DE1140978B - Tonfrequenzbverstaerker mit zwei im Gegentakt geschalteten Transistoren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Tonfrequenzverstärker mit zwei im Gegentakt geschalteten Transistoren gleichen Leitfähigkeitstyps mit einer mit einer Mittelanzapfung versehenen Lautsprecherspule verhältnismäßig hoher Impedanz, deren Enden direkt mit den Kollektorelektroden verbunden sind.

Transistorgegentaktschaltungen mit Transistoren verschiedenen Leitungstyps haben den Vorteil, daß kein Eingangs- und Ausgangstransformator benötigt wird, so daß sich sehr einfache Schaltungsanordnungen ergeben. Andererseits ist es sehr schwierig, zwei komplementäre Transistoren mit gut aufeinander abgeglichenen Kennlinien zu erzeugen, so daß sich die Anwendung komplementärer Gegentaktschaltungen in billigen Geräten aus wirtschaftlichen Gründen verbietet.

Gegentaktverstärkerschaltungen mit zwei Transistoren gleichen Leitfähigkeitstyps erfordern im allgemeinen einen Eingangstransformator und einen Ausgangstransformator. Es ist zwar bereits bekannt, bei Tonfrequenz-Endverstärkern eine relativ hochohmige Lautsprecherschwingspule zu verwenden, die direkt an die Kollektorelektroden der beiden im Gegentakt geschalteten Transistoren gleichen Leitungstyps angeschlossen ist. Bei solchen Schaltungsanordnungen wurde bisher eine Arbeitspunktstabilisierung der Transistoren durch Gegenkopplungsmaßnahmen als unmöglich erachtet, so daß kostspieligere Stabilisierungsschaltungen verwendet werden mußten.

Zur Stabilisierung des Arbeitspunktes von Transistoren sind verschiedene Maßnahmen bekannt. Bei einer bekannten Niederfrequenzendstufe, die eine direkt an die Kollektorelektroden angeschlossene, mit einer Mittelanzapfung versehene Lautsprecherspule verhältnismäßig hohen Widerstandes enthält, ist zur Arbeitspunktstabilisierung zwischen einen Mittelangriff einer an die Emitterelektroden angeschlossenen Sekundärwicklung eines Eingangstransformators und die mit Masse verbundenen Emitterelektroden dieser Transistoren ein von einem normalen Widerstand überbrückter NTC-Widerstand geschaltet. NTC-Widerstände sind jedoch verhältnismäßig teuer, besonders wenn enge Toleranzen gefordert werden müssen, damit sich der richtige Arbeitspunkt einstellt und die Endstufe nicht verzerrt. Eine andere bekannte Gegentaktstufe mit zwei Transistoren gleichen Leitfähigkeitstyps und Eingangs- sowie Ausgangstransformator enthält zur Stabilisierung der Transistoren einen Widerstand zwischen dem Kollektoranschluß und dem Basisanschluß der jeweiligen Transistoren. Hier liegen jedoch ganz andere Impedanzverhältnisse Tonfrequenzverstärker

mit zwei im Gegentakt geschalteten

Transistoren

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 28. Mai 1958 (Nr. 738 446)

John Bernard Schultz, Folcroft, Pa. (V. St. A.),
ist als Erfinder genannt worden

vor als bei Gegentaktstufen ohne Ausgangstransformator.

Es ist außerdem eine Gegentaktverstärkerstufe mit zwei Transistoren gleichen Leitfähigkeitstyps und direkt an die Kollektorelektroden angeschlossener Lautsprecherschwingspule mit Mittelanzapfung bekannt, bei der die Betriebsspannungsquelle direkt zwischen die Mittelanzapfung der Lautsprecherspule und eine Mittelanzapfung eines Eingangstransformators geschaltet ist. Diese Schaltungsanordnung enthält jedoch keinerlei Stabilisierungsmaßnahmen und ist daher für die Praxis unbrauchbar.

Durch die Erfindung soll nun ein Gegentaktverstärker mit zwei Transistoren gleichen Leitfähigkeitstyps und ohne Ausgangstransformator angegeben werden, der einfach im Aufbau und zuverlässig im Betrieb ist. Die Betriebsspannungen sollen dabei direkt von den Spannungsschwankungen an der Lautsprecherspule stabilisiert werden, ohne daß irgendwelche zusätzlichen Kompensationselemente nötig wären. Hierdurch wird eine Stabilisierung der Arbeitspunkte der Transistoren mit einem minimalen Aufwand erreicht.

