DE1044891B - Zweistufiger Transistorverstaerker mit Stabilisierung des Arbeitspunktes - Google Patents

Description

• Zweistufiger Transistorverstärker mit Stabilisierung des Arbeitspunktes Bekanntlich wird mit einem Transistorverstärker die größte Leistungsverstärkung erzielt, wenn der große ausgangsseitige Innenwiderstand eines Transistors jeweils an den kleinen Eingangswiderstand des folgenden Transistors angepaßt ist, wozu im allgemeinen Transformatoren erforderlich sind. Bei einer bekannten Schaltung läßt sich jedoch ohne Transformator eine Anpassung erzielen, so daß Widerstands-Kapazitäts-Kopplung oder galvanische Kopplung möglich ist, indem der erste Transistor in Emitterschaltung (mit geerdetem Emitter) und der zweite Transistor in Kollektorschaltung (mit geerdetem Kollektor) betrieben wird.
• Die Erfindung bezieht sich auf diese bekannte Schaltung, bei der die beiden Transistoren galvanisch miteinander gekoppelt sind, und bezweckt, den. Arbeitspunkt beider Transistoren, d. h. die Emitterströme, besonders einfach, aber wirkungsvoll zu stabilisieren. Als bekannt vorausgesetzt wird hierbei, daß der Emitter des ersten Transistors über einen ohmschen Stabilisierungswiderstand an Masse liegt und sein Kollektor über einen ohmschen Belastungswiderstand mit dem Minuspol der Betriebsspannungsquelle verbunden ist. Erfindungsgemäß wird die Vorspannung der Basis des ersten Transistors statt von einem an der Betriebsspannungsquelle liegenden Spannungsteiler von einem in der Emitterleitung des zweiten Transistors liegenden ohmschen Belastungswiderstand über Siebmittel entnommen.
• Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung.
• Der Transistor 1 arbeitet in Emitterschaltung (Emitter Ei wechselstrommäßig geerdet) und der Transistor 2 in Kollektorschaltung (Kollektor C2 über die B.etriebsspannungsquelle geerdet). Die Emitterschaltung ist bei Niederfrequenzverstärkern gebräuchlich und entspricht der Kathoden-Basis-Schaltung von Röhren. Der Widerstand 3 ist der ohmsche Arbeitewiderstand des Transistors 1 und der Widerstand 4 ist der ohmsche Arbeitswiderstand des Transistors 2. Der Widerstand 5 dient in üblicher Weise zur Stromstabilisierung der ersten Stufe und ist entsprechend groß bemessen (z. B. 5 bis 10 kQ). Der Kondensator 9 dient als Kurzschluß des Widerstandes 5 für Wechselstrom. Die Kondensatoren 8 und 10 dienen zur Ein-bzw. Auskopplung der Wechselstromleistung.
• Das Potential der BasiselektrodeBi des Transistors 1 wird vom Arbeitswiderstand 4 des Transistors 2 abgegriffen und über das Siebglied 6, 11 und den Widerstand 7 zur Basiselektrode geführt. Der Widerstand 5 spannt den Emitter Ei des Transistors 1 entsprechend der Höhe des am Widerstand 4 abgegriffenen Potentials vor.
• Die Abnahme des Potentials der Basiselektrode des Transistors 1 vom Arbeitswiderstand 4 des Transistors 2 ergibt eine starke Gleichstrom.gegenkopplung, so daß die Ströme in beiden Stufen durch die Schaltungsmittel und die Betriebsspannung festgelegt und von den Transistoreigenschaften so gut wie unabhängig sind. Die Wirksamkeit der Gleichstromgegenkopplung und damit auch der Stabilisierung ist in dieser Schaltung unter anderem aus dem Grunde besonders hoch, da die Verstärkung des Transistors 1 ungewöhnlich hohe Werte erreicht, wie nachfolgend erklärt wird.
• Infolge der Kollektorschaltung der zweiten Stufe ist der Eingangswiderstand dieser Stufe sehr hoch (etwa 200 bis 500 kSZ je nach Größe des Widerstandes 4 und des an den Kondensator 10 angeschlossenen Ver?)raucherwiderstandes). Infolge der galvanischen Kopplung kann ohne Gefahr von Verzerrungen auch der Widerstand 3 groß bemessen werden (etwa 50 bis 200 kg), so daß zwischen beiden Stufen angepaßte Verhältnisse realisierbar sind. Die Leistungsverstärkung der ersten Stufe kommt damit an die mit Transformatorkopplung erzielbare Größenordnung (d0 bis 50 db) heran. Die Grenze für den Wert des Widerstandes 3 ist durch die gewünschte obere Frequenzgrenze gegeben, bis zu der die Verstärkung konstant sein soll.
• Legt mari den Arbeitspunkt der ersten Stufe so fest, daß das Gleichspannungspotential am Kollektor dieser ersten Stufe infolge des Spannungsabfalls am Widerstand 3 auf den halben Wert der Betriebsspannung -U, absinkt, so kann die Spannung am Kollektor dieser Stufe nach positiven und negativen Werten um gleiche Beträge schwanken. Das entspricht der Grundbedingung für optimale Aussteuerbarkeit, wobei die übrigen Verzerrungsursachen in der Schaltung unberücksichtigt sind. Bei dieser Lage des Arbeitspunktes ist also der maximale Scheitelwert der Ausgangswechselspannung gleich der halben. Betriebsspannung. Bei RC-Kopplung erreicht man demgegenüber Werte, die etwa um den Faktor 4 bis 10 kleiner sind. Gegenüber einer Transformatärköpplung liegt die Aussteuerbarkeit der erfindungsgemäßen Schaltung nur um den Faktor 2 ungünstiger. Die Leistungsverstärkung ist ebenfalls nur um einen Faktor 2 bis 3 geringer als bei Transfarmatorkopplung (Verlust im Arbeitswiderstand 3).
• Obige Betrachtungen bezogen sich zunächst nur auf die Arbeitsbedingungen der ersten Stufe. Für die zweite Stufe liegen die Verhältnisse bezüglich der Verstärkung ungünstiger, da durch den Arbeitswiderstand 4 (etwa 1 bis 10 k9) eine Gegenkopplung eintritt. Die Leistungsverstärkung kann zwar in der Größenordnung von 30 bis 40 db gehalten werden, jedoch hat die Spannungsverstärkung nur etwa den, Wert eins. Das ist aber im Hinblick auf die hohe Spannungsverstärkung der erstem Stufe (etwa 300 bis 500fach), die bei dieserSchaltungsart erzieltwird, im allgemeinen kein Nachteil, wenn man den geringen Aufwand der erfindungsgemäßen Schaltung berücksichtigt.
• Die Aussteuerfähigkeit der zweiten Stufe ist ebenfalls optimal, und. zwar aus folgendem Grund: Das Potential der Basis der zweiten Stufe ist durch die galvanische Kopplung mit dem Kollektor der ersten. Stufe festgelegt, und zwar nach obiger Betrachtung zweckmäßig mit dem halben Wert der Betriebsspannung. Infolge der Gegenkopplung am Widerstand 4 stellt sich nun das Potential am Emitter der zweiten Stufe annähernd auf den Wert des Basispotentials, also auch etwa auf den Wert der halben Betriebsspannung ein, da die Potentialdifferenz zwischen Emitter und Basis wegen der Gegenkopplung nur einige zehntel Volt betragen kann. Die maximale Spannungsänderung am Ausgang der zweiten Stufe hat damit ebenfalls den Wert der halben, Betriebsspannung nach positiven und negativen Werten.. Die Verzerrung der zweiten Stufe ist weiterhin infolge der Gegenkopplung gering.
• Für die Merkmale der Ansprüche 2 und 3 wird nur im Zusammenhang mit dem Gegenstand des An-Spruches 1 Schutz begehrt.

Claims (3)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Anordnung zur Stabilisierung des Arbeitspunktes eines Transistorverstärkers, insbesondere für die Nied@erfrequenzverstärkung, mit einem ersten Transistor in Emitterschaltung, dessen Emitter über einenohmschen Stabilisierungswiderstand an Masse liegt und dessen Kollektor einerseits über einen ohmschen Belastungswiderstand am Minuspol der Betriebsspannungsquelle liegt und andererseits mit der Basis des zweiten, in Kollektorschaltung betriebenen Transistors galvanisch verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannung der Basis des ersten Transistors statt von einem an der Betriebsspannungsquelle liegenden Spannungsteiler von einem in der Emitterleitung des zweiten Transistors liegenden. ohmschen Belastungswiderstand (4) über Siebmittel (6, 11, 7) entnommen. ist.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der ohmsche Belastungswiderstand (4) des zweiten Transistors als regelbarer Spannungsteiler ausgebildet ist.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß .eine hohe Verstärkung, Aussteuerfähigkeit und Stäbilisierung erzielt wird, indem der ohmsche Belastungswiderstand (3) des ersten Transistors annähernd den gleichen Wert von z. B. 50 bis 200 kSZ besitzt wie der durch die gegenkoppelnde Wirkung des Belastungswiderstandes (4) des zweiten Transistors erhöhte Eingangswiderstand dieses Transistors (4), und indem der Arbeitspunkt des ersten Transistors so gewählt ist, daß an seinem Kollektor etwa die halbe Betriebsspannung liegt. In Betracht gezogene Druckschriften: R. J. S h e a, »Principles of Transistor Circuits«, New York, 1953, S. 164; A. C o b 1 e r1 z und H. L. O w e n, s , »Transistors and Applications«, New York, 1955, S. 140 bis 142, 188 bis 191.