DE1447998A1

DE1447998A1 - Transistorverstaerker fuer Tonabnehmer

Info

Publication number: DE1447998A1
Application number: DE19651447998
Authority: DE
Inventors: Zuerker Siegfried Joseph
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1964-10-21
Filing date: 1965-10-15
Publication date: 1968-11-28
Also published as: US3446920A

Description

DIPL.-PHYS. F. ENDLICH βο34 unterpfaffenhofen 8. Oktober 1965

b. MÜNCHEN

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Anmelder: General Eleotrin Company, Sehenectady, New York, N.Y. USA

Transistorverstärker für Tonabnehmer

Diese Erfindung bezieht sich auf Plattenspielerverstärker, insbesondere auf Transistorverstärker für piezoelektrische Plattenspieler-Tonabnehmereinsätze.

Verschiedene Probleme tauchen auf in der Konstruktion von Transistorverstärkern für piezoelektrische Tonabnehmereinsätze. Zum Beispiel hat dieser Typ des Einsatzes eine relativ hohe Impedanz (typisch im Bereich von Megohm bei einer Frequenz von 100 Hz), während ein Transistor eine relativ kleine Impedanz hat (typisch um 1000 Ohm), so daß es ein Problem ist, die Impedanzanpassung so vorzunehmen, daß ein ordentlicher Tonfrequenzgang erreicht wird. Ein anderes Problem ist das unerwünschte Rauschen, das im Transistorverstärker erzeugt wird. Ein weiteres Problem bezüglich dieser Einsätze ist die Begrenzung der möglichen Länge des abgeschirmten Drahtes, der gewöhnlich den Einsatz und den Verstärker verbindet. Diese Abschirmung ist wegen der hohen Impedanz und der kleinen Amplitude des Ausgangssignals der Einrichtung notwendig. Wenn die Länge dieses abgeschirmten Verbindungsdrahtes zu groß ist, beeinflusst seine Kapazität nachteilig die Amplitude des Signals.

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Die durch die Erfindung vorgeschlagene Verstärkerschaltung des piezoelektrischen Tonabnehmereinsatzes umfasst in ihrer bevorzugten Ausführung einen Transistor in gewöhnlicher Emitterschaltung, ferner Einrichtungen zur Erzeugung einer Vorspannung für den Transistor für die Verstärkerwirkung, weiter Einrichtungen für die Verbindung des Basiselektrode des Transistors mit einem keramischen Tonabnehmereinsatz, sowie einen Kondensator, der die Basiselektrode und einen Punkt des Bezugspotentials so verbindet, daß er effektiv elektrisch parallel zu dem Tonabnehmereinsatz geschaltet ist. Dieser Kondensator hat eine genügend hohe Kapazität, um die Zwecke der Erfindung zu erreichen. Vorzugsweise ist der Wert diesös Kondensators so bemessen, daß seine kapazitive Reaktanz gleich ist der effektiven Eingangsimpedanz des Transistors bei kleinen Frequenzen im Tonfrequenzbereich, zum Beispiel bei Frequenzei zwischen 50 und 100 Hz.

Anhand der Zeichnung soll die Erfindung naher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 ein schematisches Schaltbild der bevorzugten Ausführung der Erfindung;

Fig. 2 ein Ersatz-Sehaltbild der Schaltung von Fig. 1, um die Funktionsweise der Erfindung zu erläutern;

Fig. 3 die Kurve der Rauschabschwächung über der Tonfrequenz, wie sie durch die Erfindung erreicht wird;

Fig. k ein schematisches Schaltbild einer alternativen Ausführung der Erfindung; und

Fig. 5 ein schematisches Schaltbild einer weiteren alternativen Ausführung der Erfindung.

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Wie man in der Fig. 1 sieht, ist ein piezoelektrischer Tonabnehraereinsatz 11 zwischen Erde und einem Anschluß 12 der Transistorverstärkerschaltung geschaltet. Das Übertragungselement des Tonabnehmereinsatzes 11 kann aus irgend einem geeigneten piezoelektrischen Material bestehen, so aus einem keramischen (zum Beispiel aus Bariumtitanat) oder aus einem Kristall.

Die Basiselektrode 14 des Verstärkungstransistors 15 ist mit dem Verstärkereingang 12 verbunden und die Emitterelektrode dieses Transistors mit Erde. Ein Arbeitswiderstand 17 befindet sich zwischen der Kollektorelektrode 17 des Transistors 15 und einem Anschluß 19 der Betriebsspannung, die in unserem Beispiel minus 6 Volt beträgt. Ein Widerstand 21, der die Basis-Vorspannung erzeugt, ist zwischen der Basis und der Kollektorelektrode Ik und 18 geschaltet. Ein Kondensator 22, der zur Signalübertragung dient, ist zwischen der Kollektorelektrode IS und einem Signalausgangsanschluß 23 des Verstärkers geschaltet. Eine oder mehrere zusätzliche Verstärkerstuien können in der üblichen Weise mit dem Anschluß 23 verbunden werden.

Wie schon beschrieben wurde, entstehen die oben erwähnten Probleme bei der Dimensionierune von Verstärkerschaltungen vor allen Dingen dadurch, daß die Impedanz des piezoelektrischen Tonabnehmereinsatzes 11 relativ hoch ist im Gegensatz mit der relativ kleinen Eingangs impedanz des Transistors 15. Es war bisher üblich, einen Widerstand zwischen den Signaleingang 12 und die Basiselektrode I^ zu schalten, um die Impedanzanpassung zwischen dem Einsatz 11 und der Basiselektrode 1Ί desTransistors 15 zu verbessern. Durch diese Verbesserung der Impedanzanpassung wird

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die Frequenzcharakteristik des Grammophonsignals verbessert, das heißt, die Amplitude des Signals ist im wesentlichen gleich stark im Tonfrequenzbereich, während ohne Impedanzanpassung die kleineren Tonfrequenzen ziemlich stark reduziert würden infolge der Niehtanpassung der Impedanz. Es wurde jedoch festgestellt, daß bei Anwendung dieser Technik das durch den Transistor 15 erzeugte Rauschen ein ernstes Problem darstellt,

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Kondensator 24 in der Verstärkerschaltung parallel mit dem Tonabnehmereinsatz 11 geschaltet, Das heißt in dem gezeigten Beispiel, daß dieser Kondensator zwischen der Basiselektrode 14 und Erde geschaltet ist. Die Kapazität dieses Kondensators 24 ist genügend groß, so daß eine richtige Impedanzanpassung zwischen der hohen Impedanz des Tonabnehmereinsatzes 11 und der kleinen Impedanz des Basis-Eingangskreises des Transistors 15 erzielt wird. Auch der Betrag des Rauschens, das durch den Transistor 15 erzeugt wird, wird wesentlich reduziert, wie gezeigt werden wird. Weiter erlaubt der Kondensator 24, der parallel zum Einsatz 11 liegt, die Verwendung eines langen abgeschirmten Kabels zwischen dem Einsatz 11 und dem Signaleingangsanschluß 12, da jegliche Shunt-Kapazität, die im Eingangskreis durch die abgeschirmte Verbindung hervorgerufen wird, relativ klein gegenüber der Shunt-Kapazität ist.

Die Funktionsweise der Erfindung soll nun erklärt werden anhand des Ersatzschaltbildes von Fig. 2. Der Tonabnehmereinsatz ist äquivalent einem Spannungsgenerator 26, der in Serie mit einem Kondensator 27 geschaltet ist, der eine Kapazität von beispielsweise 500 Mikro-Mikrofarad aufweist. Der Transistor 15 umfasst im Ersatzschaltbild einen Basiswiderstand 28, einen Emitterwiderstand

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und einen Kollektorwiderstand 31, der in Serie mit einem Generator 32 des verstärkten Signales ist. Ein Arbeitswiderstand 17' umfasst den Arbeitswiderstand 17, der parallel zu irgendwelcher Impedanz zwischen dem Ausgangsanschluß 23 und Erde geschaltet ist. In dem Transistor 15 fließt ein Basisstrom 36 durch den Emitterwiderstand 29 und den Basiswiderstand 28, und ein Kollektorstrom 37 fließt durch den Emitterwiderstand 29 und den Kollektorwiderstand 31. Ferner ist ein Rauschsignalgenerator 38, der dem Transistor 15 infolge seiner Eigenschaften zugeschrieben werden muß, in Serie geschaltet mit einem Rauschwiderstand 39 und parallel zu dem äquivalenten Generator 32 zur Erzeugung des verstärkten Signals und dem Kollektrowiderstand 31.

