DE976062C

DE976062C - DC stabilized transistor cascade amplifier

Info

Publication number: DE976062C
Application number: DEN11084A
Authority: DE
Inventors: Franz Anton Winiger
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1954-08-24
Filing date: 1955-08-21
Publication date: 1963-02-07
Also published as: GB782038A; FR1130185A; NL190244A; BE540729A

Description

AUSGEGEBENAM 7. FEBRUAR 1963ISSUE FEBRUARY 7, 1963

N 11084 Villa/ N 11084 Villa / 21 a*21 a *

ist als Erfinder genannt wordenhas been named as the inventor

Die Erfindung bezieht sich auf einen gleichstromstabilisierten Kaskadenverstärker mit zwei Transistoren in Emitterschaltung und mit einer einzigen Speisespannungsquelle im Kollektorkreis des zweiten Transistors. Derartige Schaltungen sind an sich bekannt.The invention relates to a direct current stabilized cascade amplifier with two transistors in emitter circuit and with a single supply voltage source in the collector circuit of the second Transistor. Such circuits are known per se.

Bei solchen Schaltungen ist bekanntlich die Kollektorelektrode des ersten Transistors mit der Basiselektrode des zweiten Transistors gleichstromdurchlässig verbunden.In such circuits, as is known, the collector electrode of the first transistor is connected to the Base electrode of the second transistor connected so as to be permeable to direct current.

Weiterhin ist es bekannt, bei einer Transistorstufe mittels eines Widerstandes im Emitterkreis eine Stabilisierungswirkung und eine Erhöhung des Eingangswiderstandes zu erzielen.It is also known, in the case of a transistor stage, by means of a resistor in the emitter circuit to achieve a stabilizing effect and an increase in the input resistance.

Aus der Zeitschrift »Radio-Amateur«, Heft 2, 1940, S. 55 bis 57, ist ein gleichstromgekoppelter Röhrenverstärker bekannt, bei dem die erste Röhre kathodenseitig auf festem Potential liegt und ihre Anode mit dem Steuergitter der folgenden Röhre galvanisch verbunden ist. Im Kathodenzweig dieser Röhre liegt die Reihenschaltung zweier Widerstände, deren Abgriff die Vorspannung für das Steuergitter der ersten Röhre entnommen wird. Dabei liegt die Aufgabe zugrunde, den Arbeitspunkt der Endröhre auf einen vorgeschriebenen Wert des Anodenstromes zu stabilisieren. Da für diese Stabilisierung die Vorröhre als Gleichstromverstärker arbeitet, wird deren Arbeitspunkt verschoben, also nicht stabilisiert. Etwaige Änderungen der Eigenschaften der Vorröhre werden nur wenig herabgesetzt und bewirken im übrigen eine Verschiebung des Arbeitspunktes der Endröhre. Die Eigenschaften von Röhren ändern sich im allgemeinen nur langsam, so daß ihr Einfluß dadurchFrom the magazine "Radio-Amateur", Issue 2, 1940, pp. 55 to 57, is a DC coupled Known tube amplifier in which the first tube is at a fixed potential on the cathode side and its Anode is galvanically connected to the control grid of the following tube. In the cathode branch of this The tube is the series connection of two resistors, the tap of which provides the bias voltage for the Control grid is removed from the first tube. The underlying task is to set the operating point of the output tube to a prescribed one To stabilize the value of the anode current. The pre-tube is used as a DC amplifier for this stabilization works, its operating point is shifted, i.e. not stabilized. Any changes the properties of the pre-tube are only slightly degraded and otherwise cause a Shifting the working point of the output tube. The properties of tubes generally change only slowly so that their influence is thereby

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beseitigt werden kann, daß von Zeit zu Zeit ein Abgleich-Potentiometer nachgestellt wird; da es sich bei der bekannten Schaltung um ein Gerät für Bastler handelt, ist dies unbedenklich. Maßnahmen zur Erhöhung des Eingangswiderstandes sind im übrigen bei dieser bekannten Schaltung nicht getroffen und bei Röhrenschaltungen im allgemeinen auch gar nicht notwendig.it can be eliminated that an adjustment potentiometer is readjusted from time to time; because it If the known circuit is a device for hobbyists, this is harmless. measures to increase the input resistance are not met in the rest of this known circuit and generally not necessary for tube circuits.

