DE963881C - Gegentakt-A-Verstaerker mit Transistoren - Google Patents

Gegentakt-A-Verstaerker mit Transistoren

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DE963881C
DE963881C DEN10469A DEN0010469A DE963881C DE 963881 C DE963881 C DE 963881C DE N10469 A DEN10469 A DE N10469A DE N0010469 A DEN0010469 A DE N0010469A DE 963881 C DE963881 C DE 963881C
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DE
Germany
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transistor
collector
transistors
output stage
voltage
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Expired
Application number
DEN10469A
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English (en)
Inventor
Dipl-Phys Rolf Cruel
Hans Heinrich Lammers
Rolf Wendt
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NORDWESTDEUTSCHER RUNDFUNK ANS
Original Assignee
NORDWESTDEUTSCHER RUNDFUNK ANS
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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F3/00Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/26Push-pull amplifiers; Phase-splitters therefor

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Amplifiers (AREA)

Description

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (3)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verstärker mit vier Transistoren gleichen Leitfähigkeitstyps in Emitterschaltung, von denen je zwei in Tandemschaltung betrieben werden und die eine Gegentakt-A-Endstufe sowie eine unsymmetrisch gesteuerte Vorstufe bilden, dadurch gekennzeichnet, daß die Emitter der Endstufentransistoren (7, 8) wechselstrommäßig auf gleichem Potential liegen und daß der Emitter des von der Eingangsspannung nicht gesteuerten Vorstufentransistors (2), der in B-Betrieb bei großem Kollektorstrom und kleiner Kollektorspannung arbeitet, über einen Gegenkopplungsweg (12, 13) mit dem Kollektor des nachgeschalteten Endstufentransistors (8) verbanden ist, während sein Kollektor über einen Kondensator (1q.) an der Basis dieses Endstufentransistors liegt (Fig. i).
  2. 2. Verstärker nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollektorspannung des von der Eingangsspannung nicht gesteuerten Vorstufentransistors (2) kleiner als io »/o der Kollektorspannung des gesteuerten Vorstufentransistors (i) ist.
  3. 3. Abwandlung des Verstärkers nach den Ansprüchen i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Endstufentransistoren (7, 8) gleichstrommäßig parallel geschaltet sind und ihren Speisestrom in Tandemschaltung über den von der Eingangsspannung nicht gesteuerten Vorstufentransistor (2) erhalten (Fig. 3).
DEN10469A 1955-04-08 1955-04-08 Gegentakt-A-Verstaerker mit Transistoren Expired DE963881C (de)

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