DE1067476B - Lineare Transistorverstaerker in Emitterschaltung - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft lineare, insbesondere mehrstufige gleichstromgekoppelte Transistorverstärker.
^; Bisher wurde es für notwendig gehalten, bei Transistorverstärkerstufen in Emitterschaltung den Kollektor in bezug auf die Basis in Sperrichtung vorzuspannen. Deshalb mußten besondere Mittel zur Erzeugung dieser Vorspannung vorgesehen werden, wodurch die Schaltung kompliziert und insbesondere die Verwendung mehrerer miteinander gekoppelter Transistorstufen eingeschränkt wurde.

Eine wichtige Gruppe von Verstärkern ist die der linearen direkt gekoppelten Verstärker, wobei »direkt gekoppelt« bedeutet, daß die einzelnen Stufen für Gleichstromübertragung gekoppelt sind im Gegensatz zur Wechselstromkopplung. Der Ausdruck »linear« bfezieht sich darauf, daß bei solchen Schaltungen die Augenblicksamplituden der Ausgangssignale denen der Eingangssignale angenähert proportional sind. Solche linearen Schaltungen stehen im Gegensatz z. B. zu Schalteranordnungen. Einige bemerkenswerte Kennzeichen solcher linearer direkt gekoppelter Verstärker sind ihr ausgezeichnetes Ansprechen auf niedrige Frequenzen, ihre kurze Erholungszeit nach Überlastungen und ihre geringe Anzahl von Schaltungsteilen.

Ein Nachteil bisher bekannter linearer direkt gekoppelter Verstärker ist jedoch, daß verschiedene Speisespannungen für die aufeinanderfolgenden Stufen erforderlich sind, da der Pegel der Ausgangsspeisespannung der einen Stufe wesentlich von dem Pegel abweicht, der für den Eingang der nächsten Stufe geeignet ist. Zum Beispiel muß bei einem direkt gekoppelten Verstärker mit Elektronenröhren die Anoden-Kathoden-Spannung normalerweise viel höher sein als die Gitter-Kathoden-Spannung, damit eine Verstärkung erzielt wird. Daher ist eine direkte Verbindung der Anode der einen Röhre mit dem Gitter der nächsten nicht möglich, wenn nicht zusätzliche Vorspannung erzeugende Mittel verwendet werden. Ähnlich war es bisher auf dem Gebiet der Transistoren, wo es nicht möglich war, mehrere einander gleiche Stufen in Emitterschaltung direkt miteinander zu koppeln, wenn nicht einige spezielle spannungskömpensierende Mittel verwendet werden, die die Schaltung nicht nur umständlicher machen, sondern auch der Zahl der in dieser Weise koppelbaren Stufen eine Grenze setzen.

Zur Vermeidung dieser Nachteile wird eine lineare Transistorverstärkerstufe in Emitterschaltung gemäß der Erfindung so ausgebildet, daß Kollektor und Basis an derselben Vorspannung liegen oder der Kollektor gegenüber der Basis etwas in Flußrichtung vorgespannt ist, während die Basis auf einen zwischen Sperr- und Sättigungszustand liegenden Arbeits-Lineare Transistorverstärker
in Emitterschaltung

Anmelder:

Philco Corporation,
Philadelphia, Pa. (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. C. Wallach, Patentanwalt,
München 2, Kaun'ngerstr. 8

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 18. Februar 1955

Harold J. Paz, Philadelphia, Pa.,
und Francis P. Keiper jun., Elkins Park, Pa.

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

punkt im Bereich linearer Verstärkung vorgespannt ist, und zwar nur unter Verwendung eines Transistors, der in Sperrichtung seiner Emitter-Basis-Strecke nur einen geringen Sättigungsstrom aufweist.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird

ein mehrstufiger Transistorverstärker aus derartigen Stufen so gebildet, daß die Transistoren von gleichem Leitfähigkeitstyp sind und daß bei mindestens einem Transistor Kollektor und Basis an derselben Vorspannung liegen oder der Kollektor gegenüber der Basis in Flußrichtung vorgespannt ist.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung kennzeichnet sich dadurch, daß die Emitter von zwei oder mehreren Transistoren im wesentlichen an derselben Spannung liegen und der Kollektor mindestens eines der Transistoren mit der Basis des folgenden Transistors direkt gekoppelt ist.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß, abweichend von den bekannten Anordnungen, ein Transistor in einer Verstärkerstufe ohne Vorspannung des Kollektors gegenüber der Basis in Sperrichtung oder sogar mit Vorspannung in Flußrichtung verwendet werden kann, wenn er einige Be-.

dingungen erfüllt. Zunächst muß ein solcher Transistor bei einer gegebenen Basis-Emitter-Spannung einen verhältnismäßig kleinen Basisstrom haben. Diese Bedingung ist bei Transistoren erfüllt, deren Emitter-Basis-Strecke durch einen geringen Sätti-

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gungsstrom in Sperrichtung gekennzeichnet ist. Dieses sistors 11 wiederum unmittelbar mit der Basis des Kennzeichen weisen z. B. bestimmte Oberfiächen-p-n- Transistors 12 verbunden. Die Zwischenwiderstände Schicht-(Surfacebarrier-) Transistoren auf. Ähnliche 13 und 14 sind zwischen den negativen Pol Β— der Eigenschaften haben auch bestimmte Arten von Speisespannungsquelle und die Verbindung der Tran-Siliziumtransistoren mit legierter Grenzschicht und 5 sistoren 10 und 11 bzw. 11 und 12 geschaltet. Der zu einem verhältnismäßig geringen Prozentsatz Eingangswiderstand 15 liegt zwischen der Basis des experimentelle Germaniumtransistoren mit legierter Transistors 10 und B — , während der Ausgangswider-Grenzschicht, stand 16 zwischen dem Kollektor des Transistors 12

Ein Transistor dieser Art kann somit als ein- und B— liegt. Eingangssignale werden an die Einstufiger Verstärker in linearer Weise betrieben wer- io gangsklemmen 20 und 21 gelegt, und verstärkte Ausden, wenn sein Kollektor im wesentlichen mit dem gangssignale werden von den Ausgangsklemmen 22 Basispotential vorgespannt ist oder sogar gegenüber und 23 abgenommen.

der Basis etwas in Flußrichtung vorgespannt ist, Bei der Schaltung nach Fig. 2 können die Transofern die Eigenschaften des Transistors diese be- sistoren 10, 11 und 12 im wesentlichen identisch sein, stimmten, im folgenden näher beschriebenen Bedin- 15 Das gleiche gilt für die Zwischenwiderstände 13 und gungen erfüllen. Eine beliebige Anzahl solcher Stufen 14. Der Eingangswiderstand 15 und der Ausgangskann mittels direkter Kopplung in Kaskade geschaltet widerstand 16 werden' dann so gewählt, daß die drei werden, wobei der Anzahl der maximal verwendbaren Transistoren im wesentlichen auf demselben KoI-Stufen theoretisch keine Grenze gesetzt ist. Ein line- lektorspannungspegel gehalten werden, sofern den arer direkt gekoppelter Verstärker gemäß einer be- 20 Klemmen 20 und 21 keine Signale zugeführt werden, vorzugten Ausführungsform der Erfindung ist aus so ist der ohmsche Widerstand der mit den Eingangsviel Transistoren aufgebaut, wie zur Erzielung der klemmen verbundenen Signalquelle groß, was z. B. gewünschten Verstärkung erforderlich sind. Ferner bei einer kapazitiven Ankopplung der Fall ist, so enthält dieser Verstärker nur einen Widerstand je _wi_rd der Widerstand 15 wesentlich größer zu wählen Transistor zur Erzeugung des Kollektor- und Basis- 25 sein als die Zwischenwiderstände 13 und 14, in jedem potentials, einen Eingangs widerstand zur Einstellung Falle so groß, daß der erste Transistor 10 eine Vorder Vorspannung der Basis der ersten Stufe und eine spannung erhält, die ihn auf einen Arbeitspunkt zwiallen Transistoren gemeinsame Speisespannungs- _schen dem Sperr- und dem Sättigungszustand bringt, quelle. Eine solche Schaltung ist besonders vorteilhaft _So daß er innerhalb des im wesentlichen linearen bei Hörgeräten, bei denen es in erster Linie auf ge- 30 wirksamen Bereiches der Basisspannungen arbeitet, ringen Raumbedarf, geringen Energieverbrauch und Der Ausgangswiderstand 16 erhält den Wert, der eine kleine Anzahl von Schaltungsteilen ankommt. erforderlich ist, damit die Kollektorspannung des

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich dritten Transistors 12 innerhab des Bereiches linearer aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen an Arbeitsweise gehalten und das erforderliche AusHand der Zeichnung. In dieser zeigt 35 gangssignal erzielt wird.

Fig. 1 das schematische Schaltbild eines einstufigen N_aCn der Erfindung werden nun mindestens für die

Transistorverstärkers gemäß der Erfindung, Stufe 11, vorzugsweise aber für alle drei Stufen,

Fig. 2 das schematische Schaltbild eines mehr- Transistoren einer Bauart verwendet, welche kleine

stufigen Gleichstromverstärkers nach der Erfindung, Signale im wesentlichen linear verstärken, wenn Basis

Fig. 3, 4 und 5 Kennlinienscharen zur Erläuterung 40 _und Kollektor im wesentlichen auf demselben Poten-

der erforderlichen Transistoreigenschaften, tial liegen oder selbst dann, wenn der Kollektor

Fig. 6 das schematische Schaltbild eines Hörgerätes gegenüber der Basis in Flußrichtung vorgespannt ist.

nach der Erfindung. Zweckmäßig arbeiten alle drei Stufen im wesentlichen

Der in Emitterschaltung betriebene Transistor 50 _unter denselben Bedingungen für Vorspannung und gemäß Fig. 1 ist vorzugsweise ein OberHächen-p-n- 45 Kollektorstrom, d. h., die Basisspannungen und auch Schicht-Transistor. Eine Batterie 51 versorgt Kollek- ji_e Kollektorspannungen der drei Transistoren sind tor und Basis mit im wesentlichen demselben Poten- i_m wesentichen dieselben. Bei einer solchen Anordtial über zwei Transformatorwicklungen 53 bzw. 54. _nung j_st nämlich, da der Kollektor jedes Transistors Eingangssignale an den zwei Anschlüssen 56 und 57 unmittelbar mit der Basis des nächsten Transistors werden der Basis über den Transformator 58, 54 zu- 50 verbunden ist, die Kollektorspannung jedes Trangeführt. Verstärkte Ausgangssignale werden den An- sistors zwangläufig gleich der Basisspannung des Schlüssen 60 und 61 über den Transformator 53, 62 folgenden Transistors. Durch zweckmäßige Wahl der zugeführt. Da dasselbe Speisepotential sowohl an der Speisespannung B— und der der Basis des ersten Basis als auch am Kollektor liegt, sind zusätzliche Transistors zugeführten Vorspannung werden KoI-Vorspannungen erzeugende Teile überflüssig. 55 lektor- und Basisspannung jedes Transistors in den

Bei dem in Fig. 2 dargestellten dreistufigen line- linearen wirksamen Bereich gebracht. Die ganze Anaren direkt gekoppelten Verstärker ist neben der Ver- Ordnung arbeitet dann als ein linearer direkt geeinfachung der Vorspannungsversorgung eine ein- koppelter Verstärker mit verhältnismäßig großer Verfache direkte Kopplung der einzelnen Verstärker- Stärkung und Bandbreite.

stufen erzielt. Der Verstärker enthält drei Tran- 60 Dj_e notwendigen Eigenschaften der für die Schalsistoren 10, 11 und 12, nur zwei an die Verbindungen tung nach der Erfindung verwendeten Transistoren zwischen den Stufen geschaltete Widerstände 13 und und die Art der Einstellung der Schaltung sind aus 14 (im folgenden »Zwischenwiderstände« genannt), den folgenden Betrachtungen ersichtlich. Bisher beeinen Widerstand 15 in der Eingangsstufe, einen _stand die Ansicht, daß Transistoren nahezu einen Widerstand 16 in der Ausgangsstuf e und eine mit B— 65 Kurzschluß zwischen Basis und Emitter im Vergleich bezeichnete Speisespannungsquelle. Der Emitter jedes _zu dem verhältnismäßig hohen Widerstand des KoI-Transistors ist unmittelbar mit einem als Erde dar- lektors darstellen. Das ist tatsächlich auch bei den gestellten Bezugsspannungspunkt verbunden. Der bisher verwendeten Arten von Transistoren, insbeson-Kollektor des Transistors 10 ist unmittelbar mit der dere bei der Mehrzahl der im Handel verfügbaren Basis des Transistors 11 und der Kollektor des Tran- 70 Transistoren, der Fall. Eine unmittelbare Kopplung

von solchen Transistoren gleichen.Leitfähigkeitstyps zur linearen Verstärkung ohne besondere Vorspatinungskreise war daher, wie bei Schaltungen mit Elektronenröhren, unmöglich.

Die Erfinder haben jedoch gefunden, daß die Basis-Emitter-Spannung bei bestimmten Transistortypen verhältnismäßig hoch und tatsächlich so hoch sein kann, daß der normale Arbeitsbereich der Basisspannungen Werte einschließt, die, verwendet als Kollektorspannung, zu einer linearen Verstärkung iq führen. Ferner verstärkt ein Transistor, dem diese Spannungswerte als Basis- und Kollektorspannung zugeführt werden, selbst dann, wenn sein Kollektor nicht in Sperrichtung gegenüber der Basis vorgespannt ist, was man bisher als notwendig ansah. Die Erfinder haben festgestellt, daß bei der von ihnen vorzugsweise verwendeten Transistortype der Kollektor sogar im wesentlichen in Flußrichtung gegenüber der Basis vorgespannt sein kann und daß trotzdem eine lineare Verstärkung erzielt wird. go

Die Art der Kennlinien eines Transistors der nach der Erfindung bevorzugt verwendeten Bauart ist in Fig. 3 dargestelt. Die Kurven sollen jedoch nur zur Veranschaulichung dienen und nicht Darstellungen der exakten Strom- und Spannungswerte irgendeines speziellen Transistors sein. Es handet sich bei diesem Beispiel um Kennlinien eines Oberflächen-p-n-Schicht-Transistors. Der spezielle Transistor, dessen Kennlinien abgebildet sind, enthält Germanium des N-Typs von etwa 1 Ohm · cm spezifischen Widerstand als Basismaterial und Emitter- und Kollektorkontakte aus Indium, die im wesentlichen kreisförmig sind, Durchmesser von etwa 0,004 bzw. 0,007 Zoll (0,1 bzw. 0,18 mm) aufweisen und deren im wesentlichen parallel einander gegenüberstehende Flächen gegeneinander einen Abstand von 0,0002 Zoll (0,005 mm) haben. Die in Fig. 3 nach unten verlaufenden und mit den Zahlen —50, —100, —150 usw. bezeichneten Linien sind die sogenannten Kollektorkennlinien des Transistors, die sich durch Auftragen der Änderung der Kollektorspannung mit dem Kollektorstrom für verschiedene feste Werte des Basisstromes ergeben. Die annähernd waagerecht verlaufenden Linien sind die sogenannten Basiskennlinien des Transistors und geben an, wie sich die Basisspannung beim Durchlaufen der Kollektorkenelinien ändert. In Fig. 3 stellt also die Ordinate die Kollektorspannung bzw, die Basisspannung des Transistors in Volt dar, während die Abszisse den entsprechenden Kollektorstrom in Milliampere darstellt. Die erste Kollektorspannungskurve links neben der Ordinatenachse ist mit Null bezeichnet und wird bei einem Basisstrom von ΟμΑ ■erhalten. Die sich links anschließenden Kollektorkur-Yen entsprechen Zunahmen des Basisstromes um je -50μΑ.

Auch die Basisspannungskennlinien ergeben eine Kurvenschar, von denen jede Kurve einem der zur Erzeugung der KoHektorkennlinien verwendeten Basisstromwerte entspricht. Zum Beispiel wird die unterste Basisspannungskurve, die sich auch am weitesten nach links erstreckt und unmittelbar oberhalb des senkrechten Teiles der Kollektorspannungskurve für —300μΑ endet, mit — 300μΑ Basisstrom erzeugt. Die Basisspannungskurven für nach und nach abnehmende Basisstromwerte liegen zunehmend höher im Schaubild und enden in jedem Falle unmittelbar oberhalb des senkrechten Teiles der Kollektorkennlinie, die für denselben Basisstromwert erhalten wird.

Durch Auftragen der Kollektor- und Basiskennlinien in dieser Weise in demselben Schaubild und gegen dieselbe KoUektorstromstela ist leight feststellbar, ob ein Transistor die zur Verwendung Ln einem linearen direkt gekoppelten Verstärker nach, der Erfindung (z. B, des Verstärkers nach Fig, 1 oder 2) erwünschten Eigenschaften aufweist oder nicht.

Der Arbeitsbereich von Basisspannungen des Transistors liegt zwischen Null und der negativen Spannung der untersten Basisspannungskgnnlinie, Die unterste in dem Schaubild dargestellte Kurve ist nicht notwendigerweise identisch mit der untersten Kurve, die bei diesem Transistor erzielbar ist. Die Basis-Spannungskurven liegen aber zunehmend dichter bei' einander, je weiter sie nach unten in Richtung negativer Spannung fortschreiten. Der Basisstrom muß daher äußerst stark zunehmen, damit die Basisspannung wesentlich unter den in Fig, 3 gezeigten untersten Wert gesenkt wird· Solche extrem starken Ströme sind sowohl durch die Leistung und die etromsteuern-den Eigenschaften dee Transistors als aueh durch Minoritätsträgersättigung begrenzt, Der in der Zeichnung dargestellte Basisspannungsbereieh isst daher für den vorliegenden Zweck typisch und ausreichend.

Demgemäß zeigen die in Fig. 3 dargestellten Basisspannungskurven des Transistors, d_aß Basisspannungen von —0,2 bis —0,25 V ohne weiteres mit Basisströmen von weniger als —300 μΑ und Kollektorströmen von weniger als —3 mA erzielt werden. Gleichzeitig zeigen die Kollektorkennijnjeji, daß der Kollektorstrom des Transistor? bei —0,2 V unterhalb des Kniekes oder der Biegung der KollektorstromketJiilinien einen im wesentlichen linearen Bereich hat. Bei dieser Art Transistor ist der Arbeitsbereich der Basisspannungen ausreichend groß, so daß Werte eingeschlossen werden, die zur Vorspannung des Kollektors eines gleichartigen Transistors innerhalb seines linearen Bereiches geeignet sind. Dieser Zustand wird dadurch angedeatet, daß die Basisspannungskurven durch lineare Teile der Koliektorkennlmien hindurchlaufen.

Die entsprechenden Beziehungen für einen typischen Transistor mit gezogener Grenzschicht und für einen typischen Germaniumtransistor mit legierter Grenzschicht sind in Fig. 4 bzw. 5 dargestellt. Der Transistor mit gezogener Grenzschicht, dessen Kennlinien in Fig. 4 dargestellt sind, gehört zum NPN-Typ. Die Vorzeichen der Ordinate -und der Abszisse sind daher gegenüber denen der Fig. 3 umgekehrt. Außerdem sind die einzelnes Kurvenscharen für die Kollektorwie auch für die Basisspannungen für Zunahmen von 5 μΑ statt 50 μΑ aufgetragen. Bei den Kennlinien nach Fig. 4 handelt es sich allerdings um Zunahmen positiver Ströme. In jeder anderen Hinsicht haben Ordinate und Abszissen der Fig. 4 und 5 jedoch dieselben Werte wie diejenigen der Fig, 3,

Aus Fig. 4 ist ersichtlich, daß die Basisspannungskurven des Transistors mit gezogener Grenzschicht die KoHektorkennlinien nur in dem stark nichtlinearen Bereich schneiden und daß bei Versuchen, die Basisspannung über 0,15 V zu steigern, ein übermäßig großer Strom -auftritt, ohne daß Basisspannungen innerhalb des linearem Bereiches der Kollektorspannungen dieses Transistors auftreten. Bei dem Germaniumtransistor mit legierter Grenzschicht, dessen Kennlinien in Fig. 5 dargestellt sind, nähert sich die Basisspanntang schon eher dem Zustand, der eine lineare Arbeitsweise gestattet, jedoch schneiden die Basisspannungskurven immer noch die Kollektorkennlinien in einem Bereich starker Krümmung. Ein derartiger Transistor ist daher für eine lineare Arbeitsweise bei kleinen Signalen nicht geeignet.

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Daher stellt von den drei Arten von Transistoren, bereich ist nur durch die physikalischen Eigenschaften deren Kennlinien in Fig. 3, 4 und 5 abgebildet sind, der Transistoren begrenzt und erstreckt sich nach nur der Oberflächen-p-n-Schicht-Transistor mit den in oben bis mindestens 0,5 MHz, wodurch ein äußerst Fig. 3 abgebildeten Kennlinien einen Vertreter der- breiter Durchlaßbereich erzielt wird,
jenigen Gruppe dar, die zur Verwendung in linearen 5 Obwohl alle physikalischen Parameter eines Transi-Verstärkem der in Fig. 1 bzw. 2 dargestellten Bauart stors, die zu den gewünschten Eigenschaften beitragen, geeignet ist. Ein solcher Transistor weist einen Be- noch nicht vollständig bekannt sind, scheint es mindereich verhältnismäßig großer zulässiger Basisspannun- stens bei Oberflächen-p-n-Schicht-Transistoren notgen auf und hat Kollektorkennlinien, deren lineare wendig zu sein, daß die Sättigungsströme in Sperrich-Bereiche innerhalb des Bereiches von Spannungen 10 tung sowohl der Kollektor- wie der Emitter-Richtliegen, die der Basisspannung genau gleichen. Aus leiterstrecke gering sind. Ein geringer Sättigungsstrom diesem Grunde ist die Kollektorspannung eines sol- für die Emitter-Richtleiterstrecke hat bei einer gechen Transistors als Basisspannung eines mit diesem gebenen Begrenzung des maximalen Basisstromes direkt gekoppelten anderen Transistors geeignet, und einen großen Bereich zulässiger Basisspannungen zur umgekehrt, während bei einem Transistor mit den in 15 Folge, während ein geringer Kollektorsättigungsstrom Fig. 4 oder 5 dargestellten Kennlinien die Grenzen des eine lineare Arbeitsweise bei verhältnismäßig geringen maximal zulässigen Basisstromes verhindern, daß der Kollektorspannungen ermöglicht.
Arbeitsbereich der Basisspannung in die linearen Obwohl es bei Direktkopplung nicht erforderlich Teile der Kollektorkennlinien hineinreicht. Es ist ist, daß im Arbeitsbereich die beste Basisspannungsdaher keine einzige Spannung sowohl für den Kollek- ₂o linearität erzielt wird, scheint es zweckmäßig zu sein, tor als auch für die Basis geeignet. daß die Stromverstärkung des Transistors in Sperr-

