DE1537683C3 - Current negative feedback driver stage - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine über einen ohmschen Emitterwiderstand stromgegengekoppelte Transistorverstärkerstufe in Emitterschaltung mit ÄC-Kopplung und einer Kollektorspannungszuführung über zwei in Serie geschaltete Kollektorwiderstände, deren Verbindungspunkt über Schaltungsmittel mit dem Emitterkreis verbunden ist.The invention relates to a transistor amplifier stage which is fed back current via an ohmic emitter resistor in emitter circuit with ÄC coupling and a collector voltage supply via two Series-connected collector resistors whose connection point to the emitter circuit via circuit means connected is.

Im Frequenzgebiet bis 100 kHz sind für bestimmte Anwendungen Transistorverstärkerstufen mit hohem Innenwiderstand bei gleichzeitig hohem Ausgangs-Kurzschlußstrom erwünscht. Sie sind vorteilhaft als Treiberstufen zur Speisung von Transistor-Endstufen, deren nichtlineare Verzerrungen dadurch klein gehalten werden können, oder von Endverstärkern mit Spannungsgegenkopplung vom Ausgang auf den Eingang, deren Leistungsverstärkung bei konstantem Gegenkopplungsgrad mit dem Innenwiderstand der Treiberstufe steigt, oder auch von Aufnahmeköpfen in Magnettongeräten zur Erzielung eines frequenzunabhängigen Bandflusses, oder von Amplitudenbegrenzern usw.In the frequency range up to 100 kHz, transistor amplifier stages with a high Internal resistance is desirable with high output short-circuit current at the same time. They are beneficial as a Driver stages for supplying transistor output stages, whose non-linear distortions are kept small as a result or from power amplifiers with negative voltage feedback from the output to the input, their power gain at a constant degree of negative feedback with the internal resistance of the Driver level increases, or from recording heads in magnetic recorders to achieve a frequency-independent Band flow, or amplitude limiters, etc.

Bei i?C-Kopplung ist es bei den üblichen Schaltungen nicht möglich, durch Gegenkopplung den Innenwiderstand der Stufe größer als den zur Zufuhr des Gleichstromes nötigen Außenwiderstand des Transistors (der Röhre) zu machen, weil dieser Widerstand dem Ausgang der Stufe parallel geschaltet ist. Im Interesse hohen Ausgangskurzschlußstromes soll aber der Kollektor-(Anoden-)strom möglichst groß, der Außenwiderstand also möglichst klein sein; es mußWith i? C coupling it is with the usual circuits not possible, the internal resistance of the stage is greater than that for supplying the DC current necessary external resistance of the transistor (tube) to make, because this resistance is connected in parallel to the output of the stage. In the interest of high output short-circuit current, however, the collector (anode) current should be as large as possible, i.e. the external resistance should be as small as possible; it must

ίο ein Kompromiß zwischen Innenwiderstand und maximalem Ausgangskurzschlußstrom geschlossen werden. ίο a compromise between internal resistance and maximum Output short-circuit current are closed.

Aus der USA.-Patentschrift 2 822 430, insbesondere F i g. 3, ist eine stromgegengekoppelte Transistorverstärkerstufe bekannt, die zwei in Serie geschaltete Kollektorwiderstände aufweist, deren Verbindungspunkt über einen Kondensator wechselstrommäßig geerdet ist und weiterhin über ohmsche Widerstände zum Zweck der Arbeitspunktfestlegung einerseits mit der Basis und andererseits mit dem Emitter des Transistors verbunden ist. Ein hoher Ausgangskurzschlußstrom bei kleinem Außenwiderstand kann jedoch durch diese bekannte Anordnung nicht erzielt werden.From US Pat. No. 2,822,430, in particular Fig. 3, is a current negative feedback transistor amplifier stage known, which has two series-connected collector resistors, the connection point of which is alternating current via a capacitor is grounded and on the one hand with ohmic resistances for the purpose of setting the working point the base and on the other hand is connected to the emitter of the transistor. A high output short circuit current however, this known arrangement cannot achieve a low external resistance will.

