DE1537633C3 - Monolithischer Leistungsverstärker - Google Patents

Description

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quelle(n) betreibbar ist und daß der Mittelpunkt des Veranschaulichung des Verstärkers nach F i g. 1 im

Vorspannungsnetzwerkes als Anschluß extern be- Betrieb mit einer unterteilten Stromquelle.

schaltbar ist. In F i g. 1 ist der erfindungsgemäße monolithische

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des integrierte Halbleiterleistungsverstärker mit zwei emit-

Verstärkers ist eine Diode zwischen dem Mittelpunkt 5 tergekoppelten npn-Transistoren 50 und 52 in Diffe-

des Vorspannungsnetzwerkes und dem negativen Pol renzschaltung dargestellt, wobei der erste Eingangs-

Vbe der Spannungsquelle angeordnet. transistor 50 Eingangssignale vom Anschluß 17 erhält.

Ferner sind bei einer weiteren vorteilhaften Aus- An die gemeinsame Emitterverbindung der Trangestaltung der Erfindung mit der Basis des einen sistoren 50 und 52 ist ein npn-Stromsenken-Transistor Eingangstransistors zwei in Reihe geschaltete Wider- io 54 mit seinem Kollektor geschaltet, der weiterhin stände verbunden, deren Anschlüsse extern beschalt- über den Widerstand 63 an einen negativen Spannungsbar sind. anschluß 41 gekoppelt ist. Bei dem Betrieb des Ver-

Mit der erfindungsgemäßen Schaltung wurde ein stärkers mit nur einer Spannungsquelle ist der Anmonolithisch integrierbarer Transistorleistungsverstär- Schluß 41 Masse, und der Gleichspannungspegel am ker geschaffen, der bei extremer Linearität und ge- 15 Ausgangsanschluß 42 liegt auf der halben Spannung ringsten Übernahmeverzerrungen der Ausgangsstufe zwischen Masse und der Kollektorspannung Vcc des thermisch stabil ist und keine zusätzlichen äußeren positiven Anschlüsse 40. Verwendet man zwei Span-Anschlüsse zur Gleichvorspannungsversorgung be- nungsquellen oder eine sogenannte aufgeteilte Spannötigt, nungsquelle, ,so liegt am Anschluß 41 eine negative

Ein besonderes Diodenkopplungsnetzwerk zwischen 20 Spannung, die in der Größe gleich, in der Polarität

der ersten und der zweiten Ausgangs-Transistor- entgegengesetzt zur positiven Spannung am Anschluß

Darlington-Stufe leitet den Laststrom bei positiven 40 ist; für den Betrieb mit geteilter Spannungsquelle

bzw. negativen Eingangssignalen jeweils auf eines liegt der Ruhepegel des Ausgangsanschlusses 42 bei

dieser Transistorpaare. Das Diodenkopplungsnetz- 0 Volt. Die in F i g. 1 veranschaulichte Schaltung

werk stellt ferner sicher, daß während des B-Betriebes 25 wird für den Betrieb mit nur einer Spannungsquelle

des Verstärkers der Laststrom nur durch einen der beschrieben; im späteren Teil der Beschreibung wird

Ausgangstransistoren fließt. Anschlüsse für einen von · der Betrieb mit geteilter Spannungsquelle an Hand

außen zuschaltbaren Kondensator zwischen dem der F i g. 2 und 3 erläutert.

Diodenkopplungsnetzwerk und dem Pegelverschiebe- Die Schaltung nach F i g. 1 umfaßt ferner ein in netzwerk ermöglichen es, die Pole der Übertragungs- 30 Reihe geschaltetespioden-Widerstands-Vorspannungsfunktion der Verstärkerschaltung so auszuwählen, daß netzwerk 49 mit Transistoren 58 und 39. Mit dem der Verstärkungsfrequenzgang sich für eine über die Kollektor des Transistors 52 und dem Verbindungsgesamte Schaltung, erstreckende Gegenkopplungs- punkt der Widerstände 65 und 67 ist ein Pegelschleife eignet, ohne daß Instabilitäten auftreten. Einstelltransistor 56 verbunden, der einen Fehlab-

Besonders vorteilhaft ist die Möglichkeit, den Ver- 35 gleich der Differenzschaltung durch Lieferung einer stärker mit einer einzelnen oder einer aufgespalteten Kollektor-Basis-Spannung für den Transistor 52, die Spannungsquelle zu betreiben. Die Anpassung an gleich der des Transistors 50 ist, verringert. Ein Gleicheine bereits vorhandene Spannungsversorgung wird spannungspegelverschiebenetzwerk 51 koppelt den damit ermöglicht. Eine Schutzdiode zwischen dem Kollektor des ersten Eingangstransistors 50 an eine Mittelpunkt des Vorspannungsnetzwerkes und dem 40 erste Ausgangsstufe 53 mit den Transistoren 64 und negativen Pol Vee der Spannungsquelle verhindert 66, die in Kollektorgrundschaltung bzw. Emittereinen übergroßen schädlichen Stromfluß in die Last, grundschaltung geschaltet sind. Das Pegelverschiewenn die Leitung zur Spannungsquelle Vee aus Ver- bungsnetzwerk 51 enthält einen Emitterfolgertransehen geöffnet wird, solange die Spannung Vcc an- sistor 60, der in Reihe mit einem Widerstand 73 und liegt. Dadurch, daß mit der Basis des einen Eingangs- 45 einem Stromsenkentransistor 62 geschaltet ist.
transistors zwei in Reihe geschaltete Widerstände ver- Zusätzlich zum ersten Ausgangstransistorschalbunden sind, deren Anschlüsse extern beschaltbar tungsabschnitt 53 enthält der Ausgangsteil des Versind, läßt sich auf einfache Weise die Verstärkung des stärkers einen zweiten Ausgangstransistorschaltungs-Verstärkers variieren. abschnitt 55 mit als Darlington-Paar geschalteten

Der erfindungsgemäße, nur mit npn-Transistoren 50 Transistoren 68 und 70. Ein Diodenkopplungsnetzaufgebaute Verstärker kann unter Verwendung photo- werk 57 verbindet die erste und zweite Ausgangsstufe lithographischer Techniken in monolithisch inte- 53 und 55 und enthält eine erste Diode 76, die in grierter Form gebaut werden. Die Verwendung von Reihe zwischen die Ausgangstransistoren 66 und 70 ausschließlich npn-Transistoren, Transistordioden und geschaltet ist, und zweite und dritte in Reihe geschaltete Widerständen ermöglicht den Aufbau eines Allzweck- 55 Dioden 72 und 74, die zwischen der Basis des Tran-Niederfrequenz-Leistungsverstärkers zu extrem nied- sistors 68 und dem Kollektor des Transistors 66 liegen, rigen Kosten. Die vorstehende allgemeine Schaltungsbeschreibung

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungs- dient der Identifizierung der verschiedenen Schaltungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der teile und der darin enthaltenen Transistoren. Einzel-Darstellung eines Ausführungsbeispieles sowie an 60 heiten der Schaltung werden nun im folgenden an Hand der folgenden Beschreibung. Es zeigt Hand des Betriebes des Verstärkers beschrieben.

F i g. 1 ein Schaltbild des erfindungsgemäßen monolithischen integrierten Leistungsverstärkers,

F i g. 2 ein anderes, teilweise als Funktionsschaltung Betriebsbeschreibung
ausgeführtes Schaltbild des Leistungsverstärkers nach 65

F i g. 1 zur Veranschaulichung des Betriebes mit einer Bei Anlegen eines Eingangssignals an die Basis des

einzigen Stromversorgungsquelle und Transistors 50 ändert sich der Leitungszustand der

F i g. 3 ein der F i g. 2 ähnliches Schaltbild zur beiden ermittergekoppelten Transistoren 50 und 52

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entgegengesetzt, wobei die Summe der beiden Ströme der durch eine Quelle niedriger Impedanz angesteuert

durch die Transistoren 50 und 52 konstant bleibt und wird. Die Ausgangstransistorpaare in den Stufen 53

in den Stromsenkentransistor 54 fließt. und 55 können auch durch einen einzigen Transistor

Geht das Eingangssignal an der Basis des Tran- ersetzt werden. Eine solche Abwandlung würde jedoch

sistors 50 in negative Richtung, so schaltet dieser 5 die Stromverstärkung und die Ansteuerfähigkeit der

Transistor zunehmend ab, und die Spannung an der Schaltung verringern.

Basis des Emitterfolgertransistors 60 steigt, so daß In der Ausgangsstufe des erfindungsgemäßen Verdieser besser leitend wird. Ein Spannungsanstieg an stärkers ist die Lastimpedanz des Transistors 66 der Basis des Transistors 60 verursacht einen ent- unsymmetrisch und ruft Veränderungen in der Versprechenden positiven Spannungsübergang an der io Stärkung bei offener Schleife hervor. Während der Basis des ersten Eingangstransistors 64 des Transistor- negativen Ausgangsspannungshalbwelle leitet die Diode ausgangspaares 64, 66. Dieser positive Spannungs- 76, und der Lastwiderstand für den Transistor 66 ist übergang bringt die Transistoren 64 und 66 zum Leiten, klein; er besteht im wesentlichen aus der niedrig ausso daß auch der diodengekoppelte Transistor 76 leitet gelegten, nicht dargestellten, äußeren Lastimpedanz und die Spannung am Ausgangsanschluß 42 in negative 15 am Ausgangsanschluß 42. Während der positiven Richtung zeigt. Liegt umgekehrt ein Eingangssignal Ausgangsspannungshalbwelle leitet die Diode 76 nicht, an der Basis des ersten Eingangstransistors 50, das und das Darlington-Transistorpaar 68, 70 multipositiv gerichtet ist, so wird durch den Emitterfolger- pliziert nunmehr die Lastimpedanz mit dem Faktor transistor 60 ein negativer Spannungsübergang ge- Iife², wobei Aj?ε die Kurzschlußstromverstärkung ist, koppelt, der das Transistorausgangspaar 64 und 66 ao also das Kleinsignalverhältnis von Kollektorstrom- zu abzuschalten sucht und die Spannung am Eingang Basisstromänderungen bei konstanter Kollektoremitdes Transistorausgangspaares 55 in positive Richtung terspannung.
laufen läßt. Die vergrößerte Lastimpedanz des Transistors 66