Wesentlich anders liegen die Verhältnisse bei ίο einem gleichstromgekoppelten Transistor-Kaskadenverstärker. The situation is significantly different with ίο a DC-coupled transistor cascade amplifier.

Die zu berücksichtigenden Änderungen der Transistoreigenschaften gehen bekanntlich nicht nur auf Exemplarstreuungen und gegebenenfalls Alterungserscheinungen zurück, sondern sind insbesondere durch Änderungen der Umgebungstemperatur bedingt. Temperaturschwankungen treten jedoch völlig unkontrollierbar auf und erstrecken sich über verhältnismäßig kurze Zeiträume, so daß eine ao jeweilige Anpassung durch eine Verstellung eines Abgleich-Potentiometers praktisch ausgeschlossen ist.It is well known that the changes to the transistor properties to be taken into account are not only possible on specimen scatter and possibly signs of aging, but are in particular caused by changes in the ambient temperature. Temperature fluctuations occur however completely uncontrollable and extend over relatively short periods of time, so that a ao respective adjustment by adjusting a calibration potentiometer is practically impossible is.

Bei einem gleichstromgekoppelten Transistor-Kaskadenverstärker ist bekanntlich zu berücksich- »5 tigen, daß auch der vorangehende Transistor infolge von Temperaturänderungen wesentliche Änderungen seiner Eigenschaften zeigen kann, was sich dann auf den folgenden Transistor überträgt. Es sind somit nicht nur etwaige Änderungen der Eigenschaften des zweiten Transistors auszugleichen, sondern es sind auch die einer Stabilisierung entgegenwirkenden Einflüsse des vorangehenden Transistors zu berücksichtigen und weitmöglichst auszuschalten.In the case of a DC-coupled transistor cascade amplifier, it is known to take into account “5 lead to the fact that the preceding transistor also follows from temperature changes can show significant changes in its properties, what then transfers to the following transistor. It is therefore not just any changes to the To balance properties of the second transistor, they are also those of a stabilization counteracting influences of the preceding transistor to be taken into account and as far as possible turn off.

Weiter habea Transistoren im allgemeinen eine verhältnismäßig niedrige Eingangsimpedanz, die zwar in der Emitterschaltung erheblich höher ist als in der Basisschaltung; trotzdem erscheint für viele Anwendungszwecke eine wesentliche Erhöhung der Eingangsimpedanz erwünscht.Furthermore, transistors generally have a relatively low input impedance although it is considerably higher in the emitter circuit than in the basic circuit; anyway appears for For many applications, a substantial increase in the input impedance is desirable.

Maßnahmen zur Stabilisierung des Arbeitspunktes eines Verstärkerelementes und zur Erhöhung der Eingangsimpedanz sind aus der Transistor- und Röhren-Schaltungstechnik an sich bekannt. Für einen Transistor-Kaskadenverstärker mit Gleichstromkopplung sind nun diejenigen an sich bekannten Maßnahmen geeignet zu kombinieren, durch die die Aufgabe der Gleichstromstabilisierung und der Erhöhung der Eingangsimpedanz gelöst wird, ohne daß nachteilige Wirkungen eintreten und ohne daß der Aufwand in unzulässigem Maße ansteigt.Measures to stabilize the working point of an amplifier element and to increase it the input impedance are known per se from transistor and tube circuit technology. For a transistor cascade amplifier with DC coupling, those are now on known measures to combine suitable, through the task of direct current stabilization and the increase in the input impedance is solved without adverse effects occur and without the effort increasing to an inadmissible extent.