Weiterhin ist durch die deutsche Auslegeschriff 1104 560 eine Transistorverstärkerstufe in Emitterschaltung mit einem über einen Kondensator überbrückten Emitterwiderstand und einen Basisspannungsteiler bekannt, bei welcher die Kollektorspannungsführung über zwei in Serie geschaltete Kollektorwiderstände erfolgt, deren Verbindungspunkt über einen weiteren Kondensator mit dem Emitter des Transistors verbunden ist. Bei dieser bekannten Verstärkerschaltung bilden die beiden Kondensatoren mit den beiden Teilerwiderständen des Basisspannungsteilers eine Brückenschaltung, in deren Diagonale die Emitter-B asisstredce des Transistors liegt, so daß Störspannungen aus der Stromversorgungsquelle kompensierbar sind. Auf Grund der einer Brückenschaltung entsprechenden Dimensionierung der Kondensatoren und der Teilwiderstände des Basisspannungsteilers resultiert ein vergleichsweise niedriger ausgangsseitiger Innenwiderstand der Verstärkerstufe. Schließlich betrifft die vorveröffentlichte britische Patentschrift 853 672 einen über mehrere Stufen gegengekoppelten Verstärker, bei welchem dem Transistor der Eingangsstufe der Kollektorstrom über in Serie geschaltete Widerstände zugeführt wird, wobei ein Schaltungspunkt zwischen zwei Kollektorwiderständen der Eingangsstufe über einen Kondensator mit dem Emitter des Transistors verbunden ist. Der Emitter dieses Transistors weist einen gleichstromstabilisierenden Emitterwiderstand auf, welcher derart kapazitiv überbrückt ist, daß im Ubertragungsbereich keine Stromgegenkopplung und damit keine Erhöhung des ausgangsseitigen Innenwiderstandes der Eingangsstufe bewirkt wird.Furthermore, according to the German interpretation code 1104 560, a transistor amplifier stage is in the emitter circuit with an emitter resistor bridged by a capacitor and a base voltage divider known, in which the collector voltage management via two collector resistors connected in series takes place, the connection point of which is via another capacitor with the emitter of the Transistor is connected. In this known amplifier circuit, the two capacitors form with the two divider resistors of the base voltage divider a bridge circuit, in its diagonal the emitter base of the transistor lies so that Interference voltages from the power supply source can be compensated. Due to a bridge circuit appropriate dimensioning of the capacitors and the partial resistances of the base voltage divider the result is a comparatively low internal resistance of the amplifier stage on the output side. Finally, the pre-published British patent specification 853,672 relates to one over several stages negative feedback amplifier, in which the transistor of the input stage receives the collector current via in Series-connected resistors are supplied, with a node between two collector resistors the input stage is connected to the emitter of the transistor via a capacitor. the The emitter of this transistor has a direct current stabilizing emitter resistor, which in such a way is capacitively bridged that in the transmission area no current negative feedback and thus none Increase in the output-side internal resistance of the input stage is caused.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine stromgegengekoppelte Transistorverstärkerstufe zu schaffen, bei der ein hoher Ausgangskurzschlußstrom erreichbar ist.The object of the invention is to create a transistor amplifier stage with negative current feedback which a high output short-circuit current can be achieved.

Die stromgegengekoppelte Transistorverstärkerstufe ist gemäß der Erfindung derart ausgebildet, daß der Verbindungspunkt der beiden Kollektorwiderstände über einen Kondensator mit dem Emitter des Transistors verbunden ist und daß der Emitterwiderstand und der versorgungsspannungsseitige Kollektorwiderstand annähernd gleich groß bemessen sind undThe current negative feedback transistor amplifier stage is designed according to the invention such that the connection point of the two collector resistors via a capacitor to the emitter of the Transistor is connected and that the emitter resistor and the supply voltage side collector resistor are approximately the same size and

