DE1042028B - Gegentaktverstaerker mit zwei Transistoren entgegengesetzten Leitfaehigkeitstyps - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf einen Gegentaktverstärker mit zwei Transistoren entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps, deren Eingangselektroden parallel an einer Signalspannungsquelle liegen.

Dadurch, daß Transistoren hergestellt werden können, bei denen der Ladungstransport sowohl durch negative als auch durch positive Ladungsträger erfolgt, können Schaltungen aufgebaut werden, die in der Elektronenröhrentechnik kein direktes Äquivalent haben und sich gegenüber vergleichbaren Schaltungen mit Röhren durch ihre Einfachheit auszeichnen. So kann man z. B. Gegentaktverstärkerschaltungen ohne die bei Elektronenröhren nötigen Phasenumkehrstufen oder Transformatoren aufbauen.

Es ist beispielsweise eine Verstärkerschaltung mit einem Transistorpaar vorgeschlagen worden, bei der zwei Transistoren entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps, aber gleichartiger Strom-Spannungs-Kennlinie verwendet werden und die Emitterelektroden sowie die Kollektorelektroden der Transistoren hinsichtlich der Signalströme jeweils zueinander parallel geschaltet sind. Die Quelle für das Eingangssignal kann dabei zwischen Basis und Emitter, der Ausgangskreis zwischen Basis und Kollektor geschaltet sein. Es ist auch bereits vorgeschlagen worden, die beiden Basiselektroden durchzuverbinden und den gemeinsamen Verbindungspunkt zu erden, ferner kann der Verbindungspunkt der beiden in den Kollektorkreisen liegenden Spannungsquellen geerdet sein.

Durch die Erfindung soll ebenfalls ein Gegentaktverstärker geschaffen werden, der unmittelbar mit einer einphasigen Steuerspannungsquelle betrieben werden kann, ferner soll es möglich sein, den Verstärker unmittelbar und gleichstromfrei an einen Arbeitswiderstand anzuschließen. Die Verstärkerschaltung gemäß der Erfindung soll ferner die Verwendung von hohen Ausgangswiderständen ermöglichen, so daß eine hohe Spannungsverstärkung erreicht werden kann. Die Schaltung gemäß der Erfindung kann sowohl mit Punktkontakt- als auch mit Flächentransistoren aufgebaut werden.

Gemäß der Erfindung ist ein Gegentaktverstärker mit zwei Transistoren entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps, deren Eingangs elektroden parallel an einer Signalspannungsquelle liegen, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangselektroden der Transistoren parallel unmittelbar an den Verbraucher geschaltet sind, dessen andere Klemme mit dem gemeinsamen und geerdeten Pol der Speisespannungsquellen in den Zuleitungen zu den dem Eingangs- und Ausgangskreis des Verstärkers gemeinsamen Transistorelektroden verbunden sind. Insbesondere sollen die Basiselektroden der Transistoren als Eingangselektroden und die Kollektorelektroden als Ausgangselektroden Gegentaktverstärker

mit zwei Transistoren

entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps

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 7. November 1952

George Clifford Sziklai, Princeton,-N^. (V. St. Α.),
ist als Erfinder genannt worden

geschaltet sein und die Speisespannungsquellen nur in den Emitterzuleitungen liegen, während die Basiselektroden jeweils mit den Emitterelektroden über Widerstände verbunden sind.

Die Erfindung soll nun an Hand der Zeichnung näher erläutert werden, dabei bedeutet

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Verwendung von Flächentransistoren, wobei die Basiselektrode als Eingangselektrode geschaltet und der Emitter geerdet ist,

Fig. 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel mit Flächentransistoren, bei dem die Basiselektroden wieder als Eingangselektroden geschaltet und die Kollektoren geerdet sind,

Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel, das sich besonders als Tonabnehmerverstärker eignet und mit geerdeten Emittern arbeitet, und

Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel unter Verwendung von Punktkontakttransistoren, bei dem die Emitter als Eingangselektroden dienen und die Basiselektroden geerdet sind.

Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung mit zwei Flächentransistoren 10 und 20 von entgegengesetztem Leitfähigkeitstyp. Wenn der Transistor 10 also beispielsweise ein PNP-Transistor ist, ist der Transistor 20 ein NPN-Transistor.

Der Transistor 10 hat eine Kollektorelektrode 11 in Kontakt mit einem P-Gebiet, eine Basiselektrode 12 in Kontakt mit einem N-Gebiet und eine Emitterelek-

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trode 13 in Kontakt mit dem anderen P-Gebiet. Ein Eingangskopplungskondensator 14 liegt zwischen der niclit geerdeten Signalklemme 15 und der Basiselektrode 12, die als Steuerelektrode wirkt. Die andere Eingangsklemme ist geerdet. Eine Betriebsspannungsquelle, ζ. B. die Batterie 16, ist zwischen die Emitterelektrode 13 und einen Punkt festen Potentials, z. B. Erde, eingeschaltet, wobei die negative Batterieklemme geerdet ist. Ein Widerstand 17 liegt zwischen der Basiselektrode 12 und der Emitterelektrode 13. Ein Xebensclilußkondensator 18 für die Signalfrequenzen kann zur Batterie 16 parallel gelegt werden. Die Kollektorelektrode 11, die als Ausgangselektrode arbeitet, ist unmittelbar mit der einen zweier Ausgangsklemmen 19 verbunden. Die andere der Ausgangsklemmen ist geerdet.

Ein zu dem beschriebenen Signalweg paralleler Signalweg zwischen den Eingangsklemmen 15 und 19 enthält in gleicher Weise einen Transistor 20 mit einer Kollektorelektrode 24 in Kontakt mit einer N-Zone, eine Basiselektrode 23 in Kontakt mit dem P-Gebiet und eine Emitterelektrode 22 in Kontakt mit der anderen N-Zone. Zwischen der spannungsführenden Eingangsklemme 15 und der Basiselektrode 22 liegt ein Kopplungskondensator 25. Eine Betriebs-Spannungsquelle in Form einer Batterie 26 liegt zwischen der Emitterelektrode 22 und Erde, und zwar mit geerdeter positiver Klemme. Zwischen der Basiselektrode und der Emitterelektrode befindet sich ein Widerstand 27. Zur Batterie 26 kann noch ein Nebenschlußkondensator 28 für die Signalfrequenzen parallel gelegt werden. Die Belastung oder der Verbraucher ist durch ein Rechteck Z_x, angedeutet, das beispielsweise die Sprechspule eines Lautsprechers, der Eingang eines nachfolgenden Verstärkers oder eine andere Stufe sein kann, welcher die verstärkte Signalenergie zugeführt werden soll. In jedem Falle ist die Emitterelektrode dem Eingangskreis und dem Ausgangskreis gemeinsam.

Da die Kollektorelektroden 11 und 24 der beiden Transistoren wegen des geringen Gleichstromwider-Standes der Belastung Z_L gleichstrommäßig geerdet sind und da die Widerstände 17 und 27 die Basiselektroden auf demselben Potential halten wie die zugehörigen Emitterelektroden, solange kein Signal eintrifft, sieht man, daß jeder Kollektor in der Sperrrichtung vorgespannt ist. Das Basis-N-Gebiet des Transistors 10 ist positiv gegenüber dem Kollektor-P-Gebiet, während das Basis-P-Gebiet des Transistors 20 negativ gegenüber dem Kollektor-N-Gebiet ist.

Der Ausgangsstrom des Transistors 10 fließt von der Kollektorelektrode 11 in der durch den Pfeil I_cl angedeuteten Richtung. Dabei wird unter einer Stromrichtung im folgenden stets die sogenannte klassische Stromrichtung verstanden, d. h. die Stromrichtung von einem Punkt positiver Polarität zu einem Punkt geringerer positiver Polarität. Eine positive von den Eingangsklemmen, nämlich der Basiselektrode 12 und der Emitterelektrode 13 übertragene Signalspannung bringt die Basiselektrode auf positives Potential gegenüber der Emitterelektrode. Da der Transistor 10 ein PNP-Transistor ist, wird dadurch die Amplitude des Kollektorstromes I_cl vermindert. Ebenso würde durch einen negativen Signalimpuls dieser Strom vergrößert. Der Kollektorelektrodenstrom fließt von der Batterie 16 in die Emitterelektrode 13, verläßt die Kollektorelektrode, durchfließt die Belastung Z_L und fließt zur negativen Klemme der Batterie 16 zurück.

Da der zweite Transistor 20 einen NPN-Transistor, also ein Transistor von entgegengesetztem Leitfähigkeitstyp ist, fließt der Ausgangs- oder KoI-lektorelektrodenstrom, der durch den Pfeil I_c2 angedeutet ist, in die Kollektorelektrode 24 hinein und nimmt zu, wenn die Basiselektrode 23 durch die Signalspannung auf positives Potential gegenüber der Emitterelektrode 22 kommt. Der Kollektorelektrodenstrom/,,;, fließt, wie man annehmen kann, dabei von Erde (positive Klemme der Batterie 26) durch die Belastung Z_L, die Kollektorelektrode 24 und die Emitterelektrode 22 zurück zur Batterie 26. Die Ausgangsströme I_cl und I_c2 fließen also in entgegengesetzten Richtungen durch die Belastung Z_L hindurch. Man sieht nunmehr, daß, solange kein Signal eintrifft, unter der Annahme, daß die Kennlinie des Transistors 10 komplementär zu der des Transistors 20 verläuft, insgesamt in der Ausgangsbelastung kein Gleichstrom auftritt.

Wenn eine Eingangswechselspannung zwischen den Klemmen 15 auftritt, bewegen sich die Basiselektroden 12 und 23 gegenüber Erde spannungsmäßig in der gleichen Richtung. Jedoch ruft das Eingangssignal entgegengesetzte Wirkungen auf die Kollektorelektrodenströme in beiden Transistoren hervor. Da nun der Kollektorelektrodenstrom I_{c v} der durch die Be-

lastung in der einen Richtung hindurchfließt, in seiner Amplitude abnimmt und der Kollektorelektrodenstrom I_c2, der die Belastung in umgekehrter Richtung durchfließt, zunimmt, so ist der gesamte Ausgangsstrom im Belastungszweig gleich der Differenz dieser Ströme und ist ein Wechselstrom entsprechend der Wechselspannung am Eingang.

Bei einer nach Fig. 1 gebauten Schaltung besaßen die Batterien 16 und 26 je 22,5 Volt Spannung und die Widerstände 17 und 27 je 100000 Ohm Widerstand. Der Widerstand der Ausgangsbelastung betrug etwa 2200 Ohm. Die Spannungen der Batterien 16 und 26 werden jedoch in anderen Fällen mit Rücksieht auf die jeweils verwendeten Transistoren und ^mit Rücksicht auf den Ausgangsstrom oder die Ausgangsspannung zu wählen sein.

Die Schaltungen gemäß der Erfindung können auch, ebenso wie gewöhnliche Gegentaktverstärker mit Elektronenröhren, als A-, B- oder C-Verstärker betrieben werden. Da die jeweils für die Spannungen zu wählenden Werte von den Eigenschaften der verwendeten Transistoren abhängen, ebenso wie bei Röhrenverstärkern, so wird im allgemeinen die Art des Betriebes einfach mit A, B oder C angegeben, und die Spannungen werden dann so eingestellt, daß sich die gewünschte Betriebart ergibt. Die in Fig. 1 dargestellte Schaltung arbeitet als B-Verstärker.

Die Schaltung nach Fig. 1 kann auch als A- oder als C-Verstärker arbeiten, wenn man die Basiselektroden zu den Emitterelektroden richtig vorspannt.

Für einen Α-Betrieb muß die Elektrode 12 des PNP-Transistors etwa um 0,1 bis 0,8 Volt negativ gegenüber der Emitterelektrode 13 gemacht werden und die Basiselektrode 23 des NPN-Transistors um den gleichen Betrag positiv gegenüber der Emitterelektrode 22. Diese Vorspannungen liegen dann in der Durchlaßrichtung. Da beim Α-Betrieb ein kleiner Strom durch jeden der Widerstände 17 und 27 hindurchfließen wird, muß der Spannungsabfall an diesen Widerständen berücksichtigt werden. Bei Batteriespeisung muß die tatsächliche Batteriespannung die gewünschte Vorspannung um den Betrag dieser Spannungsabfälle übersteigen. Für C-Betrieb ist die Basiselektrode 12 des PNP-Transistors bis auf ihren unteren Knick ihrer Kennlinie oder darunter vorzuspannen, indem man Vorspannungen von 0,1 bis

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10 Volt positiv gegenüber der Emitterelektrode 13 In der Ausführungsform nach Fig. 1 fließt der

verwendet. Die Basiselektrode 12 des NPN-Tran- maximale Ausgangsstrom über die Emitterelektrode

sistors wäre um einen entsprechenden Betrag negativ und die Kollektorelektrode über den Transistor 10.,

gegenüber der Emitterelektrode 22 zu machen, wobei wenn die Basiselektrode 12 durch das Signal negativ

beide Vorspannungen in der Sperrichtung liegen. 5 gegenüber der Emitterelektrode 13 gemacht wird,

Die Vorspannungen können durch Einsetzen von d. h. wenn die geerdete Emitterelektrode 13 positiv entsprechend gepolten Batterien in den Zweig zwi- gegenüber der Basiselektrode wird. Der maximale sehen Basiselektrode- und Emitterelektrode erhalten Ausgangsstrom über die Kollektor- und die Emitterwerden oder dadurch, daß man die Basiselektrode und elektrode im Transistor 20 fließt dann, wenn die Basisdie Emitterelektrode an geeignete Anzapfpunkte der io elektrode positiv gegenüber der Emitterelektrode 22, Batterien 16 und 26 anschließt. Schließlich kann man d. h. wenn die geerdete Emitterelektrode 22 negativ die Vorspannungen auch noch in einer später an Hand gegenüber der Basiselektrode 23 wird. Die Emitterder Fig. 3 zu beschreibenden Weise erzeugen. Die elektrode eines Transistors ist daher diejenige Elek-Größe der Vorspannung für den C-Betrieb hängt von trode, welche positiv gegenüber der Basiselektrode der Amplitude des Eingangssignals und der Lage des 15 werden muß, um einen Strom im PNP-Transistor, gewünschten Betriebspunktes ab. Ferner hängen alle oder negativ, um einen Strom im NPN-Transistor \^rorspannungen auch noch von den Betriebseigen- hervorzurufen.

schäften der Transistoren ab. Die Vorspannungen In Fig. 2 ist eine andere Ausführungsform der Erkönnen leicht auf den gewünschten Wert eingestellt findung mit Eingang an der Basiselektrode und mit werden, wenn man das Verhalten des Verstärkers 20 Abnahme des verstärkten Stromes von der Emittergegenüber einer Prüfspannung mit einem Kathoden- elektrode im Gegensatz zu der Schaltung nach Fig. 1 Strahloszillographen in üblicher Weise beobachtet. dargestellt, in welcher die Abnahme an der Kollektor-

Beim Α-Betrieb wird die Basiselektrode des PNP- elektrode erfolgt.

Transistors schwach negativ gemacht und die Basis- Bei der Besprechung der Fig. 1 waren die Erforderelektrode des NPN-Transistors schwach positiv, und 25 nisse für einen C-Betrieb und die hierfür anzuwendenzwar jeweils gegenüber der zugehörigen Emitter- den Verfahren schon kurz besprochen worden. Um ein elektrode, so daß beide Transistoren ohne ein Signal solches Verfahren zu veranschaulichen, sei im folgenbereits Strom führen. Daher fließt ein kleiner Strom den angenommen, daß auch die Schaltung nach Fig. 2 in dem durch die zwei Batterien und die zwei Tran- im C-Betrieb arbeiten möge. Die Einrichtung zur sistoren gebildeten geschlossenen Stromkreis. Im 30 Erzeugung der Vorspannung läßt sich auch für den stationären Zustand können die beiden Transistoren C-Betrieb der mit Abnahme am Kollektor arbeitenden als zwei gleich große Widerstände betrachtet werden. Schaltung nach Fig. 1 verwenden, wenn die Vor-Man sieht daher, daß die Ausgangsklemme 19, mit spannungen und Betriebsspannungen richtig gewählt der die Kollektorelektroden verbunden sind, auf Erd- werden. Die mit Abnahme an der Emitterelektrode potential liegt. Es fließt daher kein Strom durch die 35 arbeitende Schaltung nach Fig. 2 kann außerdem wie Belastung, und es liegt an dieser auch keine Span- die Schaltung nach Fig. 1 im B-Betrieb oder im nung. Α-Betrieb arbeiten, wenn die Vorspannungen in der

Wenn eine Signalspannung zugeführt wird, deren obenerwähnten Weise gewählt werden.
Maximalamplitude zu klein ist, um den Strom in Der erste PNP-Flächentransistor 30 in Fig. 2 enteinem Transistor zu sperren, d. h. eine Signalspan- 40 hält einen Halbleiterkörper, in welchem drei Gebiete nung, wie man sie gewöhnlich im Α-Betrieb voraus- von entgegengesetztem Leitfähigkeitstyp aufeinandersetzt, so vefhält sich die Schaltung so, als wenn der folgen, und enthält ferner eine Emitterelektrode 32, eine Widerstand zunehmen und der andere um den eine Basiselektrode 33 und eine Kollektorelektrode 34., gleichen Betrag abnehmen würde. Bei einem Wechsel- die jeweils mit einem dieser Gebiete des Halbleiterstromsignal weicht daher das Potential der nicht ge- 45 körpers in Kontakt sind. Wie in Fig. 1 ist an die erdeten Ausgangsklemme 19 nach oben und unten um Basiselektrode 33, welche als Steuerelektrode dient, einen Wert von annähernd der Größe der Batterie- ein Kopplungskondensator 14 angeschlossen, und an Spannung 16 bzw. 26 ab. Dies tritt auch auf, wenn diesem Kondensator liegt die spannungsführende Eindie Belastung Z_t abgetrennt wird. Eine Spannungsver- gangsklemme 15, während die andere Eingangsklemme Stärkung findet also auch bei einer Belastung von un- 50 geerdet ist. Die Emitterelektrode 32 arbeitet als Ausendlichem Innenwiderstand statt. Die Betriebsspan- gangselektrode und ist mit der einen Ausgangsnung für jeden Transistor wird daher auf einem klemme 19 verbunden, an welche der Ausgangswider-Stromwege, der über den anderen Transistor ver- stand Z_£ angeschlossen ist, während die andere Ausläuft, wirksam. Daher kann jeder Transistor als die gangsklemme geerdet ist. Ein Strombegrenzungs-Gleichstrombelastung für den anderen aufgefaßt 55 widerstand 36 von annähernd 1000 Ohm und eine werden. Batterie 37 sind in Reihe zueinander zwischen die

Wegen dieser Eigenschaft der Schaltung nach Kollektorelektrode 34 und Erde geschaltet und sind Fig. 1 hängt die Verstärkerausgangsspannung beim durch einen Kondensator 38 für die Signalfrequenzen Α-Betrieb nicht von dem Vorhandensein der Be- überbrückt, so daß die Kollektorelektrode für lastung X_L ab, und der Verstärker kann daher als ein 60 Signalfrequenzen geerdet ist. Die Kollektorelektrode Spannungsverstärker für eine Belastung von unend- ist also dem Eingangskreis und dem Ausgangskreis lieh hohem Widerstand betrachtet werden. Die Aus- gemeinsam. Die positive Klemme der Batterie 37 ist gangsspannung kann unmittelbar dem Steuergitter geerdet. Der Vorspannungswiderstand 39 und die Voreiner Vakuumröhre zugeführt werden, und es ist dann Spannungsbatterie 40 liegen in Reihe zueinander kein Gitterableitwiderstand erforderlich, da eine 65 zwischen der Basiselektrode 33 und Erde, wobei die Gleichstromverbindung vom Gitter nach Erde über negative Klemme der Batterie 40 geerdet ist. Zu der die Transistorschaltung vorhanden ist. Eine der- Batterie 40 kann noch ein Kondensator 41 parallel geartige Möglichkeit existiert bei keiner bekannten legt werden.

Vakuumröhrenschaltung. Natürlich kann die Be- Der zweite parallele Signalkanal enthält einen

lastung auch kapazitiv angekoppelt werden. 70 zweiten Transistor 44 mit einem Halbleiterkörper, in

welchem eine N-Zone, eine P-Zone und wieder eine X-Zone aufeinanderfolgen und der eine Emitterelektrode 46, eine Basiselektrode 47 und eine Kollektorelektrode 48 besitzt, die alle unter geringem Widerstand auf den beireffenden Gebieten des Halbleiterkörpers aufliegen. Ein Kopplungskondensator 25 ist zwischen die spannungsführende Eingangsklemme 15 und die Basiselektrode 47 eingeschaltet. Die Betriebsspannung für den die Emitterelektrode und die Kollektorelektrode enthaltenden Kreis wird mittels einer Batterie 49 geliefert, und zwar über einen Strombegrenzungswiderstand 50 von etwa 1000 Ohm, der in Reihe zwischen der Kollektorelektrode 48 und Erde liegt. Die Batterie und der Widerstand sind für Signalfrequenzen mittels eines Kondensators 51 überbrückt. Die Vorspannung für die Basiselektrode 47 wird von einer Batterie 42 geliefert, deren positive Klemme geerdet ist, und zwar über einen Vorspannungswiderstand 43. Der Batterie 42 kann ebenfalls ein Kondensator 45 parallel gelegt werden.

Die Wirkungsweise des Verstärkers nach Fig. 2 ist im wesentlichen dieselbe wie diejenige des Verstärkers nach Fig. 1. Jeder der beiden parallelen Zweige arbeitet im Gegentakt zu dem jeweils anderen und stellt aus dem einphasigen Eingangssignal ein einphasigs Ausgangssignal an der Belastung her ohne Benutzung von Phasenumkehrstufen oder Gegentakttransformatoren an der Eingangsseite und Ausgangsseite. Durch die Belastung fließt kein Gleichstrom hindurch. Im Betrieb fließen die Ausgangswechselströme durch die Belastung in entgegengesetzter Richtung in den einen Transistor hinein und aus dem anderen Transistor heraus. Die Transistoren sind von entgegengesetztem Leitfähigkeitstyp und führen entgegengesetzt gerichtete Ausgangs- ströme, wenn sie mit derselben Eingangsspannung beaufschlagt werden. Es bestehen jedoch gewisse Unterschiede gegenüber der Schaltung nach Fig. 1, welche unter Umständen von Vorteil sind.

Der erste Unterschied resultiert aus dem B-Betrieb bei Fig. 1 und dem C-Betrieb bei Fig. 2. Dieser Unterschied ist jedoch nicht ausschlaggebend, da beide Schaltungen im A-, B- oder C-Bereich arbeiten können, wenn man die Betriebsbedingungen, wie oben erwähnt, verschieden wählt.

Ein Unterschied liegt jedoch darin, daß die Schaltung in Fig. 2 ein Stromverstärker ist, während die Schaltung in Fig. 1 entweder ein Stromverstärker oder ein Spannungsverstärker hoher Verstärkung ist. Infolgedessen ist der Innenwiderstand des Ausgangskreises in Fig. 2 niedrig, so daß dieser Verstärker Energie mit gutem Wirkungsgrad in eine Belastung mit einem Wechselstromwiderstand von der Größenordnung von 100 Ohm liefert. Diese Eigenschaft macht den Verstärker besonders geeignet, um beispielsweise die Sprechspule eines Lautsprechers zu speisen.

Wegen des C-Betriebes fließt im Ruhezustand kein Strom durch die Transistoren 30 und 44. Wenn jedoch ein negatives Eingangssignal der Basiselektrode 33 des PNP-Transistors zugeführt wird, und zwar mit so großer Amplitude, daß die positive Vorspannung der Batterie 40 überwunden wird, so fließt durch die Belastung Z^ ein hochverstärkter Strom in die Emitterelektrode 32 hinein. Aus dem Transistor 44 fließt in diesem Zeitpunkt kein Strom durch die Belastung hindurch. Wenn sich die Polarität des Eingangssignals umkehrt und ein positives Potential der Basiselektrode 47 des NPM-Transistors zugeführt v.-ird. Hießt ein verstärkter Ausgangsstrom von der Emitterelektrode 46 durch die Belastung Z_L hindurch. Die Signalwechselströme erscheinen also in verstärkter Form in der Belastung.

Man erkennt, daß keine getrennten Vorspannungsbatterien 40 und 42 erforderlich sind, wenn die Zuleitungen von den Vorspannungswiderständen an Anzapfpunkte von entsprechender Spannung der Batterien 37 und 49 und von der richtigen Polarität gegen Erde angeschlossen werden. Außerdem können Spannungsteiler, wie in Fig. 3 dargestellt, benutzt werden.

Die Fig. 3 zeigt einen erfindungsgemäßen Schallplattenverstärker. Die Gegentaktstufe enthält einen ersten PNP-Transistor 52 mit Kollektorelektrode 54, Basiselektrode 55 und Emitterelektrode 56 auf je einem der Gebiete oder Zonen des Halbleiters 52.

Ein Strombegrenzungswiderstand 57 und eine Batterie 58 liegen in Reihe zueinander zwischen der Emitterelektrode 56 und Erde und sind für Signalfrequenzen durch einen Kondensator 59 überbrückt, so daß die Emitterelektrode wie in Fig. 1 dem Eingangs- und Ausgangskreis gemeinsam ist. Die Vorspannung für den die Emitterelektrode und die Basiselektrode enthaltenden Eingangskreis wird von einem Spannungsteiler 60 und 61., welcher mit der Batterie 58 in Reihe liegt, geliefert. Die Basiselektrode 55, die als Eingangselektrode arbeitet, ist unmittelbar an den Verbindungspunkt der Spannungsteilerwiderstände 60 und 61 angeschlossen und befindet sich daher auf einem Potential, das gegenüber Erde weniger positiv ist als die Emitterelektrode.

Die Spannung von diesem Spannungsteiler kann eine Vorspannung von ganz ungefähr 0,2 Volt zwischen der Basiselektrode 55 und der Emitterelektrode 56 in der Durchlaßrichtung legen, d. h. daß der positive Pol dieser Vorspannung an einer P-Zone und der negative Pol an der N-Zone liegt und der Transistor 52 also im Α-Betrieb arbeitet. Bei dieser Vorspannung spricht der Transistor auf die Eingangssignalspannung während deren ganzer Periodendauer an, vorausgesetzt, daß die Spannungen nicht größer sind als die zugeführte Vorspannung.

Der zweite Transistor 64 ist ein NPN-Transistor, Auch bei diesem ist eine Kollektorelektrode 66, eine Basiselektrode 67 und eine Emitterelektrode 68 auf je einer Zone des Halbleiterkörpers vorhanden. Die Schaltung für den NPN-Transistor ist im übrigen dieselbe bzw. entspricht im übrigen sinngemäß derjenigen des PNP-Transistors. Ein Strombegrenzungswiderstand 70 und eine Batterie 71 sind in Reihe zwischen die Emitterelektrode 68 und Erde geschaltet und können durch einen Nebenschlußkondensator 72 überbrückt werden. Die Vorspannung für den die Basiselektrode und die Emitterelektrode enthaltenden Eingangskreis wird mittels zweier Spannungsteilerwiderstände 73 und 74 von der Batterie 71 abgenommen. Die Größe der dem NPN-Transistor zugeführten Vorspannung ist ebenso zu wählen wie die Größe der Vorspannung am PNP-Transistor. Die Basiselektrode 67 wird unmittelbar an den Verbindungspunkt der Widerstände 73 und 74 angeschlossen. Die Batterie 71 ist im Gegensatz zur Batterie 58 mit ihrer positiven Klemme geerdet.

Die Kollektorelektroden 54 und 66 der beiden Transistoren stellen die Ausgangselektroden dar und sind mit der einen von zwei Ausgangsklemmen verbunden, zwischen denen die Sprechspule eines Lautsprechers 75 von beispielsweise 500 Ohm Widerstand eingeschaltet wird. Die Basiselektroden 55 und 67 sind über Kopplungskondensatoren 50 und 25 an die

Emitterelektrode eines Transistors 77 angeschlossen, welcher eine gemeinsame Eingangsstufe für die beiden Gegentakttransistoren 52 und 64 darstellt.

Der Transistor 77 ist ein als Vorverstärker dienender PNP-Flächentransistor. Zwischen seiner Basiselektrode 80 und der negativen Klemme einer Vorspannungsbatterie 65, deren positive Klemme geerdet ist, liegt ein VoTSpannungswiderstand 81.

Die Kollektorelektrode 79 ist an die negative Klemme einer Batterie 53 angeschlossen. Zwischen der Emitterelektrode 76 und Erde liegt ein Lastwiderstand 82. An diesem treten die Signalspannungen auf, welche dem Gegentaktverstärker zugeführt werden. Zwischen der Basiselektrode 80 und einer Klemme der Sekundärwicklung 84 eines Kopplungstransformators 85 befindet sich ein Kopplungskondensator 83. Die andere Klemme der Sekundärwicklung 84 ist geerdet. Die Primärwicklung 86 des Kopplungstransformators liegt an einem Kristalltonabnehmer 87, dessen Nadel 89 auf die Schallplatte aufgesetzt wird. Im Betrieb wird zweckmäßig eine Klemme der Primärwicklung 86 geerdet. Der Kopplungstransformator 85 dient zur Widerstandsanpassung, d. h. zur Anpassung des hohen Widerstandes des Kristalltonabnehmers 87 an den verhältnismäßig niedrigen Eingangswiderstand des als Vorverstärker dienenden Transistors 77. Wenn ein magnetischer Tonabnehmer benutzt wird, ist eine derartige Widerstandsanpassung nicht erforderlich.

Die Eingangssignalquelle für den in Fig. 3 dargestellten Gegentaktverstärker kann außer einem einzigen als Vorverstärker arbeitenden Transistor auch eine geeignete andere beispielsweise mit einer Röhre arbeitende Verstärkerstufe sein. Ferner kann man, statt, wie in Fig. 3 dargestellt, getrennte Batterien zu verwenden, auch eine gemeinsame Batterie mit geeigneten Anzapfungen oder einem stromdurchflossenen Widerstand zur Lieferung aller Vorspannungen und Betriebsspannungen benutzen.

Die Signalspannungen, welche vom Kristalltonabnehmer 87 geliefert werden, liegen zwischen der Basiselektrode und der Emitterelektrode des Transistorvorverstärkers 77 und beeinflussen somit den Strom zwischen der Emitterelektrode und der Kollektorelektrode, der den Lastwiderstand 82 durchfließt. Die an diesem Widerstand auftretenden Spannungsschwankungen treten dann zwischen den Basiselektroden 55 und 67 einerseits und den zugehörigen Emitterelektroden 56 und 68 andererseits auf.

Wie oben bereits erwähnt, sind die Transistoren 52 und 64 von entgegengesetztem Leitfähigkeitstyp, d. h., der eine Transistor 52 ist ein PNP-Transistor, während der andere Transistor 64 ein NPN-Transistor ist, und die zugeführte Signalspannung ruft daher Ströme in entgegengesetzter Richtung durch die Sprechspule hervor, welche sich auch in entgegengesetzter Richtung ändert, so daß diese Sprechspule des Lautsprechers 75 von einem Differenzstrom durchflossen wird, der ein verstärktes Abbild der Eingangssignalspannung ist.

Bei einer praktischen Ausführungsform der in Fig. 3 dargestellten Schaltung werden die folgenden Schaltelemente verwendet: Die Batterien 58 und 71 hatten je 22,5 Volt, die Widerstände 60 und 73 je 9100 Ohm und die Widerstände 71 und 74 je 24 000 Ohm. Die Strombegrenzungswiderstände 57 und 70 betrugen je 910 Ohm, und die Lautsprecherspule hatte einen Widerstand von 500 Ohm. Die Ausgangsleistung betrug 120 Milliwatt bei 2%. Verzerrung.

Es sei bemerkt, daß im Α-Betrieb der Ausgangsstrom einen Spannungsabfall an den Strombegrenzungswiderständen 57 und 70 hervorruft, der bei Bestimmung der an den beiden Spannungsteilern abzunehmenden Vorspannung in Rechnung gestellt werden muß. Die zwischen der Emitterelektrode und der Basiselektrode wirksame Vorspannung wird jeweils nach der gewünschten Betriebsart bemessen, wie oben bereits erläutert.

ίο Die Wirkungsweise des Gegentaktverstärkers nach Fig. 3 ist in den Grundzügen dieselbe wie die des Verstärkers nach Fig. 1, und es werden auch dieselben Vorteile wie bei Fig. 1 erzielt. Die Wirkungsweise des Vorverstärkerteils mit dem Transistor 77 ist an sich bekannt und bedarf keiner Erläuterung.

Die Fig. 4 veranschaulicht einen Gegentaktverstärker mit Punktkontakttransistoren. Ein Punktkontakt-N-Transistor ist von demselben Leitfähigkeitstyp wie ein PNP-Flächentransistor und ein Punktkontakt-P-Transistor von demselben Leitfähigkeitstyp wie ein NPN-Flächentransistor. Für die Zwecke der Erfindung kann man entweder Flächen- oder Punktkontakttransistoren benutzen. Bei Benutzung eines Punktkontakttransistors ist es wenigstens beim gegenwärtigen Stande der Technik vorteilhaft, den Eingangskreis mit der Emitterelektrode und Basiselektrode an der letzteren zu erden. Dies gilt deshalb, weil bei Punktkontakttransistoren !Instabilitäten auftreten können, wenn in der Basiselektrodenzuleitung ein erheblicher Widerstand liegt.

Der in Fig. 4 dargestellte Verstärker enthält die Punktkontakttransistoren 90 und 91 vom N-Typ bzw. P-Typ mit den Halbleiterkörpern 92 und 93, den Kollektorelektroden 94 und 95, die unter einem hohen \¥iderstand auf den Halbleiterkörpern aufliegen und eine Gleichrichterwirkung zeigen sowie als Ausgangselektroden dienen, den ^Emitterelektroden 96 und 97, die ebenfalls unter hohem Widerstand auf den Halbleiterkörpern aufliegen und eine Gleichrichterwirkung zeigen und als Eingangselektroden dienen, und schließlich den Basiselektroden 98 und 99 mit geringem Widerstand, die den Eingangs- und Ausgangskreisen gemeinsam sind. Die Eingangskopplungskondensatoren 14 und 25 liegen zwischen den Emitterelektroden 96 und 97 und der spannungsführenden Eingangsklemme 15.

Die Betriebsspannung für den N-Transistor 90 wird von einer Batterie 100 zwischen der Basiselektrode 98 und Erde geliefert. Diese Batterie ist mit ihrer negativen Klemme geerdet, so daß sie eine sogenannte umgekehrte Vorspannung oder Sperrspannung für die Kollektorelektrode und die Basiselektrode darstellt. Zwischen der Emitterelektrode und der Basiselektrode liegt ein Vorspannungswiderstand 101 zur Erzeugung eines B-Betriebes. Zu der Batterie 100 kann ein Kondensator 102 parallel gelegt werden.

Die Schaltung des P-Transistors 91 ist dieselbe wie für den N-Transistor 90 mit der Ausnahme, daß an der Batterie 103 die positive Klemme geerdet ist und daher eine sogenannte umgekehrte Vorspannung oder Sperrspannung zwischen der Kollektorelektrode 95 und der Basiselektrode 99 liegt. Zwischen der Emitterelektrode 97 und der Basiselektrode 99 liegt wieder ein Vorspannungswiderstand 105, und parallel zur Batterie 103 kann wieder ein Kondensator 104 geschaltet werden.

Die Kollektorelektroden 94 und 95 sind beide mit derselben Ausgangsklemme 19 einer als ohmscher Widerstand 35 dargestellten Belastung verbunden.

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Die Wirkungsweise des Verstärkers mit Punktkontakttransistoren ist analog der Wirkungsweise des Verstärkers mit Flächentransistoren nach Fig, 1« Wegen der komplementären Symmetrie der Betriebseigenschaften eines Punktkontakt-N-Transistors einerseits und eines Punktkontakt-P-Transistors andererseits ruft eine beiden Eingangskreisen zugeführte gleiche Signalspannung eine Änderung der Kollektorelektrodenströme im entgegengesetzten Sinne hervor, d. h., die durch die Belastung im entgegengesetzten Sinne hindurchfließenden Ströme nehmen gleichzeitig zu bzw. ab. Der Lastwiderstand 35 wird daher von einem Differenzstrom durchflossen, und es tritt an ihm eine verstärkte Signalspannung auf, die ein verstärktes Abbild des Eingangssignals ist.

Der Punktkontaktverstärker nach Fig. 4 kann auch als C-Verstärker betrieben werden, wenn geeignete Vorspannungen, nämlich eine negative Vorspannung an der Emitterelektrode 96 und eine positive Vorspannung an der Emitterelektrode 97 eingeführt wird. Ein Α-Betrieb wird bei Umkehr dieser Vorspannungen erzielt.

Da bei den beschriebenen Ausführungsformen in der Belastung kein Strom fließt, wenn die Schaltung ruht, ist die durchschnittliche Strombelastung jeder Batterie sehr klein. Im Α-Betrieb kann die Schaltung auch auf einen unendlich hohen Gleichstromwiderstand arbeiten. Die erfindungsgemäßen Verstärkerschaltungen können also auch zur Speisung elektrostatischer Ablenkplatten einer Kathodenstrahlröhre dienen, welche nur eine kapazitive Belastung an den Ausgangsklemmen 19 darstellen.

Ein durch die Erfindung erzielter Vorteil liegt in dem guten Wirkungsgrad, insbesondere, wenn die Belastung einen holhen Widerstand besitzt. Dieser gute Wirkungsgrad rührt daher, daß die Gleichströme, die für die Speisung der Belastung nicht notwendig sind, diese Belastung nicht durchfließen, wie es bei den bekannten Gegentaktverstärkern der Fall ist.

Die erfindungsgemäßen Verstärker können auch in Serie oder parallel geschaltet werden.

Ferner ist die Erfindung, obwohl sie an Hand von Punktkontakttransistoren und Flächentransistoren erläutert wurde, nicht auf Transistoren dieser spezifischen Form beschränkt. Man kann vielmehr auch andere Transistorentypen benutzen, welche in ihrer X-Form und ihrer P-Form komplementäre und symmetrische Kennlinien besitzen, auch wenn im einzelnen die Steuerung der Ausgangsströme seitens der Eingangsspannungen in anderer Weise vor sich geht.

Durch die Erfindung wird also ein Transistorverstärker geschaffen, der im Gegentaktbetrieb eine einphasige Eingangssignalspannung unmittelbar in einen verstärkten einphasigen Ausgangsstrom oder in eine verstärkte einphasige Ausgangsspannung umwandelt. Der Belastungskreis wird dabei nicht von Gleichströmen durchflossen, und es ist kein Eingangstransformator oder eine Phasenumkehrstufe am Eingang notwendig. Ferner ist kein symmetrischer Ausgangstransformator erforderlich und keine nicht geerdete Betriebsspannung,- die gelegentlich bei bekannten Gegentaktverstärkern notwendig ist.

Claims (5)

. .. -- Patentansprüche:

1. Gegentaktverstärker mit zwei Transistoren entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps, deren Eingangselektroden parallel an der Signalspannungsquelle liegen, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangselektroden der Transistoren parallel unmittelbar an den Verbraucher geschaltet sind, dessen andere Klemme mit dem gemeinsamen und geerdeten Pol der Speisespannungsquellen in den Zuleitungen zu den dem Eingangs- und Ausgangskreis des Verstärkers gemeinsamen Transistorelektroden verbunden ist.

2. Gegentaktverstärker, insbesondere mit zwei Flächentransistoren, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ihre Basiselektroden die Eingangselektroden und ihre Kollektorelektroden die Ausgangselektroden des Verstärkers sind und daß nur in den Emitterzuleitungen Speisespannungsquellen liegen, während die Basiselektroden jeweils mit den Emitterelektroden über Widerstände verbunden sind (Fig. 1).

3. Gegentaktverstärker, insbesondere mit zwei Flächentransistoren, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ihre Basiselektroden die Eingangselektroden und ihre Emitterelektroden die Ausgangselektroden des Verstärkers sind und daß in den Kollektorzuleitungen die Speisespannungsquellen für den Ausgangskreis liegen, während die Basiselektroden über besondere Spannungsquellen gespeist sind (Fig. 2).

4. Gegentaktverstärker, insbesondere mit zwei Flächentransistoren, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ihre Basiselektroden die Eingangselektroden und ihre Kollektorelektroden die Ausgangselektroden des Verstärkers sind und daß nur in den Emitterzuleitungen Speisespannungsquellen liegen, während die Basiselektroden jeweils über die Speisequellen überbrückende Spannungsteiler angeschlossen sind (Fig. 3).

5. Gegentaktverstärker, insbesondere mit Punktkontakttransistoren, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ihre Emitterelektroden die Eingangselektroden und ihre Kollektorelektroden die Ausgangselektroden des Verstärkers sind und daß nur in den Basiszuleitungen Speisespannungsquellen liegen, während die Emitterelektroden jeweils mit den Basiselektroden über Widerstände verbunden sind (Fig. 4).

In Betracht gezogene Druckschriften:
H. Barkhausen, »Elektronen-Röhren«, 2. Band, 4. Auflage, 1933, S. 97;

»Bell Syst. Tech. Journ.«, 1951, S. 397;
»Proc. of the IRE«, 1950, S. 1151 bis 1154.

In Betracht gezogene ältere Patente:
Deutsches Patent Nr. 942 748.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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