Dies wird erreicht bei einem Verstärker der eingangs erwähnten Art, wenn folgende Maßnahmen gemeinsam angewendet werden:This is achieved with an amplifier of the type mentioned at the outset if the following measures are taken can be used together:

Die Kollektorelektrode des ersten Transistors ist mit der Basiselektrode des zweiten Transistors gleichstromdurchlässig verbunden; im Emitterzweig des zweiten Transistors (2) liegt die Reihenschaltung eines ersten und nachfolgend eines zweiten, vorzugsweise kleineren Widerstandes (5 bzw. 6), deren Verbindungspunkt (9) gleichstromdurchlässig mit der Basiselektrode des ersten Transistor (1) verbunden ist; im Emitterzweig des ersten Transistors liegt ein den Arbeitspunkt dieses Transistors (1) stabilisierender Widerstand (7). Zweckmäßig wird in an sich bekannter Weise der Stabilisierungswiderstand des ersten Transistors nicht kapazitiv überbrückt. Ihm wird in an sich bekannter Weise von der Kollektorelektrode des zweiten Transistors eine den Einganswiderstand erhöhende Gegenkopplungsspannung zugeführt. The collector electrode of the first transistor is with the base electrode of the second transistor connected in a direct-current-permeable manner; in the emitter branch of the second transistor (2) is the series connection of a first and subsequently a second, preferably smaller resistor (5 or 6), its connection point (9) connected to the base electrode of the first transistor (1) so as to be direct current permeable is; in the emitter branch of the first transistor there is the operating point of this transistor (1) stabilizing resistance (7). The stabilization resistor of the first transistor is expedient in a manner known per se not capacitively bridged. It is in a manner known per se from the collector electrode of the second transistor is supplied with a negative feedback voltage which increases the input resistance.

Die kennzeichnenden Merkmale der Erfindung sind also einzeln und in Teilkombination bekannt. Die bekannten .Schaltungen ermöglichen jedoch nicht die vollständige Lösung der eingangs gestellten Aufgabe.The characterizing features of the invention are therefore known individually and in partial combination. However, the known circuits do not allow the complete solution of the above mentioned Task.

Die Erfindung wird an Hand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.The invention is explained in more detail with reference to the exemplary embodiment shown in the drawing explained.

Der Verstärker besitzt einen ersten Transistor 1 und einen zweiten Transistor 2, wobei die Kollektorelektrode c des Transistors 1 mit der Basiselektrode b des Transistors 2 gleichstromdurchlässig verbunden ist. Signalschwingungen einer Quelle 3 erzeugen daher verstärkte Schwingungen an einer Ausgangsimpedanz 4. Zum Sta- go bilisieren der Arbeitspunkte der Transistoren liegt im Emitterkreis des Transistors 2 die etwa entkoppelte Reihenschaltung zweier Widerstände 5 und 6, deren Verbindungspunkt mit der Basiselektrode des Transistors 1 verbunden ist. Der Widerstand S ist dabei vorzugsweise wesentlich größer als der Widerstand 6.The amplifier has a first transistor 1 and a second transistor 2, the collector electrode c of the transistor 1 being connected to the base electrode b of the transistor 2 so as to be direct current permeable. Signal oscillations from a source 3 therefore generate amplified oscillations at an output impedance 4. To stabilize the operating points of the transistors, the emitter circuit of the transistor 2 contains the roughly decoupled series connection of two resistors 5 and 6, the connection point of which is connected to the base electrode of the transistor 1. The resistance S is preferably significantly greater than the resistance 6.