Der Kollektor eines Transistors dieser ausgewähl- richtung verhältnismäßig hoch ist. Typische Werte ten Bauart kann somit in dem linearen Bereich des für diese Parameter bei dem obenerwähnten Ober-Transistors betrieben werden, wenn die Kollektor- flächen-p-n-Schicht-Transistor sind folgende: Emitterspannung gleich der Basisspannung oder sogar kleiner 25 Sättigungsstrom in Sperrichtung 0,2 μΑ, Kollektorais diese ist. In diesem Zustand liegt der Kollektor an Sättigungsstrom in Sperrichtung 0,4 μΑ und Stromder Vorspannung Null oder ist gegenüber der Basis verstärkung in Sperrichtung 0,8. Jedoch kann in jedem in Flußrichtung vorgespannt. Bei Kenntnis dieser Falle das Vorhandensein der wesentlichen für den Eigenschaften ist die Arbeitsweise der in Fig. 1 und 2 Betrieb nach der Erfindung erforderlichen Eigendargestellten Schaltungen leichter verständlich. ₃₀ schäften mit Hilfe der oben beschriebenen Kennlinien

Als Beispiel für die Bemessung der Schaltung nach des Transistors bestimmt werden.

Fig. 2 seien folgende Werte angegeben: Für die Da Transistoren der beschriebenen Art in linearer Widerstände 13 und 14 je 2,7 kOhm. Der Widerstand Arbeitsweise mit hoher Verstärkung betrieben werden 16 kann denselben Wert wie die Widerstände 13 können, wenn Basis und Kollektor dasselbe Potential und 14 haben. Um jedoch größere Amplituden von 35 haben, können so viele identische Stufen, wie erforder-StromSchwankungen zu ermöglichen, ist dem Wider- lieh sind, in Kaskade geschaltet werden. Dabei wird stand 16 vorzugsweise ein kleinerer Wert, z. B. eine einzige Speisespannungsquelle mit niedriger 1,5 kOhm, zu geben. Unter der Annahme, daß das Spannung verwendet. Da ferner eine befriedigende Eingangssignal aus einer Quelle mit hohem Wider- Arbeitsweise auch erzielt wird, wenn der Kollektor stand zugeführt wird und daß der Transistor 10 eine 40 gegenüber der Basis wesentlich in Flußrichtung vortypische Kollektor-Basis-Stromverstärkung von etwa gespannt ist, ist eine genaue Übereinstimmung der 30 liefert, kann der Eingangswiderstand 15 etwa Stufen nicht erforderlich, und es sind daher übliche 82 kOhm haben. Bei Verwendung von Oberflächen- Abweichungen der Werte der Schaltungsteile zulässig. p-n-Schicht-Transistoren der oben beschriebenen Art Deswegen können auch die Emitter einer begrenzten mit Kennlinien der in Fig. 3 dargestellten Form und 45 Zahl aufeinanderfolgender Stufen progressiv stärker bei einer Speisespannung von —1,5 V können die in Flußrichtung vorgespannt sein. Dies kann durch Kollektor- und die Basisspannungen der Transistoren Zwischenstufenwiderstände mit progressiv wachsen-10 und 11 je etwa —0,18 V betragen, während der den Werten oder durch Hinzufügen von Emitter-Kollektor des Transistors 12 an einer Spannung von widerständen progressiv wachsender Werte erreicht etwa —0.75 V liegt. Unter diesen Umständen ist jeder 50 werden. Diese Maßnahme kann z. B. zur Verbesserung der drei Transistoren mit —0,18 V am Kollektor der Verstärkung angewendet werden, wenn die Quelle innerhalb eines linearen Teiles seiner Kollektorkenn- der Eingangssignale eine geringe Impedanz hat.
linie vorgespannt, während seine Basis bei demselben Eine spezielle praktische Anwendung der Erfindung Potential innerhalb ihres normalen Betriebsspannungs- ist in Fig. 6 dargestellt. Es handelt sich um die vollbereiches liegt. Die drei Emitter liegen in diesem Falle 55 ständige Schaltung eines Transistorhörgerätes mit auf demselben Potential, nämlich Erde. Bei diesen einer breitbandigen Verstärkung zwischen Mikrophon Werten kann eine Signalschwankung mit einer Ampli- und Kopfhörer von etwa 66 db mit Klangregler, tude in der Größenordnung von 0,70 V zwischen den Lautstärkerregler, Ein-Aus-Schalter und Temperatur-Ausgangsklemmen 22 und 23 unter dem Einfluß von stabilisation. Zum Betrieb ist nur ein Strom von Eingangssignalen erzeugt werden, welche an den 60 2,1 mA aus einer Spannungsquelle von —1,5 V erfor-Klemmen 20 und 21 mit Amplituden der Größenord- derlich. Der Durchlaßbereich der Schaltung erstreckt tiung: von 0,35 mY auftreten. Das bedeutet eine durch- sich von weniger als 50 Hz bis etwa 0,5 MHz, abgeschnittliche Verstärkung von annähernd 22 db je Stufe sehen von den Mikrophon- und Kopfhörerkennlinien, für diese spezielle Anordnung. Selbstverständlich Die Hauptbestandteile der Schaltung sind drei in können lurch Verwendung von Transistoren mit 65 Kaskade geschaltelte Transistoren 30, 31 und 32 mit Stromverstärkungen von mehr als 30 entsprechend geerdetem Emitter. Jeder von ihnen ist ein Obergrößere Gesamtverstärkungen erzielt werden. Ferner flächen-p-n-Schicht-Transistor mit einem niedrigen erstreckt sich, da eine direkte Kopplung verwendet Sättigungsstrom in Sperrichtung in der Größenordwird, der Bereich der niedrigen Frequenzen des Ver- nung von 0,3 μΑ sowohl für die Emitter- wie für die stärkers nach unten bis OHz. Der Hochfrequenz- 70 Kollektor-Richtleiterstrecke und einer Stromverstär-

Claims (9)

kung von etwa 0,97 oder mehr. Die Kollektoren der Transistoren 30 bzw. 31 sind unmittelbar mit den Basen der Transistoren 31 bzw. 32 gekoppelt, über einen festen Widerstand 34 bzw. einen Widerstand 35 mit veränderbarer Anzapfung mit einer negatives Potential B— führenden Speiseleitung 36 verbunden. Ein Kondensator 37 ist zwischen Erde und die veränderbare Anzapfung des Widerstandes 35 eingeschaltet, wodurch eine selektive Dämpfung von hochfrequenten Signalkomponenten und damit eine Klangregelung durch Verschiebung der Anzapfung ermöglicht wird. Der Kollektor des Ausgangstransistors 32 ist mit der Speiseleitung 36 über einen Kopfhörer 38 verbunden. Der Widerstand des Kopfhörers 38 bestimmt daher in erster Linie den Arbeitspunkt des Kollektorstromkreises der Endstufe. Das negative Potential wird der Speiseleitung 36 aus einer Batterie 39 über einen einpoligen Schalter 40 zugeführt. Die Vorspannung für die Basis des ersten Transistors 30 wird durch eine temperaturkompensierende Rückkopplungsleitung vom Kollektor des Endtransistors 32 über einen unveränderlichen Rückkopplungswiderstand 42 und einen Widerstand 43 mit veränderbarer Anzapfung zugeführt, an der das Basispotential für den Transistor 30 abgegriffen wird. Eine solche Temperaturkompensation ist bei vielen wirtschaftlichen Anwendungen erforderlich, wenn Germaniumtransistoren verwendet werden, erübrigt sich jedoch bei Verwendung von Siliziumtransistoren. Ein Mikrophon 44 ist parallel zu dem Widerstand 43 geschaltet, und ein Kondensator 45 liegt zwischen Erde und der Verbindung zwischen den Widerständen 42 und 43. Durch Verschiebung der Anzapfung des Widerstandes 43 wird die Lautstärke geregelt. Verstärker unter Ausnutzung des Erfindungsgedankens können z. B. auch Transistoren mit P-Basen an Stelle der dargestellten Transistoren bei entsprechender Umkehr der Polaritäten des Speisepotentials verwenden. Ferner brauchen beispielsweise, wie aus Fig. 1 hervorgeht, die Kopplungselemente zwischen den Stufen nicht reine Widerstände zu sein, sondern können auch Blindwiderstandskomponenten enthalten. Schließlich kann außer den obenerwähnten jede Transistortype verwendet werden, welche die in Rede stehenden elektrischen Eigenschaften aufweist. Zum Beispiel hat es den Anschein, daß Germaniumtransistoren mit legierter Grenzschicht den gewünschten Eigenschaften nahekommen, wenn sie in der Weise verbessert werden, daß die Sättigungsströme in Sperrrichtung ihrer Emitter- und Kollektor-Richtleitei strecken verringert werden. Es ist daher möglich, daß solche Transistoren im Zuge dieser Verbesserungen allgemein anwendbar werden. P \ r ι; χ r λ N; s ρ R ü c η ε - 55

1. Lineare Transistorverstärkerstufe in Emitterschaltung, dadurch gekennzeichnet, daß Kollektor und Basis eines Transistors, der in Sperrichtung der Emitter-Basis-Strecke nur einen geringen Sättigungsstrom aufweist, an derselben Vorspannung liegen oder daß der Kollektor gegenüber der Basis etwas in Flußrichtung vorgespannt ist, während die Basis auf einen zwischen Sperr- und Sättigungszustand liegenden Arbeitspunkt im Bereich linearer Verstärkung vorgespannt ist (Fig. 1).

2. Verstärkerstufe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sättigungsstrom der Emitter-Basis-Strecke in Sperrichtung kleiner als etwa 1 Mikroampere ist.

3. Linearer mehrstufiger Transistorverstärker mit Stufen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Transistoren von gleichem Leitfähigkeitstyp sind und daß bei mindestens einem Transistor Kollektor und Basis an derselben Vorspannung liegen oder der Kollektor gegenüber der Basis in Flußrichtung vorgespannt ist (Fig. 2, Fig. 6).

4. Verstärker nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Emitter von zwei oder mehreren Transistoren im wesentlichen an derselben Spannung liegen und der Kollektor mindestens eines der Transistoren mit der Basis des folgenden Transistors direkt gekoppelt ist.

5. Mehrstufiger direkt gekoppelter Verstärker nach einem der Ansprüche 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Emitter sämtlich auf gleichem Potential (insbesondere an Masse) liegen, daß der Basis des Eingangstransistors, dem Kollektor des Ausgangstransistors sowie den unmittelbar miteinander verbundenen Kollektor- und Basiselektroden der übrigen Transistoren die notwendigen Vorspannungen aus einer einzigen Speisespannungsquelle über je einen Widerstand zugeführt werden und daß wenigstens in der zweiten und den weiteren Stufen Transistoren verwendet sind, deren Emitter-Basis-Strecke in Sperrichtung einen geringen Sättigungsstrom aufweist (Fig. 2).

6. Verstärker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich Mittel zur Vorspannung der Basis des ersten Transistors innerhalb ihres aktiven Steuerbereiches zwischen den Zuständen der Sperrung des Kollektorstromes und der Minoritätsträgersättigung vorgesehen sind.

7. Verstärker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch6, dadurch gekennzeichnet, daß das Potential der Basis des ersten Transistors durch das Eingangssignal innerhalb des aktiven Bereiches seiner Basisspannungen geändert wird.

8. Verstärkerstufe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine einzige Speisespannungsquelle über eine Impedanz von verhältnismäßig geringem ohmschem Widerstand, der dieEingangssignale zugeführt werden, mit der Basis sowie über eine zweite Impedanz von ebenfalls verhältnismäßig geringem ohmschem Widerstand, der die Ausgangssignale entnommen werden, mit dem Kollektor des Transistors verbunden ist (Fig. 1).

9. Verstärker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach den Ansprüchen 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich eine Gegenkopplung (42) zur Stabilisierung des Arbeitspunktes der Transistoren vorgesehen ist (Fig. 6).

In Betracht gezogene Druckschriften:
R. F. Shea, »Principles of Transistor Circuits«,

1953, S. 164;
»Electrical Engineering«, 1953, November-Heft,

S. 962.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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