DE1112108B

DE1112108B - Transistor circuit for amplifying pulse-like signals

Info

Publication number: DE1112108B
Application number: DET15885A
Authority: DE
Inventors: Otto Mueller
Original assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Current assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Priority date: 1958-11-14
Filing date: 1958-11-14
Publication date: 1961-08-03

Description

Transistorschaltung zum Verstärken impulsartiger Signale Die Erfindung betrifft eine Transistor-Verstärkerschaltung, bei welcher mit relativ kleinen Eingangsströmen große Ausgangsströme erzeugt werden können und die sich insbesondere zur Anwendung in der Impulstechnik eignet.Transistor circuit for amplifying pulsed signals. The invention relates to a transistor amplifier circuit in which with relatively small input currents large output currents can be generated and which are particularly useful suitable in impulse technology.

Es ist bereits eine Schaltungsanordnung mit zwei oder mehreren Transistoren bekannt, die schaltungsmäßig so aneinandergereiht sind, daß die Basiselektrode des ersten Transistors als Eingangselektrode dient, die Basiselektroden der übrigen Transistoren jeweils nur an die Emitterelektrode des jeweils davorliegenden Transistors angeschlossen sind und alle Kollektorelektroden miteinander verbunden sind. Die Belastungsimpedanz kann hierbei sowohl im Emitterkreis des letzten, den größten Strom führenden Transistors angeordnet sein, als auch im gemeinsamen Kollektorkreis liegen. Bei dieser Schaltung ist die Größe der einzelnen Emitterströme durch die Stromverstärkungen der einzelnen Transistoren gegeben, derart, daß die Emitterströme jeweils um den Faktor (B + 1) der Stromverstärkung kleiner sind als der Emitterstrom des folgenden Transistors.It is already a circuit arrangement with two or more transistors known, the circuitry are strung together so that the base electrode of the first transistor serves as the input electrode, the base electrodes of the rest Transistors only to the emitter electrode of the respective preceding transistor are connected and all collector electrodes are connected to one another. the Load impedance can here both in the emitter circuit of the last, the largest Be arranged current-carrying transistor, as well as in the common collector circuit lie. In this circuit, the size of the individual emitter currents is determined by the Given current amplifications of the individual transistors, such that the emitter currents are each smaller than the emitter current by the factor (B + 1) of the current gain of the following transistor.

Mit dieser bekannten Anordnung läßt sich zwar ein sehr rascher Anstieg des Ausgangsstromes erreichen, doch bleibt dieser nach dem Ausschalten des Eingangssignals noch eine gewisse Zeit bestehen und fällt dann mit relativ flacher Flanke ab. Diese Verhaltensweise ist bekannt und etwa folgendermaßen erklärbar: Der Kollektorstrom eines Transistors ist in erster Näherung der Anzahl der in seinem Basisraum befindlichen freien Ladungsträger proportional. Beim Anlegen z. B. eines Rechteckimpulses an die Eingangsklemmen der Anordnung gelangen nun sehr rasch Ladungsträger in die Basisräume der Transistoren, da ja der gesamte Emitterstrom jedes der Transistoren in den Basisraum des jeweils folgenden Transistors fließt; der Ausgangsstrom folgt also im wesentlichen unverzerrt und ohne Verzögerung dem Eingangsstrom. Nach dem Verschwinden des Eingangssignals fließt jedoch der Kollektorstrom noch so lange weiter, bis die zuvor durch den Basisstrom in den Basisraum gebrachten Ladungsträger (Minoritätsträger) durch Rekombination aufgebraucht sind: der Flankenabfall des Ausgangssignals erfolgt daher verzögert und verzerrt. Wenn es also darauf ankommt, bei Verstärkung sehr steiler Stromimpulse sowohl die Anstiegs- als auch die Abfallflanke möglichst unverzerrt zu übertragen, ist die bekannte Schaltungsanordnung nicht brauchbar.With this known arrangement, a very rapid increase can be achieved of the output current, but this remains after switching off the input signal still exist for a certain time and then falls off with a relatively flat edge. These Behavior is known and can be explained as follows: The collector current of a transistor is, as a first approximation, the number of those in its base space free charge carrier proportional. When creating z. B. a square pulse the input terminals of the arrangement now very quickly get charge carriers into the base rooms of the transistors, since the entire emitter current of each of the transistors goes into the base space of the respectively following transistor flows; the output current essentially follows undistorted and without delay to the input current. After the input signal disappears However, the collector current continues to flow until it passes through the base current charge carriers (minority carriers) brought into the base space by recombination are used up: the falling edge of the output signal is therefore delayed and distorted. So when it comes down to it, amplifying very steep current pulses to transmit both the rising and falling edges as undistorted as possible, the known circuit arrangement cannot be used.

