DE1127404B

DE1127404B - Stabilized transistor amplifier with very low operating voltage

Info

Publication number: DE1127404B
Application number: DES69419A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Phys Walter Engel
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1960-07-15
Filing date: 1960-07-15
Publication date: 1962-04-12
Also published as: GB924586A; CH402954A

Description

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

S 69419 Vma/21a² S 69419 Vma / 21a ²

ANMELDKTAG: IS. JULI 1960REGISTRATION DAY: IS. JULY 1960

BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UNDAUSGABEDER
AUSLEGESCHRIFT: 12. APRIL 1962 NOTICE
THE REGISTRATION
ANDOUTPUTE
EDITORIAL: APRIL 12, 1962

Gegenstand der Erfindung ist ein Transistorverstärker mit sehr kleinen Betriebsspannungen von beispielsweise 3 Volt und weniger, der zur Stabilisierung des Arbeitspunktes gegen Temperaturschwankungen eine Stromgegenkopplung im Emitterkreis aufweist. Bei den bekannten Verstärkern dieser Art, die insbesondere für Kleingeräte mit Eigenversorgung dienen, besteht der Nachteil, daß die Stromgegenkopplung einen beträchtlichen Teil der Betriebsspannung aufnimmt. Die thermische Stabilität ist um so besser, je größer der besagte Spannungsabfall ist. Bei kleiner Betriebsspannung ist aber der zulässige Spannungsabfall sehr eng begrenzt, wobei die Kniespannung des Transistors als zusätzlicher unvermeidbarer Verlust miteingeht.The invention relates to a transistor amplifier with very low operating voltages of for example 3 volts and less, which is used to stabilize the operating point against temperature fluctuations has negative current feedback in the emitter circuit. With the known amplifiers of this type, which are used in particular for small devices with self-supply, there is the disadvantage that the current negative feedback takes up a considerable part of the operating voltage. The thermal stability is so the greater the said voltage drop, the better. If the operating voltage is low, however, the permissible one is Voltage drop very tightly limited, with the knee voltage of the transistor being an additional unavoidable Loss.

Es ist bekannt, zu Stabilisierungszwecken bei Transistorverstärkern nichtlineare Widerstände zu verwenden, die mit steigendem Strom kleiner werden. Die Wirkung solcher Stabilisierungsmittel ist jedoch begrenzt. Weiterhin ist es bekannt, in den Emitterkreis eines Transistors zu Gegenkopplungszwecken ein Konstantstromnetzwerk zu legen, beispielsweise eine konstant ausgesteuerte Pentode. Dies hat jedoch den Nachteil, daß am Konstantstromnetzwerk ein großer Spannungsabfall auftritt, der seine Verwendung bei kleinen Betriebsspannungen überhaupt unmöglich macht.It is known to use non-linear resistors for stabilization purposes in transistor amplifiers use that become smaller with increasing current. However, the effect of such stabilizers is limited. It is also known to have a negative feedback loop in the emitter circuit of a transistor To lay a constant current network, for example a constantly controlled pentode. However, this has the Disadvantage that a large voltage drop occurs on the constant current network, which makes its use with makes small operating voltages impossible at all.

Zur Vermeidung dieser Nachteile dient gemäß der Erfindung bei Verstärkern, die insbesondere für Kleingeräte mit Eigenversorgung, wie Schwerhörigengeräte, Reise- und Autoradios u. dgl., bestimmt sind, als Gegenkopplungswiderstaqd im Emitterkreis die Parallelschaltung eines ohmschen Widerstandes mit einer Tunneldiode solcher Bemessung, daß im Arbeitspunkt des Verstärkers die Widerstandsgerade des ohmschen Widerstandes die Kennlinie der Tunneldiode im negeativen Ast schneidet. Es ergibt sich dabei der Vorteil eines sehr kleinen Spannungsabfalls von nur etwa 0,1 bis 0,2VoIt bei einem hohen dynamischen Widerstand in der Größenordnung von Kiloohm, wobei ein guter Frequenzgang der Verstärkerstufe schon mit kleinen Parallelkapazitäten erreichbar ist.To avoid these disadvantages is used according to the invention in amplifiers, in particular for Small devices with self-sufficiency, such as devices for the hearing impaired, travel and car radios and the like, are intended, as a negative feedback resistor in the emitter circuit, the parallel connection of an ohmic resistor a tunnel diode such that at the working point of the amplifier the resistance line of the ohmic resistance intersects the characteristic of the tunnel diode in the negative branch. The result is the Advantage of a very small voltage drop of only about 0.1 to 0.2VoIt with a high dynamic Resistance on the order of kiloohms, with a good frequency response of the amplifier stage can be achieved even with small parallel capacities.

In Fig. 1 ist ein Schaltungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung gezeigt und inIn Fig. 1 a circuit example of the object of the invention is shown and in

Fig. 2 ist die Stromspannungskennlinie der An-Ordnung nach Fig. 1 dargestellt.FIG. 2 shows the current-voltage characteristic of the on-order according to FIG. 1.

Nach Fig. 1 ist an die kleine Betriebsspannung U ein Transistor T angeschlossen, und zwar ist der Kollektor über den Kollektorwiderstand R₃ an den Minuspol und der Emitter über die Parallelschaltung eines ohmschen Widerstandes R₁ mit einer Tunneldiode mit dem Widerstand R₂ und einem Konden-Stabilisierter Transistorverstärker mit sehr kleiner BetriebsspannungAccording to Fig. 1, a transistor T is connected to the small operating voltage U , namely the collector via the collector resistor R ₃ to the negative pole and the emitter via the parallel connection of an ohmic resistor R ₁ with a tunnel diode with the resistor R ₂ and a condenser -Stabilized transistor amplifier with very low operating voltage

Anmelder: Siemens-Schuckertwerke Aktiengesellschaft,Applicant: Siemens-Schuckertwerke Aktiengesellschaft,

Berlin und Erlangen, Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50Berlin and Erlangen, Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

DipL-Phys. Walter Engel, Nürnberg, ist als Erfinder genannt wordenDiploma Phys. Walter Engel, Nuremberg, has been named as the inventor

sator C an den Pluspol gelegt. Die Basis des Transistors ist über einen Eingangskondensator Ce an die nicht dargestellte steuernde Strom- oder Spannungsquelle gelegt und ferner an die Verbindung zwischen zwei in Reihe an die Spannung U gelegte Widerstände i?₄ und R_s angeschlossen. Zwischen Kollektor und KoÜektorwiderstand wird das Ausgangssignal über einen Ausgangskondensator Ca abgenommen. Die Wirkungsweise einer solchen Verstärkeranordnung ist an sich, bekannt und braucht daher nicht näher erläutert zu werden.connected to the positive pole. The base of the transistor is grounded through an input capacitor Ce to the non-illustrated controlling current or voltage source, and i also applied to the connection between the two series to the voltage U resistance? ₄ and R _s connected. The output signal is picked up via an output capacitor Ca between the collector and the capacitor. The mode of operation of such an amplifier arrangement is known per se and therefore does not need to be explained in more detail.

Zur Arbeitspunktstabilisierung sind gemäß Fig. 2 die Widerstände R₁ und — R₂ so abgestimmt, daß ihr Schnittpunkt den Arbeitspunkt der Verstärkeranordnung bestimmt, also im fallenden Teil der Tunneldiodenkennlinien Hegt, wobei der Arbeitspunkt durch den Strom J₃ und die Spannung U₃ gegeben ist. Zur Erhaltung der Steuerfähigkeit der Anordnung werden die Widerstände R₄, und R₅, deren Verhältnis RJR₃ durch den Arbeitspunkt der Tunneldiode und des Transistors gegeben ist, so eingestellt, daß der Basisstrom Jb > -=—;—5-. Da der Emitterstrom Je = J₃ To stabilize the operating point, the resistors R ₁ and _{-R 2} are matched according to FIG. 2 so that their intersection determines the operating point of the amplifier arrangement, i.e. in the falling part of the tunnel diode characteristics, the operating point being given by the current J ₃ and the voltage U ₃ . In order to maintain the controllability of the arrangement, the resistors R ₄ and R ₅ , the ratio of which RJR _{3 is given} by the operating point of the tunnel diode and the transistor, are set so that the base current Jb > - = -; - 5-. Since the emitter current Je = J ₃

(Fig. 2) mit J₃ als Strom im Arbeitspunkt und ferner Je = Jb + Jc ist, gilt(Fig. 2) with J ₃ as the current at the operating point and also Je = Jb + Jc , the following applies

Übe ± Δ Übe— U_s— U₃ ± Δ U₃ = 0. Übe ± Δ Übe— U _s - U ₃ ± Δ U ₃ = 0.

Dabei bedeutet Übe die Spannung zwischen Emitter und Basis und AU be die Spannungsänderungen bei Änderung des Arbeitspunktes. Die Größe AU be ist dabei der Wärme und die Größe A U₃ dem Wärmeausgleich proportional. Langsame Wärmeänderungen beeinflussen den Basistrom Jb und damit auch denHere, Übe means the voltage between emitter and base and AU be means the voltage changes when the operating point changes. The size AU be is proportional to the heat and the size AU _{3 to} the heat balance. Slow heat changes affect the base current Jb and thus also the

.-,-.-. i„ 209 559/357.-, -.-. i " 209 559/357

Kollektorstrom Je Collector current per

R₁ ■ R₂ R ₁ ■ R ₂

nicht. Da ' der Widerstand groß gewählt wird, kann der Wertnot. Since the resistance is chosen to be large, the value

R₁ ■ R₂
für C klein gehalten werden, ohne daß die untere R ₁ ■ R ₂
for C can be kept small without the lower

Grenzfrequenz /« = ■ ansteigt. ■Cutoff frequency / «= ■ increases. ■

Claims

PATENT CLAIMS:

1. Transistor amplifier with 'very low operating voltage of, for example, less than 3 volts, which has a negative current feedback in the emitter to stabilize the operating point against temperature fluctuations', using a constant current network for negative feedback, characterized in that the parallel connection of an ohmic resistor with a negative feedback resistor in the emitter circuit a tunnel diode is used such that at the operating point of the amplifier the resistance line of the

ohmic resistance intersects the characteristic curve of the tunnel diode in the negative branch.

2. Transistor amplifier according to claim 1, wherein the series connection of two resistors in parallel with the transistor. (R ₄ , R _s ) and the base of the transistor is connected to the series circuit between the two resistors and the resistors are chosen so that the base current

Jb - ~ faüt ^ ^a ^ ^s operating voltage), there-

characterized in that the operating point of the tunnel diode and the operating point of the transit gate are adjusted to one another by setting the ratio RJR _6.

Considered publications:
U.S. Patent Nos. 2,647,958, 2,757,243, 847,583;
»Archive d. Electr. Transmission ”, 1956, no. 9, p. 369.

For this purpose, 1 sheet of drawings