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Gegentakt-A-Verstärker mit Transistoren Auch in Transistorverstärkern
ist die Anwenciung des Gegentaktprinzips häufig zweckmäßig, und z-,v ar immer dann,
wenn die Leistung der bisher vorhandenen kleinen Transistortypen für den gewünschten
Zweck nicht ausreicht. Eine Parallelschaltung von zwei Transistoren ist dagegen
weniger günstig, da sich hierbei die Vormaagnetisierung des Ausgangsübertragers,
im Gegensatz zum Gegentaktbetrieb, nicht aufhebt. Will man weiter, wie es z. B.
für Studioverstärker gefordert wird, niedrige Klirrfaktoren erzielen. so scheidet
B-Betrieb wegen der damit erbundenen Verzerrungen aus. Bei A-Betrieb in der Endstufe
treten aber bereits Kollektorverlusteis.tungen auf, die zur Eigenerwärmung der Endstufentransistor-L-i
führen. Durch diese Eigenerwärmung und auch durch äußere Temperatureinflüsse können
sich die Arbeitspunkte so stark verschieben, daß ein einwandfreier Betrieb nicht
mehr gewährleistet ist.
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Zur Stabilisierung der Arbeitspunkte der Endstu-fentransistoren gegenüber
diesen Temperatureinfi'üs,3en werden im allgemeinen drei Verfahren angewandt. Bei
dem ersten Verfahren wird ein großer Widerstand in die Emitterzuleitung gelegt.
der als Stromgegenkopplung einer Verschiebung des Arbeitspunktes entgegenwirkt.
Dieses Verfahren ist in Vorstufen gut anwendbar, es bewirkt aber in Endstufen eine
erhebliche Verschlechterung des Wirkungsgrades, da hier die
durch
diesen Widerstand fließenden Ströme sehr groß sind. Eine zweite Möglichkeit stellt
die Anwendung eines temperaturabhängigen Widerstandes als Teil des die Basisspannung
bestimmenden Spannungsteilers dar. Diese Art der Stabilisierung bezieht sich nur
auf die Außentemperatur, während die Eigenerwärmung des Transistors nicht berücksichtigt
wird. Die dritte Methode ist besonders für Endstufen geeignet. Hier sind in einer
sogenannten Tandemschaltung zwei. Transistoren gleichstrommäßig in Serie geschaltet,
so daß durch beide zwangläufig der gleiche Strom fließt. Betreibt man nun den Vorstufentransistor
mit einer sehr niedrigen Kollektorapannung, so bleibt- auch seine Kollektorverlustleistung
so klein, daß keine Eigenerwärmung auftritt. Zu seiner Stabilisierung genügt daher
wegen des großen Stromes ein relativ kleiner Widerstand. Der Vorstufentransistor
liegt nun mit seinem Innenwiderstand in der Emitterzuführung des Endstufentransi.stors.
Der Spannungsabfall an diesem Innenwiderstand ist viel höher als an dem Vors.tufentransistor
und niedrigeren Emitterwiderstand. Daraus ergibt sich eine sehr gute Stabilisierung
hinsichtlich der Eigenerwärmung des Endstufentransistors, :der dann bis an die Grenze
seiner zulässigen Verlustleistung belastet werden kann.
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Die Phasenumkehr, die beim Übergang von den Vorstufen auf den Gegentaktendverstärker
erforderlich ist, wurde bisher entweder durch Übertrager, durch besondere Phasenumkehrstufen
oder durch die Anwendung von Transistoren entgegengesetzten Leitfähigkeitstvps bewirkt.
Übertrag#r scheiden bei kleinen Geräten aus Gewichts- und Raumgründen aus, wenn
ein breiter Frequenzbereich übertragen werden soll. Auch sind solche Übertrager
empfindlich gegen Fremdfelder und müssen daher entsprechend abgeschirmt werden.
