DE1044891B

DE1044891B - Two-stage transistor amplifier with stabilization of the operating point

Info

Publication number: DE1044891B
Application number: DET10678A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Phys Waldem Moortgat-Pick
Original assignee: Telefunken AG
Current assignee: Telefunken AG
Priority date: 1955-03-11
Filing date: 1955-03-11
Publication date: 1958-11-27

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.Two-stage transistor amplifier with stabilization of the operating point As is well known, the greatest power gain is obtained with a transistor amplifier achieved when the large internal resistance of a transistor on the output side is adapted to the small input resistance of the following transistor, including im general transformers are required. In a known circuit leaves however, an adaptation can be achieved without a transformer, so that resistance-capacitance coupling or galvanic coupling is possible by placing the first transistor in an emitter circuit (with grounded emitter) and the second transistor in collector circuit (with grounded Collector) is operated.

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.The invention relates to this known circuit in which the the two transistors are galvanically coupled to one another, and the purpose of the. Working point both transistors, d. H. the emitter currents, particularly simple but effective to stabilize. It is assumed that the emitter of the first The transistor is connected to ground via an ohmic stabilization resistor Collector via an ohmic load resistor to the negative pole of the operating voltage source connected is. According to the invention, the bias of the base of the first transistor instead of a voltage divider connected to the operating voltage source ohmic load resistance lying in the emitter line of the second transistor Taken via sieve means.

Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung.The drawing shows an embodiment of the invention.

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.The transistor 1 works in the emitter circuit (emitter Ei in terms of alternating current grounded) and transistor 2 in collector circuit (collector C2 via the B. operating voltage source grounded). The emitter circuit is common in low frequency amplifiers and corresponds to the cathode-base circuit of tubes. The resistor 3 is the ohmic one Working resistance of transistor 1 and resistor 4 is the ohmic working resistance of the transistor 2. The resistor 5 is used in the usual way to stabilize the current the first stage and is dimensioned accordingly large (e.g. 5 to 10 kΩ). The condenser 9 serves as a short circuit of the resistor 5 for alternating current. The capacitors 8 and 10 are used for one or. Decoupling of the alternating current power.

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.The potential of the base electrode Bi of the transistor 1 becomes the load resistance 4 of the transistor 2 is tapped and via the filter element 6, 11 and the resistor 7 led to the base electrode. The resistor 5 tensions the emitter Ei of the transistor 1 corresponding to the level of the potential tapped at resistor 4.

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.The decrease in the potential of the base electrode of transistor 1 from Working resistance 4 of transistor 2 results in a strong DC negative feedback, so that the currents in both stages through the circuit means and the operating voltage and are as good as independent of the transistor properties. The effectiveness the DC negative feedback and thus also the stabilization is in this circuit especially high for the reason, among other things, because the gain of the transistor 1 reaches unusually high values, as explained below.

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.The input resistance is due to the collector circuit of the second stage this level very high (about 200 to 500 kSZ depending on the size of the resistor 4 and of the smoke resistor connected to the capacitor 10). As a result of Galvanic coupling can also make the resistor 3 large without the risk of distortion be measured (about 50 to 200 kg), so that between the two levels adapted ratios are realizable. The power amplification of the first stage thus comes to the The order of magnitude attainable with transformer coupling (d0 to 50 db) is approaching. The border for the value of the resistor 3 is given by the desired upper frequency limit, up to which the gain should be constant.

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).If mari sets the operating point of the first stage so that the direct voltage potential at the collector of this first stage falls to half the value of the operating voltage -U, due to the voltage drop across resistor 3, the voltage at the collector of this stage can be equal to positive and negative values Amounts fluctuate. This corresponds to the basic condition for optimal modulation, whereby the other causes of distortion in the circuit are not taken into account. At this position of the operating point, the maximum peak value of the AC output voltage is equal to half that. Operating voltage. In contrast, with RC coupling, values are achieved that are approximately 4 to 10 times smaller. Compared to a transformer coupling, the controllability of the circuit according to the invention is only a factor of 2 less favorable. The power gain is also only a factor of 2 to 3 less than with Transfarmator coupling (loss in working resistance 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.The above considerations initially only related to the working conditions the first stage. For the second stage, the ratios are in terms of gain less favorable, because the working resistance 4 (approx. 1 to 10 k9) creates a negative feedback entry. The power gain can be on the order of 30 to 40 db, but the voltage gain is only about one. But this is in view of the high voltage gain of the first stage (about 300 to 500 times), which is achieved with this type of circuit, generally no disadvantage, if one takes into account the low cost of the circuit according to the invention.

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.The controllability of the second stage is also optimal, and. for the following reason: The potential of the base of the second stage is through the galvanic coupling with the collector of the first. Level set, namely after According to the above consideration, it is advisable to use half the value of the operating voltage. As a result the negative feedback at the resistor 4 is now the potential at the emitter of the second Level approximately to the value of the base potential, i.e. also approximately to the value of the half the operating voltage, as the potential difference between emitter and base can only be a few tenths of a volt because of the negative feedback. The maximum voltage change at the output of the second stage thus also has the value of half the operating voltage after positive and negative values .. The second stage distortion is still there due to the negative feedback low.

Für die Merkmale der Ansprüche 2 und 3 wird nur im Zusammenhang mit dem Gegenstand des An-Spruches 1 Schutz begehrt.For the features of claims 2 and 3 is only used in connection with the subject of the claim 1 seeks protection.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Arrangement for stabilizing the working point a transistor amplifier, especially for low frequency amplification, with a first transistor in an emitter circuit, the emitter of which has an ohmic stabilization resistor is connected to ground and its collector on the one hand via an ohmic load resistor at the negative pole of the operating voltage source and on the other hand with the base of the second transistor operated in collector circuit is galvanically connected, characterized in that the biasing takes place on the base of the first transistor from a voltage divider connected to the operating voltage source from an in the emitter line of the second transistor lying. ohmic load resistance (4) Taken via sieve means (6, 11, 7). is.

2. Arrangement according to claim 1, characterized characterized in that the ohmic load resistor (4) of the second transistor is designed as an adjustable voltage divider.

3. Arrangement according to claim 1, characterized characterized that .a high gain, control capability and stabilization is achieved by the ohmic load resistance (3) of the first transistor approximately the same value of z. B. has 50 to 200 kSZ like that by the negative feedback Effect of the load resistor (4) of the second transistor increased input resistance this transistor (4), and by choosing the operating point of the first transistor is that its collector is about half the operating voltage. Into consideration Printed documents: R. J. She a, "Principles of Transistor Circuits", New York, 1953, p. 164; A. C o b 1 e r1 z and H. L. O w e n, s, "Transistors and Applications", New York, 1955, pp. 140 to 142, 188 to 191.