DE1118262B - Transistorverstaerkerstufe in Emitterschaltung, insbesondere fuer magnetische Tonabnehmer - Google Patents

Description

deutsches

Patentamt

R26376Vffla/21a²

ANMELDETAG: 16. SEPTEMBER 1959

BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UNDAUSGABEDER AUSLEGESCHRIFT: 30. NOVEMBER 1961

Die Erfindung betrifft eine Vorverstärkerstufe, insbesondere für magnetische Tonabnehmer, mit einem Transistor in Emitterschaltung. In Vorverstärkerstufen für tonfrequente Signale, die von Signalwandlern, wie Schallplatten-Tonabnehmern oder Magnetband-Abspielköpfen, geliefert werden, eignen sich Transistoren besonders gut, da der Rauschfaktor klein und die Verstärkung groß ist. Die Betriebseigenschaften von Transistoren ändern sich bekanntlich mit der Temperatur, und Schaltungen, die Transistoren enthalten, müssen daher durch besondere Schaltungsmaßnahmen gegen Temperatureinflüsse stabilisiert werden.

Es ist beispielsweise bekannt, eine Transistorstufe in Emitterschaltung mittels Gleichstromgegenkopplung zu stabilisieren, und zwar durch einen Widerstand in der Emitterzuleitung oder durch einen Verbindungswiderstand zwischen Kollektor und Basis oder durch beide Maßnahmen gemeinsam. Damit außer der Gleichstromgegenkopplung nicht auch eine im allgemeinen unerwünschte Signalgegenkopplung eintritt, hat man die Gegenkopplungswiderstände kapazitiv überbrückt. In der Natur dieser Überbrückungs- und Ableitkondensatoren liegt es, daß die hohem Frequenzen bevorzugt werden, die im Fall von induktiven Signalwandlern sowieso schon angehoben sind. Die bekannten Schaltungen enthalten daher außer Ableitkondensatoren verhältnismäßig hoher Kapazität, meistens Elektrolytkondensatoren, noch zusätzliche Schaltelemente zur Kompensation des Frequenzganges des Verstärkers. Dies alles führt zu einem verhältnismäßig großen Aufwand an Schaltmitteln.

Durch die Erfindung sollen diese Nachteile vermieden und eine Vorverstärkerschaltung angegeben werden, die sich besonders gut als Vorverstärker für Signalwandler, wie Magnetband-Abspielköpfe, Schallplatten-Tonabnehmer u. dgl., eignet und mit wenigen verhältnismäßig billigen Schaltelementen, ζ. Β. Kondensatoren kleiner Kapazität, sowohl eine Stabilisierung des Gleichstrom-Arbeitspunktes des Transistors bei Temperaturänderungen und außerdem eine Einebnung des Frequenzganges zur Kompensation der Übertragungseigenschaften des Signalwandlers bewirkt.

Eine Vorverstärkerstufe, insbesondere für magnetische Tonabnehmer, mit einer Transistor in Emitterschaltung, zwischen dessen Kollektor und Basis zur Arbeitspunktstabilisierung ein Gegenkopplungswiderstand liegt, der kapazitiv entkoppelt ist, ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß der Ableitkondensator einen so niedrigen Wert hat, daß er Transistorverstärkerstufe

in Emitterschaltung, insbesondere für magnetische Tonabnehmer

Anmelder:

Radio Corporation of America, New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. E. Sommerfeld, Patentanwalt, München 23, Dunantstr. 6

Beanspruchte Priorität: V. St. v. Amerika vom 2. Oktober 1958 (Nr. 764 906)

James Joseph Davidson, Haddonfield, N. J.

(V. St. A.),
ist als Erfinder genannt worden

in Verbindung mit dem einen Teilwiderstand des Gegenkopplungswiderstandes und dem Kollektorwiderstand ein 2?C-Glied bildet, das die hohen Frequenzen im Ausgangskreis schwächt und somit den Frequenzgang des induktiven, hohe Frequenzen anhebenden Signalwandlers korrigiert.

Die Erfindung soll nun an Hand zweier Ausführungsbeispiele in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert werden.