Als Phasenumkehrstufe wird vielfach der aus der Röhrentechnik bekannte »Phase-Splitter«
verwendet, der die Gegenphasigkeit der Spannungen am Emitter-und Kollektorarbeitswiderstand
ausnutzt. Die Schwierigkeit besteht hier darin, daß die Steuerung der Endstufentransistoren
nicht leistungslos erfolgt und daher der stark unterschiedliche Innenwiderstand
am Emitter und Kollektor des Phasenurpkehrtransistors zu einer unsymmetrischen Aussteuerung
der Gegentaktendstufe führt. Die Maßnahmen zur Erzielung einer guten Symmetrie setzen
aber die Verstärkung der Phasenumkehrstufe auf einen Wert weit unter i herab. Die
unter Verwendung von Transistoren verschiedenen Leitfähigkeitstyps mögliche Phasenumkehr
erfordert eine extreme Übereinstimmung dieser Typen sowohl bezüglich ihrer Verstärkereigenschaft
als auch ihres Temperaturverhaltens. In der Praxis haben sich diese Schaltungen
bisher nicht bewährt.
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Bei allen Endstufen aber tritt im Gegensatz zu den Vorstufen auf Grurd
der Durchsteuerung des gesamten Transistorkennlinienfeldes ein stark nichtlinearer
Eingangswiderstand auf; der zu erheblichen Verzerrungen führt. Es muß außerdem nach
einer streng symmetrischen Aussteuerung der Endstufe getrachtet -,werden, damit
sich die geradzahligen Harmonischen aufheben. Dieses erreicht man bei Artwendung
einer Phasenumkehrstufe entweder dadurch, da.ß man den Generatorwiderstand der Vorstufen
groß gegen den Eingangswiderstand der Endstufe macht, oder aber durch Lirearisierung
der Eingangswiderstände der Endstufen mittels starker Gegenkopplungen. In beiden
Fällen geht die Anpassung der Endstufe an den vorgeschalteten Generator verloren,
und die Verstärkung ist nicht mehr optimal.
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Die Erfindung zeigt einen anderen Weg, die Nachteile der bekannten
Anordnungen zu vermeiden. Es wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, bei einem Gegentakt-A-Verstärker
mit vier Transistoren, von denen je zwei in* Tandemschaltung betrieben werden, aber
nur einer der beiden Vorstufentransistoren von der Eingangsspannung gesteuert wird,
die Phasenumkehr dadurch zu bewirken, daß die Emitter der Endstufentransistoren
wechselstrommäßig auf gleichem Potential liegen und die hierdurch entstehenden Verzerrungen
durch den nicht von der Eingangsspannung gesteuerten Vorstufentransistor kompensiert
werden, indem dieser Transistor in B-Betrieb bei großem Kollektorstrom und kleiner
Kollektorspannung betrieben und über einen Gegenkopplungsweg vom Kollektor seines
nachgeschalteten Endstufentransistors im Emitter gesteuert wird, so daß sich eine
Kompensation für die verzerrte Halbwelle ergibt.
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Die Wirkungsweise -dieser Schaltung soll an Hand des Prinzipschaltbildes
Fig. i erläutert werden. Die zur Einstellung der Arbeitspunkte erforderlichen Basisspannungsteiler
sind der Übersichtlichkeit halber weggelassen, da sie in das Verhalten der Schaltung
gegenüber Wechselströmen nicht eingehen.
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Gleichstrommäßig stellt dieser Gegentakt-A-Verstärker eine Tandemschaltung
dar, bei der je ein Vorstuf-ntransistor i und 2 mit je einem Stabilisierungswiderstand
3 und q. in der Emitterzu:leitung über je einen Arbeitswiderstand 5 und 6 mit den
Emittern der nachgeschalteten Endstufentransistoren 7 und 8 verbunden ist, während
die Zuführung des Speisestromes über den Gegentaktausgan.gsübertrager 15 erfolgt.