Wenn der Spannungspegel am Eingang des Tran- wird durch einen Widerstand 79 überbrückt, der gesistorausgangspaares 55 zu steigen beginnt, beginnt 35 ringfügige Widerstandsbeitrag der Dioden 72 und 74 auch die Spannung an der Basis des in Darlington- ist dabei vernachlässigbar. Da die Parallelschaltung Schaltung geschalteten Transistors 68 zu steigen, so des Widerstandes 79 und des Darlington-Transistordaß die Transistoren 68 und 70 einen leitenden Pfad paares 68 und 70 eine starke Vergrößerung des Lastvom Vorspannungswiderstand 79 zu einem nicht dar- Widerstandes für den Transistor 66 im Verhältnis zum gestellten Ausgangswiderstand am Ausgangsanschluß 30 Lastwiderstand bei negativer Ausgangsspannungs-42 bilden. Jedoch hält die zweite und dritte Transistor- halbwelle ergibt, würde diese Eigenschaft des Verdiode 72 und 74 die Spannung zwischen dem Kollektor stärkers einen entsprechenden unerwünschten Zudes zweiten Ausgangstransistors 66 und der Basis des wachs der Verstärkung bei offener Schleife und eine dritten Transistors 68 infolge der Clam-Wirkung auf entsprechende Instabilität bei geschlossener Schleife dem doppelten Basis-Emitter-Spannungsabfall (2 Vee) 35 für die positive Halbwelle mit sich bringen. Bei dem und verhindern so, daß die beiden Darlington-Tran- erfindungsgemäßen Verstärker ist jedoch der Widersistoren 68 und 70 gleichzeitig mit der Transistordiode stand 79 so niedrig bemessen (etwa 1 kQ), daß er die 76 leiten. Dadurch wird ein großer Stromfluß vom von Iife² abhängige Eingangsimpedanz der Tranzweiten Ausgangstransistorabschnitt 55 zum ersten sistoren 68 und 70 überwiegt und dadurch die Ver-Ausgangstransistorabschnitt 53 vermieden, da sie un- 40 Stärkung nahezu ausgleicht. Man kann den Widermittelbar über die Stromquellen geschaltet sind. stand 79 auch sehr klein wählen, jedoch wird dann der Die Dioden 72 und 74 und das Transistorpaar 53 Ruhestrom entsprechend groß,
leiten während der ganzen Periode des Eingangs- Der Widerstand 73 ist zusammen mit dem äußeren signals. Kondensator 36 ein Teil der Polaufspaltungsanord-

Ein besonderes Diodenkoppelnetzwerk 57 erzeugt 45 nung der Erfindung. Der Widerstand dient gleichzeitig

einen toten oder Unterdrückungsbereich, so daß nur dem Verschieben des Gleichspannungspegels zwischen

eine geringe Übernahmeverzerrung im Ausgangs- dem Kollektor des Transistors 50 und dem Eingang

signal auftritt, wenn die Ausgangstransistoren 66 und zur Basis des Transistors 64. Der Transistor 62 wirkt

70 abwechselnd den Laststrom führen. Diese Über- als Konstantstromquelle und kann im normalen

nahmeverzerrungen im Ausgangssignal werden jedoch 50 Betrieb der Schaltung bis zu einem Milliampere

infolge der Gegenkopplung zwischen dem Ausgangs- Strom durch den Widerstand 73 ziehen. Wegen der

anschluß 42 und der Basis des zweiten emittergekop- Verwendung des Transistors 62 als Konstantstrom-

pelten Transistors 52 minimal gehalten. Die Gegen- quelle ist das Signal am Eingang des Transistors 64

kopplungsspannung an der Basis des Transistors 52 nicht nennenswert überbrückt. Der Emitterfolger-

folgt jeder kleinen Verzerrungsspannung im Aus- 55 transistor 60 koppelt, wie erwähnt, den Ausgang der

gangssignäl und erzeugt ein Korrektursignal zur Differentialverstärkerstufe derart an, daß eine Tren-

Kompensation der im gesamten Verstärkerzug auf- nung zwischen dem Lastwiderstand 61 und dem

tretenden Verzerrungen. Emitterfolgertransistor 73 besteht. Dieses Kopplungs-

Die Ausgangstransistoren 66 und 70 im ersten und prinzip verhindert eine Speisung des Widerstandes 61

zweiten Ausgangstransistorenabschnitt 53 und 55 60 durch den Emitterfolgerwiderstand 73 und verringert

werden durch Emitterfolger 64 bzw. 68 angesteuert, zusätzlich die kapazitive Speisung am Widerstand 61.

so daß am Ausgang des Verstärkers eine hohe Strom- Die Basis des Transistors 62 wird mit Hilfe der

verstärkung vorliegt. Die Verbindung des Darlington- Transistordiode 39 des Vorspannungsnetzwerkes aus

Transistorpaares 68, 70 begrenzt die verfügbare posi- den Widerständen 65, 67, 69, 71 und den Dioden 58

tive Halbwelle am Ausgangsanschluß 42 auf etwa 65 und 59 spannungsgesteuert. Diese Vorspannungs-

+ Vcc—2Vee und sorgt gleichzeitig für eine ver- schaltung arbeitet in üblicher Weise mit aufeinander

besserte Schleifenstabilität, da der Ausgangstransistor abgestimmten Dioden und bewirkt eine Temperatur-

70 als Verstärker in Kollektorgrundschaltung arbeitet, kompensation, wobei die Diode 39 gleichzeitig die

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Vorspannung für den Stromquellentransistor 34 der Die Niederfrequenzeigenschaften des Verstärkers Differentialverstärkerstufe und den Stromquellen- werden durch die Eingangs- bzw. Ausgangskoppeltransistor 62 liefert. Dimensioniert man die Bau- kondensatoren 15 und 44 und den Gegenkopplungselemente in der nachstehenden Weise, so zieht der kondensator 34 oder 37 bestimmt. Der Eingangs-Stromsenkentransistor 54 etwa 0,7 Milliampere, der 5 koppelkondensator 15 in den F i g. 2 und 3 bestimmt Stromsenkentransistor 54 etwa 1 Milliampere. zusammen mit der Eingangsimpedanz des Verstärkers,

Die Eingangsdifferentialstufe mit den Transistoren die hier als Zin bezeichnet ist, die untere Eckfrequenz 50 und 52 stellt eine bequeme Schaltung zum Ver- des Verstärkungsfrequenzganges. Ist der Verstärker gleich des Signals der Gegenkopplungsschleife mit den an nur eine einzige Spannungsquelle (F i g. 2) ange-Widerständen 81, 83 und 85 zwischen dieser Stufe und io schlossen, so bestimmen der Ausgangskoppelkondendem Ausgangsanschluß 42 zum Eingangssignal bei sator 44 und die an ihn angeschlossene Ausgangseiner Gegenkopplungsschleife über den gesamten lastimpedanz Z eine zweite unabhängige Eckfrequenz Verstärker dar. Zur Veränderung der Gegenkopplung des Verstärkungsfrequenzganges, und damit der Verstärkung sind Anschlüsse 87 und 23 Der Kondensator 34 oder 37, der mit dem die aus der Schaltung herausgeführt. Bei diesem Ver- 15 Widerstände 83, 81 und 85 enthaltenden Gegenstärker ist die Verstärkung mit geschlossener Schleife kopplungsnetzwerk am Punkt 25 verbunden ist, eretwa dem Verhältnis des Widerstandes 81 zu der zeugt eine Doppelunstetigkeit der Übertragungs-Kombination der Widerstände 83 und 85 (oder jedes funktion bei niedrigen Frequenzen. Da bei geschlosseäußeren Wechselstromwiderstandes zwischen dem An- ner Schleife die Verstärkung etwa gleich dem Rezischluß 87 und Masse). Die verschiedenen Anschlüsse 20 prokwert des Gtgenkopplungsfaktors ist, ergibt der 87, 23 und 25 ermöglichen, daß die Widerstände 83 Kondensator 34 oder 37 in der Schaltung bei ge- und 85 in den folgenden drei Kombinationen ver- schlossener Schleife einen Verstärkungsfrequenzgang, wendet werden können: erstens, Widerstand 83 ist in der für Gleichstrom mit dem Wert 1 beginnt. Bei Reihe mit dem Widerstand 85 geschaltet, zweitens, dem Verstärker nach F i g. 2 tritt eine Nullstelle des Widerstand 83 wird allein benutzt, und drittens, Wider- as Frequenzganges bei stand 83 wird in Parallelschaltung zum Widerstand 85

benutzt: Auf diese Weise lassen sich, je nach Wunsch, _ 1

drei verschiedene Werte für die geschlossene Schleife ^ω* ~ (i?81 4- i?83 + i?85) (C34)

einstellen. Wenn die Widerstände 59 und 81 gleich τ J \ J

groß sind, können die an ihnen als Folge der Basis- 30 ein.

ströme der Eingangsdifferentialverstärkerstufe ab- Der Verstärkungsfrequenzgang steigt mit 6 db pro

fallenden Spannungsabfälle etwa gleich groß gemacht Oktave, bis der Pol

werden, wodurch der gewünschte Abgleich der Ein- ^

gangsdifferentialverstärkerstufe nicht nennenswert be- ω_ρ —

einträchtigt wird. 35 (Λ83 + Ü85) (C34)

Wird der Verstärker mit aufgeteilter Stromquelle

betrieben (Vee = aber entgegengerichtet zu V_Cc), so erreicht ist. Die Wurzel ω_ζ und ω_ν sind die Nullist der Anschluß 22 mit Masse verbunden. Damit liegt stellen bzw. Polfrequenzen der Übertragungsfunktion der Ausgangsanschluß 42 ebenfalls nahe an Masse- für die Spannungsverstärkung. Bei Frequenzen ober- " potential, und man kann eine 'äußere Last unmittelbar 40 halb des Pols ω_Ρ hat die Verstärkung die konstante anschließen. Beim Betrieb mit nur einer Stromquelle Größe

bleibt der Anschluß 22 offen oder wird für Wechsel- ^gj . ^33 _±_ Rgg)

spannung überbrückt; an ihm liegt dann für sämtliche ,

* . ' Vco , _A (R83 + R85) Temperaturen eine Spannung von etwa -~^- als Aus-

2, 45

gangsbezugsspannung. bis die obere Bandgrenze des Verstärkungsfrequenz-Typische Schaltmöglichkeiten der Erfindung sind in ganges erreicht ist oder das Signal durch die Großden F i g. 2 und 3 für Betrieb mit einer einzigen bzw. signalgrenze des Verstärkers verzerrt und gedämpft mit geteilter Stromquelle dargestellt. Die Werte der wird. Diese Grenze resultiert daraus, daß der vom Kondensatoren 35 und 38 hängen von der Impedanz 50 Widerstand 73 gelieferte Signalstrom den äußeren der Stromquelle ab und liegen normalerweise in der Kondensator 36 bei hohen Frequenzen nicht mehr ausGrößenordnung von 10 Mikrofarad oder darunter. reichend speisen kann. Dadurch wird die Großsignal-Bei Verwendung einer unterteilten Stromquelle kann bandbreite des Verstärkers begrenzt, wenn der Einder Kondensator 37 auf die Spannung — Vee zurück- gang des Transistorpaares 53 gedämpft wird und Vergeführt werden, damit dieser Elektrolytkondensator 55 Zerrungen auftreten. Da die Pole bei niedriger Fremit einer geeigneten Gleichspannung betrieben wird. quenz sich gegenseitig nicht stören, läßt sich eine aus-Dieser Kondensator wird in der gesamten Gegen- gezeichnete Verstärkungskontrolle am unteren Ende kopplungsschleife zur Erhöhung der Temperatur- des Frequenzganges erreichen. Für die 6 db Abfall Stabilität und des später noch genauer erläuterten pro Oktave am unteren Ende des Frequenzganges Q-Punktes im Ausgang benutzt. 60 können der Eingangskondensator 15 und der Konden-Der Ausgangskoppelkondensator 44 der F i g. 2 ist sator 34 oder 37 im Gegenkopplungsnetz des VerinFig. 3 nicht vorgesehen, da der Betrieb mit unterteilter stärkers so dicht an a>7₄ gelegt werden, und der große Spannungsquelle am Anschluß 42 ein Bezugspegel von Ausgangskoppelkondensator C44 kann w_e, die untere 0 Volt einstellt und daher kein Ausgangskondensator Eckfrequenz, bestimmen. Auf diese Weise ist die erforderlich ist. Demzufolge kann bei Betrieb mit 65 Bandbreite des Verstärkers nach oben nicht durch unterteilter Spannungsquelle der Ausgangsanschluß 42 besondere Schaltungsmaßnahmen begrenzt, jedoch unmittelbar mit der Lastimpedanz, also mit der Laut- läßt sich eine Begrenzung des oberen Bandendes leicht sprecherspule od. dgl, verbunden werden. durch Zufügen einer Parallelkapazität C, am Ver-

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Stärkereingang erreichen. Die Parallelkapazität liefert zeichnet ist, und ein dritter PoIp₃ am Eingang des

eine obere Eckfrequenz von Transistors 68. Will man über den gesamten Verstärker eine Gegenkopplung ohne Instabilität haben,

_ωη — ₎ so ist ein dominantes Verhalten für einen Pol und bei

R_s C, 5 offener Schleife wünschenswert. Dies erreicht man,

indem man p_x für hohe Frequenzen auslegt und p_t

wobei R, der Reihen widerstand 11 und C₃ die Parallel- und p₃ durch Verwendung eines äußeren Konden-

kapazität ist. sators 36 aufteilt und voneinander trennt. Der Wert

Die thermische Kompensationsfähigkeit der Dif- des Kondensators 36 liegt dann in der Größenordnung ferentialverstärkerstufe wird durch die drei Basis- io von 22 Mikrofarad und hat zur Folge, daß die Pole p₂ Emitter-Spannungsabfälle der Transistoren 60, 64 und p₃ derart zusammenwirken, daß der Pol p₂ Schmal- und 66 verschlechtert, die einen temperaturabhängigen bandeigenschaften hat und der einzige dominierende Ausgangsruhepunkt Q am Anschluß 42 verursachen. Pol wird, während der Pol p₃ Breitbandeigenschaften Gleichzeitig bringen die Transistoren 68 und 70 nur hat und nicht dominierend gemacht wird. Auf diese eine vernachlässigbar kleine thermische Drift des 15 Weise wird das Verhalten für einen Pol und offene Ausgangsruhepunktes. Jedoch wird eine temperatur- Schleife und die damit verbundene Stabilität bei geabhängige Gleichspannungsquelle, die in die Vor- schlossener Schleife hauptsächlich durch die Verwärtsverstärkungsschaltung eingefügt wird, in ihrer Wendung eines äußeren Polaufspaltungskondensators Auswirkung auf den Ruhegleichspannungspegel 42 36 erreicht.

durch das Produkt der Verstärkung vor dem Punkt, so Die Spannungsverstärkung bei offener Schleife ist

an dem diese Quelle eingefügt ist, und dem Gleich- bei dem. erfindungsgemäßen Verstärker mit 670 ge-

spannungsgegenkopplungsfaktor des Verstärkers in messen worden, so daß sich eine Schleifenverstärkung

ihrer Wirkung verringert. Durch Anschließen eines von 67 und für geschlossene Schleife von 10 bei Ver- /f

äußeren Kondensators 34 und 37 zwischen die An- Wendung eines Lastwiderstandes von 16 Ohm am

Schlüsse 25 und Masse zur Vergrößerung des Wechsel- 25 Ausgangsanschluß 42 ergab. Dadurch, daß der Ver-

stromgegenkopplungsfaktors von Vio oder ¹Z₂₀ oder stärker bei geschlossener Schleife nur eine Verstärkung

¹Z₄₀ auf 1 wird die Stabilität des g-Punktes am Aus- von 10 aufweist, während bei offener Schleife eine

gangsanschluß 42 außerordentlich stark um die Fak- Verstärkung von 670 zur Verfügung steht, kann die

toren 10, 20 oder 40 verbessert, je nachdem, welche nicht ausgenutzte Verstärkung für eine Verbesserung

Verstärkungsanzapfung benutzt wird, d. h. ob der 30 der Eigenschaften des Verstärkers bei geschlossener

Widerstand 81 mit den Widerständen 83 und 85 in Schleife unter Benutzung einer Gegenkopplung aus-

Reihe, mit dem Widerstand 83 allein oder mit der genutzt werden. Die Verstärkung bei offener Schleife

Parallelschaltung der Widerstände 83 und 85 benutzt hängt von der äußeren Lastimpedanz ab, und für

wird. Werte der Lastimpedanz bis zu etwa 3 Ohm steigen

Bei Betrieb mit nur einer Spannungsquelle ist der 35 die Verzerrungen. Eine geringe Verstärkung bei ge-

Gleichspannungswiderstand in den Basiskreisen der schlossener Schleife muß in Kauf genommen werden,

Eingangstransistoren 50 und 52 nicht abgeglichen. Der um die gewünschte Verzerrungsfreiheit zu erzielen,

effektive Basiswiderstand des Transistors 50 ist gleich Diese liegt üblicherweise in der Größenordnung von

der Wert des Widerstandes 59 plus dem Quellwider- 2 oder 3.

stand des Anschlusses 27, der der Parallelschaltung 40 Die über den gesamten Verstärker geführte Gegender Widerstände 65 plus 67 mit den Widerständen 69 kopplung erhöht die Eingangsimpedanz der Eingangsplus 71 entspricht. Dieser letztgenannte Widerstand differentialverstärkerstufe, und demzufolge bestimmt hat einen mangelnden Abgleich des Basiswiderstandes der Eingangswiderstand 59 die Verstärkereingangsin der Differentialverstärkerstufe von bis zu 32 % zur impedanz. Die Ausgangsimpedanz wird ebenso durch /-, Folge. Dadurch entsteht eine kleine Verschiebungs- 45 die Wirkung der über alles geführten Gegenkopplung £ spannung am Ausgangsanschluß 42 von etwa 20 mV. verringert, die eine Spannungsdrehung der Last er-Diese kleine Verschiebungsspannung hat jedoch keinen gibt. Bei der Anwendung als Hörverstärker ergibt sich nachteiligen Effekt auf die Übertragungseigenschaften damit eine starke Bedämpfung des Lastsprechers, so des Verstärkers, da der Ausgangspunkt Q nicht kri- daß die Musikwiedergabe wegen der Verringerung der tisch für die kapazitive Ankopplung einer Last an 50 Lautsprecherverzerrungen außerordentlich gut wird, den Anschluß 42 (F i g. 2) ist. Für den Betrieb mit Ein weiteres bedeutendes Merkmal der Erfindung unterteilter Stromquelle und direkter Kopplung einer liegt in der Schutzdiode 43, die zwischen der Spangleichen Stromlast, wie z. B. der Schwingspule eines nungsquelle Vee und dem Punkt 22 der Schaltung Lautsprechers, ist der Mittelpunkt 22 des oben be- eingefügt ist. Diese Diode verhindert einen übergroßen schriebenen Diodenwiderstand-Vorspannungsnetzwer- 55 schädlichen Stromfluß in der Last, wenn die Leitung kes geerdet. Dadurch wird ein mangelnder Abgleich zur Spannungsquelle — Vee aus Versehen geöffnet des Basiswiderstandes der Differenzverstärkerstufe wird, solange die Spannung Vcc anliegt. Tritt diese ausgeschaltet, und es entsteht ein Gleichspannungs- ein, so leitet die Schutzdiode 43, und der Verstärker bezugspotential von 0 Volt zur Steuerung des g-Punk- arbeitet in ähnlicher Weise wie bei einem normalen tes am Anschluß 42. Die beste ß-Punkt-Einstellung 60 Betrieb mit nur einer Spannungsquelle, und die Spanerhält man bei einem Betrieb mit unterteilter Span- nung am Ausgangsanschluß 42 steigt nicht auf einen nungsquelle und direkter Ankopplung des Verstärker- so hohen positiven Wert. Beim Betrieb mit einer einausganges an eine Lastimpedanz. zigen Spannungsquelle, wobei Vee geerdet ist, ist die

Für die äquivalente Wechselspannungsschaltung Diode 43 jedoch wegen der dabei auftretenden Sperr-

des Verstärkers treten bei nicht kompensierter offener 65 spannung von der Schaltung abgetrennt und beein-

Schleife drei dominierende Pole auf: Einer am KoI- flußt ihren Betrieb nicht.

lektor des Transistors 50, der als P₁ bezeichnet ist, Die nachfolgende Tabelle von Widerstandswerten,

einer am Eingang des Transistors 64, der als />_s be- Spannungen und Strömen des Verstärkers unter

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statischen Gleichspannungsbedingungen bei Verwen- R71 200 kü

dung nur einer einzigen Spannungsquelle (Vee an R73 8,2 kΩ

Masse) gibt nur ein Bemessungsbeispiel. Mit diesen R75 200 Ω

Werten ist ein Verstärker aufgebaut worden, der zu- R77 2 kΩ

friedenstellend gearbeitet hat. 5 R79 1 kΩ

„ , „ Ä81 10 kΩ

^Tabelle RS3 500Ω

Vcc +14VoIt RS5 500Ω

Vee 0 Volt , „ _,

Äußere Kapazitäten

Innere Widerstände γ·μ ι c

c 13 χ μτ

R59 10 kQ C34 10 μΡ

R61 10 kQ C35 10 μΡ

R63 270Ω C36 22 pF

R65 2,1 kü 15 C37 1,5 μΡ

R67 4,2 kQ C38 10 μΡ

R69 : 6,1 kQ C44 100 μΡ

Hierzu l Blatt Zeichnungen

Claims (4)

1 2 Eingangstransistoren, die mit einer Konstantstrom-Patentansprüche : quelle verbunden sind, mit aus Darlington-Stufen aufgebauten Gegentaktausgangsstufen und einem Gleich-

1. Transistorleistungsverstärker mit einem Paar spannungspegelverschiebenetzwerk, wobei alle Tranin Differenzschaltung betriebenen Eingangstran- 5 sistoren von einem, insbesondere dem npn-Typ sind,
sistoren, die mit einer Konstantstromquelle ver- Verstärkerschaltungen und insbesondere Transistorbunden sind, mit aus Darlington-Stufen aufge- Verstärkerschaltungen mit Differenzverstärkerstufen bauten Gegentaktausgangsstufen und einem Gleich- sind bereits bekannt. Kleinsignalverstärker, Operaspannungspegelverschiebenetzwerk, wobei alle tionsverstärker und Verstärker mit variabler Verstär-Transistoren von einem, insbesondere dem npn-Typ io kung bedienen sich beispielsweise dieser Schaltungssind, dadurch gekennzeichnet, daß technik. Obwohl die Anwendung der Differenzverin dem Kollektorkreis des einen Eingangstran- stärkerstufen bereits erhebliche Vorteile gegenüber sistors (52) ein Pegeleinstell-Transistor (56) ange- einem normalen Verstärker bringt, so lassen sich ordnet ist, daß zwischen dem positiven Pol (Vcc) damit dennoch nicht alle im Zusammenhang mit der und dem negativen Pol (Vee) der Spannungsver- 15 spezifischen Aufgabe eines Verstärkers auftretenden sorgung ein Vorspannungsnetzwerk (49) angeord- Probleme lösen. Zur Erreichung einer hohen Stabilität, net ist, das sich aus einer symmetrischen Reihen- einer großen Temperaturunabhängigkeit sowie niedrischaltung von Widerständen (65, 67, 69, 71) und ger Übernahmeverzerrungen bei einem Leistungsver-Dioden (58, 39) zusammensetzt, sowie ein Gleich- stärker sind zusätzliche Schaltungsmerkmale erforspannungspegelverschiebenetzwerk (51), das aus so derlich, die bereits seit langem ein erhebliches Problem der Reihenschaltung einer aus einem Stromsenken- darstellen, das mit den bekannten Schaltungen nicht Transistor (62) und einem Emitter-Widerstand (75) zu lösen ist.

gebildeten Konstantstromquelle mit einem Wider- Insbesondere ergeben sich bei monolithisch inte- f stand (73) und einem Emitterfolger-Transistor grierten Leistungsverstärkern Schwierigkeiten hin-' (60) besteht, daß die zwei im Gegentakt arbeitenden 35 sichtlich der gleichstrommäßigen Vorspannungen, die Ausgangsstufen (53; 55) aus je zwei zu einer die zahlreichen Vorspannungsanschlüsse erforderlich Darlington-Schaltung verbundenen Transistoren machen, um die geeigneten Gleichspannungspegel (64, 66; 68, 70) bestehen, daß die eine der Dar- innerhalb der integrierten Schaltung aufrechtzuerhalten, lington-Ausgangsstuf en (53) über den Emitter- Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, folger-Transistor (60) von der Differenzeingangs- 30 einen monolithisch integrierten Halbleiterleistungsstufe (50) gesteuert wird, daß zwischen die beiden verstärker mit ausgezeichneter Linearität und Stabilität in Serie geschalteten Ausgangsstufen (53, 55) eine bei zugleich minimalen Verzerrungen im Ausgangserste Diode (76) geschaltet ist, während die Reihen- signal zu schaffen. Der Verstärker soll thermisch schaltung einer zweiten und einer dritten Diode stabil sein und geeignete Netzwerke zur Vorspannungs-(72, 74) den Ausgang der einen Darlington-Aus- 35 erzeugung und Gleichspannungspegelverschiebung zur gangsstufe (53) mit dem Eingang der anderen Erzeugung der erforderlichen Gleichspannungspegel Darlington-Ausgangsstufe (55) verbindet, der außer- erhalten.

dem über einen Widerstand (79) mit dem positiven Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in dem Pol der Spannungsquelle {Vcc) verbunden ist, Knilektorkreis des einen Eingangstransistors ein daß Anschlüsse (19,21) für einen externen Konden- 40 Pegeleinstell-Transistor angeordnet ist, daß zwischen sator (36) vorgesehen sind und daß zwischen dem dem positiven Pol und dem negativen Pol der Span-Ausgang (42) des Verstärkers und der Basis des nungsversorgung ein Vorspannungsnetzwerk angenicht mit dem Eingangssignal beaufschlagten ordnet ist, das sich aus einer symmetrischen Reihen-Eingangstransistors (52) ein Gegenkopplungswider- schaltung von Widerständen und Dioden zusammen- /g stand (81) angeordnet ist. 45 setzt, sowie ein Gleichspannungspegelverschiebenetz- *

2. Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekenn- werk, das aus der Reihenschaltung einer aus einem zeichnet, daß er sowohl mit einer einzelnen als Stromsenken-Transistor und einem Emitter-Widerauch mit einer aufgespaltenen (bzw. zwei) Span- stand gebildeten Konstantstromquelle mit einem nungsquelle(n) betreibbar ist und daß der Mittel- Widerstand und einem Emitterfolger-Transistor bepunkt (27) des Vorspannungsnetzwerkes (49) als 50 steht, daß die zwei im Gegentakt arbeitenden Ausgangs-Anschluß (22) extern beschaltbar ist. stufen aus je zwei zu einer Darlington-Schaltung ver-

3. Verstärker nach den Ansprüchen 1 und 2, bundenen Transistoren bestehen, daß die eine der gekennzeichnet durch eine Diode (43) zwischen Darlington-Ausgangsstufen über den Emitterfolgerdem Mittelpunkt (27) des Vorspannungsnetz- Transistor von der Differenzeingangsstufe gesteuert Werkes (49) und dem negativen Pol (Vee) der 55 wird, daß zwischen die beiden in Serie geschalteten Spannungsquelle. Ausgangsstufen eine erste Diode geschaltet ist, während

4. Verstärker nach den Ansprüchen 1 bis 3, da- die Reihenschaltung einer zweiten und einer dritten durch gekennzeichnet, daß mit der Basis des einen Diode den Ausgang einer Darlington-Ausgangsstufe Eingangstransistors (52) zwei in Reihe geschaltete verbindet, der außerdem über einen Widerstand mit Widerstände (83, 85) verbunden sind, deren An- 60 dem positiven Pol der Spannungsquelle Vcc verbunschlüsse (87, 23, 25) extern beschaltbar sind. den ist, daß Anschlüsse für einen externen Kondensator vorgesehen sind und daß zwischen dem Ausgang des Verstärkers und der Basis des nicht mit dem Ein-

• gangssignal beaufschlagten Eingangstransistors ein

65 Gegenkopplungswiderstand angeordnet ist.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen,

Die Erfindung betrifft Transistorleistungsverstärker daß der Verstärker sowohl mit einer einzelnen als mit eisern Paar in Differenzschaltung betriebenen auch mit einer aufgespalteten (bzw. zwei) Spannungs-