Das Rauschsignal, das vom Rauschgenerator 38 stammt, und das praktisch im ganzen Tonfrequenzbereich auftritt, fließt durch die Arbeitsimpedanz 17' und teilweise auch durch den Emitterwiderstand 29 und teilweise durch den Basiswiderstand 28 und die Impedanz des parallelgeschalteten Kondensators 24 und des Tonabnehmereinsatzes 11. Jeder Rauschstrom, der durch den Einitterwiderstand 29 fließt, wird verstärkt durch den Transistor, in dem äquivalenten Verstärkersignalgenerator 32 und erscheint als eine unerwünschte Komponente am Ausgangsanschluß 23. Da die Impedanz des Tonabnehmereinsatzes 11 ziemlich hoch ist im Vergleich zu dem Emitterwiderstand 29, kann nur ein sehr kleiner Rauschstrom durch den Einsatz 11 fließen. Jedoch fließt ein beträchtlicher Betrag des Rauschsignals durch den Kondensator 2k und wird damit vom Emitterwiderstand 29 weggeleitet. Dadurch wird das Transistorrauschen, das am Ausgang 23 erscheint, beträchtlich reduziert.

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Ein bevorzugter Wert der Kapazität für den Kondensator 24 ist so bemessen, daß die kapazitive Reaktanz dieses Kondensators ungefähr gleich ist dem effektiven Emitterwiderstand, der gleich Widerstand 29 multipliziert mit Beta ist, plus r^ bei' niedriger Frequenz. So fließt ungefähr die Hälfte des Rauschstromes durch den Kondensator 24 und die andere Hälfte durch den Emitterwiderstand bei dieser kleinen Frequenz, zum Beispiel bei 100 Hz. Auf diese Weis wird der Betrag des Rauschens um 6 Decibel für diese niedrige Tonfrequenz geschwächt, und die Dämpfung des Rauschens nimmt immer mehr zu mit größer werdender Tonfrequenz, da der kapazitive Widerstand des Kondensators 2h bei höheren Frequenzen kleiner ist.

Fig. ·3 ist ein Diagramm der Rauschabsehwächung, wie sie durch diese Erfindung erhalten wird. Dabei wird angenommen, daß der Kondensator einen solchen Wert hat, daß seine kapazitive Reaktanz bei 100 Hz gleich dem effektiven Emitterwiderstand plus r, ist. Die horizontale Achse 41 stellt die Tonfrequenz dar, die vertikale Achse 42 die Rauschdämpfung und die Kurve 43 die Rauschdämpfung über der Frequenz, wie sie durch die Erfindung erreicht wird. Wie in Fig. 3 gezeigt wird, ist die Rauschdämpfung 3 Decibel bei 50Hz, 6 Decibel bei 100 Hz, 12 Decibel bei 200 Hz und steigt um 6 Decibel mit jeder weiteren Verdopplung der Frequenz. Ein praktischer Wert der Kapazität für den Kondensator 24 gemäß der vorangegangenen Erläuterung würde 0,5 Mikrofarad sein, wenn die Kapazität 27 des Tonabnehmereirisatzes einen Wert von 500 pF hätte.

Zusätzlich zur Erreichung der Abschwächung des Rauschens im Transistorverstärker erzielt der Kondensator 24 eine Anpassung zwischen der hohen Impedanz des Tonabnehmereinsätzes 11 und der

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kleinen Basiseingangsimpedanz des Transistors 15, da die Kondensatoren 27 und 24 als ein Irapedanzteiler oder Anpassungsnetzwerk funktionieren. Dieses Netzwerk hat ein Impedanzverhältnis von 1000 zu 1 im vorangegangenen Beispiel. Das reduziert natürlich die Amplitude des an die Basiselektrode 14 von dem Einsatz 11 angelegten Signals, aber nicht mehr als im Fall der konventionellen Schaltung eines Serienwiderstandes zwischen dem Tonabnehmereinsatz und dem Transistorverstärker, um so eine geeignete Impedanzanpassung zu erreichen. .

Fig. 4 ist ein schematisches Sehaltbild eines kompletten Tonfrequenzverstärkers gemäß einer Ausführung dieser Erfindung, in der ein zweiter Verstärkertransistor 45 eine Basiselektrode 46 hat, die mit dem oben erwähnten Ausgang 23 verbunden ist, ferner Vorwiderstände 47 und 48, die zwischen der Basiselektrode 46, dem Spannungsanschluß 19 und Erde geschaltet sind. Eine Emitterelektrode 49 ist mit dem Spannungsanschluß 19 mittels eines parallel geschalteten Widerstands 51 und eines Kondensators 52 verbunden, und eine Kollektorelektrode 53 ist zur Erde über die Primärwindung 54 eines Ausgangstransformato.rs 56 geschaltet. Ein Signalrüekkopplungswiderstand 57 befindet sich zwischen der Kollektorelektrode 53 dee zweiten Transistors 45 und der Emitterelektrode l6 des ersten Veretärkertransistors 15. Dabei ist ein Widerstand 5S zwischen dieser Emitterelektrode 16 und Erde geschaltet. Die negative Rückkopplung, die durch den Widerstand 57 erreicht wird, vergrößert etwas die Eingangsimpedanz des ersten Transistors 15, sie hilft ferner bei der Impedanzanpassung des Basiseingangs dieses Transistors im Hinblick auf den Tonabnehmereinsatz 11 und erlaubt eine Reduzierung des Werts des Shunt-Kondensators gemäß der Erfindung insoweit die Impedanzanpassung betrachtet wird.

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Anstelle der Verwendung nur eines Kondensators zur Erreichung der Ziele dieser Erfindung, wie des Kondensators 2h in Fig. 1, sind in Fig. h zwei Kondensatoren 6l und 62 in Reihe geschaltet zwischen dem Eingang 12 und Erde, und ein Widerstand 63 liegt parallel zum Kondensator 6l. Die Werte der Kondensatoren 6l und werden so ausgewählt, daß die gesamte Serien-Kapazität einen solchen Wert erreicht, daß die oben beschriebenen Ziele der Erfindung erreicht werden, und das Verhältnis der Kapazitäten der Kondensatoren 6l und 62 wird so bestimmt in Verbindung mit dem Wert des Widerstands 63, daß man einen Signalausgleichs- oder Kompensations-Effekt durch die Netzwerke 6l, 62 und 63 erreicht, um eine richtige elektrische Kompensation der Standardaufnahmevorverzerrung als auch der Einsatzcharakteristik zu gewährleisten. Als geeignete Werte für diese Elemente wurden folgende gefunden:

Kondensator 6l — 0,015 Mikrofarad

Kondensator 62 — 0,05 Mikrofarad

Widerstand 63 —- 56OO Ohm

Riiokkopplungswiderstand 57 — 68000 0hm

Emitterwiderstand 5^ — hl 0hm

Basisvbrwiderstand 21 — 470000 0hm.

Bei der alternativen Ausführung gemäß Fig. 5 ist die Schaltung die gleiche wie in Fig. 1, mit der Ausnahme, daß ein zusätzlicher Kondensator 71 zwischen die Basiselektrode 14 und die Kollektroelektrode 1? geschaltet ist. Dieser Kondensator gewährleistet eine selektive P'requenzrückkopplung von der Kollektorelektrode zu der Basiselektrode. Dabei tritt die Tendenz zutage, die kleineren Tonf requenzen, die durch die Schaltung verstärkt werden, anzuheben. Der Kondensator 71 kann auch teilweise oder völlig, wenn es erwünscht und durch die Schaltung möglich ist,

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die Funktion des Kondensators 2k übernehmen. Das heißt, die effektive Kapazität des Kondensators 71, die die tatsächliche Kapazität multipliziert mit der Spannungsverstärkung zwischen Basis und Kollektor ist, liegt ^!in Wirklichkeit parallel zu dem Tonabnehmereinsatz 11. Je nachdem, welchen Wert oder effektive Shunt-Kapazität der Kondensator 71 aufweist, der parallel zum Einsatz 11 geschaltet ist, kann der Wert des Kondensators 2k reduziert werden. Er kann sogar weggelassen werden, wenn der Kondensator 71 eine genügend hohe Kapazität hat.

Durch Verwendung des relativ billigen Kondensators 2k wie in Fig. 1 gezeigt ist, oder von ihm äquivalenten alternativen Schaltungen gemäß Fig. k und 5 werden die Ziele dieser Erfindung auf eine einfache, wirtschaftliche und verlässliche Weise erreicht.

Patentanspruch«

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Claims

- 10 - 11. Oktober 1965 Ε/ΑΧ

λ ,λ η α QQ Meine Akte: 1489

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1. Piezoelektrischer Grammophon-Transistorverstärker, g e k e η η zeichnet durch einen Transistor mit Signaleingangsund Ausgangselektroden und einer gemeinsamen Elektrode, welcher Transistor ein unerwünschtes Bauschen an der Ausgangselektrode erzeugt, durch eine Einrichtung zum Anschluß eines piezoelektrischen Grammophon-Tonabnehmereinsatzes über der Signaleingangselektrode und der gemeinsamen Elektrode, dessen Impedanz größer als die Transistorverstärker-Eingangssignalimpedanz ist, und durch eine effektiv parallel zu der Signaleingangselektrode und der gemeinsamen Elektrode geschaltete kapazitive Einrichtung mit einer Kapazität, die groß genug zur Erzielung einer Impedanzanpassung des Tonabnehmereinsetzes an den Verstärker und auch zur Reduzierung des Auslasse· des f Rauschens an §er Ausgangseiektrode des Transistors ist.

2. Verstärker naeh Anspruch 1, dadurch g · k 1 η a 2 · i β I i f a β t , d a ß die effektiv parallel zu der Signalaiagangseltktt·^ d· und der gesjeiataaen Elektrode geschaltet« kapasitive Entrichtung eine derartige KapacitMt hat, dafi deren kapsjaitiv· leakta«K gleieh der effektiTen Eingaageiiipedanz des f ran a ist er· bei einer Tonfrequenz von et«· 50 feit 100 It i*t.

3. Verstärker nach Anspruch I₁ g · k e a η ζ · 1 c h η « t d « r■#|| ' eine Einrichtung tu« Anschluß eine· piezoelektrisch«« QrasMogtiqiftwi TonakaehaereiaeatKes U»er derBasiselektrode und der Saiitter- I elektrode des .Transistors, welcher ein unerwünschtes laueoheit ^: an der Signalausgangseinrichtung erzeugt, wobei die Iapedanz -des Einsatzes größer als <He Eingangsiapedanz des Transistor»

Verstärkers zwischen der Basiselektrode und der Emitterelektrode

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ist, durch eine an die Kollektorelektrode angeschlossene Signalausgangseinrichtung, und durch einen zwischen die Basiselektrode und die Emitterelektrode geschalteten Kondensator, dessen Kapazität hinreichend groß ist, eine Impedanzanpassung des Einsatzes an den Verstärker und auch zur Reduzierung des Ausmasses des Rauschens an der Signalausgangseinrichtung zu gewährleisten.

h. Verstärker nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch ein zwischen die Basiselektrode und die Emitterelektrode geschaltetes, zwei Kondensatoren enthaltendes Netzwerk, die in Serie zwischen der Basiselektrode und der Emitterelektrode geschaltet sind, welches Netzwerk einen parallel zu einem der Kondensatoren geschalteten Widerstand enthält und zur Erzeugung eines gleichmäßigen Frequenzgangs dient, wobei die Kapazitäten der Kondensatoren so ausgewählt sind, daß deren Gesamt-Serienkapazität hinreichend groß ist, eine Impedanzanpassung des Einsatzes an den Verstärker und auch eine Reduzierung des Ausmasses des Rausehens an der Signalausgangseinrichtung zu gewährleisten.

5. Verstärker nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch einen ersten Kondensator, der zwischen die Basiselektrode und die Emitterelektrode geschaltet ist, durch einen zweiten Kondensator, der zwischen die Basiselektrode und die Kollektorelektrode geschaltet ist, ura eine Signalrückkopplung und eine effektive Kapazität zwischen der Basiselektrode und der Emitterelektrode parallel zu dem ersten Kondensator zu erPeleße», wobei der erste und der zweite Kondensator derartige Kapazitäten haben, daß ihre

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kombinierte effektive Parallel-Kapazität zwischen der Basiselektrode und der Emitterelektrode groß genug ist, eine Impedanzanpassung des Tonabnehmereinsatzes an den Verstärker und auch eine Reduzierung des Ausmasses des Rauschens an der Signalausgangseinrichtung zu erzielen.

Verstärker nach Anspruch 3» gekennzeichnetdurch einen Signalrückkopplungskondensator, der zwischen die Basiselektrode und die Kollektorelektrode geschaltet ist, zur Erzeugung einer effektiven Kapazität zwischen der Basiselektrode und der Emitterelektrode dient und eine solche Kapazität hat, daß seine effektive Kapazität zwischen der Basiselektrode und der Emitterelektrode hinreichend groß ist, die Impedanzanpassung des Tonabnehmereinsatzes an den Verstärker und auch die Reduzierung des Ausmasses des Rauschens an der Signalausgangseinrichtung zu gewährleisten.

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