Ein Tonfrequenzverstärker mit zwei im Gegentakt geschalteten Transistoren ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Kollektorelektroden über Gegenkopplungswiderstände mit dem Mittelabgriff der Sekundärwicklung des Eingangstransforma-

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tors verbunden sind, daß der Mittelabgriff außerdem nur mit dem als Gleichstromgegenkopplungswiderstand bemessenen, an die Emitterelektroden angeschlossenen Widerstand verbunden ist, dessen Widerstandswert so groß bemessen ist, daß die durch die Kollektorwechselspannungen verursachten Schwankungen der Emitter-Basis-Spannung genügend verringert werden, und daß die Summe der Eingangswiderstände der Transistoren und der Wechselstromimpedanz der Sekundärwicklung groß gegenüber dem Widerstandswert des Gegenkopplungswiderstandes ist.

Bei dieser Schaltungsanordnung werden Temperatureinflüsse und Einflüsse der Speisespannung weitgehend verringert, ohne daß zur Kompensation teure Schaltungselemente, wie Thermistoren oder Halbleiterdioden, benötigt werden und ohne daß der Verstärkungsgrad der Schaltungsanordnung wie bei den üblichen Gegenkopplungsanordnungen nennenswert verringert wird.

Die Erfindung soll nun an Hand von zwei Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert werden.

Fig. 1 ist ein sehematisches Schaltbild eines Rundfunkempfängers mit einer Gegentaktausgangsstufe gemäß der Erfindung;

Fig. 2 ist ein Schaltbild einer anderen Ausführungsform einer solchen Gegentaktausgangsstufe.

In Fig. 1 bedeutet 8 eine Antenne, welche die empfangenen Signale einer Mischstufe 10 zuleitet. Diese Mischstufe 10 kann mittels eines einzigen Transistors sowohl eine örtliche Schwingung erzeugen als auch diese örtlich erzeugten Schwingungen mit dem empfangenen Hochfrequenzsignal mischen oder kann auch mit getrennten Transistoren zur Schwingungserzeugung und zur Mischung arbeiten. Vor der Mischstufe können ferner getrennte Hochfrequenzverstärkerstufen liegen. Die in der Stufe 10 gewonnene Zwischenfrequenz wird einem Zwischenfrequenzverstärker 12 zugeführt. Die verstärkte Zwischenfrequenz gelangt an einen zweiten Detektor 14, welcher seinerseits die Tonfrequenz liefert. Diese Tonfrequenzspannung liegt an der Basiselektrode 22 eines Tonfrequenztransistors 16, der als Treiberstufe arbeitet. Der Transistor 16 kann ein Flächentransistor P-N-P sein und hat einen Kollektor 18 und einen Emitter 20.

Zur Gewinnung der Betriebsspannungen für den Transistor 16 ist sein Emitter 20 über einen Gegenkopplungswiderstand 24 an die positive Klemme einer Gleichspannungsbatterie 26 angeschlossen, deren negative Klemme geerdet ist. Eine Gegenkopplung des Signals an dem Stabilisierungswiderstand 24 wird durch einen parallel zum Widerstand 24 geschalteten Kondensator 28 verhindert. Ein Widerstand 30 liegt zwischen der Basiselektrode 22 und Erde. Der Kollektor 18, d. h. die Ausgangselektrode des Transistors 16, liegt über die Primärwicklung 31 eines Kopplungstransformators 32 an Erde. Die Sekundärwicklung dieses Transformators ist mit 33 bezeichnet.

Die eine Klemme dieser Sekundärwicklung 33 liegt an der Basiselektrode 40 des einen Transistors 34, während die andere Klemme der Sekundärwicklung mit der Basiselektrode 48 des zweiten Transistors 42 verbunden ist. Diese beiden Transistoren gehören zum Gegentaktverstärker. Beide Transistoren arbeiten in B-Schaltung und sind P-N-P-Flächentransistoren. Der Transistor 34 besitzt einen Kollektor 36 und einen Emitter 38, während der Transistor 42 einen Kollektor 44 und einen Emitter 46 besitzt. Diese beiden Emitter sind an die positive Klemme einer Batterie 26 angeschlossen.

