DE1562064A1

DE1562064A1 - Gleichspannungsgekoppelter Gegentaktverstaerker fuer Tonfrequenzen

Info

Publication number: DE1562064A1
Application number: DE19681562064
Authority: DE
Inventors: Charles Yagher Jun
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1967-02-14
Filing date: 1968-02-10
Publication date: 1970-07-30
Also published as: US3462698A; GB1189465A; FR1551463A

Description

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General Electric Company, Schenectady, N.Y. TJ.S.A.

Gleichspannungsgekoppelter Gegentaktverstärker für Tonfrequenzen

Die Erfindung bezieht sich auf einen gleichspannungsgekoppelten Gegentaktverstärker für Tonfrequenzen, der lediglich aus NPN-Transistorverstärkern aufgebaut ist. Die Vorverstärkerund Treiberstufe sind wie eine Α-Schaltung vorgespannt und arbeiten mit einer B-Ausgangsschaltung zusammen. ·

NPN-Transistoren haben geringe Leckströme und sind thermisch stabiler als PNP-Transistoren. Ferner wurden vor kurzem NPN-Transistoren auf den Markt gebracht, die wesentlich preisgünstiger als vergleichbare PNP-Transistoren sind. Tonfrequenzverstärker in handelsüblichen Geräten, die hohen Temperaturschwankungen ausgesetzt sind und bei denen die Kosten eine erhebliche Rolle spielen,werden daher vorzugsweise mit KPN-Transistoren bestückt.

Nach der Erfindung werden besondere Vorspannungsschaltungen zum Treiben ..der aus NPN-Transistoren aufgebauten Gegentaktausgangsstufe verwendet. Diese Ausgangsstufe ist mit dem induktiven Widerstand eines Lautsprechers belastet. Die Emitter-Kollektor-Zweige der beiden Ausgangstransistoren sind in Reihe zwischen die positive Klemme einer einzigen Versorgungsspannungsquelle und die Masseklemme geschaltet.

Der Lautsprecher ist an den Emitter und Kollektor von einen der beiden Ausgangstransistoren angeschlossen. Der eine Ausgangstransistor dient zur Stromverstärkung, während der andere Transistor zur Spannungs- und Stromverstärkung benutzt wird. Die NPN-Treiberstufe ist derart geschaltet, daß sie den die Spannungs- und Stromverstärkung liefernden Ausgangstransistor mit einem hohen Strom speist und denjenigen der beiden Ausgangstransistoren, der eine große Stromverstärkung liefert, mit einer hohen Spannung versorgt. Die gesamte Leistungsverstärkung der beiden Ausgangstransistoren einschließlich derjenigen der Treiberstufe ist für jede Halbperiode des Eingangssignals dieselbe.

Besondere Schwierigkeiten bei diesen Verstärkern sind thermische Instabilitäten und Überkreuzverzerrungen. Mit stei-' gender Temperatur nehmen die Spannungen an den Basis-Emitter-Strecken ab, so daß der Kollektorstrom in der Ausgangsstufe zunimmt und die Transistoren sich einem thermisch instabilen Zustand nähern. Die Basis-Emitter-Spannung nimmt etwa 1 bis 3 Millivolt pro Grad Celsius ab. Derartige Temperaturerhöhungen können aufgrund von äußeren Temperatur» Schwankungen und durch die interne Verlustleistung der Transistoren auftreten.

Nach der Erfindung werden die thermischen Verluste in den Ausgangsstufen dadurch konstant gehalten, daß zwischen dem Kollektor der Treiberstufe und der Basis der NPN-Transistorvorverstärkerstufe ein Rückführzweig vorgesehen ist. Durch die Rückführung werden Spannungeschwankungen an einem Widerstand ausgeglichen, an dem die Basis-EoitterSpannung des einen Ausgangetransietors auftritt und der in den Emitterkreis der Treiberstufe eingeschaltet ist. Diese

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Rückführung oder Vorepannungsschaltung zwischen der Treiberund Vorverstärkeretufe wirkt den thermischen Instabilitäten der Ausgangsstufe entgegen. Dies ist darauf zurückzuführen, daß die Vorverstärker- und Treiberstufe als Emittergrundechaltungen aufgebaut sind, die eine geringe Vorwärtsspannung den Transistoren der Gegentaktstufe zuführen.

Weiterhin werden nach der Erfindung thermische Instabilitäten in der Ausgangsstufe dadurch verhindert, daß in Reihe ■it den Basis-Emitter-Zweigen von beiden Ausgangstransistoren ein Widerstand in Reihe geschaltet ist. Die Spannung an diesen Widerstand wird zur Vorverstärkerstufe negativ rückgekoppelt. Die Vorspannung an der Vorverstärkerstufe wird dabei derart geändert, daß die Auswirkungen von Temperaturerhöhungen ausgeglichen werden, die sonst einen erhöhten Strom im B-Leistungsverstärker zur Folge haben würden, da die Transistoren dieses LeistungsVerstärkers in Vorwärtsrichtung stark vorgespannt sind.

Ferner kann man nach der Erfindung thermische Instabilitäten, die durch Schwankungen der Umgebungstemperatur hervorgerufen werden^dadurch beseitigen, daß die Vorverstärkerstufe derart geschaltet ist, daß ihre Verstärkung in Abhängigkeit von der Temperatur in umgekehrter Beziehung zur Verstärkung der Treiberstufe steht.

Vorzugsweise" ist nach der Erfindung eine positive Rückführung von der Ausgangsstufe zur Treiberstufe in Form eines Kopplungskondensators vorhanden. Diese positive Rückführung wirkt derart, daß man an den Ausgangswiderständen der Treiberstufe sowohl für die positiven als auch für die negativen Halbperioden des Eingangssignals maximale.Spannungsausschläge erhält. Maximale Spannungsausschläge sind

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erwünscht, da dann die Ausgangsstufe sit de» größtmöglichen Wirkungsgrad arbeiten. Ein weiterer Vorteil dieses positiven Rückführkondensators besteht darin, daß Welligkeiten oder Oberwellen in der Versorgungsgleichspannung, die die Kollektor-Emitter-Zweige der Verstärkertransietoren speist, ausgefiltert werden. Das Filter wird von des Kondensator selbst, der mit des induktiven Widerstand des Lautsprechers in Reihe geschaltet ist, und einen Kopplungskondensator an Lautsprecher gebildet. Biese Bauelemente stellen einen niederohnigen Zweig für die Welligkeitsfrequenzen der CfIeichspannungsVersorgung dar. Dabei iet eine Verminderung der Welligkeit insbesondere bei der Vorverstärkerstufe erwünscht, da bei d-ea schwachen Eingangssignal an der Vorverstärkerstufe ein überlagerter Welligkeitsanteil starke Brummerβeheinungen im Lautsprecher zur Folge hätte.

Vorzugsweise werden die Treiber- und Ververstärkerstufe mit einer größeren Gleichspannung versorgt als die Transistoren der Ausgangsstufe. Die höhere Kollektrspeisespannung für die Vorverstärker- und Treiberstufe hat einen größeren Welligkeitsgehalt als die der Auegangsstufe zugeführte Spannung, für die man ein einziges Tf-Pilter verwenden kann. Die Auswirkungen der Oberwellen auf die KoI-lektorspeisespannungen der Vorverstärker- und Treiberstufe sind infolge der Filterwirkung des positiven Rückführkondensators nicht als besonders schädlich anzusehen. Infolge dieser höheren Spannung erreicht man ein stark verbessertes Verhalten der gesamten Anordnung. Dies ist darauf zurückzuführen, daß die Vorspannung an den Basen der Ausgangetransistoren nahezu konstant bleibt, selbst wenn Eingangssignale mit großen Amplituden auftreten. Eine konstante Vorspannung an den Ausgangstransistoren ist besonders wichtig, um ÜberkreuzVerzerrungen zu vermeiden. Wenn Überkreuz-

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Verzerrungen, also schnelle Änderungen des Eingangswider« Standes der !Trans is tor gegentakt stufe, die ein Umschalten zwischen dem leitenden und nichtleitenden Zustand zur folge haben, in erheblichem Maße auftreten, dann führt dies zu einer sehr schlechten Wiedergabe.

Während die Überkreuzverzerrung in Tonfrequenzverstärkern Schwierigkeiten beim Aussteuern der Lautsprecher mit sich bringt, fällt eine derartige Verzerrung bei hochvolumigen Ausgangssignalen bei der Wiedergabe nicht auf. Nur bei Signalen mit kleinen Amplituden nehmen die meisten Zuhörer diese Verzerrung wahr. Der Verstärker nach der Erfindung ist daher derart aufgebaut, daß bei einem Signalpegel von mehr als 50 # des maximalen Ausgangspegels Überkreuzverzerrung en an den Ausgangstransistoren gestattet sind, während bei schwachen Eingangssignalen keine Überkreuzverzerrungen auftreten dürfen. Diese bezüglich der Überkreuzverzerrung geltende Forderung, nämlich die Abnahme der Verzerrung wenn die Wellenform von einem maximalen Ausgangswert nach einem schwächeren Wert hin abnimmt, dient dazu, die Verzerrungsprüfung bei hohen PertigungsStückzahlen zu vereinfachen.