Der Transistor i ist wenig belastet, da er mit kleiner Kollektorspannung betrieben
wird, während die Transistoren 7 und 8 bei hohen Kollektorspannungen maximal belastet
werden. Im Gegensatz zu den bekannten Tandemschaltungen erhält der Vorstufentransistor
2 nicht die gleiche Kollektorspannung wie der Vorstufentransistor i, sondern .eine
Kollekt.orspannung, die etwa der unteren Grenzspannung entspricht und damit wenigstens
um den Faktor io kleiner ist als die Kollektorspannung,des Transistors i. Da in
den Stromkreisen von i und 7 bzw. 2 und 8 der gleiche Strom fließt, ergibt sich
für :den Transistor 2 eine wesentlich kleinere Kollektorverlustleistung als für
den Transistor i. Dementsprechend sind die Stufen 2 und 8 wesentlich besser stabilisiert
als di-:. Stufen i und 7.
Die Einspeisung der Eingangssignalspannung
erfolgt über den Kondensator 9 auf die Basis des Transistors i. Der verstärkte Strom
wird über dien Kondensator io auf die Basis des Transistors 7 geleitet. Der Emitter
des Transistors 7 ist nun nicht, wie sonst üblich, wechselstrommäßig auf o Volt
gelegt, sondern über einen Kondensator i i mit dem Emitter des Transistors 8 verbunden.
Damit stellt die Tandemschaltung der Transistoren 2 und 8 eine Stromgegenkopplung
für den Transistor 7 dar, die eine Erhöhung und Linearisierung des Eingangswiderstandes
des Transistors 7 bewirkt. Durch diese Maßnahme werden die Stromverzerrungen in
der Tandemschaltun.g i und 7 klein gehalten. Gleichzeitig wird der Transistor 8
über den Emitter gesteuert. Infolge dieser Anordnung besitzt der Generatorwiderstand,
den die Emitters.trecke .des Transistors 7 darstellt, etwa den gleichen Wert wie
der Eingangswiderstand der Einitterstrecke des Transistors 8; Generator und Verbraucher
sind also angepaßt. Das bedeutet, daß bei stärkerer Durchsteuerung des Transistors
8 auf Grund des nichtlinearen Widerstandes der Emitterstrecke an sich hohe Stromverzerrungen
auftreten, wie dies die Kurve d in Fig. 2 zeigt. Über den Widerstand 12 und den
Kondensator 13 wird nun vom Kollektor des Transistors 8 der Transistor 2 am Emitter
gesteuert. Wie schon erwähnt, ist der Arbeitspunkt dieses Transistors 2 so gewählt,
daß er nur während einer Halbwelle durchgesteuert werden kann. Dieser verstärkte
Strom liegt gleichphasig zu -der verzerrten Halbwelle des Transistors 8, und durch
dessen. Ankopplung über den Kondensator 14. auf die Basis des Transistors 8 erhält
man am Kollektor einen gegenphasigen Strom, der bei richtiger Wahl des Arbeitspunktes
des Transistors 2 und geeigneter Dimensionierung des Widerstandes 12 zu einer völligen
Kompensation der geradzahligen Verzerrung führt. Diese Schaltung gewährleistet bei
einer hohen Verstärkung kleinste Verzerrungen bei großer Ausgangsleistung durch
die automatische Zwangsymmetrierung der Endstufen in Verbindung mit der nichtlinearen
Aussteuerung des Transistors 2.
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Gleichstrommäßig gibt diese Schaltung die Mög-
lichkeit, wie
in Fig. 3 dargestellt, eine extrem gute Stabilisierung der Arbeitspunkte zu erzielen,
wenn man den außerordentlich niedrig belasteten Transistor 2 als Emitterwiderstand
in Tandemschaltung für beide Endstufentransistoren 7 und 8 verwendet. Wechselstrommäßig
ändert sich damit an der Wirkungsweise der Schaltung nichts.