Die Kollektoren der beiden Transistoren liegen an den Klemmen der in ihrer Mitte angezapften Lautsprecherspule 50 des Lautsprechers 51. Die Mittelanzapfung dieser Spule liegt an Erde. Zur Ausschaltung höherer Signalfrequenzen und zur Vermeidung der entsprechenden Verzerrungen ist die Lautsprechero spule 50 durch einen Kondensator 52 überbrückt. Die Emitter 38 und 46 sind über einen Widerstand 54 mit einer Mittelanzapfung der Sekundärwicklung 33 des Kopplungstransformators 32 verbunden. Zur Stabilisierung des Arbeitspunktes der Schaltung sind die Kollektoren 36 und 44 über Widerstände 56 und 58 ebenfalls mit der Mittelanzapfung der Sekundärwicklung 33 verbunden.

Im Betrieb ist das Signal an der Basiselektrode 40 des Transistors 34 jederzeit von gleicher Amplitude, jedoch von entgegengesetzter Phasenlage als das Signal an der Basiselektrode 48 des anderen Transistors. Wenn beispielsweise das Signal an der Basiselektrode 40 negativ ist, so führt der Transistor 34 Strom, und es fließt daher ein Signalstrom vom Kollektor 36 über die linke Hälfte 50 a der Lautsprecherspule 50 nach Erde. Der andere Transistor 48 ist während dieser Zeit nichtleitend, führt jedoch in der nächsten Halbwelle Strom, d. h. während derjenigen Halbwelle, während welcher das Signal an der Basiselektrode 48 negativ ist. Der Transistor 42 liefert also dann Strom über die rechte Hälfte 50 b der Lautsprecherspule 50. Der Transistor 34 ist während dieser Stromlieferung stromlos. In der Spule 50 fließt somit ein Gegentaktausgangsstrom. Während also an den beiden Transistoren eine Gleichspannung liegt, heben die Gleichströme in den beiden Hälften der Spule 50 sich auf, so daß sie insgesamt keine Magnetisierungswirkung hervorrufen.

Der Kollektorgleichstrom jedes Transistors ruft einen Spannungsabfall an dem Widerstand jeder Spulenhälfte hervor. Diese Spannungsabfälle dienen dazu, den Ruhearbeitspunkt der Schaltung zu stabilisieren. Wenn man beispielsweise annimmt, daß der Kollektorstrom des Transistors 34 aus irgendeinem Grunde zunimmt, beispielsweise wegen einer Zunahme der Umgebungstemperatur, wegen des Austausches des Transistors gegen einen neuen Transistor mit etwas anderen Eigenschaften oder wegen einer Änderung der Batteriespannung, so erzeugt der erhöhte Kollektorstrom einen Spannungsabfall an dem Widerstand der Lautsprecherspule 50 zwischen dem Kollektor 36 und Erde, so daß die Spannung am Kollektor 36 etwas negativer wird. Eine Zunahme des Kollektorstroms des Transistors 34 führt also zu einer Abnahme der Kollektorspannung, so daß sich über den Widerstand 56 und die obere Hälfte der Sekundärwicklung 33 auch die Spannung an der Basiselektrode 40 vermindert. Die zwischen Basiselektrode und Emitter des Transistors 34 liegende Spannung nimmt also ebenfalls ab, so daß der Kollektorstrom dieses Transistors vermindert wird. Die ursprünglich vorausgesetzte Zunahme des Kollektorstroms dieses Transistors wird also durch die erwähnte Gegenkopplung zum Teil wiederaufgehoben.

Gleichzeitig tritt aber nur eine sehr geringe Signalgegenkopplung an der Basiselektrode der beiden Transistoren auf. Dies erklärt sich daraus, daß der Widerstand 54 verhältnismäßig klein gewählt wird,

nämlich klein im Vergleich zu den Eingangswiderständen der Transistoren zuzüglich des Widerstandes der Transformatorsekundärwicklung 33.

Es ist außerdem zu beachten, daß der Widerstand 56 den Arbeitspunkt des Transistors 42 in ähnlicher Weise stabilisiert, wie der Transistor 34 gemäß den gegebenen Erklärungen stabilisiert wird. Auch wenn der Kollektorstrom eines der Transistoren abnehmen sollte, wird wegen des nunmehr geringergewordenen Spannungsabfalls an der betreffenden Lautsprecherspulenhälfte eine höhere Kollektorspannung auftreten. Hierdurch wird die Spannung zwischen Basiselektrode und Emitter des betreffenden Transistors erhöht und der Kollektorstrom somit wieder gesteigert, so daß die ursprünglich vorausgesetzte Abnahme des Kollektorstroms zum Teil wieder rückgängig gemacht wird. Durch die beschriebenen Stromzweige mit den Widerständen 56 und 58 wird also der Kollektorstrom einigermaßen konstant gehalten.

