DE1120509B - Temperaturkompensierter Transistor-Gleichspannungsgegentaktverstaerker - Google Patents

Description

• Temperaturkompensierter Transistor-Gleichspannungsgegentaktverstärker An sich haben Transistoren gegenüber Röhren in ihrer Anwendung besondere Vorteile, z. B. niedriger Leistungsbedarf, sofortige Betriebsbereitschaft und hohe Beschleunigungsfestigkeit. Ein wesentlicher Nachteil, der der Anwendung des Transistors insbesondere in Gleichspannungsverstärkern vielfach im Wege steht, ist jedoch die starke Abhängigkeit ihrer Betriebswerte von der Umgebungstemperatur. Die bisher bekannten Schaltungen zur Temperaturstabilisierung weisen in der Mehrzahl eine hohe Empfindlichkeit gegenüber Speisespannungsschwankungen auf. Vielfach überwiegt der Einfluß dieser Spannungsänderungen auf den Nullpunkt gegenüber Einflüssen der Umgebungstemperatur, so daß eine Nullpunktkonstanz kaum gegeben ist.
• Die mit einer Änderung der Umgebungstemperatur entstehende Abweichung wird im wesentlichen durch vier Komponenten bestimmt: 1. Änderung der Basis-Emitter-Vorspannung. Mit steigender Umgebungstemperatur erniedrigt sich die Basis-Emitter-Vorspannung. Der Verlauf ist im allgemeinen linear. Die Abweichung erfolgt sehr langsam, wenn schnelle Temperaturänderungen auftreten.
• 2. Änderung des Kollektorreststromes beim Emitterstrom Null. Durch Temperaturerhöhung steigt der Reststrom sehr stark an. Bei schneller Temperaturänderung stellt sich der Reststrom rasch auf den neuen Wert ein.
• 3. Änderung des Kollektorreststromes beim Basisstrom Null. Dieser Stromanteil fällt weniger ins Gewicht, da er im Ausgangskreis der Verstärkerschaltung auftritt.
• 4. Änderung der Stromverstärkung. Mit steigender Temperatur wird das Verhältnis von Kollektorstrom zu Basisstrom größer, d. h., die Verstärkung nimmt zu. Diese Zunahme kann etwa 20 fl/o betragen.
• Die Erfindung bezieht sich nun auf einen temperaturkompensierten Gleichspannungsgegentaktverstärker mit Transistoren in Emitterschaltung mit gemeinsamem Emitterwiderstand und je einem Basisspannungsteiler. Die Stufen eines solchen Gegentaktverstärkers sind dadurch gekennzeichnet, daß der Basiseingang desjenigen Transistors, der den kleineren Basis-Emitter-Mußwiderstand besitzt, durch einen zusätzlichen niederohmigen Vor- oder hochohmigen Parallelwiderstand belastet ist, der derart bemessen ist, daß die Temperaturdriftspannung der Stufe praktisch Null ist.
• Mit der Erfindung ist es möglich, gegenüber bisher bekannten Schaltungen eine um Größenordnungen verbesserte Konstanz der Nullpunktstabilität in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur zu erreichen (etwa 50fach). Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel. Der Gleichspannungsgegentaktverstärker besteht aus der ersten Stufe mit den Transistoren 1 und 2 in Emitterschaltung. An der Basis der Transistoren ist jeweils ein Spannungsteiler angeschlossen. In der Basisleitung des Transistors 1 liegt ein niederohmiger Widerstand 3. Die Kollektoren der Transistoren 1 und 2 sind direkt mit den Basen der Transistoren 4 und 5 der nächsten Stufe verbunden. Auch diese Transistoren werden in Emitterschaltung betrieben. Zur Basis-Emitter-Strecke des Transistors 4 liegt ein hochohmiger Widerstand 6 parallel.
• Der durch die Temperaturänderung verursachte Driftstrom bzw. die Driftspannung sind im wesentlichen vom Innenwiderstand des Generators abhängig. Tatsächlich liegen dazu noch die Flußwiderstände der Basis-Emitter-Strecken in Reihe, wodurch Fehlerstrom bzw. Fehlerspannung beeinflußt werden. Der Flußwiderstand der Basis-Emitter-Diode unterliegt naturgemäß den in der Fabrikation üblichen Fertigungsstreuungen. Bekanntlich wird durch die Wahl der Gegentaktschaltung zwar der Temperaturfehler bei gleichsinnigen Änderungen in beiden Transistoren aufgehoben; wegen der unvermeidlichen Fertigungsstreuungen bleibt jedoch stets ein Restfehler, der bei zur Zeit üblichen Transistoren am Eingang durchaus 100 uV und mehr je ° C betragen kann.
• Gemäß der Erfindung wird nun durch Abgleich der Innenwiderstände der beiden Basis-Emitter-Dioden einer Verstärkerstufe auf gleiche Werte der Temperaturgang kompensiert. Der Abgleich wird in der Weise vorgenommen, daß man zum Basisanschluß desjenigen Transistors, dessen Basis-Emitter-Flußwiderstand den kleineren Wert aufweist, einen niederohmigen Widerstand in Serie schaltet und durch Verändern seines Widerstandswertes den gewünschten Temperaturgang einstellt. Zwischen der Größe des zusätzlichen niederohmigen Vorwiderstandes und der Größe bzw. Polarität des Temperaturganges besteht ein direkter linearer Zusammenhang. Da sich durch die Größe dieses Widerstandes der Temperaturgang beliebig positiv oder negativ machen läßt, kann man die Temperaturabhängigkeit des Nullpunktes in einem großen Temperaturbereich beliebig klein bzw. zu Null machen. Außerdem besteht die Möglichkeit, durch überkompensation auch Temperatureinflüsse auszugleichen, die außerhalb der Transistoren entstehen, z. B. durch Widerstände, Löt- und sonstige Verbindungsstellen, die Thermospannungen in den Meßkreis bringen.
• Selbstverständlich ist es auch möglich, durch Parallelschalten eines hochohmigen Widerstandes den gewünschten Effekt der Temperaturkompensation zu erreichen, wie es mit dem Widerstand 6 der Transistorstufe 4, 5 erfolgt. Dabei besteht ein linearer Zusammenhang zwischen dem Leitwert dieses Widerstandes und dem Temperaturgang. Bei einem hohen Innenwiderstand des Generators wendet man zweckmäßig die Parallelschaltung, bei einem niedrigen Innenwiderstand des Generators die Reihenschaltung des Abgleichwiderstandes an. Durch das Einfügen des Abgleichwiderstandes wird der Arbeitspunkt der Transistoren nicht verändert. Der auftretende Verstärkungsverlust, durch Änderung des Eingangswiderstandes bedingt, ist vernachlässigbar gering.
• Mit der neuen Schaltung und bei Einbau der Transistoren in an sich bekannter Weise in thermisch isolierte Kupferblöcke ist es möglich, die Temperaturdriftspannung auf weniger als 2 1, V/° C bei einem direkt gekoppelten Gleichspannungsverstärker herabzudrücken, was mit einer Tempe.raturdriftspannung von nahezu Null zu vergleichen ist. Durch Einsatz eines Thermostaten, der den Kupferblock auf eine konstante Temperatur von z. B. 40° C hält, läßt sich der angegebene Wert noch um eine Größenordnung verringern.
• Die Änderung des Verstärkungsgrades mit der Temperatur läßt sich durch an sich bekannte Mittel, wie entsprechend große Gegenkopplung, genügend klein halten.
• Es ist selbstverständlich auch möglich, in einem mehrstufigen Gleichspannungsgegentaktverstärker nur eine Stufe durch einen entsprechenden Widerstand oder eine Stufe mit einem Serienwiderstand und die andere Stufe mit einem Parallelwiderstand zu kompensieren. Es ist auch möglich, eine Stufe überzukompensieren, so daß der Einfluß vorangehender bzw. nachfolgender nicht kompensierter Stufen völlig ausgeglichen wird.

Claims (6)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Gleichspannungsgegentaktverstärkerstufe mit Transistoren in Emitterschaltung mit gemeinsamem Emitterwiderstand und je einem Basisspannungsteüer, dadurch gekennzeichnet, daß der Basiseingang desjenigen Transistors, der den kleineren Basis-Emitter-Flußwiderstand besitzt, durch einen zusätzlichen niederohmigen Vor- oder hochohmigen Parallelwiderstand belastet ist, der derart bemessen ist, daß die Temperaturdriftspannung der Stufe praktisch Null ist.
2. 2. Gegentaktverstärkerstufe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der niederohmige Widerstand (3) in die Basisleitung eines Transistors geschaltet ist.
3. 3. Gegentaktverstärkerstufe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der hochohmige Widerstand (6) parallel zur Basis-Emitter-Strecke eines Transistors geschaltet ist.
4. 4. Zweistufiger Gleiohspannungsgegentaktverstärker mit Stufen nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch,gekennzeichnet, daß in der einen Stufe ein niederohmiger Vorwiderstand und in der anderen Stufe ein hochohmiger Parallelwiderstand vorgesehen ist.
5. 5. Mehrstufiger Gleichspannungsgegentaktverstärker mit Stufen nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß nur in einer Stufe ein Kompensationswiderstand vorgesehen ist.
6. 6. Gleichspannungsgegentaktverstärker nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Transistoren in an sich bekannter Weise in thermisch isolierte Kupferblöcke eingebaut sind. In Betracht gezogene Druckschriften: USA.-Patentschrift Nr. 2 892 045; britische Patentschrift Nr. 813 859; »Funk-Technik«, 1955, Nr. 14, S. 405; »Valvo Berichte«, 1957, H. 1, S. 26; »Radio und Fernsehen«, 1958, Nr. 20, S. 615; »Elektro-Technik«, 1958, Nr. 48, S. 370; »Bull. des SEV«, 1958, Nr. 12, S. 537; »Wireless World«, August 1957, S. 98 (Adv.); »IRE Transact. an Medical Electronicts«, März 958, S. 15 bis 24.