Die Erfindung hat eine Transistorschaltung zum Gegenstand, bei der durch eine Verbesserung des schaltungsmäßigen Aufbaues die vorerwähnten Nachteile praktisch beseitigt sind.The invention has a transistor circuit as an object in which the aforementioned disadvantages by improving the circuit structure are practically eliminated.

Sie besteht ebenfalls aus zwei oder mehreren Transistoren, wobei die Basiselektrode eines der Transistoren als Eingangselektrode dient, die Basiselektroden der anderen Transistoren mit der Emitterelektrode des jeweils davorliegenden Transistors verbunden sind und die Kollektorströme in eine gemeinsame Verzweigung fließen. Bei der Erfindung sind jedoch die genannten Emitterelektroden in an sich bekannter Weise zusätzlich über Ohmsche Widerstände mit der Emitterelektrode des letzten, den größten Strom führenden Transistors verbunden. Diese Ohmschen Widerstände sind gemäß der Erfindung so bemessen, daß die Emitterströme der dem letzten vorgeschalteten Transistoren beim Auftreten eines Signals einen wesentlich größeren, beispielsweise einen zwei- bis dreimal so großen Wert annehmen, als dies ohne die zusätzlichen Widerstände der Fall wäre. Diese Emitterströme stellen sich also nicht mehr nur entsprechend der Stromverstärkung der Transistoren ein, sondern werden im wesentlichen durch die zusätzlichen Emitterwiderstände bestimmt.It also consists of two or more transistors, with the Base electrode of one of the transistors serves as the input electrode, the base electrodes of the other transistors with the emitter electrode of the respective preceding transistor are connected and the collector currents flow in a common junction. at of the invention, however, are the emitter electrodes mentioned in a manner known per se additionally via ohmic resistances with the emitter electrode of the last, the largest Current-carrying transistor connected. These ohmic resistances are according to FIG Invention so dimensioned that the emitter currents of the transistors connected to the last when a signal occurs, a significantly larger one, for example a two- assume up to three times as great as this without the additional resistors would be the case. These emitter currents are no longer just corresponding the current gain of the transistors one, but are essentially through determines the additional emitter resistances.

Die Auswirkung dieser Maßnahmen sowie weiterer Ausbildungen der so erzielten Schaltungsanordnung seien an Hand der Zeichnung erläutert. Diese zeigt in Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Verstärkerschaltung mit drei Transistoren. Fig. 2 ist eine Variante dieser Schaltung. Die aus zwei Transistoren bestehende Schaltung nach Fig. 3 läßt die ergänzende Einfügung weiterer Bauelemente erkennen. Fig.4 ist eine Verstärkerschaltung, bei welcher insbesondere einer Verzögerung des Flankenabfalls am ersten der drei verwendeten Transistoren entgegengewirkt ist.The effect of these measures as well as further training of the so The circuit arrangement achieved will be explained with reference to the drawing. This shows 1 shows an embodiment of an amplifier circuit according to the invention three transistors. Fig. 2 is a variant of this circuit. The one made of two transistors existing circuit according to FIG. 3 allows the addition of further components recognize. Fig.4 is an amplifier circuit in which, in particular, a delay of the flank drop on the first of the three transistors used is counteracted.

In der Schaltungsanordnung " nach Fig. 1 durchläuft das von einem Signalgenerator l beliebiger Art stammende impulsförmige Signal zunächst- eine Vorstufe, welche einen in Emitterschaltung betriebenen Transistor 2 enthält. Der Emitter dieses Transistors ist unmittelbar mit dem Bezugspotential verbunden, während sein Kollektorwiderstand 3 über Klemme 4 an einer Betriebsspannung von -40V liegt. Die Ausgangsspannung dieser Stufe wird über eine Klemme 5 dem eigentlichen Leistungsverstärker zugeführt, wobei ein zwischen dem Kollektor des Transistors 1 und einer Betriebsspannung von -f-40 V (Klemme 6) angeordneter Spannungsteiler, bestehend aus einem Widerstand 7 und einem wesentlich größeren Widerstand 8, zur Herstellung des erforderlichen Anschlußpotentials dient.In the circuit arrangement "according to FIG. 1, the pulse-shaped signal coming from a signal generator l of any type first passes through a preliminary stage which contains a transistor 2 operated in an emitter circuit. The emitter of this transistor is directly connected to the reference potential, while its collector resistor 3 is connected via a terminal 4 is at an operating voltage of -40 V. The output voltage of this stage is fed to the actual power amplifier via a terminal 5 , with a voltage divider between the collector of transistor 1 and an operating voltage of -f-40 V (terminal 6), consisting of a Resistor 7 and a much larger resistor 8 are used to produce the required connection potential.

Der Leistungsverstärker umfaßt drei Transistoren 9, 10 und 11, deren Kollektorelektroden in an sich bekannter Weise parallel geschaltet sind, zu einer Klemme 12 geführt sind und über einen Lastwiderstand 13 mit einer Betriebsspannung von -15 V (Klemme 14) in Verbindung stehen. Die Emitterelektrode des Transistors 11 ist mit einer Klemme 15 verbunden, von welcher ein weiterer Widerstand 16 zum Bezugspotential führt. Im Sinne der Erfindung ist nun, im Gegensatz zu den bekannten Schaltungen dieser Art, die Emitter-Basis-Strecke sowohl des Transistors 11 als auch des Transistors 10 durch einen Widerstand 17 bzw. 18 überbrückt. Durch diese Emitterwiderstände wird erreicht, daß nach dem Verschwinden des Eingangssignals die Basisräume der Transistoren 10 und 11 jeweils sehr rasch wieder entladen werden können. Sie sind so bemessen, daß die Größe der durch die Transistoren 10 bzw. 9 fließenden Emitterströme wesentlich durch sie beeinflußt wird, daß also diese Emitterströme beim Auftreten eines Signals beispielsweise einen zwei- bis dreimal so großen Wert annehmen, als dies ohne die zusätzlichen Widerstände der Fall wäre.The power amplifier comprises three transistors 9, 10 and 11, the collector electrodes of which are connected in parallel in a manner known per se, are led to a terminal 12 and are connected to an operating voltage of -15 V (terminal 14) via a load resistor 13 . The emitter electrode of the transistor 11 is connected to a terminal 15, from which a further resistor 16 leads to the reference potential. For the purposes of the invention, in contrast to the known circuits of this type, the emitter-base path of both the transistor 11 and the transistor 10 is bridged by a resistor 17 and 18, respectively. By means of these emitter resistances it is achieved that after the disappearance of the input signal the base spaces of the transistors 10 and 11 can be discharged again very quickly. They are dimensioned so that the size of the emitter currents flowing through the transistors 10 and 9 is significantly influenced by them, so that these emitter currents when a signal occurs, for example, assume a value two to three times as large as this without the additional resistances of the Case would be.

In besonders vorteilhafter Weise werden die Emitterwiderstände 17 und 18 so bemessen, daß die Emitterströme in der Aufeinanderfolge der Transistoren etwa eine geometrische Reihe bilden, beispielsweise also für die Transistoren 9, 10 und 11 die Werte 5, 25 bzw. 125 mA annehmen. Erfindungsgemäß erhält man durch eine solche Bemessung - unter Voraussetzung gleicher Grenzfrequenzen der Transistoren - kürzestmögliche Abfallzeiten.In a particularly advantageous manner, the emitter resistors 17 and 18 are dimensioned so that the emitter currents in the succession of the transistors form approximately a geometric series, for example thus assume the values 5, 25 and 125 mA for the transistors 9, 10 and 11, respectively. According to the invention, the shortest possible fall times are obtained by such a dimensioning - provided that the cutoff frequencies of the transistors are the same.

Fig.2 zeigt eine Abwandlung des beschriebenen Leistungsverstärkers, wobei nur diejenigen Schaltungselemente dargestellt sind, die dem eingerahmten Teil der Schaltungsanordnung in Fig. 1 entsprechen. Wie aus der Zeichnung ersichtlich, unterscheiden sich die beiden Ausführungen nur dadurch, daß in Fig. 2, vom Emitter des Transistors 11 her gesehen, die Emitterwiderstände 17' und 18' in Serie liegen. Der Widerstand 17' wird hier von den Emitterströmen beider Transistoren 9 und 10 durchflossen.FIG. 2 shows a modification of the power amplifier described, only those circuit elements being shown which correspond to the framed part of the circuit arrangement in FIG. As can be seen from the drawing, the two versions differ only in that in FIG. 2, viewed from the emitter of the transistor 11 , the emitter resistors 17 'and 18' are in series. The emitter currents of the two transistors 9 and 10 flow through the resistor 17 'here.

Es ist im Zusammenhang mit der Erfindung selbstverständlich nicht erforderlich, daß der Leistungsverstärker drei Transistoren aufweist. In Fig. 3 ist beispielsweise eine Ausführungsform dargestellt, bei welcher im Leistungsverstärker nur zwei Transistoren 10' und 11' verwendet sind. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist hier in Reihe mit dem Emitterwiderstand 17 eine Induktivität 19 geschaltet. Dadurch wird eine weitere Verkürzung sowohl der Anstiegs- als auch der Abfalldauer eines zu verstärkenden Impulses erzielt. Beim Eintreffen eines Impulses fließt hier nämlich der Emitterstrom des Transistors 10' zunächst nicht über 17 und 19, sondern über die Basis des Transistors 11', so daß dieser sehr schnell die zum Einsatz des Kollektorstromes erforderliche Basisladung erhält; am Ende des Impulses (beim »Ausschalten«) wird durch die Induktivität 19 ein kurzzeitiges Weiterfließen des Stromes über den Widerstand 17 bewirkt und dadurch der genannte Basisraum sehr schnell wieder entladen.In connection with the invention it is of course not necessary for the power amplifier to have three transistors. In Fig. 3, for example, an embodiment is shown in which only two transistors 10 ' and 11' are used in the power amplifier. In a further embodiment of the invention, an inductance 19 is connected in series with the emitter resistor 17. This further shortens both the rise and fall times of a pulse to be amplified. When a pulse arrives, the emitter current of transistor 10 'does not initially flow through 17 and 19, but rather through the base of transistor 11', so that it very quickly receives the base charge required to use the collector current; At the end of the pulse (when "switching off"), the inductance 19 causes the current to continue flowing through the resistor 17 for a short time, thereby discharging the aforementioned base space again very quickly.

