folgenden Tabelle stellt den Spannungsabfall zwischen der Kollektor- und der Emitterelektrode dar. Die übrigen senkrechten Reihen geben die Anzahl der Transistoren an, welche unter den jeweils oben an jeder Reihe

	Schaltung 1	Schaltung 2 (Fig. i)	Schaltung 3 (Hg. 2)
Widerstand 19	4700	4700	6800
Widerstand 23		7OOOO	12 000
B asiswiderstand	230 000
Widerstand 33			470
Widerstand 35			47OO

angegebenen Bedingungen den links angegebenen Spannungsabfall besaßen.

Spannung	Schaltung ι	6o°	20°	Schaltung 2	6o°	2O°	Schaltung 3	60°	2O°
5 in Volt	20°	12	6	20°			20°
I	5	2	2		4
2	2	I	0		4	2
3	I	2	2		6	4
ο 4	0	2	2	5	2	2		5
5	3	3	I	2	2	4		16	IO
6	3	2	2	7	8	4	IO	5	16
7	2	I	I	3		5	16
8	I	I	I	8		4
5 9	0		I	I		I
IO	2		2
II	3		4
12	2		I
13	I		I
ο I₄	I		0
15	0	26	26		26	26		26	26
Summe	26	26	26

^a5 Der Vergleich dieser Ergebnisse zeigt, daß die Schaltung 2, d. h. die Schaltung nach Fig. 1, mit jedem der 26 Transistoren gut arbeitete, während ohne die Stabilsierung mehrere dieser Transistoren in der Schaltung 1 nicht betrieben werden konnten.

Man sieht ferner, daß die Stabilisierung in der Schaltung 3 (Fig. 2) sehr gut ist und nur dann angewendet werden muß, wenn eine sehr starke Korrektur erforderlich ist. Im allgemeinen reicht die Stabilisierung gemäß Fig. 1, d. h. ein Stabilisierungswiderstand unmittelbar zwischen der Kollektor- und der Basiselektrode, aus.

In Fig. 2 ist der Widerstand 21 in Fig. 1 durch eine zweite Transistorstufe ersetzt. Es war oben schon festgestellt worden, daß das Verhältnis des Kollektorbelastungswiderstandes groß gegenüber dem Betrag des Ausgangswiderstandes bei Signalfrequenzen sein muß. Der Ausgangswiderstand für die erste Transistorstufe 28 in Fig. 2 wird durch den Kopplungskondensator 20 und den nachfolgen-

*5 den Transistor 36 gebildet. In Fig. 2 ist das angegebene Verhältnis nun tatsächlich groß. Der Widerstand 19 hatte in einem praktischen Fall eine Größe von 7000 0hm. Bekanntlich beträgt der Eingangswiderstand an der Basiselektrode eines Transistors, also des Transistors 36 in Fig. 2, nur "ganz ungefähr 500 0hm. Bei diesen Größen der Widerstände tritt eine gute Stabilisierung des Arbeitspunktes und eine sehr kleine Wechselstromgegenkopplung auf.

Die zweite Stufe des Kaskadenverstärkers nach Fig. 2 enthält den Transistor 36 mit dem Halbleiterkörper 37, einer Emitterelektrode 38, einer Basiselektrode 39 und einer Kollektorelektrode 40. Der Kollektorbelastungswiderstand, der als ohmscher Widerstand I9_a dargestellt ist, liegt zwischen der Kollektorelektrode 40 und dem negativen Pol der Batterie 17. Die Emitterelektrode 38 ist unmittelbar geerdet und schließt daher den Gleichstrom-

kreis des Transistors 36. Die Basiselektrode 39 ist mit der Kollektorelektrode 31 des ersten Transistors 28 über den Kopplungskondensator 20 verbunden. Das Wechselspannungssignal in der Kollektorzuleitung des Transistors 28 liegt daher zwischen der Basiselektrode des Transistors 36 und Erde. Der Ausgangskreis des zweiten Transistors 36 besteht aus einem Kopplungskondensator 42 und einer durch ein Rechteck 43 angedeuteten Belastungsimpedanz Z_L, die in Reihe zueinander zwischen der Kollektorelektrode 40 und Erde liegen. Die Signalspannungen, welche zwischen der Basiselektrode 39 und Erde auftreten, erscheinen daher in verstärkter Form an der Belastungsimpedanz 43.

Ein Gleichstromstabilisierungszweig, der eine weitere Abwandlung der in Fig. 1 dargestellten Anordnung ist, besteht aus zwei stabilisierenden Scheinwiderständen, welche als ohmsche Widerstände 44 und 45 dargestellt sind und zwischen der Kollektorelektrode 40 und der Basiselektrode 39 des Transistors 36 liegen. Zwischen dem Verbindungspunkt dieser beiden Widerstände und Erde liegt ein Kondensator 46.

Bei der Schaltung nach Fig. 1 werden die Signalspannungen aus dem Kollektorelektrodenkreis auf die Basiselektrode 12 rückgekoppelt, und wegen der Phasenbeziehung zwischen dem Kollektorelektrodenkreis und dem Basiskreis bewirken diese Spannungen eine Gegenkopplung auf den Eingangskreis. Der Kondensator 46 in Fig. 2 stellt einen Nebenschluß zum Stabilisierungszweig für die Wechselspannungen im Kollektorelektrodenkreis dar und vermindert somit die Gegenkopplung. Die Stabilisierung bezüglich des Gleichstroms bleibt aber unverändert. Durch diese Anordnung wird somit sichergestellt, daß die am Widerstand 45 auftretenden Wechselspannungen nach Erde abgeleitet werden und nicht an der Basiselektrode 3.9 auftreten. Wenn die Belastungsimpedanz Z_L klein ist, sind diese Spannungen ebenfalls klein.

In Fig. 3 ist ein Zwischenfrequenzverstärker oder Hochfrequenzverstärker mit zwei Transistorstufen in Kaskadenschaltung und einer erfindungsgemäßen Stabilisierung des Arbeitspunktes dargestellt, so daß auch die Schaltung nach Fig. 3 mit Transistoren von weitgehend verschiedenen Kennlinien arbeiten kann. Die Schaltung nach Fig. 3 enthält einen Transistor 48, bestehend aus einem Halbleiterkörper 49, einer Kollektorelektrode 50, einer Basiselektrode 51 und einer Emitterelektrode 52, und enthält eine Eingangsschaltung wie in Fig. i. Die Eingangsschaltung besteht also aus dem Kondensator 16 und einer Signalquelle 15, die einseitig geerdet ist. Ein Stabilisierungswiderstand 23 liegt zwischen der Kollektorelektrode 50 und der Basiselektrode 51. Die Emitterelektrode 52 ist wie in Fig. ι geerdet. Der Ausgangskreis dieses Transistors enthält einen Serienresonanzkreis, bestehend aus der Spule 54 und einem Kondensator 55, welcher auf die Zwischenfrequenz oder Hochfrequenz abgestimmt ist und zwischen der Kollektorelektrode 50 des Transistors 48 und der Basiselek-

trode 56 des zweiten Transistors 57 liegt. Die Gleichspannungen für den Transistor 48 werden über einen Kollektorbelastungswiderstand 58 von einer Batterie 60 geliefert, welcher ein Kondensator 64 parallel liegt.

Die Polarität der Batterie 60 ist umgekehrt gewählt wie die Polarität der Batterie 17 in Fig. 1 und 2. Es wurde oben bereits bemerkt, daß die Polarität der Gleichspannungsquelle durch den Typ des in der Schaltung verwendeten Transistors vorgeschrieben wird. In Fig. 1 und 2 ist die Polarität der Batterie Vj für den Fall der Verwendung von Punktkontakt-N-Transistoren oder P-N-P-Großflächentransistoren richtig gewählt. Die umgekehrte Anschlüßrichtung der Batterie 60 in Fig. 3 setzt demgemäß einen Punktkontakt-P-Transistor oder einen N-P-N-Großflächentransistor voraus, wie dies durch die Richtung des Pfeiles an der Sendeelektrode in üblicher Weise angegeben ist. . Zwischen der Kollektorelektrode 62 des Transistors 57 und der positiven Klemme der Batterie 60 liegt ein Kollektorbelastungswiderstand 61. Die Emitterelektrode 63 des zweiten Transistors ist geerdet. Der Ausgangskreis des zweiten Transistors besteht aus einem Kopplungskondensator 42 und einer durch ein Rechteck 43 dargestellten Belastungsimpedanz Z_L. Ein Stabilisierungszweig, der eine Abwandlung der Schaltung in Fig. 1 und 2 darstellt, besteht aus einer Spule 65 und einem zu ihr in Reihe geschalteten Widerstand 66 zwischen der Kollektorelektrode 62 und der Basiselektrode 56.

