DE1248109B - Gegentaktverstaerkeranordnung mit nur einem Ausgang, die eine Gegentaktstufe mit zwei in Reihe zwischen den Klemmen der Speisespannungsquelle angeschlossenen Transistoren, die in Gegentakt-B-Betrieb arbeiten, und eine ihr vorgeschaltete Phasenumkehrstufe besitzt - Google Patents

Description

SUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

H03f

Deutsche Kl.: 21 a2 -18/08

Nummer: 1 248 109

Aktenzeichen: N 26998 VIII a/21 a2

Anmeldetag: 7. Juli 1965

Auslegetag: 24. August 1967

Die Erfindung betrifft eine Gegentaktverstärkeranordnung mit nur einem Ausgang, die eine Gegentaktstufe mit zwei in Reihe zwischen den Klemmen der Speisespannungsquelle angeschlossenen Transistoren und eine ihr vorgeschaltete Phasenumkehrstufe besitzt, wobei die Transistoren der Phasenumkehrstufe und der Gegentaktstufe galvanisch miteinander verbunden und von gleichem Leitungstyp sind, und wobei an den gemeinsamen Punkt der Transistoren der Gegentaktstufe eine Reihenschaltung mit einem Trennkondensator und einer Belastung angeschlossen ist.

Sie bezweckt insbesondere, einen Verstärker mit stabilisiertem Arbeitspunkt zu schaffen, der in Festkörperschalttechnik ausgebildet werden kann.

Die Anwendung dieser Techniken, bei denen Verstärkervorrichtungen auf einem einzigen Kristall angebracht werden, erfordert Stabilisationsmaßnahmen, wobei die Transistoren galvanisch verbunden und von gleichem Leitungstyp sind. Bei dieser Technik würde nämlich ein Kondensator mit hoher Kapazität eine zu große Oberfläche annehmen, und es ist unmöglich, in einfacher Weise auf demselben Kristall komplementäre Transistoren anzubringen.

Es sind verschiedene Verfahren zur Arbeitspunktstabilisierung bekannt. So wird bei einer bekannten Anordnung mit einem Gegentaktverstärker und einer Phasenumkehrstufe, bei der die Transistoren galvanisch verbunden und von gleichem Leitungstyp sind, eine Arbeitspunktstabilisierung dadurch erreicht, daß der gemeinsame Punkt der Transistoren der Gegentaktstufe mittels einer Gleichstromgegenkopplung von diesem Punkt über einen Widerstand zur Basiselektrode des Transistors der Phasenumkehrstufe auf konstanter Spannung gehalten wird. Weiterhin wurde eine Gegentaktverstärkervorrichtung mit nur einem Ausgang und einer Phasenumkehrstufe dadurch stabilisiert, daß zwischen den beiden Basiselektroden der Transistoren der Gegentaktstufe ein Widerstand mit negativem Temperaturkoeffizienten angebracht wird.

Die Erfindung weist das Kennzeichen auf, daß die Einstellspannung am gemeinsamen Punkt der Transistoren der Gegentaktstufe mittels einer Gleichstromgegenkopplung von diesem Punkt über einen Widerstand zu einem der Gegentaktstufe vorangehenden Punkt der Anordnung, z. B. der Basiselektrode des Transistors der Phasenumkehrstufe konstant gehalten ist, und daß in den KoIlektorkieis der Phasenumkehrstufe ein temperaturabhängiger Widerstand mit positivem Temperaturkoeffizienten aufgenommen ist.