Fig. 1 ist ein schematisches Schaltbild eines erfindungsgemäßen Transistorvorverstärkers mit einem pnp-Transistor und

Fig. 2 ein Schaltbild für den Fall der Benutzung eines npn-Transistors.

In beiden Figuren sind miteinander übereinstimmende Schaltelemente mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.

Fig. 1 zeigt einen Vorverstärker für die Tonwiedergabe beispielsweise für Schallplatten- oder Magnetbandabspielzwecke und enthält einen Transistors, der ein pnp-Flächentransistor sein kann. Der Emitter dieses Transistors ist mit 10, der Kollektor mit 12 und die Basiselektrode mit 14 bezeichnet. Die Ein-

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gangssignale werden diesem Transistor von einer Signalquelle 16, die einen durch den Widerstand 17 angedeuteten inneren Widerstand besitzen möge, zwischen Basis und Emitter zugeführt. Zu diesem Zweck ist die obere Klemme der Signalquelle über einen Kopplungskondensator 18 mit der Basis des Transistors verbunden, während die untere Klemme der Signalquelle an einem Punkt festen Potentials oder an Erde liegt. Zur Zuführung der Kollektorspannung ist der Kollektor über einen Lastwiderstand 20 an eine negative Spannungsquelle angeschlossen. Die Stabilisierung der Schaltung wird durch zwei Widerstände 22 und 24 bewirkt, die zwischen Kollektor und Basis liegen, und durch einen Widerstand 26 zwischen Basis und Erde. Der Widerstand 26 stellt zusammen mit den Widerständen 22 und 24 einen Spannungsteiler dar, der eine feste Basisspannung für den Transistor liefert. Die Widerstände 22 und 24 dienen zur Temperaturstabilisierung durch Gegenkopplung des Kollektor-Basis-Gleichstromes. Ferner wird noch eine Stabilisierung dadurch erreicht, daß ein Gegenkopplungswiderstand 28 zwischen Emitter und Erde liegt. Dieser Widerstand wird für die Signalfrequenzen durch einen Nebenschlußkondensator 30 überbrückt. Die Ausgangssignale werden zwischen Kollektor und Emitter an den Klemmen 32 und 34 abgenommen. Die Ausgangsklemme 32 ist mit dem Kollektor über einen Kopplungskondensator 36 verbunden, während die Ausgangsklemme 34 geerdet ist.

Es wird sowohl eine Signalgegenkopplung zwischen dem Kollektor und der Basis vermieden als auch der gewünschte Frequenzabgleich erreicht, da ein Kondensator 38 zwischen den Verbindungspunkt der Widerstände 22 und 24 einerseits und den Emitter andererseits geschaltet ist. Der Kondensator 38 liegt also mit seiner unteren Klemme auch an der oberen gemeinsamen Klemme des Widerstandes 28 und des Kondensators 30. Der Kondensator 38 besitzt eine solche Kapazität, daß er zusammen mit dem Kondensator 30 die höheren Frequenzkomponenten kurzschließt bzw. nach Erde ableitet, die bei den bisher bekannten Schaltungen vom Kollektor auf die Basis zurückgekoppelt werden. Außerdem bewirkt der Kondensator 38 zusammen mit dem Gegenkopplungswiderstand 22 und dem Belastungswiderstand 20 einen Frequenzabgleich, durch den der Frequenzgang der Signalquelle 16 kompensiert wird. Der Kondensator 38 kann somit als ein Nebenschluß- und Frequenzabgleichkondensator bezeichnet werden. Wie im folgenden noch erläutert werden wird, ist es nicht erforderlich, daß der Kondensator sehr groß ist und daher kein elektrolytischer Kondensator zu sein braucht. Statt den Kondensator 38 in der in Fig. 1 dargestellten und vorzugsweise zu verwendenden Schaltung zu benutzen, kann man ihn auch zwischen den Verbindungspunkt der Widerstände 22 und 24 einerseits und Erde andererseits einschalten. In der in Fig. 1 dargestellten Schaltung wird jedoch eine größere Verstärkung für niedrige Frequenzen erzielt, wie Versuche ergeben haben.

