DE1814887C3

DE1814887C3 - Transistorverstärker

Info

Publication number: DE1814887C3
Application number: DE1814887A
Authority: DE
Inventors: Erwin Johann North Plainfield N.J. Wittmann
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1967-12-15
Filing date: 1968-12-16
Publication date: 1982-06-09
Also published as: NL6817937A; NL158039B; US3460049A; GB1188049A; DE1814887B2; BE725375A; DE1814887A1; FR1602135A; ES361337A1; AT289199B; SE355910B

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Transistorverstärker gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein solcher Transistorverstärker ist aus der NL-OS 66 16 717 bekannt.

In der elektrischen Schaltungstechnik versucht man im allgemeinen, soweit wie möglich ohne Kapazitäten auszukommen. Bei Schaltungsanordnungen, die mit konkreten Bauelementen aufgebaut sind, stellen Kapazitäten relativ teure und platzraubende Bauelemente dar. Bei integrierten Schaltungen ist die Realisierung von Kapazitäten ein besonders schwerwiegendes Problem, da selbst für relativ kleine Kapazitätswerte verhältnismäßig viel Platz auf dem Substrat benötigt wird. Es ist daher wünschenswert, soweit wie möglich ohne Kapazitäten auszukommen.

Bei Verstärkern hat das Weglassen von Kapazitäten jedoch häufig eine beträchtliche Einbuße an Verstärkungsgrad zur Folge, da keine Ableitkondensatoren zur Überbrückung von Emittervorspannungswiderständen u. dgl. zur Verfügung stehen. Dieses Problem kann bei integrierten Schaltungen auch nicht durch die Verwendung äußerer, nicht zur eigentlichen integrierten Schaltung gehöriger Kondensatoren gelöst werden, da die Anzahl der Anschlußklemmen einer integrierten Schaltung aus Platzgründen beschränkt ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Transistorverstärker anzugeben, bei dem der Verstärkungsgrad trotz des Fehlens von Ableitkondensatoren zur Überbrückung von Emittervorspannungswiderständen nicht beeinträchtigt ist und trotzdem nur ein Minimum an Bauelementen, insbesondere Transistoren, benötigt wird. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch den im Anspruch 1 gekennzeichneten Transistorverstärker gelöst.

Der Transistorverstärker gemäß der Erfindung kann je nach Bedarf sowohl mit diskreten Bauelementen oder als integrierte Schallung realisiert werden. Er kann entweder als Verstärker mit unsymmetrischem oder symmetrischem Ausgang aufgebaut werden und zeichnet sich durch ein sehr stabiles Verhalten aus.

Beim Transistorverstärker gemäß der Erfindung bildet der erste Transistor mit dem zweiten Transistor eine Schaltung mit gemeinsamem Emitterwiderstand ähnlich wie bei einer Differenzverstärkerschaltung und liegt mit dem dritten Transistor in einer Gegenkopplungsschleife, die als Vorspannungsschaltung für die Schaltung mit den beiden ersten Transistoren arbeitet und hierfür die Emitter-Basis-Strecke des ersten Transistors sowie die Kollektor-Basis-Strecke des dritten Transistors enthält.

Es ist zwar aus der Zeitschrift »Wireless World«, November 1956, Seiten 529 bis 532, insbesondere Fig. 5 auf Seite 531, ein Transistorverstärker bekannt, der zwei Transistoren, die mit ihren Emittern verbunden und als Differenzverstärker geschaltet sind, und einen weiteren Transistor enthält, dessen Basis-Kollektor-Übergang einen Gegenkopplungszweig für die beiden Transistoren bildet. Dieser Gegenkopplungskreis kommt jedoch

nicht zum Tragen, da die Arbeitsweise des bekannten Verstärkers durch einen anderen Gegenkopplungszweig bestimmt wird, der im Gegensatz zu dem erfindungsgemäßen Verstärker am Verbindungspunkt der Emitter der ersten beiden Transistoren eine hohe Impedanz erzeugt

Bei dem Transistorverstärker gemäß der Erfindung liegt also der zweite Transistor mit dem dritten Transistor in einer Gegenkopplungsschleife, die die Impedanz an den Emittern des ersten und zweiten Transistors niedrig macht und als Vorspannungsschaltung für die aus dem ersten und zweiten Transistor gebildete Verstärkerschaltung arbeitet.

An der Kollektorelektrode des zweiten Transistors steht ein invertiertes verstärktes Signal zur Verfugung, 1·-, während das Ausgangssignal an der Kollektorelektrode des ersten Transistors ein gleichphasiges verstärktes Signal ist.

Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert, es zeigt

F i g. 1 ein Schaltbild eines stabilisierten Transistorverstärkers gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,

F i g. 2 ein Schaltbild eines stabilisierten Verstärkers mit unsymmetrischem Ausgang gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung und

F i g. 3 ein Schaltbild eines stabilisierten Verstärkers mit unsymmetrischem Ausgang gemäß einem dritten jo Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Der in Fig. 1 als erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellte stabilisierte Transistorverstärker enthält drei Transistoren 10,12 und 14. Die Transistoren 12 und 14 stellen mit den zugehörigen verbindenden js Schaltungsteilen, die noch genauer beschrieben werden, eine stabilisierte Vorspannungsquelle niedriger Impedanz dar. Eine Vorspannungsquelle dieses Typs ist aus der NL-OS 6616717 (entsprechend der DE-OS 14 87 397) bekannt.

Die Kollektorelektrode des Transistors 10 ist über einen Widerstand 18 mit einer Klemme 16 verbunden, und die Kollektorelektrode des Transistors 12 ist über einen Widerstand 20 mit der Klemme 16 verbunden. Die Emitterelektroden der Transistoren 10 und 12 sind miteinander verbunden, und ihr Verbindungspunkt ist über einen Widerstand 24 an eine Klemme 22 angeschlossen. Die Klemmen 16 und 22 sind zum Anschluß an eine Spannungsquelle bestimmt. Bei der in F i g. 1 dargestellten Schaltungsanordnung wird an die Klemme 16 eine nicht dargestellte positive Potentialquelle angeschlossen, während die Klemme 22 mit einem Bezugspotential verbunden ist, das als Masse dargestellt ist.

Die Kollektorelektrode des Transistors 14 ist mit der Klemme 16 und damit der Betriebspotentialquelle durch einen Widerstand 26 verbunden. Die Emitterelektrode des Transistors 14 liegt direkt am Bezugspotential, nämlich Masse, an der Klemme 22. Die Basiselektrode des Transistors 14 ist unmittelbar an die Emitterelektrode des Transistors 12 angeschlossen, und ein Widerstand 28 verbindet die Basiselektrode des Transistors 12 mit der Kollektorelektrode des Transistors 14. Zwischen die Basiselektrode des Transistors 10 und die Kolektorelektrode des Transistors 14 ist ein Trennwiderstand 30 geschaltet.

Wie ersichtlich, sind die beiden Transistoren 12 und 14 in eine Gegenkopplungsschleife geschaltet, durch die Schaltungspunkte niedriger Impedanz gebildet werden, wie im folgenden erläu;ert wird. Die Gegenkopplungsschleife enthält die Emitterelektrode und die Basiselektrode des Transistors 12, den Widerstand 28 sowie die Kollektorelektrode und die Basiselektrode des Transistors 14.

Im folgenden soll der Begriff » V^-Spannung« die mittlere Basis-Emitter-Spannung eines Transistors bedeuten, der als aktives Schaltungselement in einer Verstärkerschaltung od. dgl. arbeitet Bei Siliciumtransistoren beträgt die V_6e-Spannung etwa 0,7 Volt, was innerhalb des Bereiches der richtigen V_6c-Spannung für Α-Verstärkung liegt Außerdem sei für die folgenden Erläuterungen angenommen, daß alle Transistoren aus Halbleitermaterial desselben Typs hergestellt sind.

Wenn die Vorspannungsschaltung ihren Gleichgewichtszustand erreicht hat, fällt an den Basis-Emitter-Übergängen der Transistoren 12 und 14 jeweils eine Spannung von 1 V_be ab. Von der Emitterelektrode zur Basiselektrode des Transistors 14 besteht ein Spannungsanstieg von 1 Vbc und von der Emitterelektrode der Basiselektrode des Transistors 12 besteht ebenfalls ein Spannungsanstieg von 1 V_6e. Die an den Basiselektroden der Transistoren 14 und 12 bezüglich dem Massepotential an der Klemme 22 auftretenden Spannungen betragen daher 1 V_b€ bzw. 2V_6e. Da außerdem in der Basisleitung des Transistors 12 nur ein sehr kleiner Strom fließt, ist der Spannungsabfall am Widerstand 28 vernachlässigbar und an der Kollektorelektrode des Transistors 14 erscheint eine Spannung von 2 V₆C-

Der Verbindungspunkt zwischen der Emitterelektrode des Transistors 12 und der Basiselektrode des Transistors 14 ist ein Schaltungspunkt niedriger Impedanz. Die Impedanz an diesem Verbindungspunkt liegt in der Größenordnung von einem Ohm. Außerdem ist auch der Verbindungspunkt zwischen der Kollektorelektrode ües Transistors 14 und dem Widerstand 28 ein Schaltungspunkt niedriger Impedanz, die Impedanz in diesem Punkt ist jedoch nicht ganz so niedrig wie im erstgenannten Punkt. Die Verbindung zwischen der Emitterelektrode des Transistors 12 und der Basiselektrode des Transistors 14 sowie die Verbindung der Kollektorelektrode des Transistors 14 mit dem Widerstand 28 sind also Punkte niedriger Impedanz, an denen stabilisierte Vorspannungen von i V_be bzw. 2 V_be zur Verfügung stehen.

Den Emitterelektroden der Transistoren 10 und 12 wird eine Vorspannung von 1 Vbe zugeführt. Die Vorspannung von 2 V_6n die an der Kollektorelektrode des Transistors 14 erscheint, wird der Basiselektrode des Transistors 10 über den Isolierwiderstand 30 zugeführt. Wie bereits erwähnt wurde, entsteht auch an der Basiselektrode des Transistors 12 eine Spannung von 2V_6e. Man beachte, daß der Transistorverstärker durch die einzige Spannungsquelle, die die Klemme 16 speist, vollständig vorgespannt wird.

Der in den Kollektor-Emitter-Strecken der Transistoren 10 und 12 fließende Ruhestrom wird durch die Bemessung des Widerstandes 24 bestimmt. Da die Spannung, die zwischen der Verbindung der Emitterelektroden der Transistoren 10 und 12 mit der Basiselektrode des Transistors 14 einerseits und der Masseklemme 22 andererseits auftritt, 1 V_6e beträgt, bestimmt die Größe des Widerstandes 24 den Stromfluß Dabei ist selbstverständlich vorausgesetzt, daß der zur Basiselektrode des Transistors 14 fließende Strom im Vergleich mit dem durch den Widerstand 24

fließenden Strom so klein ist, daß er vernachlässigt werden kann. Wie oben bereits erwähnt wurde, stellt ferner die Emitterelektrode des Transistors 12 einen Schaltungspunkt niedriger Impedanz dar, und die Emitterelektrode des Transistors 10 ist daher mit einem Schaltungspunkt niedriger Impedanz verbunden. Hieraus ergibt sich wiederum, daß die Spannungsverstürkung der Transistoren 10 und 12, von deren Kollektorelektroden Ausgangssignale abgenommen werden, hoch ist. Es tritt also kein nennenswerter Verstärkungsverlust auf.

Dem stabilisierten Transistorverstärker werden Eingangssignale e,n an der Basiselektrode des Transistors 10 zugeführt. Die Ausgangssignale en und eo' des Verstärkers werden an den Kollektorelektroden der Transistoren IO bzw. 12 abgenommen. Bezüglich des der Basiselektrode des Transistors 10 zugeführten Eingangssignals ist en das invertierte verstärkte Ausgangssignal, während ee' das gleichphasige verstärkte Signal darstellt.

Im Betrieb wird ein Signal der Basiselektrode des Transistors 10 zugeführt und verstärkt, wobei an der Kollektorelektrode dieses Transistors ein invertiertes Ausgangssignal e» auftritt. Das Eingangssignal erscheint ferner am Emitter des Transistors 10, von dem es auf die Basis des Transistors 14 gekoppelt wird.

Es sei darauf hingewiesen, daß die Verbindung des Emitters des Transistors 10 mit der Basis des Transistors 14 ein Schaltungspunkt niedriger Impedanz ist. An der Basis des Transistors 14 tritt dementsprechend nur ein sehr kleines Eingangssignal auf. Das Eingangssignal des Transistors 14 erscheint verstärkt und invertiert am Kollektor dieses Transistors, von dem es zur Basis des Transistors 12 gelangt. Der Transistor 12 verstärkt die an seiner Basiselektrode liegende Eingangssignalspannung und liefert ein invertiertes Ausgangssignal an seine Kollektorelektrode. Da das ursprüngliche Eingangssignal e,n, das an der Basis des Transistors 10 liegt, zweimal invertiert wurde, stellt das Ausgangssignal eo' eine gleichphasige verstärkte Wiedergabe des ursprünglichen Eingangssignals dar.

Wenn die Widerstandswerte der Widerstände 18 und 20 gleich sind, haben die Spannungen an den Ausgängen des stabilisierten Transistorverstärkers gleichen Betrag und entgegengesetzte Phase. Wegen der stabilisierten Vorspannungsversorgung sind die Ausgangssignale des Transistorverstärker auch stabilisiert. Es sei nochmals betont, daß bei keinem der Transistoren ein nennenswerter Verstärkungsverlust auftritt, da die Verbindung der Emitter der Transistoren 10 und 12 ein Schaltungspunkt niedriger Impedanz ist.

