DE1120509B

DE1120509B - Temperature compensated transistor direct voltage push-pull amplifier

Info

Publication number: DE1120509B
Application number: DEP23173A
Authority: DE
Inventors: Erich Holle
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1959-07-15
Filing date: 1959-07-15
Publication date: 1961-12-28

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.Temperature compensated transistor DC voltage push-pull amplifier In principle, transistors have particular advantages over tubes in their application, z. B. low power requirement, immediate operational readiness and high acceleration resistance. A major disadvantage, that of the use of the transistor, in particular in DC voltage amplifiers often stands in the way, however, is the strong dependence of their operating values on the ambient temperature. The previously known circuits for temperature stabilization Most of them have a high sensitivity to fluctuations in the supply voltage on. In many cases, the influence of these voltage changes on the zero point predominates against influences of the ambient temperature, so that a zero point constancy is hardly possible given is.

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.The deviation that arises with a change in ambient temperature is essentially determined by four components: 1. Change in base-emitter bias. As the ambient temperature rises, the base-emitter bias decreases. The course is generally linear. The deviation occurs very slowly, though rapid temperature changes occur.

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.2. Change in the residual collector current when the emitter current is zero. By If the temperature rises, the residual current rises very sharply. With rapid temperature changes the residual current quickly adjusts to the new value.

3. Änderung des Kollektorreststromes beim Basisstrom Null. Dieser Stromanteil fällt weniger ins Gewicht, da er im Ausgangskreis der Verstärkerschaltung auftritt.3. Change in the residual collector current at zero base current. This The current component is less important because it is in the output circuit of the amplifier circuit occurs.

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.4. Change the current gain. As the temperature rises, that becomes Ratio of collector current to base current greater, i.e. i.e., the gain is increasing to. This increase can be about 20 fl / o.

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.The invention now relates to a temperature-compensated DC voltage push-pull amplifier with transistors in emitter circuit with a common emitter resistance and one each Base voltage divider. The stages of such a push-pull amplifier are thereby characterized in that the base input of the transistor which has the smaller base-emitter must resistance possesses, through an additional low-ohmic series resistor or high-ohmic parallel resistor is loaded, which is dimensioned such that the temperature drift voltage of the stage is practically zero.

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.With the invention it is possible, compared to previously known circuits an order of magnitude improved constancy of the zero point stability as a function of from the ambient temperature (about 50 times). The drawing shows a Embodiment. The DC push-pull amplifier consists of the first Stage with transistors 1 and 2 in common emitter circuit. At the base of the transistors a voltage divider is connected in each case. In the base line of the transistor 1 there is a low resistance 3. The collectors of transistors 1 and 2 are directly connected to the bases of transistors 4 and 5 of the next stage. These transistors are also operated in a common emitter circuit. To the base-emitter route of the transistor 4 is a high-resistance resistor 6 in 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.The drift current or the drift voltage caused by the temperature change are essentially dependent on the internal resistance of the generator. Actually lie in addition, the flow resistances of the base-emitter paths in series, which causes fault current or error voltage can be influenced. The flow resistance of the base-emitter diode Naturally, it is subject to the manufacturing spreads customary in manufacture. As is well known by choosing the push-pull circuit, the temperature error in the case of the same direction Changes in both transistors canceled; because of the inevitable manufacturing variations However, there is always a residual error, which is the case with currently common transistors at the input can be 100 uV and more per ° C.

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.According to the invention, by balancing the internal resistances, the two base-emitter diodes of an amplifier stage to the same values of the temperature response compensated. The adjustment is made in such a way that one goes to the base connection of the person A transistor whose base-emitter flow resistance has the smaller value low-resistance resistor in series and by changing its resistance value sets the desired temperature range. Between the size of the additional low resistance Series resistance and the size or polarity of the temperature response is a direct one linear relationship. Because the size of this resistance changes the temperature response can be made any positive or negative, one can determine the temperature dependence of the Make the zero point arbitrarily small or zero in a large temperature range. There is also the possibility of temperature influences through overcompensation compensate for that arise outside of the transistors, e.g. B. by resistors, Soldering and other connection points that bring thermal voltages into the measuring circuit.

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.Of course, it is also possible to connect one in parallel high resistance to achieve the desired effect of temperature compensation, as is done with the resistor 6 of the transistor stage 4, 5. There is a linear relationship between the conductance of this resistance and the temperature response. If the internal resistance of the generator is high, it is advisable to use the parallel connection, if the internal resistance of the generator is low, the balancing resistor is connected in series at. By inserting the balancing resistor, the operating point of the transistors becomes not changed. The loss of gain that occurs due to a change in the input resistance conditional, is negligibly small.

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.With the new circuit and with the installation of the transistors in itself known way in thermally insulated copper blocks it is possible to adjust the temperature drift voltage to less than 2 1. V / ° C with a directly coupled DC voltage amplifier to depress what can be compared with a temperature drift voltage of almost zero is. By using a thermostat that keeps the copper block at a constant temperature from Z. B. holds 40 ° C, the specified value can still be reduced by an order of magnitude.

Die Änderung des Verstärkungsgrades mit der Temperatur läßt sich durch an sich bekannte Mittel, wie entsprechend große Gegenkopplung, genügend klein halten.The change in the degree of gain with temperature can be passed through Means known per se, such as correspondingly large negative feedback, keep sufficiently small.

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.It is of course also possible in a multi-stage DC push-pull amplifier only one stage through a corresponding resistor or one stage with a series resistor and to compensate the other stage with a parallel resistor. It is also possible, to overcompensate a stage, so that the influence of the preceding or following not compensated steps is fully compensated.

Claims

CLAIMS: 1. DC voltage push-pull amplifier stage having transistors in emitter circuit with a common emitter resistor and one each Basisspannungsteüer, characterized in that the base input of that transistor, having the smaller base-emitter resistance to flow, is loaded by an additional low forward or high-impedance parallel resistor, the thus is dimensioned that the temperature drift voltage of the stage is practically zero.

2. push-pull amplifier stage according to claim 1, characterized in that the low resistance (3) is connected in the base line of a transistor.

3. push-pull amplifier stage according to claim 1, characterized in that the high-resistance Resistor (6) is connected in parallel to the base-emitter path of a transistor.

4. Two-stage balanced voltage push-pull amplifier with stages according to the claims 1 to 3, characterized in that a low-resistance series resistor in one stage and a high-resistance parallel resistor is provided in the other stage.

5. Multi-stage DC push-pull amplifier with stages according to Claims 1 to 3, characterized characterized in that a compensation resistor is provided in only one stage.

6. DC push-pull amplifier according to claims 1 to 5, characterized in that that the transistors in a known manner in thermally insulated copper blocks are built in. References considered: U.S. Patent No. 2,892 045; British Patent No. 813,859; "Funk-Technik", 1955, No. 14, p. 405; "Valvo Reports", 1957, no. 1, p. 26; "Radio und Fernsehen", 1958, No. 20, p. 615; "Elektro-Technik", 1958, No. 48, p. 370; “Bull. des SEV ”, 1958, No. 12, p. 537; "Wireless World", August 1957, p. 98 (Adv.); “IRE Transact. to Medical Electronicts «, March 958, pp. 15 to 24.