Da die Betriebseigenschaften des Transistors sich aus irgendwelchen Gründen, beispielsweise wegen Änderungen der Umgebungstemperatur, ändern können, können der Emitter- und der Kollektorstrom schwanken. Der Emitterstrom durchfließt den Widerstand 28 und bildet an ihm eine Gegenkopplungsspannung, welche den Transistor stabilisiert. Außerdem liefert eine Schwankung des Kollektorstromes über den Gegenkopplungszweig mit den Widerständen 22 und 24 einen Vorspannungsstrom für die Basis, so daß der Einfluß der Kollektorstromschwankung auf den Basisstrom kompensiert wird. Wenn beispielsweise der Kollektorgleichstrom zunimmt, macht der Spannungsabfall am Widerstand 20 den Kollektor weniger negativ und vermindert über den Gegenkopplungszweig den Basisgleichstrom, so daß der Kollektorstrom wieder abnimmt und die ursprüngliche Zunahme des

ίο Kollektorstromes daher kompensiert wird. Die Signalgegenkopplung vom Kollektor zur Basis, welche -die Verstärkung des Transistors vermindert, wird verkleinert und für hohe Frequenzen sogar nahezu beseitigt. Dies geschieht mittels des Kondensators 38, der zusammen mit dem Kondensator 30 einen Nebenschluß für die Signale nach Erde bildet. Eine Signalgegenkopplung über den Widerstand 28 wird durch den zu diesem Widerstand parallelliegenden Kondensator 30 verhindert.

Wenn ein Signal von der Signalquelle 16 zwischen Basis und Emitter des Transistors auftritt, so fließt ein verstärkter Signalstrom im Kollektorkreis. Die Ausgangsspannung der Signalquelle 16 ist frequenzabhängig. Es sei angenommen, daß sie mit der Frequenz zunimmt, was für einen Magnetton-Abnahmekopf zutrifft. Ohne die Benutzung einer Abgleichschaltung würde dies bedeuten, daß die Ausgangsspannung an den Klemmen 32 und 34 ebenfalls mit der Frequenz zunehmen müßte, und daß somit die Frequenzkennlinie der ganzen Schaltung nicht horizontal verlaufen würde. Die Zeitkonstante des aus den Widerständen 20 und 22 und dem Kondensator 38 bestehenden ÄC-Gliedes wird nun so gewählt, daß der gewünschte Frequenzabgleich herbeigeführt und somit eine etwa horizontal verlaufende Frequenzkennlinie für die ganze Schaltung erreicht wird. Wenn beispielsweise der dargestellte Verstärker als Magnetband-Abspielverstärker nach den NARTB-Normen (National Association of Radio and Television Broadcasters) verwendet wird, wird die Zeitkonstante des Widerstandes 22 und des Kondensators 38 etwa zu 50 Mikrosekunden gewählt, während die Zeitkonstante des Widerstandes 22, des Ausgangswiderstandes des Transistors und des Kondensators 38 etwa 3180 Mikrosekunden ist. Bei hohen Frequenzen ist der Widerstand des Kondensators 38 verhältnismäßig klein, und es entsteht daher ein Stromweg mit niedrigem Widerstand nach Erde, so daß die Ausgangsspannung abnimmt. Bei niedrigen Frequenzen ist jedoch der Widerstand des Kondensators 38 verhältnismäßig groß und der Gesamtwiderstand der Abgleichschaltung entsprechend hoch. Somit kann man, ohne ein getrenntes Abgleichnetzwerk zu benötigen, einen Frequenzabgleich bewerkstelligen, der die Amplituden-Frequenzkennlinie der Signalquelle 16 ausgleicht.

In Fig. 2 ist ein Transistor 40, der ein npn-Flächentransistor sein soll, mit einem Emitter 42, einem Kollektor 44 und einer Basis 46 zur Verstärkung der Signale eines Magnetband-Abspielkopfes 48 dargestellt. Der Kollektor ist über einen Lastwiderstand 20 an eine positive Gleichspannungsquelle angeschlossen. Ein weiterer Unterschied der Schaltung nach Fig. 2 gegenüber derjenigen nach Fig. 1 besteht darin, daß ein Widerstand 50 vom Emitter in Reihe mit dem Nebenschlußkondensator 30 nach Erde geschaltet ist und ein zweiter Nebenschlußkondensator 52 zum Widerstand 28 parallel liegt. Der Nebenschluß- und Ab-

gleichkondensator 38 ist zwischen den Verbindungspunkt der Widerstände 22 und 24 einerseits und den Verbindungspunkt des Widerstandes 50 mit dem Kondensator 30 andererseits geschaltet.