Gegentaktverstärkeranordnung mit nur einem
Ausgang, die eine Gegentaktstufe mit zwei in
Reihe zwischen den Klemmen der
Speisespannungsquelle angeschlossenen
Transistoren, die in Gegentakt-B-Betrieb arbeiten, und eine ihr vorgeschaltete Phasenumkehrstufe
besitzt

Anmelder:

N. V. Philips' Gloeilampenfabrieken,
Eindhoven (Niederlande)

Vertreter:

Dipl.-Ing. E.-E. Walther, Patentanwalt,

Hamburg 1, Mönckebergstr. 7

Als Erfinder benannt:
Jacobus Johannes Rongen,
Alphonsus Maria Peters,
Nijmegen (Niederlande)

Beanspruchte Priorität:

Niederlande vom 11. Juli 1964 (6407 942)

Der Erfindung liegt folgende Erkenntnis zugrunde: Die Transistoren der Gegentaktstufe werden vorzugsweise in ß-Einstellung betrieben, so daß abwechselnd ein Transistor stromleitend bzw. gesperrt und der andere Transistor gesperrt bzw. stromleitend ist. Die Spannung nimmt dabei im idealen Fall den halben Wert der Speisespannung an. Der Strom im Belastungskreis fließt in einem Zustand der Anordnung in entgegengesetzter Richtung zu der im anderen Zustand. Der Kondensator wird hierdurch abwechselnd aufgeladen und wieder entladen. Wären diese Lade- und Entladeströme durchschnittlich nicht gleich groß, so würde, ohne die Maßnahmen nach der Erfindung, die Gleichspannung am gemeinsamen Punkt nicht mehr gleich der halben Speisespannung bleiben, wie es zur maximalen Aussteuerung der beiden Transistoren der Gegentakt-

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stufe am günstigsten ist. Die gute Wirkung der Vorrichtung ist nach derErfindung durch eine zweifache Stabilisierung gesichert.

Die Spannung am gemeinsamen Punkt wird mittels der Gleichspannungsgegenkopplung von diesem Punkt über einen Widerstand zur Basiselektrode der Phasenumkehrstufe ; stabilisiert, Nimmt z. B. die Spannung am gemeinsamen Punkt zu, so erhöht sich der Basisstrom der Phasenumkehrstufe, so daß diese weiter ausgesteuert wird. Der Strom, im Kollektorkreis nimmt daher zu und verursacht einen größeren Spannungsabfall an einem darin angebrachten Widerstand. Der Basisstrom des mit der Kollektorelektrode der Phasenumkehrstufe verbundenen Transistors der Gegentaktstufe nimmt daher ab und der Widerstand der Kollektor-Emitter-Strecke dieses Transistors wird größer. Hierdurch sinkt, bei konstantem Ausgangsstrom, die Spannung im Ausgangskieis dieses Transistors ab, was also der obenerwähnten Spannungszunahme entgegenwirkt. Die Stabilisierung des Ruhestromes in der Gegentaktstufe wird durch die andere Stabilisationsmaßnahme, nämlich den im Kollektorkreis der Phasenumkehrstufe angebrachten Widerstand mit positivem Temperaturkoeffizienten, erzielt. Nimmt die Temperatur zu, so wird die Gleich-Stromvoreinstellung der Transistoren in der Gegentaktendstufe eine Neigung zum Anstieg haben, da die für eine bestimmte Ruheeinstellung erforderliche Basis-Emitter-Vorspannung V_BE bei höherer Temperatur abnimmt. Diese Gleichstromzunahme kann infolge der zusätzlichen Verluste bei Aussteuerung auftreten und ist ohne die beschriebenen Maßnahmen bei Siliciumtransistoren meist nicht akzeptierbar.

Außerdem kann dieser Effekt zur thermischen Instabilität führen. Bei Erhöhung der Temperatur wird aber auch der Widerstand mit positivem Temperaturkoeffizienten zunehmen, so daß der Spannungsabfall an diesem Widerstand mit der Temperatur ansteigt. Infolge der bereits beschriebenen Gleichspannungsgegenkopplung ist die Spannung an der Emitterelektrode des mit diesem Widerstand verbundenen Transistors der Gegentaktstufe stabilisiert. Der Spannungsunterschied zwischen der Emitterelektrode und der Basiselektrode des zuletztgenannten Transistors sinkt daher mit der Temperatür entsprechend dem für die gewünschte Ruhestromeinstellung erforderlichen Wert V_BE ab. Die mittleren Gleichströme in den beiden Transistoren der Gegentaktstufe werden aber durch die Wirkung des erwähnten Sperrkondensators und die zuerstgenannte Stabilisationsmaßnahme gezwungen, den gleichen Wert anzunehmen, so daß auch der Strom im anderen Transistor der Gegentaktstufe stabilisiert wird.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine Verstärkeranordnung nach der Erfindung und

Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung.