Aus Fig.3 ist ferner eine Schaltungsmaßnahme ersichtlich, die es ermöglicht, die Verlustleistung eines oder mehrerer der Transistoren des Leistungsverstärkers, hier des Transistors 11', auf einen erwünschten Wert herabzusetzen. Dies wird durch einen in die Kollektorleitung des betreffenden Transistors eingefügten Vorwiderstand 20 erreicht, der beispielsweise den Wert von einigen Ohm haben kann.FIG. 3 also shows a circuit measure which makes it possible to reduce the power loss of one or more of the transistors of the power amplifier, here the transistor 11 ', to a desired value. This is achieved by inserting a series resistor 20 into the collector line of the relevant transistor, which resistor can, for example, have a value of a few ohms.

Eine weitere Ursache für eine Verzögerung der Abfallflanke des Signals kann darin bestehen, daß der erste der Transistoren des Leistungsverstärkers in den Sättigungsbereich gesteuert wird und infolgedessen die Abschaltdauer durch seine zu große Basisladung bestimmt wird. In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ist gezeigt, wie dies bei einer Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung vermieden werden kann. Fig.4 entspricht hinsichtlich der Schaltungselemente 1 bis 18 und deren Wirkungsweise der an Hand der Fig.l erläuterten Schaltung. Mit Hilfe zweier Dioden 21 und 22, deren eine zwischen die Widerstände 7 und 8' eingefügt und deren andere in der dargestellten Weise mit dem Kollektor des Transistors 9 verbunden ist, wird hier eine Sättigungsbegrenzung vorgenommen. Wenn Transistor 9 so weit ausgesteuert wird, daß die Kollektorspannung etwa gleich der Basisspannung wird, so übernimmt der Kollektor einen Teil des Eingangsstromes. Der Basisstrom kann also im wesentlichen nur so weit ansteigen, bis sich die genannte Kollektorspannung einstellt.Another cause of a delay in the falling edge of the signal can be that the first of the transistors of the power amplifier is driven into the saturation range and, as a result, the turn-off time is determined by its excessive base charge. The exemplary embodiment according to FIG. 4 shows how this can be avoided in a circuit arrangement according to the invention. FIG. 4 corresponds to the circuit explained with reference to FIG. 1 with regard to the circuit elements 1 to 18 and their mode of operation. With the aid of two diodes 21 and 22, one of which is inserted between the resistors 7 and 8 ' and the other of which is connected in the manner shown to the collector of the transistor 9, a saturation limitation is carried out here. When transistor 9 is controlled so far that the collector voltage is approximately equal to the base voltage, the collector takes over part of the input current. The base current can therefore essentially only increase until the aforementioned collector voltage is established.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Transistor circuit for amplifying pulse-like signals with two or more transistors, in which the base electrode of one of the transistors serves as an input electrode, the base electrodes of the other transistors are connected to the emitter electrode of the respective preceding transistor and all collector currents flow in a common junction, thereby characterized in that said emitter electrodes are additionally connected via ohmic resistors to the emitter electrode of the last transistor carrying the largest emitter current, which are dimensioned so that the emitter currents of the last transistors upstream when a signal occurs is significantly greater, for example two to three times as much assume great value than it would without the additional resistors.

2. Amplifier circuit according to claim 1, characterized in that dimension the ohmic resistances when using at least three transistors are that the emitter currents in the sequence of transistors roughly form a geometric series.

3. Amplifier circuit according to one of the claims 1 and 2, characterized in that in series with at least one of the ohmic resistances there is an inductance.

4. Amplifier circuit according to one of claims 1 to 3, characterized in that one or more transistors in the collector line a series resistor which reduces the power loss of the relevant transistor is arranged.

5. Amplifier circuit according to one of claims 1 to 4, characterized characterized in that to prevent the first of the transistors from being driven in the saturation area between the base and the collector of this transistor two oppositely polarized diodes are inserted and the input signal at the connection point these diodes is supplied. Considered publications: Elektro-Technik, 5I1958, pp. 141,142.