In den Fig. 2 und 3 ist jeweils ein stabilisierter Verstärker mit unsymmetrischem Ausgang dargestellt. Der Verstärker gemäß Fig.2 unterscheidet sich von dem stabilisierten Transistorverstärker gemäß Fig. 1 darin, daß der Widerstand 18 weggelassen wurde und daß nur ein Ausgangssignal eo' von der Kollektorelektrode des Transistors 12 abgenommen wird, in entsprechender Weise unterscheidet sich der Verstärker gemäß F i g. 3 von dem stabilisierten Transistorverstärker gemäß F i g. 1 darin, daß der Widerstand 20 weggelassen wurde und nur ein Ausgangssignal eo' von der Kollektorelektrode des Transistors 10 abgenommen wird.

Die Arbeitsweise der in den F i g. 2 und 3 dargestellten Schaltungen ist ähnlich wie die des stabilisierten Transistorverstärkers gemäß Fig. 1, und es ergeben sich selbstverständlich ähnliche Vorteile. Die Ausgangssignale eo bzw. eo' sind wieder verstärkte Abbilder des der Basiselektrode des Transistros 10 zugeführten Eingangssignals e_in. Das Ausgangssignal eo ist bezüglich des Eingangssignals e,„ invertiert, während das Ausgangssignal eo' die gleiche Phase wie das Eingangssignal e,„hat.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung gemäß F i g. 1 wurden die Bauteile mit den folgenden Werten verwendet:

Widerstand 18	2kOhm
Widerstand 20	2kOhm
Widerstand 24	700kOhm
Widerstand 26	lOkOhm
Widerstand 28	2kOhm
Widerstand 30	2kOhm

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Transistorverstärker mit einem als Verstärkertransistor arbeitenden ersten Transistor (10), dessen Basis ein Eingangssignal zugeführt ist, dessen Emitter mit einer ersten Klemme (22) einer Speisespannungsquelle gekoppelt ist und dessen Kollektor mit einer zweiten Klemme (16) der Speisespannungsquelle gekoppelt ist, und mit einer Schaltungsanordnung zum Erzeugen einer stabilisierten Vorspannung zwischen Emitter und Basis des ersten Transistors (10), welche einen zweiten Transistor (12) und einen dritten Transistor (14) enthält, welch letzterer mit seinem Emitter mit der ersten Klemme (22) der Speisespannungsquelle verbunden ist, mit seinem Kollektor einerseits über einen Widerstand (26) mit der zweiten Klemme (16) der Speisespannungsquelle verbunden und andererseits mit der Basis des zweiten Transistors (12) gekoppelt ist, und welcher mit seiner Basis mit dem Emitter des zweiten Transistors sowie über einen Widerstand (24) mit der ersten Klemme (22) der Speisespannungsquelle gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Emitter des ersten Transistors (10) mit dem Emitter des zweiten Transistors (12) verbunden ist, daß ein weiterer Widerstand (28) zwischen die Basis des zweiten Transistors (12) und den Kollektor des dritten Transistors (14) geschaltet ist, und daß jo

a) ein zum Eingangssignal gegenphasiges Ausgangssignal (en) am Kollektor des ersten Transistors (10) abgenommen ist, der über einen Kollektorwiderstand (18) mit der zweiten J5 Klemme (16) der Speisespannungsquelle verbunden ist, und ein zum Eingangssignal gleichphasiges Ausgangssignal (eo') am Kollektor des zweiten Transistors (12) abgenommen ist, der über einen Kollektorwiderstand (20) mit to der zweiten Klemme (16) der Speisespannungsquelle verbunden ist (F i g. 1) oder

b) bei Abnahme nur des gleichphasigen Ausgangssignals (eo') der Kollektor des zweiten Transistors (12) über einen Widerstand (20) mit der zweiten Klemme (16) der Speisespannungsquelle verbunden und der Kollektor des ersten Transistors (10) direkt mit der zweiten Klemme (16) der Speisespannungsquelle verbunden ist (Fig. 2), oder

c) bei Abnahme nur des gegenphasigen Ausgangssignals (eo) der Kollektor des ersten Transistors (10) über einen Widerstand (18) mit der zweiten Klemme (16) der Speisespannungsquelle verbunden und der Kollektor des zweiten Transistors (12) direkt mit der zweiten Klemme der Speisespannungsquelle verbunden ist und daß der Kollektor des dritten Transistors (14) über einen Widerstand (30) mit der Basis des ersten Transistors (10) verbunden ist (F i g. 3).

2. Transistorverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Abnahme des gleichphasigen Ausgangssignals (eo') und des gegenphasigen (eo) Ausgangssignals oder bei ausschließlicher Abnahme des gleichphasigen Ausgangssignals (eo') der Kollektor des dritten Transistors (14) über einen Widerstand (30) mit der Basis des ersten Transistors

(10) verbunden ist.

3. Transistorverstärker nach Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Transistoren (10, 12, 14) und die Widerstände (18, 20, 24, 26, 28, 30) sowie die zugehörigen Verbindungen als integrierte Schaltung ausgebildet sind.