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Impulsverstärkerschaltung mit Transistoren Es sind Impulsverstärkerschaltungen
mit Transistoren bekannt, bei denen die aufeinanderfolgenden Stufen derart miteinander
gekoppelt sind, daß die Steuerelektrode der folgenden Stufe gleichstrommäßig mit
der Ausgangselektrode der Vorstufe verbunden ist. Damit erreicht man unter anderem,
daß Amplitudenzustände beliebig langer Dauer verarbeitet werden können (untere Grenzfrequenz
gleich Null). Mit der in der bekannten Art durchgeführten Kopplung sind jedoch auch
Nachteile verbunden, die insbesondere durch die niedrige Eingangsimpedanz der Transistoren
bedingt sind.
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Als Beispiel sei der Fall betrachtet, daß die Basis des in Emitterschaltung
betriebenen Transistors einer Leistungsstufe durch eine bistabile Kippstufe in Emitterschaltung
angesteuert werden soll, bei welcher in üblicher Weise die Basen der beiden Transistoren
mit dem Abgriff eines zwischen dem Kollektor des jeweils anderen Transistors und
dem Bezugspotential liegenden Spannungsteilers verbunden sind. Der Kollektor eines
der beiden Transistoren (erster Transistor) stehe über einen weiteren Ohmschen Spannungsteiler
mit der Basis des Leistungstransistors (zweiter Transistor) in Verbindung. Wenn
der erste Transistor leitend ist, so ist die Spannung an seinem KoHektor infolge
des Spannungsabfalls am Kollektorwiderstand so niedrig, daß der zweite Transistor
gesperrt ist. Ist nun nach dem Kippen der andere Transistor leitend und der erste
gesperrt, dann steigt die Spannung am genannten Kollektor so weit an, daß über den
Kollektorwiderstand Strom über die Basis des zweiten Transistors fließt und dieser
dadurch leitend wird. Infolge der Stromverteilung zwischen den ebenfalls über den
Kollektorwiderstand gespeisten obenerwähnten Spannungsteilern und der Basis des
zweiten Transistors ist jedoch die an letzterer zur Verfügung stehende Steuerleistung
relativ klein. Ein weiterer Nachteil dieser Anordnung besteht darin, daß durch die
Belastung der Kippstufe mit dem Basisstrom der nachfolgenden Leistungsstufe die
Wirkungsweise der Kippstufe beeinflußt, insbesondere der von ihr erzeugte Impuls
verfonnt wird.
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Zur Frage der Leistungsanpassung ist noch zu bedenken, daß bei den
in der Transistor-Impulstechnik üblichen Schaltungen an der (unbelasteten) Ausgangsklemme
ein Spannungshub von etwa 10 V auftritt, während zur Aussteuerung der Basis
eines folgenden Transistors in Emitterschaltung ein Spannungshub von etwa
1 V, jedoch gegebenenfalls von größerer Stromstärke, benötigt wird.
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Die Erfindung hat eine Impulsverstärkerschaltung zum Gegenstand, bei
welcher die vorerwähnten Schwierigkeiten nicht auftreten. Diese Schaltungsanordnung
umfaßt einen ersten Transistor, der hinsichtlich der Lage seines Arbeitspunktes
zwei Betriebszustände einnehmen kann, und einen zweiten als Verstärker wirkenden
Transistor vom gleichen Leitfähigkeitstyp (pnp oder npn) in Emitterschaltung. Die
Besonderheit der Kopplung zwischen diesen beiden Transistoren besteht darin, daß
(bei Verwendung von pnp-Transistoren) die Basis des zweiten Transistors über einen
Widerstand mit einer negativen Betriebsspannung und über eine Diode mit der Ausgangselektrode
des ersten Transistors in Verbindung steht, wobei zwischen dem Emitter des zweiten
und dem gemeinsamen Bezugspotential der beiden Transistoren eine negative Vorspannung
solcher Größe wirksam ist, daß in dem einen Betriebszustand des ersten Transistors
dessen über die Diode und den Widerstand fließender Stromanteil am Widerstand einen
die Sperrung des zweiten Transistors bewirkenden Spannungsabfall hervorruft, während
in dem anderen Betriebszustand des ersten Transistors infolge höherer negativer
Spannung an seiner Ausgangselektrode die Diode sperrt, der Strom durch den Widerstand
über die Basis des zweiten Transistors fließt und dieser dadurch leitend ist.
