NO124403B - - Google Patents

Description

Strømforsterker.

Oppfinnelsen angår -en strømforsterker hvor en signalstrøm tilføres basisen i en første transistor hvis emitter leverer den forsterkede signalstrøm.

I en kjent strømforsterker av denne type er emitteren i den første transistor av npn-ledningsevnetype forbundet med en klamme av en matestrømkilde gjennom emitter-kollektorbanen i en andre transistor av pnp-ledningsevnetype. Basisen i den første transistor er forbundet med den samme klemme av matestrømkilden gjennom en seriekopling av to dioder og en matestrømkilde. Basisen i den andre transistor er forbundet med den andre klemme av matestrømkilden.

På denne måte er forsterkerenes hvilestrøm for den første og andre transistor innstilt ved hjelp av to diodej? bg matestrømkilden. De to dioder gjennomstrømmes av en konstant strøm slik at en spenning Vq vil opptre over hver av dem. Som følge derav.vil spenningen opptre mellom basisen i den første transistor og" basisen i den andre transistor. Dette medfører at en strøm vil flyte gjennom den første og andre transistor og denne strøm er tilnærmet lik strømmen som flyter gjennom de to dioder. Hvis nå spenningen ?q varierer, f.eks. på grunn av temperaturvariasjoner, vil strømmen som flyter gjennom den første og andre transistor forbli konstant fordi strøm-men som flyter gjennom diodene også er konstant.

En slik forsterker har den ulempe at strømmen, som flyter gjennom den første og andre transistor aldri kan gjøres nøyo-ktig lik strømmen som flyter gjennom de to dioder. Dette skyldes at strøm-men som flyter gjennom en transistor er bestemt ikke bare av basis-emit-ters penning en som påtrykkes transistoren men også av kollektor-emitterspenhingen. De to dioder kan.anses som to transistorer hvor basisen er direkte forbundet med kollektoren. Dette betyr at kollektor-emitterstrømmen i disse transistorer som er forbundet som dioder er 0 volt. Kollektor-emitterspenningen i den første og andre transistor er imidlertid lik halve matespenningen som tilføres mellom kolleft&orene i den.første og_ andre transistor. Følgelig vil hvilestrømmen som flyter gjennom den første og andre transistor være større enn strømmen som flyter gjennom de to dioder, og for-skjellen øker med øket tilført matespenning. Den ovenfor nevnte virkning opptrer meget sterkt i horisontale npn-transistorer slik at i den kjente forsterker kan hvilestrømmen avvike betydelig fra strømmen gjennom diodene. For å kompensere for denne ulikhet i strømmen anbringes ofte små motstander i emittertilledningene til den første og andre transistor. En ulempe ved denne anordning er at utgangsimpedansen i strømforsterkeren øker, og videre vil under drift spenningen falle over de to motstander slik at den første og andre transistor avvekslende sperres, og dette øker 14 néæ ritetspro-blemene ved nullgjennomgangen av det forsterkede signal.

Hensikten med foreliggende oppfinnelse er å unngå disse van-skeligheter og dette oppnås ifølge oppfinnelsen ved at den første transistors emitter er forbundet med en matestrømkilde gjennom en seriekopling av i det minste en første diode og emitterkollektor-banen i en andre transistor, at basisen i den første transistor er forbundet med den samme matestrømkilde gjennom en seriekopling av i det minste en andre diode, emitter-kollektorbanen i en tredje transistor og et strømavhengig element, at basisen i den tredje transistor er forbundet med forbindelsespunktet mellom den første diode og emitteren i den andre transistor, og at basisen i den andre transistor er forbundet med forbindelsespunktet mellom kollekteren i den tredje transistor og det strømavhengige element.

Med fordel kan kollektoren i den andre transistor være forbundet med matestrømkilden gjennom en motstand, og emitteren i den andre transistor kan være forbundet med kollektoren i en transistor av motsatt ledningsevnétype av den andre transistors, og basisen i transistoren av motsatt ledningsevnetype kan være forbundet med kollektoren i den andre transistor, og emitteren er forbundet med matestrømkilden. Kollektoren i den første og andre transistor kan med fordel være forbundet med matestrømkilden gjennom hver sin motstand som hver er shuntet av basis-emitter-banen i en transistor, og kolleltoren i hver av de sistnevnte transistorer kan være forbundet med emitteren i den første transistor.

Noen utførelseseksempler på oppfinnelsen .skal beskrives nærmere under henvisning til tegningen. Figur 1 viser et koplingssk jerna for en strømf orsterker ifølge oppfinnelsen.

Figur 2 viser et koplingsskjerna for en annen utførelsesform.

av en koplingsanordning ifølge oppfinnelsen.

Figur 3 viser et koplingsskjerna for en modifikasjon av strøm-forsterkeren på figur 1.

På figur 1 er kollektoren i. en første transistor T-^ forbundet med den positive klemme av en spenningskilde E gjennom en motstand R^. Emitteren i transistoren er gjennom en seriekopling av en første diode D-^, emitter-kollektorbanen i en andre transistor Tg og en motstand Rg forbundet med den negative klemme av spenningskilden E. Basisen i transistoren Tg er forbundet med den negative klemme av spenningskilden E gjennom et strømavhengig element S.

Det strømavhengige element kan være en motstand eller en strømkilde. Basisen i transistoren T-^ er forbundet med basisen i transistoren Tg gjennom en andre diode Dg og emitter-kollektorbanen i en tredje transistor T^. Basisen i transistoren er forbundet med emitteren i transistoren Tg. Basisen i transistoren T-^ er forbundet med emitteren i en transistor Tq som er koplet som emitterfølger. Signalet som skal forsterkes tilføres basisen i transistoren Tq. Det forsterkede signal kan tas fra emitteren i transistoren T-^, f.eks. over en impedans Z som er antydet på figur 1.

Virkemåten av denne strømforsterker er som følger. Transistorene T-^, T2 og T^ og diodene D-^ og Dg danner en styrt strømkilde. Måledioden i denne strømkilde dannes av seriekoplingen av diodene D-^ og basis-emitterbanen i transistoren T-^. Spenningen over denne målediode er lik summen av spenningene over dioden Dg og basis-emitter-banen i transistorens T^ under alle forhold. Hvilestrømmen som flyter gjennom måledioden sammenlignes med strømmen som flyter gjennom det strømavhengige element S. Hvis hvilestrømmen gjennom måledioden og derfor hvilestrømmen gjennom de to transistorer T-^ og T^ avviker fra strømmen som flyter gjennom det strømavhengige element S, blir hvilestrømmen minsket gjennom kollektoren i transistoren T^ til basisen i transistoren Tg inntil hvilestrømmen gjennom transistorene T-^ og Tg igjen er lik strømmen som flyter gjennom det strømavhengige element S. Selvom summen av spenningene over dioden D-^ og over basis-emitterbanen i transistoren T-^ er konstant, kan strømmen som flyter gjennom dioden D-^ avvike betydelig fra strømmen som flyter gjennom transistoren T-^, det vil si når ut-gangs impedans en Z er forbundet mellom emitteren i transistoren T-^ og en punkt med konstant spenning slik som vist med strekede linjer på figur 1. Strømmen gjennom transistoren T-^ vil øke med øket inn-gangsspenning på emitteren i transistoren T-^. Basis-emitterspenningen i transistoren T-^ vil derfor øke. Da summen av spenningene over dioden D-^ og over basis-emitterbanen i transistoren T-^ er konstant, vil spenningen over dioden D-^ avta i samme grad som spenningen over basis-emitterbanen i transistoren T-^ øker. Dette betyr at når strømmen gjennom transistoren T-^ er blitt lik j • I, vil strømmen gjennom dioden D-^ være lik I/j, hvor I er strømmen som flyter gjennom det strømavhengige element S. Hvis utgangssignalet på emitteren i transistoren T-^ avtar vil den motsatte virkning opptre. Strømmen gjennom transistoren T-^ vil imidlertid nå avta med øket strøm gjennom dioden D-^. Den maksimale utgangsstrøm som kan flyte gjennom belastningsimpedansen Z er lik strømmen I multi-plisert med basis-kollektorstrømforsterkningsfaktoren [3 for transistoren Tg.

Det faktum at basis-emitterspenningen på transistoren Tg. ikke er en av de faktorer som bestemmer innstillingen av hvilestrømmen gjennom transistorene T-^ og Tg, har den fordel at transistoren Tg ganske enkelt kan erstattes av en quasi pnp-transistor som vist på figur 3- Den på figur 1 med streker innrammede transistor med til-koplingspunktene A, B og G erstattes da av den på figur 3 viste quasi-pnp-transistor. Anordningen av quasi-pnp-transistoren på figur 1 medfører den fordel at den maksimale utgangsstrøm fra strømforsterkeren kan økes. Denne strøm er lik |3 I amperes,

hvor p er basis-kollektorstrømforsterkningsfaktoren for en npn-transistor Tgg på figur 3. Strømforsterkningsfaktoren p for transistoren T2o er meget større enn den tilsvarende strømforsterknings-faktor for pnp-transistoren Tg på figur 1. En slik erstatning er ikke mulig ved den kjente strømforsterker som er nevnt innlednings-vis .

Da motstandene -i emitterledningene til transistorene T-^ og Tg mangler vil utgangsimpedansen for strømforsterkeren på figur 1 være flere ganger mindre enn utgangsimpedansen for den kjente strømfor-sterker. I tillegg hertil vil de sløyfede motstander resultere i at hverken transistoren T-^ eller transistoren Tg vil sperres under drift fordi strømmene gjennom transistoren T^ eller Tg logaritmisk nærmer seg 0. Som følge derav kan det sammenlignet med den kjente forsterker anvendes meget mindre hvilestrømmer igjennom transistorene T-j^ og Tg det opptrer meget mindre lineæritetsproblemer ved null-gjennomgangene av det forsterkede signal.

Det er hittil antatt at hvilestrømmen gjennom transistorene ^1°^ ^2 ^Ikid v^ være lik strømmen I som flyter gjennom det strømavhengige element S. Under spesielle forhold, f.eks. med hensyn til båndbredde, stabilitet og strømforbruk, kan det være fordelaktig å gjøre hvilestrømmen forskjellig fra strømmen I som flyter gjennom det strømavhengige element S. I den hensikt kan f.eks. emitterområdet i transistoren T^ gjøres større enn emitterområdet i dioden Dg, og emitterområdet i dioden D^ kan -gjøres større enn emitterområdet i transistoren T-^, idet kvotienten for disse områder i dioden Dg og i transistoren T-^ holdes lik kvotienten for områdene i transistoren T,-. og dioden D^.

Motstandene R-^ og Rg kan gjøres lik null. Dette har den fordel at utstyringsområdet for strømforsterkeren blir maksimal.

Hvis utgangsstrømmen er for liten, kan forsterkeren på figur

1 utvides som vist på figur 2. Basisen i en transistor T^ er forbundet med kollektoren i transistoren T-^ og emitteren i transistoren T^ er forbundet med den positive klemme av spenningskilden E.

Basisen i en.transistor TV er forbundet med kollektoren i transis-

i 5 i

toren Tg og emitteren i transistoren T^ er forbundet med den nega-

tive klemme av spenningskilden E. Kollektoren i transistorene T^

og T^ er forbundet med emitteren i transistoren T-j_ slik at emit-

teren altså er forbundet med et punkt med konstant spenning gjennom utgangsimpedansen Z. Motstandene R-^ og Rg er valgt slik at for små inngangssignaler på basisen i transistoren Tq holdes de to transis-

torer T^ og T^ sperret. Når inngangssignalet øker blir de to transistorer T^ og T^ ledende for bestemt tidspunkt, fordi spenningene som opptrer over motstandene R-^ og Rg er blitt tilstrekkelig store..

I dette øyeblikk er den totale utgangsstrøm lik summen av strømmene gjennom transistorene T-^ og T^ eller summen av strømmene gjennom transistorene Tg og T^. Disse strømtillegg sikrer at frekvensfor-holdene for transistorene T^ og T^ ikke spiller noen rolle ved be-stemmelse av overføringskarakteristikken mellom inngangen og ut-

gangen i strømforsterkeren..

Claims (3)

1. Strømforsterker hvor en signalstrøm tilføres basisen i en første transistor hvis emitter leverer den forsterkede signalstrøm, karakterisert ved at den første transistors emitter er forbundet med en matestrømkilde gjennom en seriekopling av i det minste en første diode og emitter-kollektorbanen i en andre tran-

sistor, at basisen i den første transistor er forbundet med den samme matestrømkilde gjennom en seriekopling av i det minste en andre diode, emitter-kollektorbanen i en tredje transistor og et i strømavhengig element, at basisen i den tredje transistor er forbundet med forbindelsespunktet mellom den første diode og emitteren i den andre transistor, og at basisen i den andre transistor er forbundet med forbindelsespunktet mellom kollektoren i den tredje transistor og det strømavhengige element.

2. Strømforsterker ifølge krav 1, karakterisert ved at kollektoren i den andre transistor er forbundet med mate-strømkilden gjennom en motstand, at emitteren i den andre transistor er forbundet med kollektoren i en transistor av motsatt ledningsevnetype av den andre transistors, og at basisen i transistoren av motsatt ledningsevnetype er forbundet med kollektoren i den andre transistor, og emitteren er forbundet med matestrøm-kilden.

3. Strømforsterker ifølge krav 1 eller 2,karakterisert ved at kollektoren i den første og andre transistor er forbundet med matestrømkilden gjennom hver sin motstand som hver er shuntet av basisemitterbanen i en transistor, og at-kollektoren i hver av de sistnevnte transistorer er forbundet med emitteren i den første transistor.