DE1246820B - Transistorverstaerker mit einem Treibertransistor und einer Gegentakt-Endstufe - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

H03f

Deutsche Kl.: 21 a2-18/08

Nummer: 1246 820

Aktenzeichen: R 42772 VIII a/21 a2

Anmeldetag: 8. März 1966

Auslegetag: 10. August 1967

Die Erfindung betrifft einen Transistorverstärker mit einem Treibertransistor und einer Gegentaktendstufe.

Bei Endverstärkern, wie Gegentaktverstärkern wird häufig mit Transformatorkopplung zwischen Treiberstufe und Endstufe gearbeitet, um die beiden Hälften der Gegentaktendstufe mit den erforderlichen gegenphasigen Signalen zu versorgen. Die Treiberstufe ist gewöhnlich ein einfacher A-Verstärker, dessen aktives Schaltungselement, z.B. ein Transistor, mit der Primärwicklung des Kopplungstransformators und einer Leistungsquelle in Reihe geschaltet ist.

Der Nachteil der Verwendung einer im A-Betrieb arbeitenden Verstärkerstufe zur Speisung des Transformators besteht darin, daß beim normalen Betrieb mit Signalen relativ großer Amplitude an der Ausgangselektrode des Verstärkerelementes eine Spannung auftritt, die gleich dem Doppelten der Speisespannung ist. Um die erforderliche Spannungsfestigkeit zu gewährleisten, müssen daher verhältnismäßig teuere Treibertransistoren verwendet werden, nämlich Transistoren, deren Kollektordurchbruchsspannung mindestens doppelt so groß ist wie die angelegte Betriebsspannung.

Mit den im Handel erhältlichen Transistoren hoher Kollektordurchbruchsspannung ist es beim derzeitigen Stand der Technik zweckmäßig, die Verstärkerkreise für eine Speisung mit hoher Betriebsspannung auszulegen, so daß die erforderliche Ausgangsleistung mit einer höheren Spannung und entsprechend niedrigeren Strömen erreicht wird. Man kann dann Netzteile verwenden, in denen die Netzspannung direkt gleichgerichtet wird, so daß der sonst zur Absatztransformation erforderliche teuere Netztransformator entfallen kann.

Bei unsymmetrisch gespeisten Gegentaktkreisen werden zwei in Reihe geschaltete Ausgangstransistoren verwendet, die einen galvanisch oder kapazitiv angekoppelten Verbraucher ohne Verwendung eines Ausgangstransformators direkt im Gegentakt speisen. An den Ausgangstransistoren tritt dabei eine Spannung auf, deren Maximalwert etwa gleich der Speisespannung ist. Bei einer Treiberstufe, die einen Treiber- oder Kopplungstransformator zur Erzeugung der Gegentaktsignale zur Ansteuerung der Endstufe enthält, ist die Primärwicklung des Treibertransformators gewöhnlich zwischen die Kollektorelektrode des Treibertransistors und eine Klemme der Betriebsspannungsquelle geschaltet. Die Kollektordurchbruchsspannung des Treibertransformators muß daher mehr als das Doppelte der Speisespannung betragen. Bei Schaltungen dieser Art müssen also Trei-Transistorverstärker mit einem
Treibertransistor und einer Gegentakt-Endstufe

Anmelder:

Radio Corporation of America,

New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr.-Ing. E. Sommerfeld und Dr. D. v. Bezold,
Patentanwälte, München 23, Dunantstr. 6

Als Erfinder benannt:
Jack Charles Sondermeyer,
South Somerville, N. J. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 8. März 1965 (437 863)

bertransistoren verwendet werden, die eine höhere Durchbruchsspannung haben als die Transistoren der Endstufe.

Durch die Erfindung soll dieser Nachteil vermiedden werden.

Die Erfindung geht von einem Transistorverstärker mit einem Treibertransistor aus, dessen Basis mit einem Eingangskreis und dessen Kollektor mit einer Primärwicklung eines Kopplungstransformators verbunden ist. Der Transistorverstärker weist ferner eine Gegentakt-Endstufe auf, die zwei Ausgangstransistoren enthält, deren Kollektor-Emitter-Strecken in einem Reihenkreis zwischen den Klemmen der Betriebsspannungsquelle liegen. Mit der Verbindung der beiden Transistoren ist ein Ausgangskreis gekoppelt. Die beiden Transistoren werden durch die Sekundärwicklung eines Transformators im Gegentakt gesteuert. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Primärwicklung dieses Transformators zwischen den Kollektor des Treibertransistors und den Verbindungspunkt der beiden Ausgangstransistoren geschaltet ist.

Die Erfindung wird an Hand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen

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Fig. 1,2 und 3 jeweils ein Ausführungsbeispiel gangstransistors 66 und die Vorspannung des Treieines Transistorverstärkers gemäß der Erfindung mit bertransistor 56. Da der Eingangstransistor 66 mit Gegentaktendstufe. dem Treibertransistor 56 galvanisch gekoppelt ist,

Als erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist lassen sich die Ruheströme beider Transistoren im in F i g. 1 ein netzgespeister Tonfrequenzverstärker 5 wesentlichen mittels eines Vorspannungswiderstandargestellt, der ein Netzteil 10 enthält. Das Netzteil des 74 einstellen, der zwischen Kollektor- und Basis-10 wird mittels eines Steckers 12 an eine Netzsteck- elektrode des Eingangstransistors 66 geschaltet ist. dose angeschlossen und enthält einen Gleichrichter Zur Stabilisierung des Verstärkers als Ganzes dient 18. Die durch den Gleichrichter 18 gleichgerichtete ein Gegenkopplungszweig mit einem Widerstand 76, Netzwechselspannung wird durch Filterkonden- io der zwischen den Lautsprecher 16 und die Basis des satoren 20, 22 und einen Reihenwiderstand 24 ge- Eingangstransistors 66 geschaltet ist.
glättet, die Ausgangsspannung des Netzteils steht an Der beschriebenen Schaltung werden Eingangseiner Klemme 14 zur Verfügung, signale über Eingangsklemmen 78 zugeführt, von

Der Verstärker gemäß Fig. 1 enthält eine gleich- denen die eine mit Masse und die andere über einen strommäßig unsymmetrisch gespeiste Gegentaktend- 15 Kondensator 80 und einen Reihenwiderstand 82 mit stufe mit zwei Ausgangstransistoren 26, 28 und zwei der Basis des Eingangstransistors 66 verbunden ist. Stabilisierungswiderständen 30, 32, die in Reihe zwi- Die Eingangssignale werden durch den Eingangsschen die Ausgangsklemme 14 und einen als Masse transistor 66 verstärkt und auf die Basis des Treiberdargestellten Bezugspotentialpunkt geschaltet sind. transistors 56 gekoppelt, der seinerseits die Ausgangs-Das verstärkte Ausgangssignal tritt an einer Klemme 20 stufe im Gegentakt aussteuert.
34 auf, die über einen Kondensator 36 mit einem Die Ausgangsstufe arbeitet bei dem vorliegenden

Lautsprecher 16 gekoppelt ist. Der Kondensator 36 Ausführungsbeispiel als AB-Verstärker (die Tranhat für Signalfrequenzen eine niedrige Impedanz. sistoren 26,28 führen bei verschwindendem Ein-

Zur Erzeugung von Vorspannungen für die Aus- gangssignal also nur einen verhältnismäßig geringen gangstransistoren 26,28 sind vier Widerstände 38, 25 Strom), um den Leistungsverbrauch der Endstufe 40, 42, 44 in Reihe zwischen die Netzteilausgangs- gering zu halten. Da die Ausgangstransistoren 26,28 klemme 14 und Masse geschaltet. Der Verbindungs- in Reihe geschaltet sind, fließt praktisch der ganze punkt der Widerstände 40,42 ist direkt mit der Kollektor-Emitter-Gleichstrom des oberen Ausgangs-Signalausgangsklemme 34 verbunden. Den Basis- transistors 26 auch durch den unteren Ausgangselektroden der Transistoren 26, 28 werden Vor- 30 transistor 28, mit Ausnahme des durch die Primärspannungen über Sekundärwicklungen 46, 48 eines wicklung 58 und den Treibertransistor 56 zur Trei-Treiber- oder Kopplungstransformators 50 zugeführt. berstufe abfließenden Anteiles.
Die durch Punkte 52,54 angedeutete Polung der Bei Aussteuerung des Verstärkers durch ein EinSekundärwicklungen 46 bzw. 48 ist so gewählt, daß gangssignal ist der durch den Transistor 56 der Treisie gegenphasige Signale liefern und die Ausgangs- 35 berstufe fließende Strom klein im Vergleich zu dem transistoren 26,28 im Gegen takt ansteuern. durch die Ausgangstransistoren fließenden Strom, so

Die Treiberstufe des Verstärkers enthält einen daß er vernachlässigt werden kann. Bei fehlendem Treibertransistor 56, der in Emitterschaltung arbeitet. Eingangssignal ist andererseits der die Ausgangs-Die Emitterelektrode des Transistors 56 ist über eine transistoren 26, 28 durchfließende Strom klein, und Vorspannungsschaltung mit einem Widerstand 60, 40 der dann mehr ins Gewicht fallende Treiberstrom der durch einen Kondensator 62 überbrückt ist, an wird für diesen Betriebsfall durch geeignete Bemes-Masse angeschlossen. Die Kollektorelektrode des sung der Widerstände 38, 40, 42, 44 so kompensiert, Transistors 56 ist über eine Primärwicklung 58 des daß die bei fehlendem Eingangssignal an der Signal-Kopplungstransformators 50 mit der Signalausgangs- ausgangsklemme 34 auftretende Spannung wenigklemme 34 der Endstufe verbunden. Die Ausgangs- 45 stens annähernd gleich der Hälfte der Ausgangsspanspannung an der Signalausgangsklemme 34 enthält nung des Netzteils 10 ist.

also eine Gleichspannungskomponente ungefähr des Die Polung der Primärwicklung 58 bezüglich der

halben Betrages der an der Netzteilausgangsklemme Sekundärwicklungen 46, 48 ist durch die Punkte 52, 14 anliegenden Speisespannung, und eine Signal- 53, 54 angegeben. Wenn im Betrieb mit wachsend komponente gleich der am Verbraucher auftretenden 50 positiver Spannung an der Basis des Treibertransistors Ausgangswechselspannung. Diese an der Klemme 34 56 der diesen Transistor durchfließende Strom zuliegende Spannung wird als Kollektorspeisespannung nimmt, entsteht an der Sekundärwicklung 46 ein Sifür den Treibertransistor 56 verwendet. gnal solcher Polarität, daß der obere Ausgangstran-

Der Treibertransistor 56 ist für ein Arbeiten als sistor 26 in Richtung auf die Sättigung ausgesteuert A-Verstärker durch eine direkt angekoppelte Ein- 55 wird, während das an der anderen Sekundärwicklung gangs verstärkerstufe mit einem Eingangstransistor 66 48 auftretende Signal so gepolt ist, daß der untere vorgespannt. Die Kollektorelektrode des Eingangs- Ausgangstransistor 28 in Richtung auf den Sperrtransistors ist direkt an die Basiselektrode des bereich ausgesteuert wird. Die höchste Spannung, die Treibertransistors 56 und außerdem über einen an der Signalausgangsklemme 34 auftreten kann, ist Arbeitswiderstand 64 und einen Vorwiderstand 70 60 also etwa gleich der Versorgungsspannung an der mit der Netzteilausgangsklemme 14 verbunden. Zwi- Klemme 14.

sehen dem Verbindungspunkt des Arbeitswiderstan- Wenn der Strom durch den Treibertransistor mit

des 64 und des Vorwiderstandes 70 einerseits und abnehmend positiver Spannung an seiner Basis sinkt, Masse andererseits ist ein Filterkondensator 68 ge- tritt an der Sekundärwicklung 46 ein Signal solcher schaltet. 65 Polarität auf, daß der obere Ausgangstransistor 26 in

Die aus den Widerständen 64,70 und dem Kon- Sperrichtung ausgesteuert wird, während das an der densator 68 bestehende Schaltung liefert eine gefil- anderen Sekundärwicklung 48 auftretende Signal eine terte, niedrige Spannung für die Speisung des Ein- solche Polarität bat, daß es den Ausgangstransistor

Claims (2)

1. 28 in Richtung auf die Sättigung auszusteuern strebt. teile die gleichen Bezugszeichen wie in F i g. 1 ver-Die niedrigste Spannung, die also an der Ausgangs- wendet worden.

   klemme 34 auftritt, ist also näherungsweise null Volt, Bei der in F i g. 2 dargestellten Schaltung ist zwid. h. Massepotential. Die maximale Signalausgangs- sehen den Kollektor des Treibertransistors 56 und die spannung der Verstärkerschaltung ist also von Spitze 5 Netzteilausgangsklemme 14 ein zusätzlicher Widerzu Spitze gerechnet in der Praxis näherungsweise stand 86 geschaltet. Im Ruhezustand fließt ein Teil gleich der an der Klemme 14 liegenden Versorgungs- des Stromes vom Treibertransistor 56 durch den gleichspannung. Widerstand 86, so daß der Ruhestrom in der Primär-Man beachte, daß die Ausgangsspannung an der wicklung des Kopplungstransformators verringert Signalausgangsklemme 34 in Richtung auf die Span- iq und der Frequenzgang dieses Transformators im Benung an der Netzteilausgangsklemme 14 ansteigt, reich niedriger Frequenzen verbessert wird.
   wenn der Strom durch den Treibertransistor 56 in Der Widerstand 86 übernimmt außerdem einen Richtung auf die Sättigung zunimmt, so daß die an Teil des Stromes, der bei Fig. 1 durch den Ausder Klemme 84 der Primärwicklung 58 entstehende gangstransistor 26 fließt, so daß die Symmetrie zwi-Spannung sich der Versorgungsgleichspannung 15 sehen den Transistoren 26, 28 verbessert wird. Der nähert, während sich die Spannung an der anderen Betrag des Stromes, der durch den Widerstand 86 zur Klemme 86 dieser Wicklung Massepotential nähert. Stromquelle abgeleitet werden kann, wird durch die Bei voller Aussteuerung tritt also an der Primär- Forderung nach einem stabilen Arbeiten des Verwicklung 58 die volle Versorgungsgleichspannung stärkers begrenzt. Wenn der durch den Widerstand auf. 20 86 fließende Anteil des Ruhestromes zu groß wird, Wenn der Strom durch den Treibertransistor 56 in neigt die Schaltung zu Schwingungen. Im übrigen Richtung auf den Minimalwert abnimmt, strebt die arbeitet die in F i g. 2 dargestellte Schaltung wie der Ausgangsspannung an der Klemme 34 gegen null. Verstärker gemäß F i g. 1.

   Bei maximaler Aussteuerung kehrt sich die Spannung Der in Fig. 1 dargestellte Verstärker kann außer-

   an der Primärwicklung um, wenn der Transistor 56 25 dem so abgewandelt werden, daß der Ruhestrom des

   in Sperrichtung ausgesteuert wird, und sie liefert an Treibertransistors nicht mehr durch den Ausgangs-

   die Kollektorelektrode des Transistors 56 eine Span- transistor 26 fließt. Dies ist bei dem in F i g. 3 dar-

   nung, die etwa gleich der Hälfte der Netzteilausgangs- gestellten Ausführungsbeispiel der Fall, bei dem im

   spannung an der Klemme 14 ist. Die an der Primär- übrigen dieselben Bezugszeichen verwendet wurden

   wicklung 58 auftretende Spannung ist also von Spitze 30 wie bei Fig. 1.

   zu Spitze gerechnet praktisch gleich dem Doppelten Bei der in F i g. 3 dargestellten Ausführungsform der Versorgungsgleichspannung, die am Treiber- ist die Klemme 84 der Primärwicklung 58 des Kopptransistor auftretende positive Spannung, bezüglich lungstransformators über einen Widerstand 88 mit derer dessen Kollektordurchbruchsspannung berück- der Netzteilausgangsklemme 14 verbunden und nicht sichtigt werden muß, ist jedoch unter normalen Be- 35 wie bei F i g. 1 mit der Signalausgangsklemme 34. Die dingungen auf den Wert der Versorgungsspannung Klemme 84 der Primärwicklung 58 ist statt dessen begrenzt. mit der Ausgangsklemme 34 über einen Konden-Da an der Primärwicklung 58 ein Spannungshub sator90 verbunden, der für Signalfrequenzen eine auftritt, der von Spitze zu Spitze gerechnet gleich dem niedrige Impedanz hat. Bei der in F i g. 3 dargestell-Doppelten der Versorgungsgleichspannung ist, liefert 40 ten Schaltung fließt der ganze Ruhestrom derTreiberder Treiberkreis gemäß der Erfindung dieselbe Aus- stufe durch den Widerstand 88 und nicht durch den gangsleistung wie ein bekannter Treiberkreis, bei Ausgangstransistor 26, so daß die Ruheströme der dem die Primärwicklung direkt mit der Betriebs- Ausgangstransistoren 26,28 praktisch gleich sind. Spannungsquelle verbunden ist. Bei einer solchen be- Der Widerstand 88 wird so bemessen, daß die Kollekkannten Treiberschaltung tritt jedoch am Treiber- 45 torruhespannung des Treibertransistors 56 etwa die transistor eine doppelt so hohe Kollektorspannung Hälfte der Speisespannung an der Klemme 14 beauf als bei der in Fig. 1 dargestellten Schaltung, trägt. Die Kapazität des Kondensators 90 wird so wenn der Treibertransistor in Sperrichtung ausgesteu- groß bemessen, daß bei allen interessierenden Freert wird. Bei der Schaltung gemäß der Erfindung quenzen praktisch die ganze Signalspannung von der kann man also einen Treibertransistor mit kleinerer 50 Klemme 34 durch den Kondensator 90 übertragen Kollektordurchbruchsspannung verwenden als bei wird. Auch dieses Ausführungsbeispiel arbeitet daher den bekannten Schaltungen. im Prinzip wie das erstbeschriebene Ausführungs-

   Durch die Verbindung der Klemme 84 der Pri- beispiel gemäß Fig. 1.
   märwicklung 58 mit der Signalausgangsklemme 34

   wirkt die an dieser Klemme 34 auftretende Spannung 55 Patentansprüche:
   praktisch als Speisespannung für die Treiberstufe 56

   und ergibt außerdem eine Art von Mitkopplung, 1. Transistorverstärker mit einem Treiberwodurch die zur vollen Aussteuerung der Endstufe transistor, dessen Basis mit einem Eingangskreis erforderliche Leistung herabgesetzt wird. Die Gegen- und dessen Kollektor mit einer Primärwicklung kopplung vom Lautsprecher 16 auf die Basis des Ein- 60 eines Kopplungstransformators gekoppelt sind, gangstransistors 66 über den Widerstand 76 verhin- ferner mit einer Gegentaktendstufe, die zwei Ausdert Instabilitäten, die sonst gegebenenfalls durch die gangstransistoren enthält, die durch zwei Sekun-Mitkopplung hervorgerufen werden könnten, so daß därwicklungen des Kopplungstransformators im ein stabiles Arbeiten des Verstärkers sichergestellt ist. Gegentakt gesteuert werden und deren Emitter-Die in F i g. 1 dargestellte Schaltung kann gemäß 65 Kollektor-Strecken in einer Reihenschaltung zwi-F i g. 2 abgewandelt werden, um den durch den sehen zwei Klemmen einer Betriebsspannungs-Kopplungstransformer 58 fließenden Ruhestrom her- quelle liegen, und mit einem Ausgangskreis, der abzusetzen. In F i g. 2 sind für entsprechende Bau- an die Verbindung der Ausgangstransistoren an-

   gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärwicklung (58) des Kopplungstransformators (50) zwischen den Kollektor des Treibertransistors (56) und die Verbindung (34) der Ausgangstransistoren (26,28) geschaltet ist.
2. 2. Transistorverstärker nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen zwischen die Kollektorelektrode des Treibertransistors (56) und eine

   Klemme (14) der Betriebsspannungsquelle (10) geschalteten Widerstand (86) zur Verringerung des die Primärwicklung durchfließenden Ruhestromes.

   3. Transistorverstärker nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch eine die Stabilität des Verstärkers erhöhende Gegenkopplung zwischen der Last (16) und dem Eingangskreis (Transistor 66).

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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