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Transistorisierter Leistungsverstärker für Signale mit unmodulierter Amplitude Insbesondere bei batteriebetriebenen, mit Frequenz- oder Phasenmodulation arbeitenden Funkgeräten, in welchen die Leistungsstufe des Senders mit Transistoren bestückt ist und in welchen möglichst wenig Strom verbraucht werden soll, ist es vorteilhaft, diese Leistungsstufe und deren Vorstufe im G-Betrieb ohne Vorspan- nung zu betreiben, da dann auf stromverbrauchende Spannungsteiler zur Erzeugung der Vorspannung verzichtet werden kann.
Mit diesen Vorteilen sind jedoch zwei Nachteile verbunden, welche sich umso stärker bemerkbar machen, je niedriger die Speisespannung des Verstärkers gewählt wird. Diese Nachteile bestehen einer- seits im Vorhandensein einer Ansprechschwelle, welche eine Verstärkung von unterhalb dieser Schwelle liegenden Signalen verhindert und anderseits - für Signale, die diese Schwelle überschreiten - in einer mangelnden Proportionalität zwischen Ein- und Ausgangsstrom.
Wirkungsgrad und Leistungsverstärkung hängen somit stark von der Höhe der zugeführten Eingangsspannung ab, und verhältnismässig kleine Änderungen der Eingangsspannung, welche die zulässigen Abweichungen vom Sollwert noch nicht überschreiten, wirken sich infolge dieser beiden Nachteile bemerkenswert stark aus. Die beschriebenen Erscheinungen wirken sich besonders störend aus, wenn zwei oder mehr Verstärkerstufen dieser Art hintereinandergeschaltet werden.
Sofern - was meist der Fall ist - der Verstärkungsgrad aller dem Verstärker vorangehenden Stufen sowohl von der Speisespannung als auch von der Temperatur abhängt, kann die Spannung des dem Eingang des Verstärkers zugeführten Signals stark schwanken. was unter den angeführten Voraussetzungen - sofern keine Gegenmassnahmen getroffen würden - bewirkt, dass im einen Falle am Ausgang des Verstärkers praktisch keine Leistung abgegeben würde, während in andern Fällen die Transistoren des Verstärkers durch zu grosse sie durchfliessende Ströme beschädigt werden könnten. Um die von einem Verstärker der beschriebenen Art abgegebene Leistung in angemessenen Grenzen zu halten, ist eine möglichst gleichbleibende Eingangsspannung an der Endstufe anzustreben.
Sofern dies erreicht werden kann, hält sich bei wechselnder Speisespannung und Umgebungstemperatur die von dieser Stufe abgegebene Leistung in annehmbaren Grenzen. Die Erfindung ermöglicht nun auf einfache Weise, z.B. die Eingangsspannung an dieser Endstufe, weitgehend unabhängig von der dem Eingang des Verstärkers zugeführten Spannung, unverändert zu halten und erlaubt somit, in einem eine Treiber-Vorstufe,
eine Treiber-Haupt- stufe und eine Endstufe umfassenden transistorisierten Leistungsverstärker für Signale mit unmodulierter Amplitude die Treiber-Hauptstufe und die Endstufe ohne Vorspannung ihrer Emitter-Basisstrecken zu betreiben und damit die Vorteile dieser Schaltungsart auszunützen, ohne deren Nachteile in Kauf nehmen zu müssen.
Sie betrifft einen Leistungsverstärker der genannten Art, welcher aus einer ein erstes und ein zweites Speisepotential aufweisenden Spannungsquelle gespeist wird und in welchem die Treiber-Vorstufe einen Basiswiderstand und einen Transistor eines ersten Leitfähigkeitstyps enthält. Dieser Leistungsverstärker ist gekennzeichnet durch einen der Regelung dienenden Transistor des gegenüber dem erstgenannten umgekehrten Leitfähigkeitstyps, dessen Basis mit Hilfe eines Spannungsteilers mindestens während der Zeit, da ein zu verstärkendes Signal an den Eingang des Verstärkers gelangt, gegenüber dem ersten Speisepotential um einen festen Betrag vorgespannt ist.
Ein weiteres Kennzeichen der Erfindung liegt darin, dass von dem der Regelung dienenden Transistor einerseits der Emitter durch den Spannungsabfall, welcher an einem von der Gleichstromkomponente des Kollektorstromes der Treiber-Hauptstufe durchflossenen Widerstand entsteht, gegenüber dem ersten Speisepotential vorgespannt wird und anderseits der Kollektorstrom durch den Basiswiderstand der Treiber-Vorstufe fliesst und durch den dort verursachten Spannungsabfall die Basis des Transistors dieser Stufe gegenüber dessen Emitter vorspannt.
Die genannten Massnahmen bewirken dabei, dass eine Erhöhung des Kollektorsstroms in der Treiber-Haupt- stufe eine Verminderung des Stromes in dem der Regelung dienenden Transistor und damit eine Verminderung des Kollektorstromes in der Treiber-Vorstufe hervorruft und umgekehrt. Infolgedessen wird trotz bei kleiner Speisespannung und niedriger Temperatur ausreichender Ausgangsleistung des Verstärkers verhindert, dass die Transistoren bei grosser Speisespannung und hoher Temperatur überbeansprucht werden.
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Die Figur zeigt das Schaltschema eines Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand dessen die Erfindung nun erklärt wird.
Dieses Ausführungsbeispiel betrifft die Endstufe und zugehörigen Vorstufen eines phasenmodulierten Senders. Der Transistor TI bildet dabei die letzte einer Reihe von Verdopplerstufen. Daran schliesst sich ein dreistufiger Verstärker an, bestehend aus der Treiber-Vorstufe mit dem Transistor T2, der Treiber- Hauptstufe mit dem Transistor T3 und der Endstufe mit dem Transistor T4. Von der Endstufe wird über die Kondensatoren C5 und C6 die verstärkte Leistung abgenommen und über den Ausgang A der Antenne zugeführt.
Alle vier der erwähnten Transistoren sind dabei vom n-p-n-Typ, könnten aber grundsätzlich auch vom anderen Leitfähigkeitstyp sein.
Die Transistoren T5 und T6 gehören Schalt- und Regelstufen an, welche später mit allen Einzelheiten erläutert werden. Die zwischen den Stufen eingefügten Koppelelemente sind - da an sich bekannt und mit der Erfindung nicht in direktem Zusammenhang stehend lediglich summarisch bezeichnet, und zwar mit BF ein Bandfilter und mit K1 und K2 je abgestimmte Kopplungen. Der dargestellte Sender-Verstärker wird durch eine Batterie mit einem ersten und einem zweiten Speisepotential gespeist, wobei die nach dem ersten Speisepotential führenden Anschlüsse mit + und die nach dem zweiten Speisepotential führenden Anschlüsse mit - bezeichnet sind.
Bei den die Treiber-Hauptstufe und die Endstufe bildenden Transistoren T3 und T4 ist die Basis gegenüber dem Emitter nicht vorgespannt, so dass keine Leistung für die Erzeugung einer Vorspannung aufgewendet werden muss. Die Endstufe wird über die Drossel L2 mit dem positiven Batteriepotential versorgt, während die anderen Stufen über die Koppelelemente gespeist werden.
Der Regeltransistor T6, welcher ein p-n-p-Transistor und damit von dem gegenüber dem Transistor T3 der Treiber-Hauptstufe umgekehrten Leitf'ähigkeitstyp ist, dient der Gleichhaltung der der Treiber-Hauptstufe zugeführten Spannung. Um die Wirkungsweise dieses Transistors zu verstehen, setzt man vorderhand voraus, dass der Transistor T5 zwischen Kollektor und Emitter leitend ist, was - wie später erläutert - immer dann der Fall ist, wenn dem Verstärker ein Eingangssignal zugeführt wird. Das Potential der Basis des Transistors T6 wird von dem aus den Widerständen R6 und R,7 und der Diode D bestehenden Spannungsteiler erzeugt.
Dieses Potential ist gegenüber dem Pluspotential der Speisespannung leicht negativ und dank der als stromabhängiger Widerstand wirksamen Diode von der Speisespannung nahezu unabhängig, so dass die Basis des Transistors T6 gegenüber dem genannten Pluspotential um einen festen Betrag vorgespannt ist. Das Potential am Emitter des Transistors T6 ist vom Spannungsabfall abhängig, welchen der im einstellbaren Widerstand R4 fliessende Strom erzeugt. Dieser Strom entspricht in erster Linie der Gleichstromkomponente des Kollektorstroms des der Treiber-Hauptstufe angehörenden Transistors T3.
Er verläuft vom Pluspotential der Speisespannungsquelle über den verhältnismässig niederohmigen Widerstand R4, die Drossel L1 und die Koppelelemente K2 über Kollektor und Emitter des Transistors T3 und die Koppelelemente K1 nach dem Minuspol der Speisespannungsquelle. Der Kondensator C4 wirkt zusammen mit der Spule L1 als Siebglied, welches den im Transistor T3 fliessenden Hochfrequenzstrom vom Widerstand R4 fernhält.
Da der Kol- lektorstrom des Transistors T6 vom Potentialunterschied zwischen Emitter und Basis abhängig ist und das an der Basis liegende Potential gemäss den früheren Ausführungen gegenüber dem positiven Speisepotential leicht negativ und gleichbleibend ist, hängt die Grösse dieses Stromes von der Spannung über dem Widerstand R4 und damit vom Kollektorstrom des Transistors T3 ab.
Der Zusammenhang ist dabei derart, dass bei einem grossen, in der Treiber-Hauptstufe fliessenden Strom der am Widerstand R4 entstehende Spannungsabfall ebenfalls gross und damit der Emitter des Transistors T6 gegen- über der Basis negativ ist, so dass im Transistor T6 kein Strom fliessen kann. Ist dagegen der Strom im Transistor T3 verhältnismässig klein, wird der Transistor T6 leitend, so dass ein weiterer Strom vom Pluspol der Spannungsquelle über den Widerstand R4, Emitter und Kollektor des Transistors T6 und die Widerstände R3 und R2 nach dem Minuspol der Spannungsquelle fliesst.
Der Widerstand R2 dient dem Transistor T2 als Basiswiderstand, so dass die Basis dieses Transistors, welche durch den Kondensator C2 hochfrequenzmässig entkoppelt ist, gegenüber dem Minuspotential der Speisespannungs- quelle durch einen im Widerstand R2 fliessenden Strom positiv vorgespannt wird. Eine Zunahme des Kollektorstromes des Transistors T6 und damit des Stromes in den Widerständen R2 und R3 bewirkt somit eine Zunahme dieser Vorspannung, wodurch auch der Kollektorstrom im Transistor T2 zunimmt. Infolgedessen wird dieser Transistor stärker ausgesteuert und gibt damit eine höhere Spannung an die Koppelelemente K1 und den Transistor T3 ab.
Durch Einfügung eines Widerstandes in den Emitterkreis des Transistors T2 könnte dem Emitter eine kleine positive Vorspannung erteilt werden, wodurch der Arbeitspunkt dieses Transistors noch etwas günstiger gelegt werden könnte.
Wie aus den vorstehenden Erklärungen entnommen werden kann, wirken die mit dem Transistor T6 im Zusammenhang stehenden Stromkreise regelnd auf die Ausgangsspannung der den Transistor T3 enthaltenden Trei- ber-Hauptstufe, indem eine dort auftretende Erhöhung des Kollektorstroms und damit eine zu grosse Spannung eine Verminderung des Stromes in dem der Regelung dienenden Transistor T6 bewirkt, die ihrerseits eine Verminderung des Kollektorstroms im Transistor T3 und damit die Verminderung der Spannung am Eingang der Treiber-Hauptstufe hervorruft und umgekehrt. Den auf die Eingangsspannung der Endstufe einwirkenden störenden Einflüssen wird damit entgegengewirkt. Die Regelcharakteristik kann dabei am Widerstand R4 eingestellt werden.
Sofern die Regelzeitkonstante genügend klein gewählt wird, kann zudem eine eventuelle störende Ampli- tudenmodulation des Eingangssignales unterdrückt werden.
Es liegt in der Natur jeder Verstärkungs-Regelschal- tung, dass sie sich bei fehlendem Eingangssignal auf die höchstmögliche Verstärkung einstellt. Im vorliegenden Falle würde sich in einem solchen Falle infolge Rückgangs des Kollektorstroms der Treiber-Hauptstufe der Arbeitspunkt des Transistors T2 der Treiber-Vorstufe derart verschieben, dass dieser Transistor mit Gleichstrom voll ausgesteuert wäre, was dessen Zerstörung zur Folge hätte, wenn nicht besondere Massnahmen zu seinem Schutz getroffen würden.
Ein solches Aussetzen der Eingangsspannung kann z.B. während der Umschaltung auf eine andere Sendefrequenz oder durch irgendeinen eventuell nur kleinen Schaden in den Vorstufen auftreten.
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Der Schalttransistor T5 dient nun dem Schutze des Transistors T2.
Er erhält seine Vorspannung zwischen Basis und Emitter von der mit dem Transistor T1 bestückten Verdopplerstufe. Der Transistor dieser Vorstufe ist in Emitterschaltung geschaltet und arbeitet wie die Treiber- Hauptstufe und die Endstufe ohne von aussen zugeführte Vorspannung zwischen Basis und Emitter, so dass ein Emitterstrom nur fliesst, wenn diese Stufe ein Signal erhält und abgibt.
Der Emitterstrom durchfliesst nun den vom Kondensator Cl überbrückten Widerstand R1 und erzeugt am Emitter eine positive Vorspannung gegenüber dem Minuspotential der Speisespannung. Sofern dem Transistor T1 kein Eingangssignal zugeführt wird, befindet sich sein Emitter auf dem erwähnten Minuspotential. Das Potential des Emitters des Transistors TI wird nun über den Widerstand R5 der Basis des Transistors T5 zugeführt, so dass an die Basis des Schalttransistors T5 ein von einem am Eingang des Verstärkers vorhandenen Steuersignal abhängiges Steuerpotential angelegt wird.
Da der Emitter dieses Transistors ebenfalls am Minuspotential der Spannungsquelle liegt, wird der Transistor beim Fehlen eines Eingangssignals am Punkte E gesperrt, während er sich nur während der Zeit, da ein solches Eingangssignal vorhanden ist, im leitenden Zustand befindet. Der aus den Widerständen R6 und R7 gebildete Spannungsteiler, mit dessen Hilfe die feste Vorspannung an der Basis des regelnden Transistors T6 erzeugt wird, wird über den Emitter und Kollektor des Schalttransistors T5 gespeist, so dass diese Vorspannung nur dann entsteht, wenn der Transistor T5 leitend ist. Im gesperrten Zustande des Transistors T5 kann daher am Widerstand R7 kein Spannungsabfall entstehen, was zur Folge hat, dass die Basis des Transistors T6 am Pluspotential der Spannungsquelle liegt.
Die Basis des Transistors T6 ist dann gegenüber dem Emitter positiv, wodurch auch der Transistor T6 gesperrt wird. Da infolgedessen in den Widerständen R2 und R3 auch kein Strom mehr fliessen kann, nimmt die Basis des Transistors T2 das Minuspotential der Speisespannungsquelle an. Da für den beschriebenen Zustand vorausgesetzt wurde, dass über den Transistor TI kein Signal eintrifft, kann somit über Kollektor und Emitter des Transistors T2 kein Strom fliessen, d.h. dass die sonst beim Fehlen eines Eingangssignals entstehende schädliche Verschiebung des Arbeitspunktes am Transistor T2 der Treiber-Vorstufe nicht eintritt.
Um zu gewährleisten, dass sich die vorgängig beschriebene, durch den Transistor T5 gesteuerte Sperrfunktion während des normalen Betriebes nicht störend auf die Regelfunktionen des Transistors T6 auswirkt, müssen die Verhältnisse derart gewählt werden, dass bei der kleinstmöglichen, bei E eintreffenden Eingangsspannung der durch den Widerstand RS fliessende Strom genügt, um den Transistor T5 voll auszusteuern, so dass der Strom in dem aus den Widerständen R6 und R7 bestehenden Spannungsteiler von der Eingangsspannung unabhängig ist.
Mit Hilfe des Transistors T6 gelingt es somit, die Eingangsspannung an der Endstufe trotz den durch wechselnde Betriebsspannung und Umgebungstemperatur gebildeten nachteiligen Einflüssen einigermassen gleichbleibend zu halten, und mit Hilfe des Transistors T5 können die sich bei Ausfall des Eingangssignals aus dieser Regelschaltung ergebenden Nachteile behoben werden.