Ferner sind nach der Erfindung die Vorspannungspunkte der Ausgangstransistoren vorzugsweise stabilisiert, selbst bei beachtlichen Veränderungen der Stromverstärkungsfaktoren der Vorverstärker- und Treibertransistoren. Die Stabilisierung der Vorspannungspunkte der Ausgangstransistoren wird dadurch erreicht, daß die Vorspannung des einen Transistors mittels niederohmiger Widerstände abgeleitet wird, die den Emitter-Basis-Strecken der Vorverstärker« und Treiberstufe parallelgeschaltet sind. Diese niederohmigen Widerstände liefern an die Vorspannungsschaltung

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des Ausgangetrane ist ore einen etwa konstanten Stronj, und zwar unabhängig von den Basis-Emitter-Wideretänden der Vorverstärker- und Treiberstufe.

Ein weiterer Vorteil der Schaltungsanordnung nach der Erfindung ist der flache Amplitudenverlauf zwischen 100 Hz und 10 000 Hz, den man mit Hilfe einer minimalen Anzahl von Bauelementen erreicht. Dieser flache Amplitudenverlauf ergibt sich allein durch die Gleichspannungekopplung für das Vorwärtssignal zwischen jedem Transistor des Verstärkers. Irgendwelche Verzerrungen, die auf Änderungen der Transistorstromverstärkung in Abhängigkeit voe Signalpegel zurückzuführen sind, werden zum größten Te? _ durch die negativen Rückführ schaltungen beseitigt, die für das Ein-r gangssignal vorgesehen sind.

Die Erfindung soll im folgenden an Hand von Figuren i» einzelnen beschrieben werden.

Pig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer nach der Erfindung aufgebauten Schaltung.

Pig. 2 zeigt.die Kennlinien von Transistoren, die in der in Pig. 1 dargestellten Schaltung benutzt werden.

Pig. 3 ist ein abgeändertes Ausführungsbeispiel der in Pig. 1 gezeigten Schaltung.

Pig. 4 ist ein weiteres abgeändertes Ausführungebeispiel der in Pig. 1 gezeigten Schaltung.

Pig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Schaltung nach der Erfindung.

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Der in Pig. 1 dargestellte gleichspannungsgekoppelte Tonfrequenz verstärker enthält vier NPN-Siliciumtransietoren, Der Verstärker ist an eine Signalquelle 11 angeschlossen, die ein Signal in Tonfrequenzspektrum liefert. Das Tonfrequenzsignal von der Quelle 11 wird von den NPN-Transistoren 12 und 13 verstärkt» Dies geschieht derart, daß die Basen der in Reihe geschalteten Transistoren 14 und 15 gegenphasig von den Spannungssignal der Quelle 11 ausgesteuert werden. Das an die Basis des Transistors 15 gelegte Signal entspricht der verstärkten Spannung von der Quelle 11 und ist eine getreue Nachbildung der von der Quelle gelieferten Wellenfora. Dad der Basis des Transistors 14 zugeführte Signal ist lediglich eine Nachbildung von den negativen Halbwellen der von der Quelle stammenden Wellenformen. Dasjenige Signal, das der Basis des Transistors 14 während der positiven Halbperiode der Quelle 11 zugeführt wird, ist keine getreue Nachbildung der von der Quelle 11 gelieferten Wellenform. Das Signal hat einen kleinen Wert, da die Basis-Emitter-Strecke des Transistors 14 aufgrund des an ihr liegenden Signals einen sehr niedrigen Widerstand aufweist. Das Signal an der Basis des Transistors 14 wird in bezug auf den von der Quelle 11 gelieferten Strom stromverstärkt, hat jßdoch eine geringere Spannung als die Spannung von der Quelle 11, selbst während der negativen Halbwellenperiode. Die Signale an den Basen der Transistoren 14 und 15 sind gegen einander' phasenverschoben, wobei die dem Transistor 15 zugeführte Spannung ein'spannungsverstärktes Abbild des Signals der Quelle 11 ist und das dem Transistor 14 zugeführte Signal ein stromverstärktee Abbild der positiven Halbwelle des Signals der Quelle ist.

Die Emitter-Kollektor-Zweige der Transistoren 14 und 15 liegen in Reihe zwischen einer Masseklemme 16 und einer

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Klemme 17t die ein positives Gleichspannungspotential von 18 Volt gegenüber der Haseeklemme 16 führt. As Verbindungepunkt zwischen dem Kollektor des Transistore 14 und den Emitter des Transistors 15 ist die eine Klemme des induktiven Widerstandes des Lautsprechers 18 über einen Kopplungekondensator 19 angeschlossen. Sie andere Klemme des Lautsprechers 18 ist mit der Masseklemme 16 verbunden.

Bei der in Fig. 1 gezeigten Schaltung ist die Basis des Siliciumtransistor 14 gegenüber seinem Emitter ungefähr mit 0,6 Volt vorgespannt. Die Spannung an der Basis steuert den Strom durch die Transistoren 14 und 15. Die Basis des Transistors 15 liegt auf keinem festen Potential.· Die Transistoren 14 und 15 arbeiten wie ein richtiger B-Verstärker und jeder Transistor leitet daher nur während der einen Hälfte der Periodendauer der von der Quelle 11 geleierten Wellenform. Aufgrund einer positiven Stromhalbwelle an der Basis des Transistors 14 wird der Transistor leitend und gibt eine spannungsverstärkte negative Halbwelle an seinem Kollektor ab. Gleichzeitig wird der Basis des Transistors eine negative Spannung zugeführt, wobei sein Emitter-Kollektor-Zweig gesperrt wird» so daß lediglich ein Leckstroa von der Klemme 17 durch den Transistor 15 fließt, der die Kollektorvorspannung für den Transistor 14 liefert. Der zur Basis des Transistors 14 geführte Strom wird über den Kollektor des Transistors zum Lautsprecher 18 gekoppelt, und zwar zusammen mit dem Strom von der Klemme 17. Die Spannungs- und Stromverstärkung des Transistors 14 und die Stromverstärkung der Transistoren 12 und 13 liefern die gesamte Leistungsverstärkung für die positive Halbperiode der Quelle 11.

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•Während der entgegengesetzten Halbwolle, also wenn eine positive Spannung der Basis des Transistors 15 und ein negativer Stroa der Basis des Transistors 14 zugeführt wird, sperrt der Translator 14, während der Transiator 15 die Stromverstärkung liefert. Die positive Stromhalbwelle am Eeitttr des Transistors 15 wird den Lautsprecher 18 zugeführt, wobei die Leietungsverstärkung während der negativen HaIbwellenperiode der Quelle 11 gleich der Leistungsverstärkung während der positiven Halbwellenperiode ist, so daß eine verhältnismäßig genaue Nachbildung des von der Quell· 11 gelieferten Signals dem Lautsprecher zugeführt wird.

Sämtliche in der Schaltung benutzten Silioiuatransistoren wurden aufgrund ihres geringen Leckstroaes Iq^q gewählt· Zwischen dem Kollektorgleichstrom der Transistoren 14 und und ihrem Leckstrom besteht folgende Beziehung:

¹C-¹¹PB¹B⁺(¹¹PE^{+ 1}> ¹CBO . <*>

Dabei ist:

Iq der Kollektorgleichatrom in Milliampere, Hpjj die Gleichatromveratärkung, die etwa In/l-n beträgt, Ig der Basisgleichstrom in Milliampere und *CBO ^^er Kollektorleckstron in Milliampere.

Der Kollektorleckstrom Iq_B0 ^is^ "temperaturabhängig und nimmt etwa um einen Paktor 2 bei einer Temperatursteigerung um 9 ⁰C zu. Bei PNP-Transistoren ist der Kollektorleckstrom Iq_B0 so groß, daß das Produkt (H_FE +1) Iq_B0 einen beachtlichen Wert annimmt, so daß der Le cleat rom kompensiert werden muß. Im Gegensatz dazu haben NPN-Transiatoren einen verhältnismäßig kleinen Kollektor|Sfrom, so daß man den rechten Term in der Gleichung (1) gegenüber dem Produkt

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vernachlässigen kann und die Gleichung (1) wie folgt darstellen kann:

¹C " ¹¹FB¹B (2)

Die Gleichstromkennlinien der Transietoren 14 und 15 sind daher verhältnismäßig unempfindlich gegenüber Temperatur-Schwankungen, so daß man viele der Kompensationsschaltungen weglassen kann, die bei den herkon»liehen Transistoraue«· gangsstufen benutzt wurden.

Ud die entgegengesetzt gepolten Signale abzuleiten, die in den Transistoren 14 und 15 stromverstärkt bzw, spannungsverstärkt werden, ist ein NPN-Phasenumkehrverstärker oder ·' eine Phasenteilungsstufe 13 vorgesehen. Der Emitter und der Kollektor des Transistors 13 sind direkt an die Basis des Transistors 14 bzw. 15 angeschlossen. Die Emitter-Kollektor-Stromversorgung dee Transistors 13 wird von einem Widerstand 21 vorgenommen, der zwischen den Emitter des Transistors und Hasse geschaltet ist, während der Kollektor des Transistors über eine Reihenschaltung aus Widerständen 22 und 23 an die positive Klemme 17 der Speisespannung angeschlossen ist.

Der Basis des Transistors 13 wird eine genaue Nachbildung der Wellenform von der Quelle 11 zugeführt. Da der Transistor 13 für den Α-Betrieb vorgespannt ist, sind die Spannungen am Emitter und Kollektor des Transistors genaue Nachbildungen der Spannung der Quelle 11. Der Spannungsausschlag am Kollektor des Transistors 13 ist dabei von entgegengesetzter Polarität als die Quellenspannung, während der Spannungsausschlag am Emitter des Transistors 13 mit der Spannung von der Quelle 11 in Phase ist.

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. Der Phasenteiler 13 gibt an Beinern Kollektor, ein spannungs- und etroBiverstärktee Signal ab. Der Spannungshub am Emitter des Transistors 13 ist in bezug auf die Spannung an der Basis etwas geringer. Der Strom am Emitter ist hingegen gegenüber dem Strom, der der Basis des Transistors 13 während der positiven Halbperiode der Quelle 11 zugeführt wird, verstärkt. Die Stromverstärkung wird lediglich während der positiven Halbwellenperiode der Quelle 11 erreicht. Dies ist auf den verhältnismäßig großen Eingangswiderstand des Transistors 14 im gesperrten Zustand während der negativen Halbperiode des Spannungsausschlags an der Basis des Traneistore 13 zurückzuführen. Der Strom an der Basis des Transistors 14 ist daher nur während der positiven Halbwellenperiode eine wahre Nachbildung des Signals der Quell.e 11, während die Spannung an der Basis des Transistors 15 eine wahre Kachbildung des Signals der Quelle 11 während der gesamten Periode ist.

Die Stromverstärkung am Emitter des Transistors 13 ist gleich der Emitterstromverstärkung des Transistors 15, während die Spannungsverstärkungen an den Kollektoren der Transistoren und 14 etwa gleich sind. Infolgedessen sind die gesamten Strom- und Spannungsverstärkungen der Gegentaktausgangsstufe mit den Transistoren 14 und 15 und mit der Phasenumkehrtreiberstufe 13 gleich, und zwar sowohl während der positiven ale auch während der negativen Halbperiode der Quelle 11.

Die Basis des Transistors 13 wird vom Emitter des NPN-Transistors 12 angesteuert. Der Transistor 12 ist als Kollektorgrundschaltung aufgebaut. Das Signal von der Quelle 11 wird der Basis des Transistors 12 über einen Kondensator 24, ein Lautstärkeregelpotentiometer 25 und einen weiteren Kondensator 26 zugeführt. Die Basis des Vorverstärkertransistors 12,

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der für das Signal von der Quelle 11 einen Stromverstärktr darstellt, ist zum A-Betrieb vorgespannt. Dazu ist die Basis des Transistors 12 mit einem Widerstand 27 verbunden, der zu einer negativen Rückführschaltung gehört und dessen andere· Ende an den Verbindungspunkt zwischen dem Kollektor des Transistors 13 und dem Widerstand 22 angeschlossen ist. Der zur Vorspannung dienende Gleichstrom, der über den Widerstand der Basis des Transistors 12 zugeführt wird, erzeugt am Emitter des Transistors 12 einen Gleichstrom, dessen Spannungsabfall am Widerstand 28 eine stabilisierende Wirkung hat. Der Widerstand 28 ist zwischen die Emitter der Transistoren und 13 geschaltet. Um zu verhindern, daß Veränderungen an der Emitter-Basis-Strecke des Transistors 13 den zum Vorspannungswiderstand .21 gelieferten Strom ändern, ist der Wert des Widerstandes 28 derart gewählt, daß ein Strompfad zur Verfügung steht, dessen Widerstand beträchtlich geringer ist als der Widerstand der Basis-Emitter-Strecke.

Der Emitterstrom des Transistors 12, der durch den Vorspannungswiderstand 28 fließt, wird ebenfalls dem Widerstand zugeführt.Der Widerstand 21 ist in den Emitterkreis des Transistors 13 eingeschaltet und spannt den Transistor 14 zuu B-Betrieb vor. Die aufgrund des Emitterstromes des Transistors 12 erzeugte Gleichspannung am Widerstand 21 bestinet die Kollektorgleichspannung des Transistors 13· Diese Spannung sorgt für die notwendige Gleichvorspannung zum B-Betrieb des Ausgangstransistors 15· Das Basis-Emitter-Netzwerk des Transistors 12 bestimmt also die Vorspannungspunkte der übrigen Transistoren 13, H und 15.

Die Vorspannung an der Basis des Transistors 12 ist derart gewählt, daß der Eingangswiderstand verhältnismäßig groß ist, und zwar in derselben Größenordnung wie der Innenwiderstand

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der Quelle 11. Bei der Quelle 11 kann es sich beispielsweise um einen piezoelektrischen Kristalltonabnehmer oder um die Ausgangsstufe eines FM-Abstimmgerätes handeln. Durch die Anpassung des Eingangswiderstandes an den Innenwiderstand der Quelle 11 wird das gute niederfrequente Verhalten des Verstärkers bei Quellen mit niedrigen Kapazitäten, in der Größenordnung von 1 bis 2 Nanofarad, aufrecht erhalten.

Die Kollektorgrundschaltung des Transistors 12, d.h. die direkte Verbindung des Traneistorkollektors an die positive Klemme 17 der Gleichspannungsquelle, gestattet es, daß der Spannungshub am Lautsprecher 18 einen maximalen Wert von ^1 Volt bei einer Speisegleichspannung an der Quelle 17 von 18 Volt hat. Die Kollektorgrundschaltung des Transistors 12, die für die Basisschaltung des Transistors 13 eine Treiberstufe mit verhältnismäßig geringem Widerstand darstellt, ermöglicht es, daß der Transistor 13 bei Wechselstromeingangssignalen mit einem besseren Wirkungsgrad arbeitet, wobei maximale Stromhübe gleichzeitig mit maximalen Spannungshüben auftreten.

Ein besonderer Vorteil der in Pig. 1 gezeigten Schaltung besteht darin, daß die Vorspannung jedes Transistors in Abhängigkeit von der Temperatur auf einem nahezu stabilen Potential gehalten wird. Die Vorapannungspunkte jedes Transistors werden hinsichtlich der Temperatur vor allem durch die Kennlinien des Ausgangstransistorsvgeregelt. Wenn die Temperatur der Basis-Emitter-Strecke des Transistors 14 infolge der Leistungsverluste im Transistor oder durch Schwankungen der Umgebungstemperatur ansteigt, dann nimmt die Spannung an der Basis-Emitter-Strecke um 1 bis 3 Millivolt pro Grad Celsius ab. Wenn der Gleichstrom durch den Widerstand 21 im Emitterkreis des Transistors 13 um ein Vielfaches größer ist als

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-H-

der Basisstrom dee Transistors 14, wie es bei schwachen Signalen der Quelle 11 der fall ist, dann bleibt die Spannung am Widerstand 21 konstant, während des Kollektorstrom des Transistors 14 zunimmt, und zwar in Abhängigkeit von der Temperatur der Basis-Emitter-Strecke des Transistors.

Die Kennlinie des Transistors 14, d.h., der Kollektorstrom als Punktion der Basis-Emitter-Spannung bei verschiedenen Temperaturen ist in Pig· 2 dargestellt. Wenn die Basisspannung des Transistors 14, also die Spannung am Widerstand 21, konstant bleibt, wie es durch die senkrechte Linie, die vom Abszissenpunkt V™, ausgeht, dargestellt ist, und die Temperatur von 25 ⁰C auf 30 ⁰C ansteigt, dann nimmt der Kollektorstrom des Transistors 14 vom Wert I- auf den Wert I„, zu.;, Wenn der Kollektorgleichstrom des Transistors 14 übermäßig ansteigt, dann wird der Transistor thermisch instabil und zerstört. Bei steigender Umgebungstemperatur wird die Spannungsstromkennlinie für die Basis-Emitter-Strecke flacher, wie es in Pig. 2 gezeigt ist. Bei Basis-Emitter-Strecken mit hohen Vorspannungen in Vorwärtsrichtung bleibt die Spannung an der Strecke konstant und der Emitterstrom nimmt zu. Bei Strecken mit kleineren Vorspannungen in Vorwärtsrichtung nimmt der Emitterstrom nur leicht zu, während die Basis-Emitter-Spannung abnimmt. Beim Transistor 14 wächst der Emitterstrom nur leicht an, wenn die Basis-Emitter-Spannung abnimmt. Wenn die Spannung an der Basis-Emitter-Strecke des Transistors 14 kleiner wird, dann werden die Transistoren 12 und 13 in Vorwärtsrichtung stärker vorgespannt, wodurch der Emitterstrom des Transistors 13 zunimmt. Die Zunahme dieses Stromes wird so klein wie möglich gehalten, da die Vorspannung des gesamten Verstärkers vom Vorspannungswiderstand 27 geregelt wird, der eine negative Vorspannung vom Kollektor des Transistors 13 zur Basis des Transistors 12 rückkoppelt.

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Die von Kollektor dee Traneistore 13 zur Basis des Transistors 12 rückgeführte Spannung hängt fast ausschließlich von der Kollektorspannung dee Traneistore 13 ab. Dabei verursacht eine Zunahme dee Emitterstromes dee Transietors 13 eine Abnahme der Kollektorspannung. Eine Stromzunähme im Transistor 14 versucht die Spannung an der Klemme 17 zu vermindern, da infolge dieses Stromes ein zusätzlicher Spannungsabfall in der Speisespannungsquelle erfolgt. Die geringere Spannung an der Klemme 17 vermindert auch die Spannung am Kollektor des Transistors 13» wodurch der Vorspannungsstroro für die Transistoren 12 und 13 abnimmt. Eine Zunahme des Kollektor-Emitter-Stromes des Transistors 13 versucht die Spannung am Kollektor des Transistors 13 zu vermindern, wodurch eine Stabilisierung des Stromes erreicht wird.

Die verminderte Kollektorspannung dee Transistors 13» also an den Widerständen 22 und 23, wird erhöht und die Kollektorspannung am Transistor 14 fällt ab. Die verminderte Kollektorspannung wird zur Basis des Transistors 12 zurückgeführt, um den zur Basis des Transistors 14 gelieferten Strom zu vermindern, so daß der Kollektorstrom des Transistors 14 kleiner wird. Die vom Widerstand 27 gebildete Stabilieierungeechaltung kompensiert also die Zunahme des Kollektorstromes in Abhängigkeit von der Temperatur, um thermische Inetabilitäten zu vermeiden.

Zusätzlich zu stabilen Vorspannungsbedingungen für den Transistor 14 liefert der Widerstand 27 ein negatives Wechselspannungsrückführeignal vom Kollektor des Transistors 13 zur Basis des Transistors 12. Diese negative Wechselspannungsrückführung des Widerstandes 27 erhöht die Linearität der Wellenform, so daß am Emitter und Kollektor des Transistors 13 eine ziemlich genaue Nachbildung der Wellenform der Quelle 11 erzeugt wird, wodurch Oberwellenverzerrungen vermindert werden.

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Die negativ· WechaeIbpannungerückführung vom Verbindungepunkt zwischen dem Kondensator j9 und dem Lautsprecher 18 über die Reihenschaltung aus dem Kondensator 31 und dem Wideretand zur Basis des Transistors 12 erhöht die Linearität für die niederfrequenten Signalanteile. Der Kondensator 31 stellt für die hochfrequenten Anteile eine verhältnismäßig große negative Rückführung dar, so daß jeglicher Versuch, diese Anteile mehr zu verstärken als die niederfrequenten Anteile vermieden wird, und zwar durch die in Reihe gekoppelten Kondensatoren. Die negative Rückführung hebt einen beträchtlichen Teil der von der Quelle 11 stammenden hochfrequenten Anteile auf, die der Basis des Transistors 12 zugeführt werden,

Der Rückführzweig aus dem Kondensator 31 und dem Widerstand vermindert beträchtlich die gesamte Oberwellenverzerrung, die durch die nichtlinearen Kennlinien der Transistoren in der Schaltung hervorgerufen wird, und verhindert auch die Überkreuzverzerrung, die durch die Transistoren 14 und 15 entsteht, wenn diese in den leitenden Zustand und aus dem leitenden Zustand herausgetrieben werden. Verzerrungen entstehen im Phasenumkehrverstärker 13 und in den B-Ausgangs» stufen 14 und 15, und zwar infolge der verhältnismäßig großen 'Spannungehübe,, an diesen Stufen. Da sich die Signalspannung über einen verhältnismäßig großen Bereich ändert, und zwar innerhalb von 1 bis 2 Volt des Speisegleichspannungswertes an der Klemme 17, ändert sich die Stromverstärkung der Transistoren 13 bii 15 während einer einzigen Periode beträchtlich. Diese großen Änderungen der Stromverstärkung der Transistoren 13 bis 15 rufen Oberwellenverzerrungen hervor. Überkreuzverzerrungen treten bei großen Eingangesignalen auf, da die Transistoren 14 und 15 sehr schnell durch ihre nichtlinearen Widerstandsbereiche gesteuert werden, wenn sie zwischen dem leitenden und nichtleitenden Zustand hin- und herschalten.

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Das negative Rückführnetzwerk zwischen dem Lautsprecher 18 ' und der Basis des Transistors 12 verhindert weitgehend Oberwellen- und Überkreuzverzerrungen. Die nichtlineare Wellenform am lautsprecher 18 wird von der negativen Eückf uhrschaltung abgetastet und zur Basis des Transistors 12 rückgeführt, an der das lineare Signal der Quelle 11 liegt. Die nichtldnearen Anteile der rückgeführten Wellenform werden zusammen mit dem linearen Signal der Quelle 11 im Transistor 12 verstärkt. Infolge der phasenverschobenen Beziehung zwischen dem Rückführsignal und dem Signal der Quelle 11 werden diejenigen Anteile der Quelle 11, die die Verzerrungen hervorrufen, zu einem gewissen Maß von der Treiberstufe 13 und den Ausgangstransistoren 14 und 15 ferngehalten, so daß die Gesamtverzerrung in der Schaltung kleiner ist.

Eine bevorzugte Ausfuhrungsform der Speisespannungsquelle, " die der Klemme 17 Gleichspannung zuführt, ist in Pig. 1 dargestellt. Diese Speisespannungsquelle enthält eine Vollweggleichrichterbrücke 36 aus Dioden, wobei das.Wechaelspannungsklemmenpaar der Brücke an eine Sekundärwicklung 37 eines Transformators 38 angeschlossen ist. Die Primärwicklung 39 des Transcfdrmators 38 ist an die Netzwechselspannung von 117 Volt und 60 Hz angeschlossen. Bei Leerlauf tritt an der Sekundärwicklung eine Spannung von 16,2 bis 17,0 Volt auf. Die beiden Gleichspannungsklemmen der Diodenbrücke 36 sind an ein IP-Filter 41 angeschlossen. Das Filter 41 enthält einen Kondensator 42, der parallel zur Gleichrichterbrücke 36 liegt, ferner einen nachgeschalteten Reihenwiderstand 43 und einen weiteren parallelgeschalteten Kondensator 44. Die Gleichspannung am Kondensator 44 ändert sich zwischen 23 und 22 Volt bei einem Gleichstrom von 30 bis 100 Milliampere.

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Bei einem schwachen Eingangssignal der Quelle 11 beträgt der von der Versorgungsquelle zugeführte Strom etwa 30 Milliampere, wobei ein verhältnismäßig kleiner Spannungsabfall, am Widerstand 43 auftritt. Bei großen Signalamplituden der Quelle 11 speist die VerSorgungsspannungsquelle einen erheblich höheren Strom in den Verstärker ein, wobei der Spannungsabfall am Widerstand 43 zunimmt und das Potential an der Klemme 17 abnimmt. Bei kleinen Eingangssignalen wird daher eine größere Vorspannung der Basis des Transistors zugeführt als bei großen Signalamplituden. Der Unterschied der Vorspannung am Widerstand 21 ist derart, daß bei kleinen Signalamplituden keine Überkreuzverzerrung auftritt, während sie bei großen Signalamplituden vorhanden ist.

An den Ausgangsstufen 14 und 15 treten bis zu solchen Aus-¹ gangsamplituden, die unterhalb der halben Ausgangsnennleistung des Verstärkers liegen, keine Überkreuzverzerrungen auf· Bei Signalamplituden, die über der halben Ausgangsnennleistung · des Verstärkers liegen, wird es zugelassen, daß das vom Lautsprecher 18 wiedergegebene akustische Signal Überkreuzverzerrungen enthält. Infolge des größeren Wiedergabevoluaens fällt einem durchschnittlichen Zuhörer die Überkreuzverzerrung nicht auf. Es hat sich herausgestellt, daß ein durchschnittlicher Zuhörer" die Überkreuzverzerrungen nur bei niedrigen Signalamplituden wahrnimmt. Im vorliegenden Pail sind jedoch bei schwachen Eingangssignalen keine Überkreuzverzerrungen vorhanden.

Da Überkreuzverzerrungen nur bei Leistungen auftreten, die oberhalb der halben Nennausgangsleistung des Verstärkers liegen, kann der Verstärker während der Fertigμng sehr leicht überprüft werden. Bei dieser Überprüfung wird ein Oszilloskop an den Lautsprecher 18 angeschlossen und eine Signalquelle

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mit einer einzigen Frequenz und veränderlicher Amplitude mit dem Potentiometer 25 verbunden. Zur Überprüfung wird die Frequenzwellenforii bei vollem Ausgangesignal am Oszilloskop beobachtet. Hierbei sollten Überkreuzverzerrungen auftreten. Sodann wird das Potentiometer 25 von seinem Maximalwert auf den halben Wert gestellt. Bei dieser Einstellung sollte die Wellenform keine Überkreuzverzerrungen enthalten. Bei dieser Art der Überprüfung braucht man für kleine Ausgangssignalamplituden keine Beobachtung vorzunehmen.

Zur Vorspannung der Transistorstufen wird der Spannungsbereich der Sekundärwicklung 37 bei einer Effektivspannung von 120 Volt an der Primärwicklung des Transformators 38 vorzugsweise auf einen Effektivwert zwischen 16,2 und 17,0 Volt bei Leerlauf eingestellt. Der Gleichspannungswiderstand der Wicklung 37 sollte bei Leerlauf zwischen 5 und 6 Ohm liegen, üb die richtigen Vorspannungswerte zu erzielen. Diese Forderungen sind notwendig^ um die hinsichtlich der überkreuzverzerrung aufgestellten Bedingungen zu erhalten. Die Basis-Enitter-Vorspannung des Transistors 12 wird nämlich über die Widerstände 22, 23 und 27 von der Potential führenden Klemme der Speisespannungsquelle abgenommen. Weil die'Basis-Emitter-Vorspannung des Transistors 12 die Vorspannung des Ausgangstrans istors 14 steuert, ist es notwendig, die Vorspannung am Transistor 12 so gut zu regeln, wie es möglich ist, was durch die Sekundärwicklung des Transformators mit den beschriebenen Eigenschaften der Fall ist.

Bei der Betrachtung der Vorteile, die durch die besondere Speisespannungsquelle in Verbindung mit der Verstärkerschaltung erzielt werden, sollte darauf hingewiesen werden, daß der Verstärker versucht, Spannungsänderungen am Widerstand 43 zu kompensieren, die sich aufgrund von Speisespannungsände-

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rungen ergeben. Der in den Verstärker eingespeiste Gleichstrom ändert sich in Abhängigkeit von der Aussteuerung der Auegangstransistoren 14 und 15· Der dem gesamten Verstärker zugeführte Gleichstrom nimmt ab, wenn die Ausgangstransistoren stärker getrieben werden. Wenn die Transistoren 14 und 15 stärker getrieben werden, nimmt die Spannung am Kondensator 42 ab. Infolge der niedrigeren Spannung am Kondensator 42 nimmt auch die Spannung an der Klemme 17 und am Widerstand 21 ab. Die niedrigere Spannung am Widerstand 21 erniedrigt auch die positive Vorspannung an den Ausgangetransistoren 14 und 151 wodurch auch die Gleichspannungskollektorströme dieser Transistoren und die Gleichstromverlustleistung kleiner werden. Bei kleinen Signalamplituden ist es genau umgekehrt. Am Widerstand 21 erscheint eine verhältnismäßig große Spannung, so daß ein höherer Kollektovgleichstrom durch die '..' · Transistoren 14 und 15 fließt. Bei Ausgangesignalen hiher Leistung ist daher die Wechselstromverlustleistung in den Transistoren 14 und 15 um ein beträchtliches Maß höher als die GleichstromVerlustleistung. Bei niedrigen Signalamplituden von der Quelle 11 ist es umgekehrt.

Ein weiterer Vorteil der Speisespannungsquelle in Verbindung mit der Verstärkerschaltung besteht darin, daß die Auswirkungen von NetzwechselspannungsMnderungen an der Primärwicklung 39 aufgehoben werden. Die Beseitigung dieser Änderungen ist auf die gemeinsame Wirkung der Widerstände 43 und 27 zurückzuführen, wobei der Widerstand 43 ein Bestandteil des Filtere 41 ist.und der Widerstand 27 die Rückführschaltung zwischen den Transistoren 12 und 13 bildet. Wenn die Netzwechselspannung an der Primärwicklung 39 zunimmt, dann wird auch die Spannung an den Kondensatoren 42 und 44 und auch am Widerstand 43 größer. Die über die Klemme 17 dem Verstärker zugeführte höhere Spannung hebt die Spannung

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. . am Kollektor und an der Basis des Transistors 13 an, so daß dieser Transistor in geringerem Maße positiv vorgespannt ist. Die Spannungszuname am Kollektor des Transistors 13 wird auch zur Basis des Transistors 12 über den Widerstand rückgekoppelt. Dadurch nimmt die Vorspannung am Transistor zu. Die größere Vorspannung in Vorwärtsrichtung am Transistor 12 hat einen höheren Emitterstrom zur Folge, der die-Basis vor spannung des Transistors 13 erhöht. Die Spannung zwischen der Basis und dem Emitter des Transistors 13 ist daher nahezu die gleiche wie vor der Zunahme der Netzwechselspannung an der Primärwicklung 39·

Damit an der Phasenumkehrstufe 13 sowohl während der positiven als auch der negativen Halbperiode der Quelle 11 größere Spannungshübe" auftreten können, ist eine positive Rückführung vom Verbindungspunkt zwischen dem Emitter des Transistors 15 und dem Kollektor des Transistors 14 zum Verbindungspunkt zwischen den Widerständen 22 und 23 in Form eines Kopplungskondensators 45 vorgesehen. Aufgrund eines positiven Wechselspannungshubs an der Basis des Transistors werden der Emitter dieses Transistors positiv und der Kollektor negativ ausgesteuert. Der positive Strom am Emitter des Transistors 13 steuert den Kollektor des Transistors 14 in negativer Richtung aus. Der negative Wechselspannungshub am Kollektor des Transistors 14 wird über den Kondensator rückgekoppelt, um den negativen Hub am Kollektor des Transistors 13 noch weiter zu vermindern,, Diese weitere Verminderung der Kollektorspannung dea Transistors 13 bewirkt infolge der positiven Rückkopplung eine höhere Stromverstärkung.

Bei den negativen Halbperioden des Spannungshubs an der Basis des Transistors-13 arbeitet der Kondensator 45 in ähnlicher Weise. Die negative Spannungfinderung an der Basis des Tran-

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sistors 13 bewirkt insbesondere, daß der Kollektor des Transistors 13 positiver wird, wobei die Emitterspannung am Transistor 15 zunimmt. Aufgrund der größeren Wechselspannung am Emitter des Transistors 15 steigt auch die Spannung zwischen den Widerständen 22 und 23 an. Die vom Kondensator 45 zu den Widerständen 22 und 23 rückgeführte höhere Spannung verstärkt den bereits in positiver Richtung erfolgenden Spannungshub am Kollektor des Transistors, so daß bei einem Effektivwertsignal der Quelle 11 von 3 Volt an den Widerständen 22 und 23 eine Wechselspannung hervorgerufen wird, die nur um ein halbes Volt niedriger ist, als der halbe Wert der Gleichspannung an der Klemme 17.

Infolge der Wirkung des Kondensators 45 kann man die Widerstände 21, 22, 23 und 28 derart wählen, daß der Kollektor ' des Transistors 13 auf einer Gleichspannung gehalten wird, die etwa gleich der halben Spannung zwischen den Klemmen 16 und 17 ist. Da die Spannung am Kollektor des Transistors 13 etwa gleich der halben Speisespannung ist, sind die Basis-Emitter-Strecken der Transistoren 14 und 15 etwa mit dem gleichen Wert vorgespannt, so daß die beiden Ausgangstransistoren etwa gleichlange Leitperioden haben. Es ist wichtig, daß die Transistoren 14 und 15 während jeder Periode der Eingangswechselspannung gleichlange Leitperioden haben, damit die Verlustleistung in den beiden Ausgangstransistoren gleich ist. Wenn die Verlustleistung in dein einen der beiden Ausgangs transistoren 14 und 15 größer ist als in dem anderen, dann wird in dem einen Transistor mehr thermische Energie verbraucht, so daß thermische Instabilitäten auftreten können.

Eine weitere Funktion des Kondensators 45 besteht darin, den Welligkeitsgehalt in der allen Transistoren zugeführten Spannung der Gleichspannungsquelle zu vermindern. Die Ver-

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ringerung der Welligkeit oder des Oberwellengehaltes wird • dadurch erreicht, daß der Kondensator 45 in Verbindung mit dem Wideretand 23 und der Kondensator 19 eowie die Induktivität der LautSprecherspule 18 wie ein Filter wirken und die doppelte Netzfrequenz von 120 Hz in der Speieegleichspannung beseitigen. Die Reihenschaltung aus den Kondensatoren 45 und 19 stellt zusammen mit der Induktivität des Lautsprechers eine verhältnismäßig kleine Reihenimpedanz dar, die den 120-Hz-Anteil in der Gleichspannung kurzschließen. Sie Filterwirkung des Kondensators 45 ist insbesondere im Hinblick auf die Beseitigung von Brunnetörungen im Vorverstärkertransistor 12 von Bedeutung. Wenn der Brummpegel am Emitter-Kollektor-Kreis des Vorverstärkers dieselbe Größenordnung erreicht, wie der Signalpegel, dann wirken sich die von den Oberwellen hervorgerufenen Modulationserecheinungen bei der Lauteprecherwiedergäbe besondere stark aus. Der Kondensator vermindert den Brummpegel um etwa 12 db, so daß eine gute !Fonfrequenzwiedergabe gewährleistet wird.

Ua ein zwangsläufiges Uberkreuzschalten der Ausgangstransistoren 14 und 15 zu erreichen, ist eine Diode 46 mit ihrer Anode an den Emitter und mit ihrer K&tode an die Basis des Transistors 15 angeschlossen. Die Diode 46 schaltet den Transistor 15 ein, während sie den Transistor 14 ausschaltet. Dies geschieht dadurch, daß die Diode während derjenigen Halbperiode, in der eine negative Wechselspannung an der Basis des Transistors 13 liegt, in Sperrichtung vorgespannt und während der anderen Halbperiode in Vorwärtsrichtung vorgespannt ist. Bei der Vorspannung in Sperrichtung werden die Kollektoren der Transistoren 13 und 14 in positiver bzw. negativer Richtung durch eine negative Halbperiode an der Basis des Transistors 13 ausgesteuert. Während der positiven Haibperiode der Basisspannung des Transistors 13 verlaufen

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die Spannungen an den Kollektoren der Transistoren 13 und in entgegengesetzter Richtung, eo daß während dieser HaIbperiode die Diode 46 leitend ist.

Da d('e Diode 46 "bei positiver werdendem Kollektor des Transistors 13 gesperrt ist, wird fast der gesamte vom Kollektor des Transistors 13 gelieferte Strom zur Basis des Transistors 15 geleitet und es fließt nahezu kein Strom durch die Anoden-Katoden-Strecke der Diode 46. Der sehr kleine Leckstrom durch die Diode 46, der bei positiver werdendem Kollektor des Transistors 13 fließt, erhöht zwar ein wenig den Kollektorstrom des Transistors 14, was jedoch nicht ausreicht, um diesen Transistor in den leitenden Zustand zu bringen. Während der entgegengesetzten Halbperiode, also wenn der Kollektor des Transistors 13 negativ und die'Diode 46 in Vorwärtsrichtung vorgespannt ist, fließt fast der gesamte vom Kollektor des Transistors 13 gelieferte Strom durch die Diode 46 und nur ein geringer Anteil gelangt zur Basis des Transistors 15. Der Transistor 15 wird daher zwangsläufig gesperrt. Der durch die Diode 46 vom Kollektor des Transistors 13 zum Kollektor des Traneistors 14 fließende Strom hat den weiteren Vorteil, daß man eine höhere Gesamtleistungsverstärkung erhält.

Die in Fig. 1 dargestellte Verstärkerschaltung ist für Tonfrequenzquellen 11 ausgelegt, die piezoelektrische Kristalle mit einer verhältnismäßig niedrigen Quellenkapazität 26 von 470 Nanofarad aufweisen. Die maximale effektive Ausgangsspannung der Quelle 11 beträgt im allgemeinen 2 bis 3 Volt. Die Leistungsverstärkung des Verstärkers liegt in der Größenordnung von 2 bis 3, so daß man fortwährend dem Lautsprecher 18 eine minimale Leistung von 0,75 Watt zuführen kann. Die Impedanz des Lautsprechers beträgt etwa 23 Ohm. Der Frequenzverlauf des gesamten Netzwerks verläuft zwischen 100 Hz und

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10 kHz flach, wenn die innere Kapazität 26 der Quelle 11 den oben angegebenen Wert aufweist.

Pig. 3 stellt eine abgeänderte Ausführungsform der in Fig. gezeigten Schaltungsanordnung dar. Bei dem in Fig.- 3 gezeigten Verstärker ist der Widerstand 21 derart gewählt, daß an der Basis des Tranaistors 14 im Gegensatz zu der geringen Vorspannung bei der in Fig. 1 gezeigten Schaltung eine verhältnismäßig große Vorspannung von etwa 0,65 Volt liegt. Bei der in Fig. 1 gezeigten Schaltung wurde die geringe Vorspannung am Transistor 14 mittels des Widerstandes 21 deswegen gewählt, damit die im Gegentakt arbeitende Ausgangsleistungsstufe thermisch nicht instabil wird. Bei der Schaltung nach Fig. 3 wird eine verhältnismäßig hohe Vorspannung an der Emitter-Basis-Strecke des Transistors 14 aufrechterhalten. Thermische Instabilitäten werden durch einen Widerstand 51 zwischen dem Emitter des Transistors 13 und dem Kollektor des Transistors 14 vermieden. Der Gleichspannungsabfall am Widerstand 51 ist ein Maß für den Strom durch die Ausgangstransistoren 14 und 15, also für den Strom durch die Ausgangsstufe.

Die Spannung am Widerstand 51 wird über eine negative Gleichsρannungsrückführung über einen Widerstand 52 zur Basis des Transistors 12 und zum Emitter des Transistors 13 rückgekoppelt. Der Widerstand 52 dient für die gleichen Stabilisierungs- und Wechselstromrüekführmaßnahmen wie der Widerstand 27 in der in Fig. 1 gezeigten Schaltung. Der Widerstand 27 ist in der Schaltung nach Fig. 3 nicht vorhanden. Die vom Widerstand 51 bewirkte Stabilisierung wird dadurch erreicht, daß bei einer Temperaturzunähme der Emitter-Basis-Streike der Kollektorstrom des Transistors 14 zunimmt und damit auch die Spannung am Widerstand 51 größer wird. Durch die höhere Spannung am Widerstand 51 werden die Spannungen

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am Kollektor des Transistors 14 und der Basis des Transistors 12 geringer. Die kleinere Spannung an der Basis des Transistors 12 bewirkt, daß dieser Transistor weniger positiv vorgespannt ist, so daß sein EmittergleIchstrom kleiner wird. Bei e ner Abnahme des Emittergleichstromes des Transistors nimmt die Vorspannung am Widerstand 21 für den Ausgangstransistor 14 ab. Durch die Abnahme der Gleichvorspannung an der Basis des Transistors 14 wird der Kollektorgleichstrom dieses Transistors ebenfalls kleiner, um den durch die höhere Temperatur erhöhten Strom zu kompensieren.

Pig. 4 zeigt eine weitere abgeänderte Ausführungsform der Verstärkerschaltung nach Pig. 1. Die in Fig. 4 dargestellte Schaltung unterscheidet sich grundsätzlich in zwei Punkten

von der Schaltung nach Pig» 1. Der erste Punkt betrifft die Stabilisierung für die Basis-Emitter-Strecke des Treibertransistors 13. Vorspannungsänderungen am Transistor 13 wirken sich auch auf die anderen aktiven Bauelemente in der Schaltung aus und müssen daher vermieden werden. Bei der Schaltung nach Pig. 1 kommt es gelegentlich vor, daß die Basisvorspannung des Transistors 13 nicht richtig geregelt wird» Vorspannungsänderungen am Transistor 13 treten durch Änderungen des Gleichstromverstärkungsfaktors des Vorverstärkertransistors 12 und der Phasenumkehrtreiberstufe 13 auf.

Zur Stabilisierung der Basisspannung des Transistors 13 und zur Verhinderung des schädlichen Einflusses infolge von Veränderungen des Stromverstärkungsfaktors des Transistors 12, die in beträchtlichem Maße von Temperaturänderungen abhängen, ist ein Widerstand 61 zwischen die Basis und den Emitter des Transistors 12 geschaltet. Der Widerstand 61 wird derart gewählt, daß der durch ihn fließende Gleichstrom wesentlich

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größer iet als der Vorapannungsgleichstroni, der über den Zweig mit dem Widerstand 27 der Basis des Transistors zugeführt wird. Da der Gleichstrom durch den Widerstand 61 erheblich größer ist als der Basisvorspannungsstrojn des Transistors 12, ist der Gesamtetrom, der von dem Parallelzweig durch die Basis-Emitter-Strecke des Transistors 12 und den Widerstand 61 zu demjenigen Punkt geliefert wird, bei dem der Widerstand 28 an die Basis des Transistors 13 angeschlossen ist, unabhängig von der Gleichstromverstärkung des Transistors 12. Verhältnismäßig hohe Stromverstärkungsänderungen des Transistors 12 haben daher nur einen geringen Einfluß auf die Vorspannung des Transistors 13.

Der vereinigte, vom Emitter des- Transistors 12 und Widerstand 61 fließende höhere Strom gestattet es, daß der Wideretand 28 einen kleineren Wert haben kann als bei der Schaltung nach Fig. 1. Diesen kleineren Widerstandswert kann man bei der Schaltung nach Fig* 4 deswegen benutzen, weil der Transistor 13 für Vorspannungszwecke einen geeigneten Basisst rom zieht. Im Gegensatz dazu würde bei der Schaltung nach Fig. 1 der gesamte Gleichstrom vom Emitter des Transistors zur Erzeugung einer geeigneten Vorspannung an der Basis des Transistors 13 nicht ausreichen, wenn ein kleinerer Widerstand der Basis-Emitter-Strecke dieses Transistors parallelgeschaltet wäre. Ein kleiner Widerstand parallel zur Emitter-Basis-Strecke dee Transistors 13 gestattet es jedoch, daß die Spannung-an Widerstand 21 konstant bleibt, und zwar trotz Änderungen der Gleichstromverstärkung des Transistors 13, die eine Folge der verschiedenen Stromverstärkungskennlinien von verschiedenen Transistoren sind. Bei der Schaltung nach Fig. 4 ist der dem Widerstand 21 zugeführte Gleichstrom unabhängig von Änderungen in den Kennlinien der Transistoren und 13» so daß die Vorspannung am Ausgangstransistor 14 konstant bleibt.

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BAD ORSGIMAL

Bei der in Pig. 4 gezeigten Verstärkerschaltung bleibt der Gleichepannungspegel am Kpllektor des Transistors 13 verhältnismäßig konstant, und zwar aufgrund der stabilisierten Spannung am Widerstand 21, so daß Vorspannungsänderungen an der Basis des Transistors 14 vermieden werden.

Der andere Unterschied zwischen den in den Pig. 1 und 4 gezeigten Schaltungen besteht darin, daß bei der Schaltung nach Pig. 4 die Kollektoren des Vorverstärker« und Treibertransistors 12 und 13 an eine höhere Speisegleichspannung angeschlossen sind als die Ausgangetransistoren 14 und 15· Dadurch, daß man die Vorverstärker- und Treiberstufe Bit einer höheren Spannung als die Ausgangsstufe speist, können die Vorverstärker- und Treiberstufe mit einer größeren Spannung ausgesteuert werden als bei der in Pig. 1 gezeigten Schaltung-

Bei der in Pig. 4 dargestellten Schaltung enthält die Speisegleichspannungsquelle lediglich einen Einweggleichrichter mit einem Transformator, der bereits im Zusammenhang mit Pig, 1 beschrieben wurde. Die Sekundärwicklung 37 des Transformators 3ö ist an die Anode einer Diode 62 und die Katode der Diode an den Eingang eines TT'-Pilters mit Kondensatoren 42 und 44 sowie einem Widerstand 43 angeschlossen. Die am Kondensator 44 abgenommene Gleichspannung wird dem Kollektor des Transistors 15 zugeführt, um den Emitter-Kollektor-Kreis der GegentaktausgangBstufe 14 und 15 zu speisen. Die Gleichspannung am Kondensator 42, deren Amplitude größer ist als diejenige der Spannung am Kondensator 40, aber weniger gefiltert ist, wird direkt dem Kollektor des Transistors und über Widerstände 22 und 23 dem Kollektor des Transistors U zugeführt. Die geringere Filterung der Speisegleichspannung wird in erheblichem Maß dadurch ausgeglichen, daß der Ver-

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BAD ORIGINAL

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stärker mit seinen Kondensatoren 19 und 45 sowie mit dem Widerstand 23 und der Induktivität des Lautsprechers 18 eine interne Filterung vornimmt.

Während die Speisegleichspannung für die Kollektoren der Transistoren 12 und 13 eine größere Welligkeit aufweist als bei der in Pig. 1 gezeigten Schaltung, so treten bei dieser Speisespannung die durch den unterschiedlichen Leistungspegel der Ausgangsstufen 14 und 15 am Kondensator 44 hervorgerufenen Spannungsänderungen nicht in Erscheinung. Die Kollektorspeisespannung an den Transistoren 12 und 13 vermindert sich daher bei großen EingangsSignalen nicht, wie es bei der Schaltung nach Pig. 1 der Fall ist, so daß die Spannungs- und Stromverstärkung der Stufen 12 und 13 trotz Änderungen des Signalpegels verhältnismäßig konstant blei-¹ ben. Da die Verstärkungsfaktoren der Transistoren 12 und 13 konstant bleiben, verändern sich auch nicht in Abhängigkeit vom Signalpegel die Vorspannungsgleichströme, die dem Widerstand 37 zugeführt werden;, so daß die Basisvorspannung an den Transistoren 14 und 15 ebenfalls konstant bleibt. Von dem Eingangssignalpegel unabhängige Basis-rEaiitter-Vorspannungen der Transistoren 15 und 15 beseitigen die möglichen bezüglich Überkreuzverzerrungen auftretenden Schwierigkeiten bei der in Fig, 1 gezeigten Schaltung.

Während die Schaltung nach Fig«, 4 geringere ÜberkreuzVerzerrungen als die in Fig. 1 gezeigte Schaltung aufweist,, hat sie jedoch einen geringeren Wirkungsgrad als der in Fig. 1 dargestellte Verstärker. Der geringere Wirkungsgrad der in Fig. 4 gezeigten Schaltung ist darin zu suchen, daß bei größeren Eingangesignalamplituden ein größerer Gleichstrom den Basen der Transistoren H und 15 zugeführt wird«,

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Die in Fig. 5 gezeigte Schaltung ist eine weitere abgeänderte Ausführungsform der in Pig. 1 dargestellten Schaltung. Der Hauptunterschied zwischen diesen beiden Schaltungen besteht in den Vorspannungszweigen für die Transistoren 12 und 13. Bei der Schaltung nach Fig. 5 wird die Basis des Transistors 12 mit einem Vorspannungsgleichstrom vom Emitter des Transistors 13 über einen Widerstand 71 versorgt. Um eine übermäßige positive Signalrückführung vom Emitter des Transistors 13 zur Basis des Transistors 12 zu verhindern, hat der Widerstand 71 einen verhältnismäßig großen Wert, in der Größenordnung von 100 000 0hm.

Um den zum A-Betrieb des Transistors 12 notwendigen Vorspannungspegel zu erzeugen, ist es notwendig, die Spannung am Emitter des Transistors 13 gegenüber dem Wert in der Schaltung nach Fig. 1 zu erhöhen. Diese höhere Vorspannung am Emitter des Transistors 13 erreicht man dadurch, daß der Emitter über die Reihenschaltung aus Widerständen 72 und 73 ' an Masse angeschlossen wird₀ Durch die Reihenschaltung der Widerstände 72 und 73 wird der Emitter des Transistors 13 auf einer Spannung gehalten, die etwa doppelt so groß ist wie die Emitterspannung bei dem in Fig. 1 dargestellten Verstärker,

Infolge der hohen Vorspannung am Emitter des Transistors 13 kann die Basis des Transistors 14 nicht direkt mit dem Emitter des Transistors 13 verbunden werden. Wenn die Basis des Transistors 14 an den Emitter des Transistors 13 angeschlossen wäre, dann würde die Basis-Emitter-Strecke der Ausgangsstufe so stark vorgespannt sein, daß thermische Instabilitäten auftreten würden. Um derartige thermische Instabilitäten zu vermeiden, ist die Basis-Emitter-Strecke des Ausgangstransistors 14 an einen Anzapfpunkt zwischen den Widerständen 72 und 73 angeschlossen, so daß die Vorspannung

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. des Ausgangstransistors auf einem stabilisierten Wert gehalten wird, wie es bei der Schaltung nach Fig. 1 der Fall ist-.

Da die Basisvorspannung des Transistors 12 über verhältnismäßig niedrige Widerstände an die niedrigere Spannung der Speisespannungsquelle angeschlossen ist, besteht bei der in Fig. 5- gezeigten Schaltung kein Grund, die Sekundärwicklung des Transformators in einer besonderen Weise auszubilden, wie es bei den Schaltungen nach den Figuren 1, 3 und 4 der Fall ist. Spannungsänderungen an der Gleichspannungsquelle haben nämlich keine sehr große Wirkung mehr auf die Vorspannung, die der Basis des Transistors 12 über die Widerstände 71, 72 und 73 zugeführt wird.

Die Gegenkopplungswirkung des Widerstandes 72 in der Emitterschaltung des Verstärkers 13 werden durch einen dem Widerstand 72 parailelgeschalteten Kondensator 74 beseitigt. Der Kondensator 74 ist so groß, daß er für alle Frequenzen innerhalb des Ansprechbereiches des Verstärkers einen Kurzschluß darstellt.

Da der Emitter des Transistors 13 dazu benutzt wird, die Vorspannung für die Basis des Transistors 12 zu liefern, wird die Vorverstärkerstufe als Emittergrundschaltung anstatt als Kollektorgrundschaltung ausgebildet. Die Vorverstärkerstufe 12 liefert die Spannungsverstärkung für das von der Quelle 11 stammende Signal und die am Kollektorlastwiderstand 75 auftretende Spannung wird direkt der Basis des Transistors 13 zugeführt. Der Kollektorlastwiderstand 75 ist an die Speisegleichspannungsklemme 17 über einen Widerstand 23 angeschlossen, so daß man eine Filterwirkung durch die Kondensatoren 19 und 45 sowie durch die Induktivität der Lautsprecherspule 18 erhält. Eine weitere Änderung des Schal-

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BAD

tungsaufbaus aufgrund der Emittergrundechaltung der Vorverstärkerstufe 12 besteht darin, daß die negative Wechselstromrückführung, bestehend aus dem Kondensator 31 und dem Widerstand 32, an den Emitterlastwiderstand 76 der Vorverstärkerstufe angeschlossen ist.

Weiterhin ist im Gegensatz zu der Schaltung nach Pig. 1 bei der in Pig. 5 gezeigten Schaltung eine Diode 77 zwischen den Emitter des Transistors 12 und den Widerstand 76 geschaltet. Die Diode 77 ist in derselben Richtung gepolt wie der Transistor 12, so daß der Strom von der positiven Gleichspannungsklemme 17 durch die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors 12 zur Masse fließen kann. Die Diode 77 bildet eine Hilfsschaltung, die nicht ständig benötigt wird, aber den Transistor 12 unterstützt, Kennlinienänderungen des Transistors 14, die infolge von Temperaturechwankungen auftreten, auszugleichen. Die Spannungstemperaturkennlinien der Diode 77 sind denen der Transistoren 12 und 14 ähnlich. Die Anoden-Katoden-Spannung der Diode nimmt also bei zunehmender Temperatur ab.

Ohne die Diode 77 versucht der Transistor 12 einen durch erhöhte Umgebungstemperatur hervorgerufenen größeren Kollektorstrom des Transistors 14 auszugleichen, da die Kollektorspannung der Vorverstärkeretufe aufgrund des größeren Stromes kleiner wird. Eine Abnahme der Kollektorspannung des Transistors 12 bewirkt an der Basis des Transistors 14 eine geringere Spannung, die versucht, den erhöhten Kollektoretrom am Ausgangstransietor zu ändern. Bei vorhandener Diode 77 haben höhere Umgebungstemperaturen eine niedrigere Spannung am Emitter des Transistors 12 zur Folge.

Die Abnahme der Gleichspannung am Emitter des Tranaistora 12 aufgrund der verminderten Spannung an der Diode 77 bei höheren Temperaturen bewirkt, daß eine größere Spannung an der Basis-Emitter-Strecke des Transistors 12 erscheint, so daß der Strom durch den Kollektor des Transistors 12 zunimmt und die Emitterspannung am Transistor 13 kleiner wird. Auf diese Weise wird durch die niedrigere Spannung an der Diode 77 die Spannung am Emitter des Transistors 12 ein wenig vermindert, während die Spannung an der Basis des Transistors 12 aufgrund der Rückführschaltung des Transistors über den Emitter des Transistors 13 ebenfalls etwas kleiner wird. Die durch die Diode 77 erzeugte höhere Vorspannung an der Basis-Emitter-Strecke des Transistors 12 ist derart, daß der Kollektorgleichstrom des Transistors 14 bei Temperaturänderungen an den Basis-Emitter-Strecken der Transistoren 12 und 14 im wesentlichen konstant bleibt.-

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Claims

Pat entansprüche

{ 1 Λ Gleichspannungsgekoppelter Gegentaktverstärker mit einer Ausgangsstufe mit zwei NPN-Transistoren, deren Emitter-Kollektor-Strecken in Reihe geschaltet sind, ferner mit einer der Ausgangsstufe vorgeschalteten Phasenumkehrtreiberstufe mit einem dritten NPN-Transistor, dessen Emitter die Gleichvorspannung für die Basis des einen und dessen Kollektor die Gleichvorspannung für die Basis des anderen der beiden Ausgangstransistoren liefert, und mit einer der Treiberstufe vorgeschalteten Vorverstärkerstufe mit einem vierten NPN-Transistor, dessin Basis-Emitter-Strecke mit einer Wechselstromsignalquelle in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet , daß zwischen den Kollektor ' des dritten Transistors (13) und die Emitter-Basis-Strecke des vierten Transistors (12) eine mit gleichstromgekoppelten Widerständen aufgebaute Vorspannungssehaltung geschaltet ist, die die beiden ersten Transistoren (14,15) zum B-Betrieb und den dritten und vierten Transistor zum Α-Betrieb vorspannt.

2. Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß eine als Schalter dienende Diode (46) der Emitter-Basis-Strecke des zweiten Transistors (15) antiparallelgeschaltet ist.

3. Verstärker nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß eine negative Rückführung (31,32) nur die an dem vom Verstärker gespeisten Verbraucher (18) auftretende Wechselspannung zur Emitter-Basis-Strecke des vierten Transistors (12) zurückkoppelt.

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4. Verstärker nach Anspruch 31 dadurch gekennzeichnet , daß die Rückführung einen Eeihenkondensator (31) enthält, der derart gewählt ist, daß er die Spannungen hoher Frequenzen weniger dämpft als die Spannungen niedriger Frequenzen.

5. Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die an einem Emitterwiderrstand (21) des dritten Transistors (13) auftretende Spannung als Vorspannung und Signalspannung für die Basis-Emitter-Strecke des ersten Transistors (14) dient, daß zum Vorspannen des vierten Transistors (12) eine Gleichspannungsschaltung zwischen die Emitter-Basis-Strecke des vierten Transistors (12) und eine Elektrode von einem der anderen Transistoren geschaltet ist, und daß eine zweite Gleichspannungsschaltung, die den gesamten Emitterstrom des vierten Transistors (12) führt, gleichzeitig die Basis-Emitter-Streeke des dritten Transistors (13) und einen der Emitter-Basis-Strecke des dritten Transistors (13) parallelgeschalteten Gleichstromwiderstand (28) speist, wobei der Gleichstromwideretand (28) kleiner ist als der Widerstand der Basis-Emitter-Strecke des dritten Transistors, so daß dieser Gleichstromwiderstand die Vorspannung für die Basis-Emitter-Strecke des dritten Transistors (13) liefert und den Emittergleichstrom des vierten Transistors (12) trotz Widerstandsänderungen der Baais-Emitter-Strecke des dritten Transistors (13) nahezu konstant hält.

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6. Verstärker nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß die erste Gleichspannungen schaltung angezapfte Widerstände enthält, die gleichspannungsuäßig zwischen die Elektrode dieses anderen Transistors und den Eeitter des vierten Transistors (12) geschaltet sind, daß die Spannung an der Anzapfung der Widerstände als Vorspannung für die Basis des vierten Transistors dient, und daß der zwischen die Basis und den Esjitter des vierten Transistors (12) geschaltete Widerstand kleiner ist als der Widerstand der Basis-Esitter-Strecke des vierten Transistors (12) und auf diese Weise die Basis-Eaitter-Vorspannung des vierten Transistors bildet, wobei der Gleichetro», der von der Elektrode des· anderen Transistors zu.des Widerstand geliefert wird, trotz Widerstandänderungen der Basis-ls)itter-Strecke des vierten Transistors (12) nahezu konstant bleibt.

7. Verstärker nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daf eine als Schalter dienende Diode (46) der Esitter-Baeis-Strecke des zweiten Transistors amtlparallelgeschaltet ist·

8. Verstärker nach Anspruch 5, dadurch g β --kennzeichnet , AmB die Elektrode des anderem Transistors der Kollektor des dritten Transistors (15) ist und dal der ESjitterwiderstand (28) einen solchen Wert hat, dafi die EBitter-Basis-Streeke des dritten Transistors (15) verhältnisBäBig leicht vorgespannt ist.

9· Verstärker nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine als Schalter dienende Diode der Emitter-Basis-Strecke des zweiten Transistors (15) antiparallelgeschaltet ist«

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10« Verstärker nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß eine Widerstandsanordnung den Sleiohstroe in den Eaitter-Kollektor-Zweigen der "beiden ersten Transistoren (14,15) abtastet, wobei die Elektrode des anderen Transistors in den Emitter-Kollektor-Zweigen dieser beiden transistoren (14,15) liegt, daß die erste Gleichspannungsschaltung aufgrund des abgetasteten Stroas ein negatives Rückführsignal an die Emitter-BasIs-Strecke des vierten Transistors (12) liefert, und daß der Emitterwideratand des dritten Transistors (15) einen solchen Wert hat, daß die EaitterBasis-Strecke des ersten Transistors (14) verhältnismäßig stark vorgespannt ist.

11* Verstärker nach Anspruch 1, dadurch g e k β η η ζ e i chnet, daß die Vorapannungs schaltung einen angezapften Eaitterwiderstand (72„73) fUr den dritten · Transistor (13) enthält, daß die Spannung zwischen der Anzapfung und der einen Klemme dieses Widerstands (73) für die Basis-Emitter-Strecke des ersten Transistors (14) eine geringe Vorspannung in Vorwärtsrichtung und die Signalspannung liefert, und daß eine Gleichspannungeschaltung (71) die Basis-Emitter-Strecke des vierten Transistors (12) "alt der gesamten Gleichspannung, die am Emitter des dritten Transistors (13) auftritt, vorspannt·

12. Verstärker nach Anspruch 11, dad u rc h g e kennzeichnet , daß ein Kondensator (74) äen Widerstand (72) zwischen der Anzapfung und dem Emitter des dritten Transistors {13} für Wechselspanriungssignaie kurz-

009831/130S

13· Verstärker nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet , daß eine Diode (77) in den Enitter-Kollektor-Zweig des vierten Transistors (12) ge·ehaltet ist und daß diese Diode in derselben Richtung gepolt ist wie die Emitter-Kollektor-Strecke des vierten Transistors (12).

14· Verstärker nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet , daß eine als Schalter dienende Diode (4-6) der Enitter-Basis-Strecke des zweiten Transistors (15) antiparallelgeschaltet ist·

15· Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß eine Speisegleichspannungseuelle die Bbitter-Kollektor-Zweige jedes Transistors speist, wobei die Speisegleichspannung Welligkeiten aufweist, daß i •in angezapfter Widerstand zwischen den Kollektor des dritten Transistors (13) und die eine Klemme der SpeiseBpannungequelle geschaltet ist, daß zur positiven Rückführung ein Kon·* densator (45) an die Anzapfung und an die aus dem Verbraucher (18) und dem ersten und zweiten Transistor (14,15) gebildeten Schaltung angeschlossen ist, und daß der Kondensator (45) und der Verbraucher (18) ein niederohmiges Filter für die Welligkeitsfrequenzen der Speisespannungsquelle darstellen und die Welligkeit der Speisespannung an jedem Transistor * vermindern.

16. Verstärker nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet , daß die Speisespannungsquelle ein filter zur Beseitigung der Welligkeit aufweist, daß an dem PiIter eine erste und eine Zweite Speisegleichspannung ab- ^t greifbar sind, daß die erste Speisegleichspannung größer als die zweite ist und einen höheren Welligkeitsgehalt als die zweite Speisegleichspannung aufweist, und daß die erste Speisegleichspannung die Kollektor-Emitter-Zweige des dritten und vierten Transistors (13,12) und die zweite Speisegleichspannung die Kollektor-Emitter-Zweige des ersten und zweiten Transistors (14,15)

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