DE2445738C2

DE2445738C2 - Leistungsverstärker mit Temperaturkompensation

Info

Publication number: DE2445738C2
Application number: DE2445738A
Authority: DE
Inventors: José Marie Epinay-sur-Seine Baro
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1973-09-25
Filing date: 1974-09-25
Publication date: 1982-04-08
Also published as: GB1475507A; FR2245125B1; US3896394A; FR2245125A1; DE2445738A1; AU7358274A; AR201451A1; BR7407919D0; ZA746089B; JPS5061165A

Description

Die Erfindung betrifft einen Transistor-Leistungsverstärker mit einem Leistungsverstärkertransistor und einem Regeltransistor, die in Emitterschaltung geschaltet und auf dem gleichen Kühlkörper montiert sind, und mit wenigstens einem in Kollektorschaltung geschalteten Hilfstransistor, dessen Basis mit dem Ausgang des Regeltransistors und dessen Emitter mit der Basis des Verstärkertransistors verbunden sind.

Der Regeltransistor erteilt der Vorspannung des Verstärkertransistors Änderungen, welche die durch Temperaturschwankungen verursachten Änderungen kompensieren.

Derartige temperaturkompensierte Verstärker sind beispielsweise aus der FR-PS 21 05 557 bekannt.

Diese Verstärker weisen jedoch den Nachteil auf, daß für die Kompensation ein äußeres Element, beispielsweise eine Diode oder ein Transistor verwendet wird, das notwendigerweise die gleiche Temperaturdrift wie der zu kompensierende Verstärkertransistor aufweist.

Ferner ist die Kompensationsanordnung nicht einstellbar.

Das Ziel der Erfindung ist die Beseitigung dieser Nachteile.

Zu diesem Zweck wird mit der Erfindung eine Anordnung geschaffen, bei der die beiden Transistoren, welche die gleiche Temperaturdrift aufweisen müssen, keine Leistungstransistoren sind, und bei der sich die Ausgangsspannung linear in Abhängigkeit von der Temperatur ändert, wobei der Proportionalitätsfaktor so einstellbar ist, daß er gleich dem Temperaturkoeffizient des Verstärkertransistors ist

Dies wird nach der Erfindung dadurch erreicht, daß die Basis des Verstärkertransistors einerseits mit der Basis des Regeltransistors übe;· einen Widerstand verbunden ist und andererseits mit dem Emitter eines vierten Transistors, der die gleichen Kenngrößen wie der Regeltransistor hat und auf dem gleichen Kühlkörper montiert ist, daß die Basis und der Kollektor des

ίο vierten Transistors mit der Basis des Regeltransistors über einen einstellbaren Widerstand verbunden sind und daß die Emitterspannung des Regeltransistors einstellbar ist

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem folgenden Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung, deren einzige Figur das Schaltbild eines Leistungsverstärkers nach der Erfindung zeigt

Der in der Zeichnung dargestellte npn-Transistor Q₃ ist ein Leistungsverstärkertransistor, der in Emitterschaltung geschaltet ist. Sein Kollektor ist mit einer Gleichspannungsquelle V₀ über eine Hochfrequenzschaltung L verbunden. Die Basis des Transistors Q₃ ist mit dem Ausgang einer Vorspannungsanordnung über eine Filterschaltung F verbunden, die den Gleichstrom direkt durchläßt, wobei dieser Ausgang den Eingang E bildet, dem das zu verstärkende Signal zugeführt wird. Der Ausgang 5 des Verstärkers ist durch den Kollektor des Transistors Q₃ gebildet. Der Transistor Q₃ ist auf

«1 einem Kühlkörper RDmontiert.

Ein als Stromverstärker geschalteter Transistor Q2 ist mit seinem Kollektor an die Spannungsquelle V₀ über einen Widerstand Rg angeschlossen, während sein Emitter mit dem Eingang £verbunden ist. Die Basis des

r> Transistors Q₂ ist mit der Masse der Schaltung über einen Kondensator C₂ verbunden und außerdem an den Kollektor eines Transistors Q₄ angeschlossen.

Der Transistor Q₄ und ein weiterer Transistor Q\ sind ebenfalls auf dem Kühlkörper RD möglichst nahe bei dem Transistor Q₁ montiert. Die Transistoren φ und Q₄ haben das gleiche Substrat. Ihre Kenngrößen sind daher konstruktionsbedingt gleich. Die Basis und der Kollektor des Transistors Q, sind einerseits mit der Gleichspannungsquelle V₀ über einen Widerstand R₂

4ϊ verbunden und andererseits mit der Basis des Transistors Q₄ über einen einstellbaren Widerstand R₄.

Der Emitter des Transistors Qt ist einerseits mit dem

Eingang E und andererseits über einen Widerstand R\ mit der Masse der Schaltung verbunden. Der Kollektor

so des Transistors Q₄ ist, wie bereits erwähnt, mit der Basis des Transistors Q₂ verbunden, und außerdem mit der Gleichspannungsquelle V₀ über einen Widerstand R₇. Die Basis des Transistors Q₄ ist mit der Gleichspannungsquelle Vo über einen Widerstand R5 verbunden, außerdem über eine Kapazität Q mit Masse und schließlich über einen Widerstand R₃ mit dem Emitter des Transistors Qi.

Der Emitter des Transistors Q₄ ist über einen Widerstand Rg mit der Gleichspannungsquelle Vo und

bo über einen einstellbaren Widerstand Re mit Masse verbunden.

Die Wirkungsweise der Anordnung ist bei einer festen Temperatur, beispielsweise der Umgebungstemperatur, diejenige einer stabilisierten Stromversorgung:

eine Verstärkerschaltung vergleicht die Ausgangsspannung mit einer Bezugsspannung und gewährleistet die Gleichheit dieser beiden Spannungen.

Die Bezugsspannung Vr ist die Emitterspannung des

Transistors Qa, die mit Hilfe des einstellbaren Widerstands R₆ festgelegt wird. Am Punkt E besteht die Vorspannung Vr, an den Klemmen des Widerstands R₃ besteht der Spannungsabfall Vb- Zwischen der Basis und dem Emitter des Transistors Qa besteht für einen gegebenen Kollektorstrom der Spannungsabfall V_BE, und an dem als Diode geschalteten Transistor Q] besteht der Spannungsabfall Vd.

Diese Spannungen sind durch die folgende Beziehung miteinander verknüpft:

Ve + V_B - Vbe = V_H

Die Werte der Widerstände sind so bemessen, daß bei der Umgebungstemperatur gilt: Vs = V_BE.

Es gilt also Vr= Vf, die Vorspannung Ve ist gleich der Bezugsspannung.

Die Transistoren <?i und Q* sind gleich; man kann also die Widerstände R2 und R₇ so wählen, daß die Spannungen Vd und Vbe bei jeder Temperatur gleich sind. Die Temperaturabhängigkeit dieser Spannungen liegt in der Größenordnung von k= —2 mV/°C.

Wenn sich die Temperatur der Basis-Emitter-Übergänge infolge der Änderungen der äußeren Bedingungen oder wegen der Wärmezufuhr vom Transistor Q₃ über den Kühlkörper RD ändert, ändern sich die Spannungen V_Dund Vseum

AV_B = AV_BE=(k){AT),

wobei Δ T die Temperaturänderung dieser Übergänge ist.

Die Spannung Vg ändert sich also im Zusammenhang mit den Änderungen der Spannung V_D infolge des Spannungsteilers R₃, Ra um:

V_n)

=(A)(A T)

A V, =

mil: k'

K₄

^(ΔΤ) ⁼

^(AT)

15

Die Vorspannung V₁ ändert sich somit in Abhängigkeit von der Temperatur und in Abhängigkeit von dem veränderlichen Widerstand R₁ nach folgender Beziehung:

Somit ändert sich die Vorspannung V_E linear in Abhängigkeit von der Temperatur.

Man kann die Widerstände R₃ und Λ, sowie die Einstellung des Widerstands Rt so wäh'en, daß Jt'gleich dem Temperaturkoeffizient des Verstärkertransistors Q₃ ist. Man erhält dadurch einen Kollektorstrom, der unabhängig von der Temperatur ist.

Ferner ist die Einstellung der Widerstände Rt und Ra sehr einfach: bei der Umgebungstemperatur ist es durch die Einstellung des Widerstands R$ möglich, die Spannung Ve auf den Wert zu bringen, der zur Erzielung des gewünschten Stroms im Verstärkertransistor Qi notwendig ist

Anschließend wird der den drei Transistoren gemeinsame Kühlkörper auf eine andere Temperatur gebracht, und man stellt den Widerstand A₄ so ein, daß der gewählte Strom im Transistor Q₃ wiederhergestellt wird. Die dadurch erhaltene Einstellung gilt für den ganzen Betriebstemperaturbereich.

Ferner ist die Vorspannung Vf verhältnismäßig unabhängig von der Stromversorgungsspannung V₀ der Schaltung, denn der Strom in den Widerständen R?. und Rs ändert sich proportional zu der Bezugsspannung Vr, die durch Spannungsteilung aus der Spannung V₀ erhalten wird.

Die Ausgangsimpedanz der Anordnung ist sehr klein und im wesentlichen gleich:

50 ßGm

Darin sind β die Stromverstärkung des Transistors Q2 und Gm die Steilheit der Spannungs-Strom-Kennlinie des Transistors Qa-

Die Erfindung ist nicht auf die beschriebene und dargestellte Ausführungsform beschränkt.

Insbesondere kann der Transistor Qi mit einem oder mehreren zusätzlichen Transistoren verbunden sein, damit eine größere Stromverstärkung erhalten wird. Ferner kann der Verstärker zusätzliche Kondensatoren enthalten, die dazu bestimmt sind, Schwingungen zu verhindern und die von den Schaltungen des Transistors Q₃ abgegebene Hochfrequenz zu unterdrücken.

Andererseits ist der Transistor Q₂ außerhalb des Kühlkörpers Rddargestellt, doch k?nn er ohne weiteres auch auf dem Kühlkörper montiert sein.

Schließlich kann die Anordnung mehrere Leistungsverstärkertransistoren mit gleichen Kenngrößen enthalten, insbesondere für symmetrische Leistungsverstärkerschaltungen, die im B-Betrieb arbeiten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Leistungsverstärker mit wenigstens einem Leistungsverstärkertransistor und einem Regeltransistor, die wenigstens hinsichtlich ihrer Vorspannung in Emitterschaltung geschaltet und auf dem gleichen Kühlkörper montiert sind, und mit wenigstens einem in Kollektorschaltung geschalteten Hilfstransistor, dessen Basis mit dem Ausgang des Regeltransistors und dessen Emitter mit der Basis des Verstärkertransistors verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis des Verstärkertransistors (Qi) einerseits mit der Basis des Regel transistors (Q₄) über einen Widerstand (R₃) verbunden ist und andererseits mit dem Emitter eines vierten Transistors fQi), der die gleichen Kenngrößen wie der Regeltransistor ^Q₄) hat und auf dem gleichen Kühlkörper (RD) montiert ist, daß die Basis und der Kollektor des vierten Transistors (Q\) mit der Basis des Regeltransistors ^Q₄) über einen einstellbaren Widerstand (R*) verbunden sind, und daß die Emitterspannung des Regeltransistors (Q₄) einstellbar ist

2. Leistungsverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Regeltransistor (φ) und der vierte Transistor (Q\) ein gemeinsames Substrat haben.

3. Leistungsverstärker nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfstransistor (Q₂) auf dem Kühlkörper (RD) montiert ist.

4. Leistungsverstärker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch seine Verwendung in einem Einseitenband-Sender oder einem Sender für unabhängige Seitenbänder.