Der Kondensator 30 liegt zum Widerstand 28 parallel und verhindert eine Signalgegenkopplung an diesem Widerstand. Der Widerstand 50, der verhältnismäßig klein ist, bewirkt eine schwache Signalgegenkopplung, so daß die Verstärkung des Transistors über den zu verstärkenden Signalfrequenzbereich konstant ist. Der Kondensator 52 hat am hochfrequenten Ende des Signalfrequenzbereiches einen solchen Widerstand, daß er einen merklichen Nebenschluß für den Widerstand 50 bildet und somit die Verstärkung für die höheren Signalfrequenzkomponenten etwas erhöht. Abgesehen von diesen Unterschieden gleicht die Schaltung in Fig. 2 derjenigen nach Fig. 1 und arbeitet ebenfalls in der Weise, daß sowohl ein Frequenzabgleich als auch eine Stabilisierung erreicht wird.

Schaltungen nach Fig. 1 und 2 sind mit einem Magnetband-Abspielverstärker ausprobiert worden. Die Belastung des Verstärkers hatte einen hohen Widerstand und bestand aus einem Vakuumröhrenverstärker, dessen Anodenspannung auch den Transistor-Vorverstärker speiste. Die niederfrequente Zeitkonstante betrug 3180 Mikrosekunden, während die hochfrequente Zeitkonstante 120 Mikrosekunden betrug. Die verschiedenen Schaltungselemente hatten die folgenden Größen:

Speisespannung +190 Volt

Widerstand 20 560 000 0hm

Widerstand 22 3 300 0hm

Widerstand 24 100 000 Ohm

Widerstand 26 150 000 0hm

Widerstand 28 22 000 0hm

Widerstand 50 100 Ohm

Kondensator 18 100 Mikrofarad

Kondensator 30 100 Mikrofarad

Kondensator 36 0,047 Mikrofarad

Kondensator 38 0,033 Mikrofarad

Kondensator 52 0,033 Mikrofarad

30

35

40

Claims (3)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Vorverstärkerstufe, insbesondere für magnetische Tonabnehmer, mit einem Transistor in Emitterschaltung, zwischen dessen Kollektor und Basis zur Arbeitspunktstabilisierung ein Gegenkopplungswiderstand liegt, der kapazitiv entkoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Ableitkondensator (38) einen so niedrigen Wert hat, daß er in Verbindung mit dem einen Teilwiderstand (22) des Gegenkopplungswiderstandes und dem Kollektorwiderstand (20) ein i?C-Glied bildet, das die hohen Frequenzen im Ausgangskreis schwächt und somit den Frequenzgang des induktiven, hohe Frequenzen anhebenden Signalwandlers korrigiert.

2. Verstärkerstufe nach Anspruch 1, in deren Emitterzuleitung zur Arbeitspunktstabilisierung außerdem ein kapazitiv entkoppelter Widerstand liegt, dadurch gekennzeichnet, daß der Ableitkondensator (38) einerseits an den Gegenkopplungswiderstand (22, 24) zwischen Kollektor und Basis und andererseits an den Emitter (10) des Transistors (8) angeschlossen ist (Fig. 1).

3. Abwandlung der Verstärkerstufe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Gegenkopplungswiderstand (28) in der Emitterzuleitung einerseits ein Überbrückungskondensator (52) und andererseits die Reihenschaltung eines verhältnismäßig kleinen Widerstandes (50) und eines Kondensators (30) parallel geschaltet sind und daß der Ableitkondensator (38) einerseits an den Gegenkopplungswiderstand zwischen Kollektor und Basis und andererseits an den Verbindungspunkt des Reihen-i?C-Gliedes (50, 53) angeschlossen ist (Fig. 2).

In Betracht gezogene Druckschriften:
Schweizerische Patentschrift Nr. 321709;
»Elektrotechnische Zeitschrift«, 1954, H. 18,

.593;
Archiv der elektrischen Übertragung«, 1956, H. 9,

. 367, 371, 373.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 109 747/386 11.