3 43 4

der Kondensator derart bemessen ist, daß im Über- ergeben sich folgende Elemente der Widerstandstragungsbereich sein Blindwiderstand kleiner als der matrix:
Wert des versorgungsspannungsseitigen Kollektorwiderstandes iSt. 7 _ D Dthe capacitor is dimensioned in such a way that the following elements result in the resistance carrying area its reactance is smaller than the matrix:
Value of the collector resistance on the supply voltage side iSt. 7 _ DD

Dadurch wird erreicht, daß der Ihnenwiderstand 5 ⁿ ~ ' ^el This ensures that the resistance to you 5 ⁿ ~ ' ^el

der Verstärkerstufe durch Stromgegenkopplung weitthe amplifier stage by negative current feedback

über den Außenwiderstand R_a hinaus erhöht oder zur Z₁₂ = R_e, increased beyond the external resistance R _a or to Z ₁₂ = R _e ,

Anpassung an Leitungen oder Filter auf einen gegebenen Wert eingestellt werden kann. Gleichzeitig „ _ _„„ „
werden der Eingangswiderstand vergrößert und die _l0 ²¹ ~ ^{l 2}'
nichtlinearen Verzerrungen verkleinert. Der Außenwiderstand und der Kollektor-Ruhestrom können Z₂₂ = R₂ + R_e.
nahezu unabhängig vom angestrebten Innenwiderstand so gewählt werden, daß die geforderte Ausgangsleistung sicher erreicht wird. Dabei läßt sich der Innen- 15 Dabei bedeutet R₁ den Leerlauf-Eingangswiderwiderstand durch die Wahl des versorgungsspannungs- stand des Transistors, S seine Steilheit, R₂ die Parallelseitigen Kollektorwiderstandes auf den gewünschten schaltung aus Leerlauf-Innenwiderstand .R₁ des Tran-Wert bringen. sistors und Außenwiderstand R_a sowie R_e die Parallel-Der zur Stromgegenkopplung in dem Emitterkreis schaltung aus R_el und R_e2. Aus den Matrixelementen verwendete Gegenkopplungswiderstand kann dabei 20 lassen sich'die Kleinsignaleigenschaften gewinnen, vorteilhafterweise die gleiche Größe haben wie der ver- Insbesondere ist der Innenwiderstand der Schaltung sorgungsspannungsseitige Kollektorwiderstand, wo- gleich
durch der Gleichspannungsabfall bei gegebenem Wi- χ 2
derstand ihrer Parallelschaltung ein Minium wird. A₁₁ = Z₂₂ — Adaptation to lines or filters can be set to a given value. Simultaneously " _ _"""
the input resistance is increased and the _l0 ²¹ ~ ^{l 2} '
nonlinear distortions. The external resistance and the collector quiescent current can be Z ₂₂ = R ₂ + R _e .
be chosen almost independently of the desired internal resistance so that the required output power is reliably achieved. Here, R _{1 means} the no-load input resistance by selecting the supply voltage level of the transistor, S its steepness, R ₂ the parallel-sided collector resistance to the desired circuit of no-load internal resistance .R _{1 of} the Tran value . sistor and external resistance R _a and R _e the parallel-Der for current negative feedback in the emitter circuit from R _el and R _e2 . The negative feedback resistance used from the matrix elements can be used to obtain the small-signal properties, advantageously have the same size as the collector resistance, in particular, the internal resistance of the circuit on the supply voltage side
by the DC voltage drop for a given Wi- χ 2
the level of their parallel connection is a minimum. A ₁₁ = Z ₂₂ -

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung läßt sich 25 11 + c ^In a further embodiment of the invention, 25 11 + c ^

der in derartigen Stufen vorhandene Basisspannungsteiler mit seinem einen Ende an den Verbindungspunkt ₌ R₂ ίI -I ^RjRe \ ι β the base voltage divider present in such stages with its one end to the connection point ₌ R ₂ ίI -I ^ RjRe \ ι β

der beiden Kollektorwiderstände und mit seinem an- \ Ri + R_e + Rg J of the two collector resistances and with its an- \ Ri + R _e + Rg J

deren Ende an den jeweils anderen Pol der Versor-the end of which to the other pole of the supply

gungsspannungsquelle anschließen. Dadurch wird die 30 wobei R₀ den Innenwiderstand des Generators beStabilisierung des Arbeitspunktes verbessert und der deutet, der die Stufe am Eingang speist. Sind die Wi-Eingangswiderstand weiter erhöht, da der im oberen derstände R_G und R_e klein gegen den Widerstand R_u\ Teilerwiderstand verbrauchte Anteil der Eingangs- so ist der Innenwiderstand um den Faktor 1 + SR_e leistung verringert wird. größer als A₂. Es können sowohl bei Transistor- alsConnect the voltage source. This improves the 30, where R _0, the internal resistance of the generator to stabilize the operating point and indicates that which feeds the stage at the input. If the Wi input resistance is further increased, since the portion of the input resistance consumed in the upper resistance R _G and R _{e is} small compared to the resistance R _u \ divider resistance, the internal resistance is reduced by a factor of 1 + SR _{e power.} greater than A ₂ . Both transistor and

An Hand der Ausführungsbeispiele nach den Fig. 1 35 auch bei Röhren-Treiberstufen Innenwiderstände R_n und 3 sowie des Ersatzschaltbildes nach Fig. 2. von 10R_a und mehr realisiert werden. Für den Einwird die Erfindung näher erläutert. gangswiderstand R₁ erhält man bei Abschluß des Ausin der Schaltung nach F i g. 1 wird dem Außen- gangs mit dem Lastwiderstand R_L
widerstand R_a der gegen den Außenwiderstand R_a_ - ZZ
kleine Widerstand R_e2 in Serie geschaltet und die 40 R₁ = Z₁₁ — Using the exemplary embodiments according to FIGS. 1 35, internal resistances R _n and 3 as well as the equivalent circuit diagram according to FIG. 2 of 10 R _a and more can also be implemented in the case of tube driver stages. For the one, the invention will be explained in more detail. input resistance R ₁ is obtained at the end of the circuit according to FIG. 1 is assigned to the outside entrance with the load resistance R _L
resistance R _a der against the external resistance R _a _ - ZZ
small resistor R _{e2 connected} in series and the 40 R ₁ = Z ₁₁ -

sonst an der Speisespannung U liegende Seite des ^{22 + L} (2)otherwise on the supply voltage U side of the ^{22 + L} (2)

Außen Widerstandes R_a (Punkt A) über den Kondensator C mit dem. Emitter verbunden. Hierdurch liegt _ / SR₂R_e \ „
der Außen widerstand R_a für Wechselstrom nicht mehr ~~ ¹^""" R₂ + R_e + R_L J ^e'
demAusgangderStufe.sondernderKollektor-Emitter- 45External resistance R _a (point A) through the capacitor C with the. Emitter connected. This means that _ / SR ₂ R _e \ "
the external resistance R _a for alternating current no longer ~~ ¹ ^ """ R ₂ + R _e + R _L J ^e '
the output of the stage. separate collector-emitter 45

Strecke des Transistors parallel. Der Innenwiderstand Bei R_L, R_e <c R₂ steigt der Widerstand R₁ durch die der Stufe kann jetzt durch Stromgegenkopplung weit Gegenkopplung um denselben Faktor wie der Innenüber den Wert des Außen Widerstandes R_a hinaus widerstand R_n. Die Spannungsverstärkung berechnet erhöht oder zur Anpassung an Leitungen oder Filter sich zu
auf einen gegebenen Wert eingestellt werden. Gleich- 50 7 n Section of the transistor in parallel. The internal resistance At R _L , R _e <c R ₂ , the resistance R _{1 increases} through which the stage can now, through current negative feedback, far negative feedback by the same factor as the internal resistance R _n beyond the value of the external resistance R _a . The voltage gain is calculated to be increased or to adapt to lines or filters itself
can be set to a given value. Equal to 50 7 n

zeitig werden der Eingangswiderstand vergrößert und _v = ?i—L· at the same time the input resistance is increased and _v =? i— L ·

die nichtlinearen Verzerrungen verkleinert. Die Ge- det (Z) + Z_nR_L .^. the non-linear distortions are reduced. The Ge det (Z) + Z _n R _L. ^.

genkopplung entsteht an der wechselstrommäßigenGene coupling arises at the alternating current

Parallelschaltung der Widerstände R_el und R_{e 2}. „ _ „Parallel connection of the resistors R _el and R _{e 2} . "_"

Der Basisspannungsteiler kann statt an dem einen ₅₅ — 12. l The base voltage divider can be used instead of the one ₅₅ - 12. l

Der Basisspannungsteiler kann statt an dem einen ₅₅ = ,The base voltage divider can instead of one ₅₅ =,

Pol der Speisespannungsquelle U an Punkt A an- ^i + ^Re ^Rn (0) + Rl '
geschlossen werden. Dies verbessert die StabilisierungPole of the supply voltage source U at point A an- ^ i + ^R e ^R n (0) + Rl '
getting closed. This improves the stabilization

des Arbeitspunktes und erhöht den Eingangswider- wobei R₁₁ (0) der Innenwiderstand der Stufe bei Kurzstand weiter, da der im oberen Teilerwiderstand ver- schluß am Eingang (R_G - 0) ist. Die Verstärkung bei brauchte Anteil der Eingangsleistung verringert 60 Leerlauf am Ausgang (R_L—* °°) wird durch die Gegenwird, kopplung praktisch nicht geändert, da hierbei derof the operating point and increases the input resistance, with R ₁₁ (0) the internal resistance of the stage in the event of a short stand, since the one in the upper divider resistance is closure at the input (R _G - 0). The enhancement in needed proportion of the input power reduced 60 idle on the output (R _L - * oo) is determined by the counter is, coupling practically not changed, since in this case the

Um das Verhalten der Schaltung bei kleinen und Ausgangsstrom verschwindet und keine Gegenkoppgroßen Signalen besser verstehen zu können, wird an lungsspannung in R_e hervorrufen kann.
Hand des vereinfachten Wechselstromersatzschalt- Schließlich interessiert noch die Leistungsverstärbildes nach Fi g. 2, das für niedrige Frequenzen gilt, 6₅ kungg:
eine mathematische Betrachtung durchgeführt. Unter ₂
der Voraussetzung, daß auch die Rückwirkung des g _ _υ2 (Ri(R/.) _x $ RjRl ,^\ Basisspannungsteilers unberücksichtigt bleiben kann, Ri. 1 + SR_e In order to be able to better understand the behavior of the circuit with small and output currents and to be able to better understand no negative feedback signals, voltage in R _e is generated.
Hand of the simplified alternating current equivalent switch- Finally, the power amplification according to Fi g. 2, which applies to low frequencies, 6 ₅ kungg:
a mathematical consideration was carried out. Under ₂
the prerequisite that the reaction of the g _ _υ 2 (Ri (R /.) _x $ RjRl , ^ \ base voltage divider can be disregarded, Ri. 1 + SR _e

Die Näherung gilt für R_L, R_e <. R₁, R₂. Die Gegenkopplung verringert g um denselben Faktor, um den R₁ und R_n vergrößert werden.The approximation applies to R _L , R _e <. R ₁ , R ₂ . The negative feedback reduces g by the same factor by which R ₁ and R _{n are} increased.

Die untere Grenzfrequenz der Schaltung beträgtThe lower frequency limit of the circuit is

2.-T CR 2.-T CR

el-el-

Der auf die Widerstände R_el und R_e2 entfallende Anteil der Speisespannung ist in der Praxis relativ klein, so daß sich die Leistung, die die Stufe bei Vollaussteuerung, also großen Eingangssignalen, an den Lastwiderstand JR_L abgibt, und ihr Wirkungsgrad nicht wesentlich von denen der üblichen i?C-Schaltung unterscheiden.The portion of the supply voltage allotted to the resistors R _el and R _e2 is relatively small in practice, so that the power that the stage _{delivers to the load resistor JR L} at full modulation, i.e. large input signals, and its efficiency are not significantly different from those differ from the usual i? C circuit.

Die nichtlinearen Verzerrungen werden durch die Gegenkopplung um den Faktor 1 + SR_e verringert, solange sie relativ klein bleiben.The non-linear distortions are reduced by the negative feedback by a factor of 1 + SR _e , as long as they remain relatively small.

F i g. 3 zeigt eine in der Praxis verwendete Schaltung, wobei die Treiberstufe der Treiberstufe in Fig. 1 entspricht. Zusätzlich ist noch der Lastwiderstand R_L sowie die eingangsseitige Einspeisung mit dem Generator G dargestellt. Außerdem ist der Basisspannungsteiler des Transistors an seinem einen Ende zwischen dem Außenwiderstand R_a und dem Serienwiderstand R_e2 angeschaltet.F i g. 3 shows a circuit used in practice, the driver stage corresponding to the driver stage in FIG. In addition, the load resistance R _L and the input-side feed with the generator G are shown. In addition, the base voltage divider of the transistor is connected at one end between the external resistor R _a and the series resistor R _e2 .

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims (5)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Über einen ohmschen Emitterwiderstand stromgegengekoppelte Transistorverstärkerstufe in Emitterschaltung mit ÄC-Kopplung und einer Kollektorspannungszuführung über zwei in Serie geschaltete Kollektorwiderstände, deren Verbindungspunkt über Schaltungsmittel mit dem Emitterkreis verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungspunkt (A) der beiden Kollektorwiderstände (R_a und R₆₂) über einen Kondensator (C) mit dem Emitter des Transistors (T) verbunden ist und daß der Emitterwiderstand (R_el) und der versorgungsspannungsseitige Kollektorwiderstand (R_e2) annähernd gleich groß bemessen sind und der Kondensator (C) derart bemessen ist, daß im Ubertragungsbereich sein Blindwiderstand kleiner als dei Wert des versorgungsspannungsseitigen Kollektorwiderstandes (R_e2) ist.1. Via an ohmic emitter resistor counter-current coupled transistor amplifier stage in emitter circuit with ÄC coupling and a collector voltage supply via two collector resistors connected in series, the connection point of which is connected to the emitter circuit via switching means, characterized in that the connection point (A) of the two collector resistors (R _a and R ₆₂ ) is connected to the emitter of the transistor (T) via a capacitor (C) and that the emitter resistor (R _el ) and the collector resistor (R _e2 ) on the supply voltage side are of approximately the same size and the capacitor (C) is of such a size that in the transmission area its reactance is smaller than the value of the supply voltage-side collector resistance (R _e2 ) . 2. Transistorverstärkerstufe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der versorgungsspannungsseitige Kollektorwiderstand (R_e2) im Verhältnis zum Außenwiderstand (RJ klein ist.2. transistor amplifier stage according to claim 1, characterized in that the supply voltage-side collector resistance (R _e2 ) in relation to the external resistance (RJ is small. 3. Transistorverstärkerstufe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zur Stromgegenkopplung in den Emitterkreis des Transistors (T) eingeschaltete Gegenkopplungswiderstand (R_el) genauso groß ist wie der versorgungsspannungsseitige Kollektorwiderstand (Rel). 3. Transistor amplifier stage according to claim 1 or 2, characterized in that the negative feedback resistor (R _el ) switched on for current negative feedback in the emitter circuit of the transistor (T) is just as large as the collector resistor (Rel) on the supply voltage side. 4. Transistorverstärkerstufe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der bei der Emitterschaltung vorgesehene Basisspannungsteiler mit seinem einen Ende an den Verbindungspunkt (A) der beiden Kollektorwiderstände (R_a und R_e2) angeschlossen ist.4. Transistor amplifier stage according to one of the preceding claims, characterized in that one end of the base voltage divider provided in the emitter circuit is connected to the connection point (A) of the two collector resistors (R _a and R _e2 ) . 5. Transistorverstärkerstufe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Verwendung als Treiberstufe.5. transistor amplifier stage according to one of the preceding claims, characterized by the Use as a driver stage.