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Die Eigenart der Wirkungsweise dieser Schaltung besteht also darin,
daß die die Kopplung zwischen dem ersten und dem zweiten Transistor vermittelnde
Diode, in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung des ersten Transistors, eine rückwirkungsfreie
Strornsteuerung des zweiten Transistors ermöglicht. Da der Steuerstrom (Basisstroira)
für den zweiten Transistor nur durch die Größe des obengenannten Widerstandes
bestimmt
wird, nicht aber durch Schaltungselemente, welche der den ersten Transistor enthaltenden
Stufe, angehören, läßt sich mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung eine wesentlich
größere Leistungsverstärkung erzielen als mit den bekannten Anordnungen. Der als
erster Transistor bezeichnete Transistor kann beispielsweise ähnlich wie im obenerwähnten
Fall zu einer Kippstufe gehören, er kann aber im Rahmen der Erfindung auch Bestandteil
irgendeiner anderen, hinsichtlich des zweiten Transistors als Vorstufe zu'betrachtenden
Schaltung sein.
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Die Wirkungsweise, der erfindungsgemäßen Transistorschaltung soll
nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert werden.
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Fig. 1 stellt das im wesentlichen vollständige Schaltbild eines
Ausführungsbeispiels dar; in Fig. 2 und 3 ist die Schaltung nach Fig.
1 schematisch vereinfacht.
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Diese beiden Figuren dienen zur Erklärung der Vorgänge, welche während
der beiden möglichen Betriebszustände der Transistoren dieses Ausführungsbeispiels
stattfinden. Zur Erhöhung der übersichtlichkeit ist hier der leitende Zustand eines
Transistors bzw. einer Diode durch Darstellung mit ausgefüllter Fläche, der gesperrte
Zustand durch bloße Umrandung angedeutet.
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Bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der im
Sinn der Erfindung als erster Transistor bezeichnete Transistor
1 Bestandteil einer bistabilen Kippstufe, während der als zweiter Transistor
bezeichnete Transistor 2 einer Leistungsstufe angehört. Die Kippstufe ist in üblicher
Weise aufgebaut und enthält außer dem Transistor 1 einen weiteren Transistor
3. Alle Transistoren mögen dem gleichen Leitfähigkeitstyp angehören, wobei
zur Erläuterung eine pnp-Dotierung angenommen sei. Dementsprechend sind in der Kippstufe,
die Kollektorwiderstände 4 und 5 mit dem negativen Pol einer Spannungsquelle
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verbunden, deren positiver Pol an Masse liegt, die hier das Bezugspotential
darstellt. Zwischen dem Kollektor jedes Transistors und dem Bezugspotential liegt
ein Spannungsteiler 7, 8 bzw. 9, 10, mit dessen Abgriff die Basis
des jeweils anderen Transistors verbunden ist. Zur Verbesserung der Flankensteilheit
des Ausgangssignals sind die Widerstände 7 und 9 in bekannter Weise
durch je einen Kondensator 11 bzw. 12 überbrückt. Die Emitter der
beiden Transistoren 1
und 3 sind miteinander verbunden und über einen
relativ kleinen, durch einen Kondensator 13 überbrückten Widerstand 14 nach
Masse (Bezugspotential) geführt. Das den Kippvorgang auslösende Eingangssignal wird
an eine Klemme 15 angelegt und über einen Kondensator 16 sowie zwei
Dioden 17 und 18
den Basen der Transistoren zugeführt, wobei zwischen
dem gemeinsamen Verbindungspunkt der Dioden und dem Bezugspotential ein Widerstand
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liegt.
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Gemäß der Erfindung steht die Basis des zweiten Transistors, also
des Transistors 2 der Leistungsstufe, über eine Diode 20 mit der Ausgangsklemme
21 des ersten Transistors 1 in Verbindung, die, an dessen Kollektor führt;
ferner ist diese Basis über einen Widerstand 22 mit einer negativen, von einer Spannungsquelle
23 gelieferten Betriebsspannung verbunden. Zwischen dem Emitter und dem Bezugspotential
liegt eine - Spannungsquelle 24, die dem Emitter eine negative Vorspannung
erteilt. Zwischen dem Kollektor und der Spannungsquelle 25 der Leistungsstufe
ist der Lastwiderstand, beispielsweise die ArbeitswicklÜng eines Relais
26, angeordnet.
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Die Widerstände dieses Ausführungsbeispiels können etwa folgende Werte
haben: 4 = 1 k, 5 = 3 k,
7=8k, 9=6k, 10=3k, 14=100k,
19=2k,
22 = 1,6 k, 26 = 40 k.
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In Fig. 2 ist der Fall angenommen, daß in der Kippstufe Transistor
1 leitend und Transistor 2 gesperrt ist. Zur Vereinfachung ist ferner vorausgesetzt,
daß die Betriebsspannungen an den den Spannungsquellen 6, 23 und
25 (Fig. 1) entsprechenden Klemmen gleich sind und gegenüber dem Bezugspotential
(Masse) - 10 V betragen. Die Vorspannung am Emitter des Transistors 2 betrage
- 2,5 V. Dann stellt sich am Kollektor des Transistors 1 eine Spannung
von etwa - 1 V ein, wobei die Diode 20 leitend ist und der Strom des Kollektors
des Transistors 1 teils über den Kollektorwiderstand 5, teils über
den Lastwiderstand 22 der Leistungsstufe fließt. Es ist leicht möglich, die Schaltung
so zu bemessen, daß mehr als 60,% des Kollektorstromes über den Widerstand 22 fließen.
Auf der der Basis des Transistors 2 zugewandten Seite der Diede 20 tritt eine Spannung
von etwa -1,8V auf, so daß Transistor 2 infolge der negativen Vorspannung
seines Emitters gesperrt ist.
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Wird nun die Kippstufe durch Zuführung eines Eingangsimpulses in den
anderen stabilen Betriebszustand gebracht, so wird gemäß Fig. 3 Transistor
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leitend, während Transistor 1 gesperrt ist. über den Kollektorwiderstand
des Transistors 1 fließt dann nur noch der Strom des Spannungsteilers
9, 10, so daß die Ausgangsspannung der Kippstufe etwa - 7 V beträgt.
Dadurch wird der Transistor 2 leitend und dann die Diode 20 durch Änderung der Basisspannung
auf etwa Emittervorspannung gesperrt; durch den Widerstand 22 fließt ein relativ
großer Strom über die Basis des Transistors 2, und der Lastwiderstand
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wird von einem entsprechend großen Strom durchflossen. Der Basisstrom wird
also nur durch den Wert des Widerstandes 22 bestimmt.
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Unter Annahme einer 40fachen Stromverstärkung des Transistors 2
kann dieser in der beschriebenen Schaltungsanordnung etwa den 25fachen Strom
der Kippstufe liefern, ohne deren Funktion zu behindern. Bei Anwendung einer Kopplung
gemäß den bisher bekannten Schaltungen würde man hingegen nur etwa den 10fachen
Strom der Kippstufe erzielen können.
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Selbstverständlich könnte der erste Transistor 1
auch Bestandteil
einer monostabilen oder astabilen Kippstufe sein oder, wie bereits erwähnt, zu einer
anderen, gegenüber dem Transistor 2 als Vorstufe zu betrachtenden Schaltung gehören.
Es ist ferner im Rahmen der Erfindung nicht erforderlich, daß die beiden Betriebszustände
des ersten Transistors als Sperrung und Sättigung auftreten. Wesentlich ist nur,
daß die Differenz der den beiden Betriebszuständen entsprechenden Ausgangsspannungen
des ersten Transistors genügend groß ist, um eine sichere Sperrung bzw. öffnung
der Diode 22 zu bewirken.