Die zu verstärkenden Signale werden über einen Trennkondensator Cl der Basiselektrode eines Transistors Tl der Phasenumkehrstufe zugeführt. Die Emitterelektrode des Transistors Tl ist mit der Basiselektrode eines Transistors Γ2 der Gegentaktstufe verbunden, und die Kollektorelektrode des Transistors Tl ist mit der Basiselektrode eines Transistors Γ 3 der Gegentaktstufe verbunden.

Die Transistoren Tl, Γ 2 und Γ 3 sind von gleichem Leitungstyp (im dargestellten Fall vom npn-Typ) und galvanisch miteinander verbunden.

Die Reihenschaltung der Transistoren Γ 2 und Γ 3 ist zwischen den Klemmen 1 und 2 der Speisespannungsklemme angeschlossen. .

Mit dem gemeinsamen Punkt A dieser Transistoren ist eine Reihenschaltung eines Trennkondensators C2 und einer Belastung B verbunden. Die andere Seite dieser Reihenschaltung liegt an Erde.

Weiterhin liegt im Emitterkreis des Transistors Tl ein veränderbarer Widerstand R2 und in seinem Kollektorkreis ein temperaturabhängiger Widerstand JRl. Der Widerstand R2 dient zur Einstellung des Ruhestromes der Gegentaktstufe. Er liegt mit einer Klemme an Erde, während der Widerstand Rt mit der Klemme 1 der Speisespannungsquelle verbunden ist.

Der gemeinsame Punkt A der Transistoren Γ 2 und Γ3 ist über einen Widerstand R 4 an die Basiselektrode des Transistors Tl angeschlossen, wobei R 3 die Verbindung dieser Basiselektrode mit Erde darstellt.

Die Wirkungsweise der Schaltung ist wie folgt: Die vom Transistor T1 stromverstärkten Signale erscheinen gegenphasig an der Kollektorelektrode bzw. der Emitterelektrode dieses Transistors. Hierdurch werden die Gegentakttransistoren Tl und Γ3 abwechselnd durch den Wechsel der positiven und negativen Spitzen des Signals geschaltet. Die Gleichspannungsenergie der Speisequelle wird dabei in Signalenergie umgesetzt und an die Belastung B abgegeben. Der Punkt A hat vorzugsweise eine Einstellspannung, die gleich der Hälfte der Speisespannung ist (single-endet push-pull circuit).

Die Anordnung wird durch die Kombination zweier an sich bekannter Maßnahmen stabilisiert.

Erstens wird die Einstellspannung am Punkt A durch die Gleichstromgegenkopplung über den Widerstand R 4 zur Basiselektrode des Transistors Tl und von dort über den Widerstand R3 nach Erde konstant gehalten.

Zweitens wird der Ruhestrom durch die Gegentakttransistoren mittels des temperaturabhängigen Widerstandes Rl konstant gehalten. Dieser Widerstand hat einen positiven Temperaturkoeffizienten (PTC) von etwa ¹A % pro Grad Celsius und ist unmittelbar auf der Gegentaktstufe montiert. Infolge des Energieverlustes erhöht sich die Temperatur der Transistoren und infolge der thermischen Kopplung daher auch die Temperatur des PTC-Widerstandes Rl. Dessen Widerstandswert nimmt zu, wodurch der Strom abnimmt und daher die Spannung an der Kollektorelektrode des Transistors absinkt. Die Basiseinstellspannung des Transistors Γ3 nimmt daher auch ab, so daß der Strom im Ausgangskreis gleichfalls abnimmt. Hierdurch wird, wie bereits gesagt, der infolge der erhöhten Temperatur zugenommene Strom ausgeglichen.

In der praktischen Ausbildung sind wenigstens sämtliche Transistoren und der temperaturabhängige Widerstand Rl auf nur einem Kristall angebracht, so daß eine besonders gute thermische Kopplung zwischen diesen Elementen gesichert ist. Dazu wird z. B. von einem Siliciumkristall vom n-Leitungstyp ausgegangen, in dem mittels der bekannten Planartechnik die Transistoren Tl, T2 und Γ3 gebildet werden, während der Widerstand Rl als eine im

Kristallkörper angebrachte mit ohmschen Kontakten versehene p-Schicht gebildet ist.

F i g. 2 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel nach der Erfindung. Nach einem bekannten Prinzip wird mittels eines Transistors TO vor der Vorrichtung mit der Phasenumkehrstufe und der Gegentaktstufe eine Gegenkopplung angebracht, wodurch das Verhalten der Vorrichtung hinsichtlich der Verzerrung verbessert wird. Diese Verbesserung wird durch die besondere Verbindungsweise ohne Verstärkungsverlust erzielt.

Die Stabilisierung dieser Anordnung erfolgt in gleicher Weise wie oben beschrieben. Die Widerstände Rl und i?4 haben die gleiche Funktion, während der Einstellstrom für den Transistor Γ2 jetzt durch die Spannung an der Kollektorelektrode des Transistors TO bedingt wird, die über den Widerstand RO wieder an der Basiselektrode des Transistors Tl liegt. Der Widerstand R3 der Fig. 1 ist somit durch die Reihenschaltung des Widerstandes RO und des Transistors Γ0 ersetzt, während zwecks Gegenkopplung jetzt die Basiselektrode des Transistors T 2 der Gegentaktstufe mit der Kollektorelektrode des Transistors Γ0 verbunden ist. Die Widerstände RO, Rl und R4 sind derart bemessen, daß die Signalspannung an der Basiselektrode des Transistors Tl mittels der Gegenkopplung über den Widerstand i?4 so stark herabgesetzt ist, daß die Signalspannung an der Kollektorelektrode des Transistors Tl gerade gleich und gegenphasig mit der Spannung an der Kollektorelektrode des Transistors TO ist.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Gegentaktverstärkeranordnung mit nur einem Ausgang, die eine Gegentaktstufe mit zwei in Reihe zwischen den Klemmen der Speisespannungsquelle angeschlossenen Transistoren, die in Gegentakt-B-Betrieb arbeiten, und eine ihr vorgeschaltete Phasenumkehrstufe besitzt, wobei Transistoren der Phasenumkehrstufe und der Gegentaktstufe galvanisch miteinander verbunden und von gleichem Leitungstyp sind, und wobei an den gemeinsamen Punkt der Transistoren der Gegentaktstufe eine Reihenschaltung mit einem Trennkondensator und einer Belastung angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellspannung am gemeinsamen Punkt (A) der Transistoren der Gegentaktstufe mittels einer Gleichstromgegenkopplung von diesem Punkt über einen Widerstand (R 4) zu einem der Gegentaktstufe vorangehenden Punkt der Anordnung, z. B. der Basiselektrode des Transistors der Phasenumkehrstufe (Tl) konstant gehalten ist, und daß in den Kollektorkreis der Phasenumkehrstufe ein temperaturabhängiger Widerstand (Rl) mit positivem Temperaturkoeffizienten aufgenommen ist.

2. Gegentaktverstärkeranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens die drei Transistoren und der temperaturabhängige Widerstand auf nur einem Kristall angebracht sind.

3. Gegentaktverstärkeranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegentaktverstärkeranordnung mit der Phasenumkehrstufe ein zusätzlicher Transistor vorangeht, dessen Kollektorelektrode mit der Basiselektrode eines Transistors der Gegentaktstufe und gleichzeitig über eine Reihenschaltung zweier Widerstände mit dem gemeinsamen Punkt der Transistoren der Gegentaktstufe verbunden ist und der Verbindungspunkt dieser Widerstände mit der Basiselektrode der Phasenumkehrstufe verbunden ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
»radio und fernsehen«, 17, 1960, S. 547 und 548.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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