Auf diese Weise ergibt sich eine Schaltung, bei der infolge der beiden Gleichstromverbindungen, nämlich c-b und die über die Widerstände 5-6, eine starke Gegenkopplung gegen Arbeitspunktänderungen wirksam ist, ohne daß dabei praktisch Phasendrehungen auftreten, welche die Stabilität gefährden könnten. Dabei sichert der Spannungsabfall an den Widerständen 5 und 6 gleichzeitig die richtigen Elektrodenvorspannungen des Transistors i. Da die Transistoren 1 und 2 gleicher Art, namentlich vom p-n-p-Typ sind, wird der Umstand ausgenutzt, daß die Arbeitspunktverschiebung des Transistors 2 mehr oder weniger von der des Transistors ι ausgeglichen wird, wobei durch richtige Wahl eines Widerstandes 7 im Emitterkreis des Transistors 1 ein völliger Ausgleich möglich ist. Der Widerstand 7, der gleichzeitig den Arbeitspunkt des Transistors 1 stabilisiert, darf dabei wesentlich größer als der Widerstand 6 sein. Auch können erforderlichenfalls temperaturabhängige Widerstände verwendet werden. Ferner kann es gegebenenfalls vorteilhaft sein, den Widerstand 6 durch eine Gleichrichterzelle zu ersetzen, deren Durchlaßrichtung jener der Emitterelektrode des Transistors 2 entspricht.This results in a circuit in which, due to the two direct current connections, namely cb and the one via resistors 5-6, a strong negative feedback is effective against changes in the operating point, without practically phase rotations occurring which could endanger the stability. The voltage drop across resistors 5 and 6 simultaneously ensures the correct electrode bias voltages for transistor i. Since the transistors 1 and 2 are of the same type, namely of the pnp type, the fact that the operating point shift of the transistor 2 is more or less compensated for by that of the transistor ι is used, with the correct choice of a resistor 7 in the emitter circuit of the transistor 1 a complete compensation is possible. The resistor 7, which at the same time stabilizes the operating point of the transistor 1, may be significantly larger than the resistor 6. If necessary, temperature-dependent resistors can also be used. Furthermore, it may be advantageous to replace the resistor 6 with a rectifier cell, the direction of which corresponds to that of the emitter electrode of the transistor 2.

Zur Erhöhung der Eingangsimpedanz kann etwa noch ein Gegenkopplungskreis 8 zwischen die Kollektorelektrode des Transistors 2 und die Emitterelektrode des Transistors 1 geschaltetTo increase the input impedance, a negative feedback circuit 8 can be added between the The collector electrode of the transistor 2 and the emitter electrode of the transistor 1 are connected

werden. Zum selben Zwecke kann man auch einen Widerstand in die Leitung 9 einschalten und dessen unteres Ende über einen die Signalschwingungen durchlassenden Kondensator mit der Emitterelektrode des Transistors 1 verbinden. Ferner kann die Signalquelle 3 gewünschtenfalls in Reihe mit der Spannung am Widerstand 6 in die Leitung 9 geschaltet werden.will. For the same purpose, you can also switch on a resistor in line 9 and the lower end of which via a capacitor that allows the signal oscillations to pass through to the Connect the emitter electrode of transistor 1. Furthermore, the signal source 3 can, if desired be connected in series with the voltage at resistor 6 in line 9.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:PATENT CLAIMS:

i. DC-stabilized cascade amplifier with two emitter-connected transistors and with a single supply voltage source, which has a high input impedance, characterized by the common application of the following features:

a) The collector electrode of the first transistor is with the base electrode of the second Transistor connected so as to be permeable to direct current;

b) the series connection of a first transistor is in the emitter branch of the second transistor (2) and then a second, preferably smaller resistor (5 or 6), the connection point (9) of which is direct current permeable connected to the base electrode of the first transistor (1);

c) the operating point of this transistor is located in the emitter branch of the first transistor (1) stabilizing resistor (7).

2. Amplifier according to claim 1, characterized in that that the stabilization resistor (7) of the first transistor (1) does not is capacitively bridged and that one of the collector electrode of the second transistor the negative feedback voltage increasing the input resistance is supplied.

3. Amplifier according to claim 1, characterized in that that instead of the second stabilization resistor (6) a rectifier cell is turned on, the forward direction of which is that of the emitter electrode of the second transistor is equivalent to.

Considered publications:

German Patent Nos. 848518, 848661;

Shea, Principles of Transistor Circuits, 1948, Pp. 102, 164 to 179 and 341 to 365;

Rothe und Kleen, »Electron tubes as Initial stage amplifier ”, 1948, p. 99; "Radio-Amateur", 1940, pp. 55 to 57;

Electronics, July 1952, p. 100; August 1953, Pp. 170 and 171; April 1954, p. 169;

"Proceedings of the IRE," June 1953, p. 710.

1 sheet of drawings