Wie oben beschrieben, tritt bei Benutzung eines rein ohmschen Widerstandes im Stabilisierungszweig eine Gegenkopplung für die Wechselspannungen im Kollektorkreis auf. Wenn der Stabilisierungszweig aus einer Induktivität 65 und einem Widerstand 66 besteht, so wird vorwiegend die Gleichspannung an der Kollektorelektrode und somit der Basiselektrodenstrom beeinflußt. Durch den hohen Wechselstromwiderstand der Induktivität 65 . wird der Ausgangskreis vom Eingang wechselstrommäßig entkoppelt. Die Schaltung nach Fig. 3 vereinigt also die Vorteile einer Gleichstromstabilisierung mit dem Vorteil einer sehr geringen Wechselstromgegenkopplung. -

Die oben für Fig. 1 angestellten Betrachtungen über das Verhältnis der Widerstände gelten auch für den Zwischenfrequenz- oder Hochfrequenzverstärker nach Fig. 3. Wie oben ausgeführt, soll der Scheinwiderstand des Ausgangskreises für die Signalfrequenzen klein gegenüber dem Scheinwiderstand im Kollektorelektrodenkreis sein. Der Eingangswiderstand des zweiten Transistors 57 ist, da seine Basiselektrode als Eingangselektrode dient, wie oben angegeben, ganz ungefähr 500 Ohm, während der Widerstand 58 normalerweise ungefähr 10 000 Ohm beträgt. Selbst wenn der Widerstand 58 unmittelbar mit der Kollektorelektrodeso verbunden wäre, würde also das erforderliche Widerstandsverhältnis noch vorhanden sein. Die Kopplung zwischen der Kollektorelektrode 50 des ersten Transistors und der Basiselektrode 56 des zweiten Transistors besteht ja aus einem Serienresonanzkreis, der auf die gewünschte Frequenz abgestimmt ist. Ein Serienresonanzkreis besitzt aber bei der Resonanzfrequenz einen minimalen Scheinwiderstand für die Schaltung, an die er angeschlossen ist.

Man sieht also, daß die Erfordernisse für die Gleichstromstabilisierung erfüllt sind. Es tritt jedoch eine Wechselstromgegenkopplung auf, welche außerhalb des gewünschten Übertragungsfrequenzbandes stark wirksam wird. Die Signalspannungen im Kollektorelektrodenkreis sind also ein Maximum, wenn dieser Kollektorelektrodenkreis einen maximalen Scheinwiderstand besitzt. Dabei wird die Rückkopplung auf den Eingangskreis des Transistors 48 für Wechselspannungen, welche außerhalb der Resonanzfrequenz des Serienresonanzkreises 54, 55 liegen, erhöht. Dieser Effekt kann ausgenutzt werden, da die nachfolgende Transistorstufe in Abhängigkeit von ihrem Eingangsstrom und nicht von ihrer Eingangsspannung arbeitet.

Ein erfindungsgemäß stabilisierter Transistorverstärker, der unabhängig von den Kennlinienänderungen seiner Transistoren arbeitet, kann für viele Zwecke benutzt werden. Es ist nur eine verhältnismäßig geringe Zahl von Schaltelementen erforderlich, und die Schaltung bedarf beim Austausch der Transistoren gegen andere Transistoren von weitgehend verschiedener Kennlinie keiner neuen Abgleichung.

Claims

PaTENTANSPBÜCHE:

1. Verstärkerschaltung mit Transistoren mit wenigstens drei Elektroden, bei welcher jeweils dem Transistor das Eingangssignal zwisehen zweien dieser Elektroden zugeführt wird, der Ausgangskreis zwischen der dritten Elektrode und einer der beiden ersten Elektroden angeschlossen ist und welche eine an die dritte Elektrode angeschlossene Speisespannungsquelle enthält, gekennzeichnet durch einen für Gleichstrom durchlässigen Stabilisierungszweig (23) zwischen der dritten Elektrode und einer der beiden erstgenannten Elektroden zur Lieferung eines Vorspannungsstromes, welcher von der Spannung der dritten Elektrode abhängt (Fig. i, 2, 3).

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stäbilisierungszweig eine Induktivität (65) enthält und einen Vorspan-

_,- nungsstrom liefert, der sich entsprechend den Änderungen der statischen Kennlinien des Transistors einstellt (Fig. 3).

3. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stabilisierungszweig einen ohmschen Widerstand (66) und eine' Induktivität (65) in Reihenschaltung enthält (Fig· 3)·

4. Schaltung nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Signalweg geringen Scheinwiderstandes (46) zwischen

einem Anzapfpunkt des Stabilisierungszweiges (44, 45) und der ersten oder zweiten Elektrode (Fig. 2).

5. Schaltung nach einem der vorstehenden Ansprüche, in welcher die beiden ersten Elektroden die Basiselektrode und die Emitterelektrode sind und die dritte Elektrode die Kollektorelektrode ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Stabilisierungszweig zwischen der Kollektorelektrode und der Basiselektrode liegt.

6. Schaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Scheinwiderstand des Stabilisierungszweiges groß gegenüber dem Belastungswiderstand der Kollektorelektrode ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen