DE1061828B - Mehrstufiger Transistorverstaerker mit Kompensation des Temperatur-einflusses - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Transistorverstärker, insbesondere für Schwerhörigengeräte in Brillenform.

Grundsätzlich hat ein Transistor im Gegensatz zu einer Elektronenröhre die Eigenschaft, daß seine Betriebsdaten von der Umgebungstemperatur stark abhängig sind. Insbesondere ist der Kollektorreststrom in starkem Maße von der Temperatur abhängig. Da andererseits, insbesondere bei Emitterschaltung, zum Einstellen des Kollektorstroms em Steuerstrom von der Basis zum Emitter fließen muß, -wirkt bereits der Kollektorreststrom als Steuerstrom.

Wird der Kollektorreststrom mit Iq₀ bezeichnet, so beträgt der in Emitterschaltung ohne besondere Maßnahmen hervorgerufene Kollektorruhestrom a · Ico> worin α die Stromverstärkung bedeutet. Der Faktor a ist wenig temperaturabhängig, so daß der Temperatureinfluß praktisch nur von dem veränderlichen Kollektorreststrom l_Co abhängt. Wenn der Kollektorstrom den Wert a ■ I_Co nicht überschreiten darf, so ist eine Temperaturkompensation nicht möglich. Man kann allerdings Transistoren mit einer kleineren Stromverstärkung α verwenden, so daß der benötigte Kollektorruhestrom kleiner wird. Ist der Kollektorstrom größer als cc' · Iqo) ^so ist eine Temperaturkompensation oder Stabilisierung möglich und erforderlich.

Es sind Stabilisierungsschaltungen bekannt, die auf dem Prinzip beruhen, den Transistor in Basisschaltung zu betreiben, wobei I_Co nicht als Steuerstrom wirkt. Bei einer bekannten Brückenschaltung wird der äußere Basisstrom bei Temperaturerhöhungen verkleinert. Ferner ist eine Schaltung bekannt, bei der sich der Anschlußpunkt für den Basisstrom am Kollektor befindet; hierdurch kann eine weitgehende, nur durch die zur Verfügung stehende Batteriespannung begrenzte Stabilisierung erreicht werden. Es ist ferner bereits bekannt, einen Hilfstransistor dazu zu verwenden, die temperaturbedingte Trift eines galvanisch gekoppelten Transistorverstärkers zu kompensieren. Ferner ist es bekannt, einen Hilfstransistor zur automatischen Verstärkungsregelung eines mehrstufigen Transistorverstärkers zu verwenden, wobei der Hilfstransistor in Verbindung mit einem Widerstand zugleich auch zur Kompensation von Temperatureinflüssen herangezogen werden kann. Auch sind Schaltungen für die Verwendung eines Hilfstransistors zur Temperaturkompensation von Transistoren bekannt, bei denen der Hilfstransistor seinerseits noch eine Ver stärkungs- oder Übertragungsaufgabe übernehmen kann.

. Zweck der Erfindung, ist es- vor allem, einen Transistorenverstärker zu schaffen, bei dem eine Temperaturkompensation insbesondere im Falle kleiner Batteriespannungen erreicht wird. Die Erfindung; be-_ Mehrstufiger Transistorverstärker
mit Kompensation des Temperatureinflusses

Anmelder:

WENDTON Werner Wendt K. G.,
Hamburg 39, Hudtwalckerstr. 2-8

Kurt Konzelmann, Hamburg,
ist als Erfinder genannt worden

zieht sich auf einen mehrstufigen Transistorenverstärker in Emitterschaltung, bei dem eine Kompensation des Temperatureinflusses durch einen Hilfstransistor bewirkt wird. Erfindungsgemäß sind die Basiswiderstände mindestens eines Teiles der kapazitiv miteinander gekoppelten Transistoren der Verstärkerstufen gemeinsam über die Emitter-Kollektor-Strecke des Hilfstransistors an den (geerdeten) Pol der Speisespannungsquelle geschaltet, so daß dessen Widerstandsänderungen bei Temperaturänderungen die entsprechenden Änderungen der Verstärkertransistoren kompensieren. Diese Schaltung ist vor allem für Schwerhörigengeräte, namentlich in Brillenform, die mit verhältnismäßig kleinen Batteriespannungen betrieben werden, mit Vorteil anwendbar, um den Einfluß der Umgebungstemperatur auf die Arbeitsweise des Schwerhörigengerätes aufzuheben oder doch wenigstens auf ein unschädliches Maß zu mildern.

Die Schaltung nach der Erfindung läßt sich so ausführen, daß über den Hilfstransistor alle übrigen Transistoren kompensiert werden. Jedoch genügt es in vielen Fällen auch, daß nur ein Teil der Verstärkertransistoren über den Hilfstransistor kompensiert wird.

Um Überkompensationen zu vermeiden, kann es von Vorteil sein, zwischen den Hilfstransistor und die Verstärkertransistoren einen Spannungsteiler zu

schalten. - -· . ■ ·

Um einen möglichst kleinen dynamischen Innenwiderstand zu erreichen, kann es von Vorteil sein, eine Gleichstrom- oder Wechselstrom-Gegenkopplung des

- Hilfstransistors vorzusehen. Auf diese Weise ist zwischen diesem und den übrigen Transistoren ein großer Entkopplungskondensator, .wie er sonst in der Regel erforderlich ist, entbehrlich. ■

. Der Hilfstransistor kann auch an an sich bekannter Weise: se geschaltet sein, daß er gleichzeitig zur Über-

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Claims (5)

nähme wechselstrommäßiger Funktionen, insbesondere als Verstärker oder als Schwingungserzeuger, ausgenutzt wird. Der Hilfstransistor kann aus derselben Spannungsquelle wie die übrigen Transistoren oder aus einer anderen Spannungsquelle gespeist werden. Es ist zweckmäßig, auf jeden Fall die Spannungsquellen, beispielsweise durch einen Spannungsteiler, in eine feste Beziehung zueinander zu bringen. Die Erfindung ist an Hand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert. Die Zeichnung zeigt verschiedene Ausführungsformen der Erfindung. Übereinstimmende Bestandteile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Fig. 1 zeigt die Schaltung eines dreistufigen Verstärkers gemäß der Erfindung; Fig. 2 bis 4 zeigen Abwandlungen dieser Schaltung bzw. der Kompensationsanordnung. In Fig. 1 sind T1, T2 und T3 die Transistoren der einzelnen Verstärkerstufen. T10 ist ein Hilfstransistor zur Kompensation des Temperatureinflusses. R1, R%, R3 sind Arbeitswiderstände im Kollektorkreis und i?4, R5, R6 Basiswiderstände der Verstärkertransistoren. Mit C1... C4 sind Ankopplungs- oder Trennkondensatoren bezeichnet. C10 ist ein Entkopplungskondensator, in der Regel ein Elektrolytkondensator, der eine verhältnismäßig große Kapazität haben muß. Mit -\-Uß und —Uβ sind die Batterieklemmen bezeichnet. UE sind die Eingangsklemmen und UA die Ausgangsklemmen der Wechselspannung. R10 istBasiswiderstand und .R11 Arbeitswiderstand des Hilfstransistors T19. Die Batterieklemme +UB ist zweckmäßig an Erde bzw. Masse gelegt. Der dreistufige Transistorenverstärker nach Fig. 1 arbeitet in Emitterschaltung. Die Basisströme der Verstärkertransistoren T1, T2, und T3 werden über die Widerstände i?4, R5, R6 und gemeinsam über die Emitter-Kollektor-Strecke des Hilfstransistors T10 zugeführt. Die Wirkungsweise der Kompensationsanordnung ist folgende: Bei kleineren Umgebungstemperaturen ist der Kollektorreststrom vernachlässigbar klein. Über den Widerstand R10 fließt also nur der Basisstrom IB. Im Kollektorkreis des Hilfstransistors fließt somit der Kollektorstrom a · IB. Er verursacht am Kollektorwiderstand -R11 einen Spannungsabfall Us. Die Spannungsdifferenz UB—Us ist bestimmend für die Größe der Basisströme der Verstärkertransistoren. Bei erhöhter Umgebungstemperatur kommt zum Basisstrom IB der Kollektorreststrom ICo hinzu. Im Kollektorkreis des Hilfstransistors fließt dann der Strom ei- (Ib + Ico)· Der Spannungsabfall beträgt dann a · R11 ■ (IB + Ico)· Die für die Größe der Basisströme maßgebende Spannung ist dann UB—a · R11 · (IB + /Co). Sie ist um den Betrag a · R11 · ICo kleiner geworden als vor der Temperaturerhöhung. Mit Hilfe dieses Effektes läßt sich somit ein Kleinerwerden der Basisströme bzw. ein Konstantbleiben der Kollektorströme der Verstärkertransistoren T1, T2, T3 erreichen. Fig. 2 zeigt eine abgewandelte Schaltung, bei der die kompensierende Kollektorspannung des Hilfstransistors über einen Spannungsteiler Rx, Ry verkleinert wird, um eine Überkompensation zu vermeiden. Fig. 3 zeigt eine weitere Abwandlung der Schaltung gemäß Fig. 1, bei der die Entkopplung der Basisleitungenmittels des Kondensators C10, d.h. eines verhältnismäßig großen Elektrolytkondensators, vermieden ist. Hierzu ist der Hilfstransistor T10 mittels eines kleineren Kondensators C11, eines kleineren Kondensators C12 und/oder eines Ohmschen Widerstandes R12 wechselstrommäßig bzw. gleichstrommäßig so gegengekoppelt, daß für ihn ein kleiner dynamischer Innenwiderstand erreicht wird. Bei dieser Schaltung werden :die V.erstärkertransistoren aus einer Batterie UBl, der Hilfstransistor dagegen aus einer besonderen Batterie UB2 gespeist. Die Batterie UB2 kann ein anderes Potential haben als die Batterie Ug1, das jedoch zweckmäßig zu dem der Batterie UBl in eine feste Beziehung gebracht ist, was hier durch einen besonderen Spannungsteiler Rw Rz geschieht. Fig. 4 zeigt noch ein anderes Ausführungsbeispiel der Schaltung gemäß Fig. 1, bei welchem der Hilfstransistor T10 eine zusätzliche wechselstrommäßige Funktion übernimmt. Er kann beispielsweise als Verstärker oder als Schwingungserzeuger dienen. Hier, wo er als Verstärker dient, .sind seine Eingangsklemmen mit CE2 und die Ausgangsklemmen mit UA2 bezeichnet. Patentansprüche:

1. Mehrstufiger i?C-gekoppelter Transistorverstärker in Emitterschaltung, bei dem eine Kompensation des Temperatureinflusses durch einen Hilfstransistor .bewirkt' wird, insbesondere für Schwerhörigengeräte in Brillenform, dadurch gekennzeichnet, daß die Basiswiderstände (R₁₁R₅₁R₆) mindestens eines Teils der Verstärkertransistoren (T₁, T₂, T₃) gemeinsam über die Emitter-Kollektor-Strecke des Hilfstransistors (T₁₀) an den (geerdeten) Pol der Speisespannungsquelle geschaltet sind, so daß dessen Widerstandsänderungen bei Temperaturänderungen die entsprechenden Änderungen der Verstärkertransistaren kompensieren (Fig.l).

2. Transistorverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Emitter-Kollektor-Strecke des Hilfstransistors durch einen Spannungsteiler (R_x, Ry,) überbrückt ist, an dessen Abgriff die Basiswiderstände der Verstärkertransistoren geschaltet sind (Fig. ^).

3. Transistorverstärker nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Basiselektrode des Hilfstransistors über einen kleineren Kondensator und/oder einen Ohmschen Widerstand zwecks gleichstrom- oder wechselstrommäßiger Gegenkopplung mit seinem Kollektor verbunden ist (Fig. 3).

4. Transistorverstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfstransistor in an sich bekannter Weise gleichzeitig als Verstärker oder als Schwingungserzeuger ausgenutzt ist (Fig. 4).

5. Transistorverstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsquellen, welche den Hilfstransistor bzw. die Verstärkertransistoren speisen, beispielsweise durch einen Spannungsteiler (R₁₁, R_z) in eine feste Beziehung zueinander gebracht sind (Fig. 3).

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschrift Nr. 927 932;

USA.-Patentschrift Nr. 2 751446;

französische Patentschrift Nr. 1 119 869;

IRE Transactions-Circuit Theory, 1956, März, S. 65 und 66;

R. F. Shea, »Principles of Transistor Circuits«, 1953, S. 178. ;

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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