DE1290193B - Gegengekoppelter Verstaerker mit Stabilisierung - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft Verstärker mit Gegentaktend- Das dargestellte Ausführungsbeispiel der Erf inStufe, die zwei einen Verbraucher mit einer Gegen- dung ist ein Audioverstärker mit unsymmetrischem taktspannung speisende Verstärkerelemente enthält, Ausgang, die Lehren der Erfindung sind jedoch ganz deren Eingangselektroden mit einem Gegentaktein- allgemein auf Gegentaktkreise anwendbar. Zu vergangskreis verbunden sind, der über einen Gegen- 5 stärkende Eingangssignale werden Klemmen 10 zukopplungszweig mit dem Verbraucher gekoppelt ist. geführt und über einen Kopplungskondensator 12 auf An Verstärker werden im allgemeinen bestimmte eine Basiselektrode eines Vorverstärkertransistors 14 Forderungen bezüglich des Frequenzganges gestellt, gekoppelt. Der Transistor 14 arbeitet in Emitterd. h., es wird in einem bestimmten Frequenzbereich schaltung, seine Kollektorelektrode ist über einen ein bestimmter, im allgemeinen im wesentlichen kon- io Widerstand 20 mit einer negativen Klemme 18 einer stanter Verstärkungsfaktor gefordert. Da die Eigen- Betriebsspannungsquelle verbunden, während seine schäften der in der Schaltung verwendeten elektroni- Emitterelektrode über einen Widerstand 16 mit Masse sehen Bauelemente infolge von Exemplarstreuungen, verbunden ist. Zwischen die Basiselektrode des Tran-Alterungserscheinungen und Temperatureinflüssen sistors 14 und Masse ist ein Vorspannungswiderstand erheblich schwanken können, arbeitet man gewöhn- 15 22 geschaltet.

lieh mit Gegenkopplung, um den Verstärkungsgrad Die Kollektorelektrode des Vorverstärkertran-

und Frequenzgang zu steuern. sistors 14 ist mit einer Basiselektrode eines Treiber-

Die Stärke der Gegenkopplung, die bei einem be- transistors 24 direkt verbunden. Eine Kollektorstimmten Verstärkersystem angewendet werden kann, elektrode des Treibertransistors 24 ist über eine wird durch die Phasenverschiebung begrenzt, die 20 Primärwicklung 26 eines Kopplungstransformators durch die verschiedenen mit Blindwiderstand be- 28 mit der Klemme 18 verbunden, während eine hafteten Komponenten des Systems, wie Konden- Emitterelektrode des Treibertransistors über zwei in satoren, Transformatoren usw., eingeführt wird. Reihe geschaltete Vorspannungswiderstände 30,32, Wenn die Phasenverschiebung einen solchen Wert von denen der letztere mit einem Kondensator 34 hat, daß das System bei Anwendung der für die Er- 25 überbrückt ist, mit Masse verbunden ist. An dem mit zielung des gewünschten Frequenzganges erforder- dem Kondensator 34 überbrückten Widerstand 32 liehen Gegenkopplung instabil wird, müssen Ver- wird eine Gegenkopplungsgleichspannung abstärkungsgrad und Phasenverschiebung bei offener genommen und über einen Widerstand 36 der Basis-Schleife (also ohne Gegenkopplung) oder das Gegen- elektrode des Vorverstärkertransistors 14 zugeführt, kopplungsnetzwerk durch frequenzabhängige Glieder 30 Die Gleichspannungskopplung über den Widerstand im Hinblick auf den geforderten Stabilitätsgrad zu- 36 bewirkt in der Praxis eine Vorspannung der beigeschnitten werden. Bei in großen Stückzahlen ge- den Transistoren 14, 24 und stabilisiert ihren Arbeitsfertigten Verstärkern, z. B. Audioverstärkern für punkt gegen den Einfluß von Temperaturänderungen. Fernseh- und Hörfunkempfänger u. dgl., müssen der Die Endstufe des dargestellten Verstärkers ist ein

geforderte Verstärkungsgrad und Frequenzgang trotz 35 Gegentaktverstärkerkreis mit zwei Ausgangstransistoeines weiten Streubereiches der Parameter der ver- ren 38, 40 und unsymmetrischem Ausgang. Der Ausschiedenen elektronischen Bauelemente mit gering- gangstransistor 38 ist mit seiner Kollektorelektrode stem Aufwand erreicht werden. Bei solchen in großen an eine Klemme 42 einer Betriebsspannungsquelle anStückzahlen gefertigten Einheiten, bei denen der Preis geschlossen, während seine Emitterelektrode über eine ausschlaggebende Rolle spielt, sind die Kosten 40 einen Widerstand 46 mit einer Ausgangsklemme 48 eines einzelnen Bauelementes ein maßgeblicher verbunden ist. Der Ausgangstransistor 40 ist mit Faktor. Die Anzahl der Bauelemente muß so klein seiner Kollektorelektrode direkt an die Ausgangswie möglich gehalten werden, und die Schaltung muß klemme 48 angeschlossen, während er mit seiner auch mit preiswerten, unausgesuchten, handeis- Emitterelektrode über einen Widerstand 50 mit Masse üblichen Bauelementen einwandfrei arbeiten. Etwa 45 verbunden ist. Die Gleichstromwege zwischen vorhandene frequenzselektive Netzwerke, die zur Kollektor- und Emitterelektroden der Ausgangs-Stabilisierung des Verstärkers bei Betrieb mit ge- transistoren 38, 40 sind also praktisch in Reihe geschlossener Schleife dienen, müssen denselben An- schaltet.

forderungen genügen. Zwischen die Klemme 42 und Masse sind in Reihe

Der vorliegenden Erfindung liegt dementsprechend 50 liegende Widerstände 52, 54, 56, 58 geschaltet, die die Aufgabe zugrunde, einen Gegentaktverstärker mit ein Vorspannungsnetzwerk für die Ausgangstransistoeinfachsten Mitteln zu stabilisieren. ren 38, 40 bilden. Der Verbindungspunkt der Wider-

Die Erfindung geht aus von einem Verstärker mit stände 54,56 ist mit der Ausgangsklemme 48 vereinem Eingangskreis, der über eine Gegentakt- bunden.

kopplungsschaltung mit zwei Eingangselektroden 55 Der Kopplungstransformator 28 enthält zwei zweier Transistoren einer Gegentaktendstufe be- Sekundärwicklungen 60, 62, durch die die Ausgangskoppelt ist, welche einen Verbraucher speist, der über transistoren 38, 40 im Gegentakt angesteuert werden, eine Gegenkopplungsschaltung mit dem Eingangs- Ein Ende der Sekundärwicklung 60 ist mit dem Verkreis verbunden ist. Gemäß der Erfindung ist eine bindungspunkt der Vorspannungswiderstände 52, 54 Kapazität zwischen die Eingangselektroden der Tran- 60 verbunden, das andere Ende dieser Wicklung ist an sistoren geschaltet, die durch Verbindung des die Basiselektrode des Ausgangstransistors 38 anEmitters des einen Transistors mit dem Kollektor des geschlossen, wodurch der Vorspannungs- und Einanderen Transistors in Reihe geschaltet und mit gangssignalkreis für den Transistor 38 geschlossen einem Verbindungspunkt zwischen dem Emitter und wird. Ein Ende der Sekundärwicklung 62 ist mit dem Kollektor an den Verbraucher angeschlossen sind. 65 Verbindungspunkt der Vorspannungswiderstände 56, Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher 58 verbunden, während das andere Ende an die erläutert, die ein Schaltbild eines Ausführungsbei- Basiselektrode des Ausgangstransistors 40 anspiels der Erfindung darstellt. geschlossen ist, womit der Vorspannungs- und Ein-

gangssignalkreis für den Transistor 40 geschlossen ist. Die Sekundärwicklungen 60, 62 sind so gepolt, daß die den Basiselektroden der Transistoren 38, 40 zugeführten Signale gegenphasig sind.

Die Ausgangsklemme 48 ist über einen Kopplungskondensator 64 mit einem Lautsprecher 66 verbunden. Zwischen den Lautsprecher 66 und die Basiselektrode des Treibertransistors 26 ist ein Widerstand 68 geschaltet, wodurch ein Gegenkopplungszweig gebildet wird, der den Verstärkungsgrad und Frequenzgang des Verstärkers bestimmt. Zwischen die Basiselektroden der Ausgangstransistoren 38, 40 ist ein einziger Kondensator 70 geschaltet, um den Verstärkungsgrad der Gegentaktendstufe bei hohen Frequenzen herabzusetzen und die Schleifenverstärkung des Verstärkers zu stabilisieren.

Im Betrieb werden die den Klemmen 10 zugeführten Eingangssignale durch den Vorverstärkertransistor 14 und den Treibertransistor 24 versträkt und über den Kopplungstransformator 28 gegenphasig auf die Basiselektroden der Transistoren 38, 40 gekoppelt. Wenn also beispielsweise die der Basis des Transistors 38 zugeführte Spannung so gepolt ist, daß der Stromfluß im Transistor 38 erhöht wird, steuert die der Basiselektrode des Transistors 40 zugeführte Spannung diesen Transistor in Sperrichtung aus. Bei dieser Polarität nähert sich die Spannung an der Klemme 48 dem Wert der Betriebsspannung an der Klemme 42. Bei entgegengesetzter Polarität des Eingangssignals nähert sich die Spannung an der Klemme 48 dem Massepotential. Die Kapazität des Kopplungskondensators 64 ist so groß, daß er für Signalfrequenzen keinen nennenswerten Widerstand zwischen die Ausgangsklemme 48 und den Lautsprecher 66 einführt.

Die den Widerstand 68 enthaltende Gegenkopplung dient dazu, den Verstärkungsgrad des Verstärkers unabhängig vom Beta-Wert usw. der verwendeten Transistoren zu machen. Wegen der Streuinduktivität des Kopplungstransformators 28 und der verschiedenen mit Blindwiderstand behafteten Bauteile des Verstärkerkreises neigt der Verstärker ohne den Kondensator 70 zu wilden Schwingungen.

Es wurde experimentell festgestellt, daß der dargestellte Verstärker durch Abgleich des Gegenkopplungspfades mittels eines dem Widerstand 68 parallelgeschalteten Kondensators nicht wirtschaftlich stabilisiert werden kann. Wenn nämlich der Verstärker für die zu erwartenden weiten Schwankungen der Schaltungsparameter stabilisiert werden soll, ist der Wert eines solchen Kondensators ziemlich kritisch, und es wird ein teures Bauteil mit engen Toleranzen benötigt, was für eine Massenfertigung billiger Geräte höchst unerwünscht ist. Es hat sich außerdem ergeben, daß der Vorverstärkertransistor 14 durch einen solchen Kondensator im Gegenkopplungszweig in unerwünschter Weise belastet wird. Als in gleicher Weise ungeeignet hat sich die Einschaltung jeweils eines Kondensators zwischen die Basiselektroden der Ausgangstransistoren 38, 40 und Masse erwiesen. Die Toleranzen dieser Kondensatoren sind nämlich ebenfalls klein, wenn eine sichere Stabilisierung erreicht werden soll, so daß also auch hier teure Kondensatoren mit engen Toleranzen benötigt werden. Außerdem bewirken solche Kondensatoren eine unerwünschte Phasenverschiebung. Auch die Überbrückung der Primärwicklung 26 mit einem Kondensator war erfolglos, da ein solcher Kondensator nur die Resonanzfrequenz des Kopplungstransformators erniedrigt und keine wirksame Stabilisierung des Kreises bewirkt.

Mit dem zwischen die Basiselektroden der Ausgangstransistoren 38, 40 eingeschalteten Kondensator 70 ist jedoch eine einwandfreie Stabilisierung der

ίο Schleifenverstärkung möglich. Der Kapazitätswert des Kondensators 70 hat sich als wesentlich geringer erwiesen, als zur Stabilisierung des Systems mit getrennten, zwischen die einzelnen Basiselektroden der Ausgangstransistoren 38,40 und Masse geschalteten Transistoren nötig ist. Die Kapazität des Kondensators 70 wird so bemessen, daß sich im Tonfrequenzbereich, also gewöhnlich zwischen 50 Hz und 15 kHz, eine hohe Impedanz und für Signale oberhalb des Tonfrequenzbereiches eine niedrige Impedanz ergibt.

Wie erwähnt, sind die an den Basiselektroden der Transistoren 38, 40 und damit am Kondensator 70 liegenden Spannungen gegenphasig. Der Kondensator 70 stellt daher für die höheren Frequenzen, also Frequenzen oberhalb des Tonfrequenzbereiches an

as den Basiselektroden der Transistoren 38, 40 eine Art von Kurzschluß dar und setzt den Verstärkungsgrad des Verstärkers bei diesen höheren Frequenzen herab, während er gleichzeitig nur eine sehr geringe Phasenverschiebung einführt und die Schleifenver-Stärkung des Verstärkers stabilisiert. Der Wert des Kondensators 70 ist nicht kritisch, und es kann ein unausgesuchtes, billiges Bauteil verwendet werden, um den Kreis für alle möglichen Variationen der Bauteilparameter zu stabilisieren.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verstärkerschaltung mit einem Eingangskreis, der über eine Gegentaktkopplungsschaltung mit Eingangselektroden zweier Transistoren einer Gegentaktendstufe bekoppelt ist, welche einen Verbraucher speist, der über eine Gegenkopplungsschaltung mit dem Eingangskreis verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kapazität (70) zwischen die Eingangselektroden der Transistoren (38, 40) geschaltet ist, die durch Verbindung des Emitters des einen Transistors (38) mit dem Kollektor des anderen Transistors (40) in Reihe geschaltet und mit einem Verbindungspunkt (48) zwischen dem Emitter und Kollektor an den Verbraucher (66) angeschlossen sind.

2. Verstärkerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazität (70) einen Kondensator enthält, der im Tonfrequenzbereich eine hohe Impedanz und in einem höheren Frequenzbereich eine wesentlich geringere Impedanz aufweist.

3. Verstärkerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazität (70) einen zwischen die Basiselektroden der Transistoren (38,40) geschalteten Kondensator enthält, dessen Impedanz so bemessen ist, daß die Schleifenverstärkung der Schaltung bei höheren Frequenzen herabgesetzt ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen