DE1591820B1 - Power amplifier with at least two switching transistors alternately opened by a tactile control voltage source - Google Patents
Power amplifier with at least two switching transistors alternately opened by a tactile control voltage sourceInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Leistungsverstärker mit mindestens zwei von einer tastbaren Steuerspannungsquelle abwechselnd geöffneten Schalttransistoren, die zu je zweien mit ihren Schaltstrecken in Serie an einer Gleichspannungsquelle liegen, während an dem Verbindungspunkt der beiden Schaltstrecken eine als Serienresonanzkreis wirkende Antenne angeschlossen ist, deren Anschlußstelle im Takt der Resonanzfrequenz durch die Steuerspannung umgepolt wird.The invention relates to a power amplifier having at least two of a tactile control voltage source alternately open switching transistors, each two with their switching paths in series on one DC voltage source are, while at the connection point of the two switching paths as a Series resonant circuit acting antenna is connected, the connection point in the cycle of the resonance frequency polarity is reversed by the control voltage.
Derartige Leistungsverstärker, die den Gegenstand des Patentes 1 298 583 bilden, sind insbesondere für die Endstufe eines Senders für stetige Wellen oder Impulse bestimmt. Das Steuersignal wird hierbei zur Tastung häufig ein- und ausgeschaltet, um abwechselnd einen Stromfluß in der Antenne zu erzeugen und zu unterbrechen. Nach dem Abschalten der Steuerspannung schwingt aber die Sendeantenne, die bekanntlich einen gedämpften Serienresonanzkreis darstellt, frei weiter, bis die in ihr gespeicherte Energie verbraucht ist. Um den Wirkungsgrad zu verbessern, kann man in bekannter Weise den Schalttransistoren Dioden parallel schalten, um die gespeicherte Energie zur Betriebsspannungsquelle zurückzuliefern. Diese Dioden ergeben aber leider eine unerwünschte Rückkopplung über die Elektrodenkapazität der Schalttransistoren, wodurch diese nach dem Abschalten des Steuersignals kurzzeitig geöffnet werden. Deshalb dauert der von der Antenne ausgestrahlte Impuls langer als gewünscht. Wegen der unbeabsichtigten Rückkopplung wird auch zusätzliche Leistung aus der Betriebsspannungsquelle verbraucht.Such power amplifiers, which form the subject of patent 1,298,583, are in particular for the output stage of a transmitter is intended for continuous waves or impulses. The control signal becomes Keying often switched on and off in order to alternately generate a current flow in the antenna and to interrupt. After switching off the control voltage, however, the transmitting antenna oscillates, as is well known represents a damped series resonance circuit, continues freely until the energy stored in it is used up is. In order to improve the efficiency, the switching transistors can have diodes in parallel in a known manner switch to deliver the stored energy back to the operating voltage source. These diodes unfortunately result in an undesirable feedback via the electrode capacitance of the switching transistors, whereby these are opened briefly after switching off the control signal. That's why it lasts from The pulse emitted by the antenna is longer than desired. Because of the unintended feedback, too additional power consumed from the operating voltage source.
Aufgabe der Erfindung ist es, diese Rückkopplung, die zur Öffnung der Schalttransistoren nach dem Abschalten des Steuersignals führt, zu verhindern.The object of the invention is to provide this feedback that is necessary for opening the switching transistors after they have been switched off of the control signal leads to prevent.
Zu diesem Zweck ist erfindungsgemäß der eingangs erwähnte Leistungsverstärker so ausgebildet, daß in Reihe mit der Schaltstrecke jedes Schalttransistors eine Diode liegt, die so gepolt ist, daß sie den über den Schalttransistor fließenden gesteuerten Lade- bzw. Entladestrom der Antenne ungehindert durchläßt, nach dem Abschalten des Steuersignals aber eine Entladung der Elektrodenkapazität des Schalttransistors verhindert.For this purpose, according to the invention, the aforementioned power amplifier is designed so that in Series with the switching path of each switching transistor is a diode, which is polarized so that it is about allows the controlled charging or discharging current of the antenna flowing through the switching transistor unhindered, after switching off the control signal, however, a discharge of the electrode capacitance of the switching transistor prevented.
Auf diese Weise läßt sich eine ungewollte Öffnung der Schalttransistoren durch Rückkopplung über die Kollektor-Emitter-Kapazitäten wirksam verhindern. Die aus der Antenne stammende Schwingenergie wird also gezwungen, über die parallel zu den Schalttransistoren geschalteten Dioden zur Betriebsspannungsquelle abzufließen.In this way, unwanted opening of the switching transistors can be caused by feedback via the Effectively prevent collector-emitter capacitances. The vibration energy coming from the antenna becomes thus forced to use the diodes connected in parallel with the switching transistors to the operating voltage source to flow away.
Es sind Gegentaktverstärker bekannt, bei denen in Reihe mit der Schaltstrecke jedes SchalttransistorsPush-pull amplifiers are known in which each switching transistor is in series with the switching path
ίο eine Diode liegt. Solche Gegentaktverstärker haben aber mit dem hier verwendeten Leistungsverstärker funktionsmäßig keine Berührung; das kommt schon darin zum Ausdruck, daß bei den Gegentaktverstärkern dieser Art die Schaltstrecken (Kollektor-Emitter-Strecken) der beiden Transistoren gleichspannungsmäßig parallel geschaltet sind, während sie bei den hier betrachteten Leistungsverstärkern in Serie geschaltet sind. Ferner liegt bei den bekannten Schaltungen die zusätzlich in den Kollektor-Emitter-Kreis jedes Schalttransistors geschaltete Diode sowohl im Ausgangskreis als auch im Steuerkreis des Schalttransistors. Bei dem erfindungsgemäßen Leistungsverstärker liegt dagegen die zusätzliche Diode in den Kollektor-Emitter-Kreisen der Schalttransistoren lediglieh im Ausgangskreis des jeweiligen Transistors.ίο there is a diode. Have such push-pull amplifiers but functionally no contact with the power amplifier used here; that's coming It expresses the fact that in push-pull amplifiers of this type the switching paths (collector-emitter paths) of the two transistors are connected in parallel in terms of DC voltage, while they are in the The power amplifiers considered here are connected in series. Further lies in the known circuits the additional diode connected in the collector-emitter circuit of each switching transistor in both the Output circuit as well as in the control circuit of the switching transistor. In the power amplifier according to the invention on the other hand, the additional diode lies in the collector-emitter circuits of the switching transistors in the output circuit of the respective transistor.
Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung erläutert. Hierin istThe invention is explained with reference to the drawing. Is in here
F i g. 1 ein schematisches Schaltbild eines Ausführungsbeispiels der Erfindung,F i g. 1 is a schematic circuit diagram of an embodiment of the invention,
F i g. 2 eine graphische Darstellung des Strom-Spannungs-Verlaufs an verschiedenen Stellen der Schaltungsanordnung nach F i g. 1 undF i g. FIG. 2 shows a graphic representation of the current-voltage profile at various points in FIG Circuit arrangement according to FIG. 1 and
F i g. 3 ein Schaltbild eines anderen Ausführungsbeispiels der Erfindung. F i g. 3 is a circuit diagram of another embodiment of the invention.
F i g. 1 zeigt einen hochfrequenten Schaltleistungsverstärker. Er enthält Halbleiterschalter, beispielsweise Transistoren 2 und 4, die als Schalter gesteuert sind. Die Transistoren werden also abwechselnd im gesperrten und im Sättigungszustand betrieben. Ein über den Eingangstransformator 6 zugeführtes Steuersignal öffnet die Transistoren 2 und 4 abwechselnd mit einer Frequenz, die der gewünschten Ausgangsfrequenz des Verstärkers entspricht. Ein am Ausgang angeschlossener Serienresonanzkreis 8, vorzugsweise eine Antenne, wird über die Transistoren 2 und 4 abwechselnd aufgeladen und entladen. Ist der Transistor 2 geöffnet, so kann die Betriebsspannungsquelle 10 den Serienkreis 8 aufladen; in der anderen Halbperiode, wenn der Transistor 4 offen ist, wird der Serienkreis 8 zur Erde 12 hin entladen.F i g. 1 shows a high frequency switching power amplifier. It contains semiconductor switches, for example Transistors 2 and 4 controlled as switches. The transistors are so alternately in locked and operated in saturation state. A control signal fed through the input transformer 6 opens transistors 2 and 4 alternately at a frequency that corresponds to the desired output frequency of the amplifier. A series resonant circuit 8 connected to the output, preferably an antenna, is alternately charged and discharged via the transistors 2 and 4. Is the transistor 2 open, the operating voltage source 10 can charge the series circuit 8; in the other Half cycle, when the transistor 4 is open, the series circuit 8 is discharged to earth 12.
Zur Tastung in stetigem oder Impulsbetrieb kann das hochfrequente Steuersignal mittels eines Schalters 14 unterbrochen werden, so daß die Transistoren 2 und 4 nunmehr beide gesperrt bleiben und dem Serienkreis 8 keine Energie mehr von der Betriebsspannungsquell·? 10 zugeführt wird. Die noch im Serienkreis 8 gespeicherte Energie schwingt aber weiter und kann über die den Transistoren 2 und 4 parallelgeschalteten Dioden 16 und 18 zur Betriebsspannungsquelle 10 zurückgeliefert werden, um so den Wirkungsgrad zu verbessern.The high-frequency control signal can be switched by means of a switch for keying in continuous or pulsed operation 14 are interrupted so that the transistors 2 and 4 now both remain blocked and the series circuit 8 no more energy from the operating voltage source ·? 10 is fed. Those still in series 8 However, stored energy continues to oscillate and can be switched via the transistors 2 and 4 connected in parallel Diodes 16 and 18 are returned to the operating voltage source 10, so as to improve the efficiency to improve.
An der Verbindungsstelle 20 der beiden Transistoren tritt nun aber während der gedämpften freien Schwingung des Serienkreises 8 eine Rechteckschwingung auf, die auf die Transistoren 2 und 4 derart rückgekoppelt wird, daß diese geöffnet werden und die Schwingungen des Serienkreises 8 verstärken. Dieser Effekt kommt mittels der Elektrodenkapazitäten zu-At the junction 20 of the two transistors, however, occurs during the attenuated free Oscillation of the series circuit 8 has a square wave which is fed back to the transistors 2 and 4 in this way is that these are opened and amplify the vibrations of the series circuit 8. This The effect comes from the electrode capacities.
stände. Bekanntlich wirken nämlich die pn-Übergänge zwischen der Kollektorelektrode C und der Basiselektrode b sowie zwischen der Kollektorelektrode c und der Emitterelektrode e wie Kondensatoren, die einen Verschiebungsstrom zulassen, durch den Träger ^ in die Basiszone des Transistors injiziert werden, wodurch dieser geöffnet wird. Die betreffenden Kapazitäten Ccb und Cce sind in F i g. 1 eingezeichnet.stands. It is known that the pn junctions between the collector electrode C and the base electrode b and between the collector electrode c and the emitter electrode e act like capacitors that allow a displacement current to be injected through the carrier ^ into the base zone of the transistor, thereby opening it. The capacities Ccb and Cce in question are shown in FIG. 1 drawn.
Im vorliegenden Falle ist es die Kollektorbasiskapazität Cd, die eine Rückkopplung der an dem Schaltungsmittelpunkt 20 auftretenden Rechteckschwingung auf die Basiselektroden b der Transistoren 2 und 4 bewirkt. Die resultierende Basisspannung öffnet die Transistoren 2 und 4 derart, daß die Schwingungen des Serienkreises 8 verstärkt werden. Während der gedämpften freien Schwingung des Serienkreises 8 sind die Dioden 16 und 18 abwechselnd geöffnet. Die Aufladung der Kollektorbasiskapazität CCb jedes Transistors macht dessen Basiselektrode b positiv gegen den Emitter e, wodurch der Transistor während eines Teils der Periode geöffnet wird. Infolgedessen kann zusätzliche Leistung von der Betriebsspannungsquelle 10 in den Serienkreis 8 einströmen, während eigentlich der Verstärker abgeschaltet sein soll.In the present case, it is the collector base capacitance Cd that causes the square wave occurring at the circuit center point 20 to be fed back to the base electrodes b of the transistors 2 and 4. The resulting base voltage opens the transistors 2 and 4 in such a way that the oscillations of the series circuit 8 are amplified. During the damped free oscillation of the series circuit 8, the diodes 16 and 18 are opened alternately. The charging of the collector base capacitance C C b of each transistor makes its base electrode b positive with respect to the emitter e, whereby the transistor is opened during part of the period. As a result, additional power can flow into the series circuit 8 from the operating voltage source 10, while the amplifier is actually supposed to be switched off.
Diese unerwünschte Rückkopplung wird durch Dioden 22 und 24 verhindert. Diese Dioden sind in den Lade- und Entladezweigen angeordnet und so gepolt, daß sie den normalen Betrieb des Verstärkers nicht behindern. Jede Diode leitet also, wenn der ihr zugeordnete Transistor durch das Steuersignal geöffnet ist. Nach dem Abschalten des Steuersignals verhindern dagegen die Dioden 22 und 24 die Entladung der Kollektorbasiskapazität Cc&. Infolgedessen kann eine im Schaltungsmittelpunkt 20 während der freien Schwingung auftretende Rechteckschwingung diese Kapazität nicht entladen, und es kann kein Basisstrom im zugeordneten Transistor fließen, der den Transistor öffnen könnte.This undesired feedback is prevented by diodes 22 and 24. These diodes are arranged in the charging and discharging branches and are polarized so that they do not interfere with the normal operation of the amplifier. Each diode conducts when the transistor assigned to it is opened by the control signal. After switching off the control signal, however, the diodes 22 and 24 prevent the discharge of the collector base capacitance C c &. As a result, a square wave occurring in the circuit center point 20 during the free oscillation cannot discharge this capacitance, and no base current can flow in the associated transistor which could open the transistor.
Dies wird an Hand der F i g. 2 erläutert. Ist das Steuersignal eingeschaltet, so sind die Transistoren 2 und 4 abwechselnd geöffnet, und demgemäß erscheinen die Betriebsspannungen abwechselnd an ihren Kollektor-Emitter-Kreisen. War z. B. der Transistor 2 im Zeitpunkt der Abschaltung des Steuersignals gesperrt, so bleibt die Speisespannung an ihm stehen. Er wird durch Aufladung seiner Kollektorbasiskapazität Ccb nicht geöffnet, da diese Kapazität bereits auf die Betriebsspannung aufgeladen ist und kein Entladestrom in Sperrichtung durch die Diode 22 abfließen kann.This is shown on the basis of FIG. 2 explained. If the control signal is switched on, the transistors 2 and 4 are opened alternately, and accordingly the operating voltages appear alternately at their collector-emitter circuits. Was z. B. the transistor 2 is blocked at the time the control signal is switched off, the supply voltage remains on it. It is not opened by charging its collector base capacitance Ccb , since this capacitance is already charged to the operating voltage and no discharge current can flow through the diode 22 in the reverse direction.
Am Transistor 4, der bei Abschaltung der Steuerspannung geöffnet war, liegt keine Spannung, und er führt auch keinen Strom. Wenn aber in der nächsten Halbperiode die in dem Serienkreis 8 gespeicherte Energie eine Rechteckspannung an die Kollektorbasiskapazität Ccb dieses Transistors anlegt, so fließt ein Strom in der Basiselektrode b, durch welchen der Transistor 4 kurzzeitig geöffnet wird. Dadurch wird die Kapazität Cc» aufgeladen. Nach der Aufladung kann sie sich aber wegen der Diode 24 nicht mehr entladen und nimmt den gleichen Zustand an wie der Transistor 2. Ein weiterer Leitungsstrom durch die Diode 18 ergibt keinen Basisstrom mehr im Transistor 4.There is no voltage at transistor 4, which was open when the control voltage was switched off, and it also carries no current. If, however, in the next half cycle the energy stored in the series circuit 8 applies a square wave voltage to the collector base capacitance Ccb of this transistor, a current flows in the base electrode b, through which the transistor 4 is briefly opened. As a result, the capacitance C c »is charged. After charging, however, it can no longer discharge because of the diode 24 and assumes the same state as the transistor 2. A further conduction current through the diode 18 no longer results in a base current in the transistor 4.
F i g. 3 zeigt eine andere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verstärkers, wobei gleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind. Der Unterschied besteht nur darin, daß statt der Dioden 22 und 24 zwischen dem Schaltungsmittelpunkt und den Transistoren 3 und 4 Dioden 26 und 28 zwischen den Kollektor des Transistors 2 und die Betriebsspannungsquelle 10 bzw. zwischen den Emitter des Transistors 4 und die Mastenklemme 12 eingeschaltet sind. Auch hier ist nach dem Abschalten des Steuersignals die Elektrodenkapazität des gesperrten Transistors bereits geladen und wird durch die Diode 26 gegen Entladen gesperrt. An dem im Zeitpunkt der Abschaltung des Steuersignals leitenden Transistor 4 lag keine Spannung, jedoch tritt in der nächsten Halbperiode die Spannung am Schaltungsmittelpunkt 20 an ihm auf, wodurch seine Elektrodenkapazität geladen wird. Dadurch wird der Transistor 4 kurzzeitig geöffnet. In der nächsten Halbperiode kann sich jedoch die Kapazität CCb nicht entladen, weil die Diode 24 gesperrt ist, und somit kann die Kapazität sich auch in der darauffolgenden Halbperiode nicht abermals aufladen. Die unerwünschte Rückkopplung wird also unterdrückt.F i g. 3 shows another embodiment of the amplifier according to the invention, the same elements being provided with the same reference numerals. The only difference is that instead of the diodes 22 and 24 between the circuit center point and the transistors 3 and 4, diodes 26 and 28 between the collector of the transistor 2 and the operating voltage source 10 or between the emitter of the transistor 4 and the pole terminal 12 are switched on . Here, too, after the control signal has been switched off, the electrode capacitance of the blocked transistor is already charged and is blocked against discharging by the diode 26. There was no voltage at the transistor 4, which was conducting at the time the control signal was switched off, but the voltage at the circuit center point 20 appears on it in the next half cycle, as a result of which its electrode capacitance is charged. As a result, the transistor 4 is opened briefly. In the next half cycle, however, the capacitance C C b cannot discharge because the diode 24 is blocked, and thus the capacitance cannot recharge in the following half cycle either. The unwanted feedback is thus suppressed.
Die Elektrodenkapazitäten der zu den Transistoren parallelgeschalteten Dioden 16 und 18 werden zwar ebenfalls jedesmal beim Auftreten einer Spannung in Sperrichtung aufgeladen, aber diese Kapazitäten sind weit geringer als die Kollektorbasiskapazität der betreffenden Transistoren 2 und 4 und haben deshalb sehr geringen Einfluß auf die Schaltungsverhältnisse. In bekannter Weise kann die übertragene Leistung durch Parallel- oder Serienschaltung mehrerer Schalttransistoren erhöht werden. Es genügt aber stets eine Sperrdiode in jedem Zweig der Gegentaktschaltung, um die unerwünschte Rückkopplung über die Elektrodenkapazitäten zu verhindern.The electrode capacitances of the diodes 16 and 18 connected in parallel to the transistors are indeed also charged every time a voltage occurs in the reverse direction, but these capacitances are far less than the collector base capacitance of the relevant transistors 2 and 4 and therefore have very little influence on the switching conditions. In a known way, the transmitted power can be increased by connecting several switching transistors in parallel or in series. But one is always sufficient Blocking diode in each branch of the push-pull circuit to prevent the undesired feedback via the electrode capacitance to prevent.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| EP0053709A3 (en) * | 1980-12-04 | 1982-10-27 | Siemens Aktiengesellschaft Berlin Und Munchen | Circuitry for driving at least one power fet |
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- 1967-10-23 GB GB48020/67A patent/GB1146458A/en not_active Expired
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| GB1146458A (en) | 1969-03-26 |
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