Mit den im folgenden angegebenen Schaltelementen wurde eine Ausgangsstufe eines Gegentaktverstärker in einem Rundfunkempfänger erfolgreich betrieben:

Transistoren 34, 42.. RCA 2 N 406

Batterie 26 4,5 Volt

Lautsprecherspule 50 Gesamtwiderstand 128 Ohm Widerstände

54,56,58 100 bzw. 5600 Ohm

Kondensator 52 0,5 Mikrofarad

Der in Fig. 2 dargestellte Gegentaktausgangsverstärker unterscheidet sich von demjenigen in Fig. 1 dadurch, daß die Transistoren 60 und 70 N-P-N-Flächentransistoren sind, d. h. daß sie den umgekehrten Leitungstyp besitzen als die Transistoren in Fig. 1. Ein weiterer Unterschied der Schaltung in Fig. 2 gegenüber derjenigen nach Fig. 1 besteht darin, daß die positive Klemme der Batterie 26 über die betreffende Hälfte der Spule 50 an dem Kollektor 62 und 72 liegt statt an dem Emitter jedes Transistors wie in Fig. 1. Die beiden Emitter 64 und 74 sind geerdet. Die beiden Basiselektroden 66 und 76 liegen wieder an den Klemmen der Sekundärspule 33. Die Schaltung in Fig. 2 arbeitet ähnlich wie die in Fig. 1, jedoch mit umgekehrten Spannungen.

Claims (2)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Tonfrequenzverstärker mit zwei im Gegentakt geschalteten Transistoren gleichen Leitfähig-

keitstyps mit einer mit einer Mittelanzapfung versehenen Lautsprecherspule verhältnismäßig hoher Impedanz, deren Enden direkt mit den Kollektorelektroden verbunden sind und deren Mittelanzapfung an einen Pol einer Betriebsspannungsquelle angeschlossen ist, deren anderer Pol mit den Emitterelektroden verbunden ist, mit einem Eingangstransformator mit einer einen Mitielabgriff aufweisenden Sekundärwicklung, deren Enden an die Basiselektroden der Transistoren angeschlossen sind, und mit einem zwischen den Mittelabgriff der Sekundärwicklung und die miteinander verbundenen Emitterelektroden geschalteten Widerstand, dadurch gekenn zeichnet, daß die Kollektorelektroden (36, 44 bzw. 62, 72) über Gegenkopplungswiderstände (56, 58) mit dem Mittelabgriff der Sekundärwicklung (33) des Eingangstransformators (32) verbunden sind, daß der Mittelabgriff außerdem nur mit dem als Gleichstromgegenkopplungswiderstand bemessenen, an die Emitterelektroden (38, 46 bzw. 64, 74) angeschlossenen Widerstand (54) verbunden ist, dessen Widerstandswert so groß bemessen ist, daß die durch die Kollektorwechselspannungen verursachten Schwankungen der Emitter-Basis-Spannung genügend verringert werden, und daß die Summe der Eingangswiderstände der Transistoren und der Wechselstromimpedanz der Sekundärwicklung groß gegenüber dem Widerstandswert des Gegenkopplungswiderstandes ist.

2. Tonfrequenzverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstandswert des zwischen den Mittelabgriff der Sekundärwicklung (33) und die Emitterelektroden (38, 46 bzw. 64, 74) geschalteten Widerstandes (54) größer ist als der Widerstandswert einer Hälfte (50 a oder 50 b) der Lautsprecherspule (50).

In Betracht gezogene Druckschriften:

Britische Patentschrift Nr. 777 203;
Jones und HiIb ο urne, »Transistor A. F. Ampifiers«, 1957, S. 112;

»Funkschau«, 1955, Heft 19, S. 422;
»Elektrotechnische Zeitschrift«, Ausg. A, 1954, Heft 18, S. 591 ff.;

»Electronics«, September 1955, S. 174;
»Radio Electronics«, Oktober 1956, S. 55.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen