DE1812907C - Leistungsverstärker - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen Leistungsverstärker mit Schaltungsbeispielen versaichauücht; dabej zeigt
einer Zwischenstufe, welche einen Transistor enthält, F i g, 1 ein Schaltbild für den grundsätzlichen AuN dessen Emitter und Basis sich auf einem vorgegebenen bau eines Leistungsverntärkers bisher bekannter Bau-Potential befinden, und mit einer Ausgangsstufe, art,

welche zwei in Reihe geschaltete Transistoren entgegen- 5 F i g. 2 ein entsprechendes Schaltbild für einen im

gesetzten Leitfähigkeitstyps enthält, von denen der Sinne einer Potentialkompensation verbesserten Lei-

ejne oder der andere einen Ausgangsstrom abgibt, der stungsverstärker dieser bekannten Bauart und

in einer an ihren gemeinsamen Emitter angeschlossenen F i g. 3 ein analoges Schaltbild für pin bevorzugtes

Impedanz ein Signal erzeugt. Ausführungsbeispiel für einen erfind ungsuemäß aus-

Ein Leistungsverstärker, bei dem eine Endstufe mit xo gebildeten Leistungsverstärker,

zwei in Serie geschalteten Transistoren von einer ge- Der in F i g. 1 dargestellte Leistungsverstärker be-

meinsamen Treiberstufe her gespeist wird, ist auf den steht eingangsseitig aus einem Differenzverstärker mit

Seiten 86 und 87 der Zeitschrift »Electronics« vom zwei Transistoren T_t und T₃ und besitzt außerdem eine

29. 5. 1959 beschrieben. Bei diesem bekannten Lei- Ausgangsstufe mit zwei weiteren Transistoren T₄ und

stungs"erstärker führt je nach dem Vorzeichen der von 15 T_t1 die alternierend ein Ausgangssignal an eine ihnen

der Treiberstufe zugeführten Spannung der eine oder gemeinsame Impedanz Z abgeben. Das Potential für

der andere der beiden Transistoren der Ausgangsstufe die Basis des Transistors Γ3 hat einen festen Wert V,

Strom, und an einer den beiden Transistoren der Aus- das Basispotential Vt₂ für den Transistor T₁ dagegen

gangsstufe nachgeschalteten Impedanz tritt ein ent- variiert gegenüber dem festen Potentialwert V sowohl

sprechender Spanoungsabfall auf. 20 nach oben als auch nach unten; die beiden Transistoren

Die bei dem bekannten Leistungsverstärker erziel- T₂ und T₃ sind kontinuierlich leitend. Mit Zunahme bare Arbeitsgenauigkeit hängt jedoch in hohem Maße bzw. Abnahme des Potentialwertes Vt _t gegenüber dem von den Basis-Emitter-Potentialen der beiden Tran- festen Potentialwert V nimmt auch die Stärke des sistoren in der Ausgangsstufe ab. Für beide Potentiale Stroms durch den Transistor T₃ ausgehend von dessen ist zu diesem Zweck eine genau definierte Lage erfor- 25 Ruhewert zu bzw. ab, und entsprechend ändert sich derlich, die jedoch nicht ohne besondere Vorkehrungen auch das Potential am Punkt A im Kollektorzweig des gewährleistet werden kann. Aus diesem Grunde ist die Transistors T₃. In der Ausgangsstufe mit den beiden bekannte Leistungsverstärkerschaltung durch die Hin- jeweils als Emitterfolger geschalteten Transistoren T_x zufügung zweier Dioden ergänzt worden, die jeweils und T_b nimmt die Stärke des vom Transistor T₄ abmit der Basis eine, der Transistoren in der Ausgangs- 30 gegebenen Stromes cntsprechena zu bzw. ab, und urastufe verbunden sind. Auch mi< dieser schaltungs- gekehrt zeigt die Stärke des vom Transistor T₆ abmäßigen Ergänzung läßt sich iedoch eine strenge Korn- gegebenen Stroms eine Abnahme bzw. eine Zunahme, pensation für die Basis-Emitter-Po? ntiale der beiden Der in F i g. 2 veranschaulichte Leistungsverstärker Transistoren in der Ausgangsstufe nicht erreichen, so ist gegenüber dem Leistungsverstärker nach F i g. 1 daß im praktischen Betrieb die Einführung von zusatz- 35 durch die Hinzufügung eines weiteren Transistors T₁ liehen Widerständen in den Emitterzweigen der Tran- und zweier Dioden D₁ und Z)₂ ergänzt. Dabei definiert sistoren in der Ausgangsstufe erforderlich ist, was sich der Transistor T₁, dessen Emitter und Basis auf einem jedoch nachteilig auf die erzielbare Leistung auswirkt vorgegebenen Potential liegen, einen gut konstanten und überdies zu unerwünschten thermischen Drift- Ruhestrom/für den Schaltkreis-aus dem Transistor T₁, erscheinungen führt, die ihre Ursache in unterschied- 40 der Diode Z)₂, der Diode D₁, dem Transistor T₃ und liehen Tzmperaturverhältnissen für die beiden Tran- dem Transistor T₁, der insgesamt einen Differenzsistoren in der Ausgangsstufe haben. verstärker darstellt, dessen Eingang bei der Basis des

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Transistors T₂ auf einem Potential von (-12 Volt liegt,

einen Leistungsverstärker der eingangs erwähnten Art Durch die Transistoren T_t und 7*₆ der Ausgangsstufe

in der Weise weiterzuentwickeln, daß eine vollständige 45 fließt ein Ruhestrom /', und der je nach dem Potential

Kompensation der verschiedenen Potentiale für die der zugeführten Signalspannung über den TransistorT₄

Transistoren in der Ausgangsstufe gewährleistet und oder den Transistor T_s abgegebene Ausgangsstrom Is

gleichzeitig thermische Drifterscheinungen durch zu- ([_s — J'. β bei einem Stromverstärkungsfaktor/? für

lätzliche Widerstände vermieden bleiben. die Ausgangsstufe) führt an der Impedanz Z zu einem

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gc- 50 Spannungssignal V_s.

löst, daß die Zwischenstufe zwei weitere, den beiden Die Genauigkeit dieses Spannungssignals Vs ist je-Transistoren der Ausgangsstufe gleiche, in Reihe ge- doch nur dann gewährleistet, wenn das Basis-Emittcr-•chaltete Transistoren enthält, deren Basis und KoI- Potential für die Transistoren 7", und T_b der Ausgangsilcktor jeweils miteinander verbunden sind, und daß zwei stufe durch einen relativ stabilen Ruhestrom für diese »pannungskonstante Schaltungen, die aus Dioden oder 55 Transistoren hinreichend genau definiert ist. Ohne Anordnungen von in Reihe geschalteten Dioden be- einen solchen Ruhestrom würden Schwingungserschei-Htchun, zu beiden Seiten der beiden Transistoren der nungen auftreten, welche die Genauigkeit des Span-Zwischenstufe angeordnet und diese beiden Schaltun- nungssignals Vs in Frage stellen könnten. Aufgabe der gen jeweils mit der Basis eines der Transistoren der Aus- in F i g. 2 zusätzlich vorgesehenen Dioden Z)₁ und D₁ gangsstufe verbunden sind. βο ist es daher, das Basis-Emitter-Potential für die Tran-

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Lei- sistoren T₁ und T₁ zu kompensieren, wozu diese

stungsverslärkcrs wird erreicht, daß sämtliche Span- Dioden Z)₁ und Z)₁ in den Stromkreis eingefügt sind,

nungen für die beiden Transistoren der Ausgangsstufe in dem der Ruhestrom / fließt. In der Praxis befriedigt

bzw. für die beiden zusätzlichen Transistoren der jedoch die auf diese Weise erzielbare Kompensation

Zwischenstufe gleich werden, so daß cine vollständige 63 nicht, und sie muß durch die Einfügung von Wider*

Potentiulkompensation für den gesamten Leistungs- ständen in die Emitterzweige der Transistoren T_A und

Verstärker gegeben ist. T, vervollständigt werden, was sich jedoch ungünstig

In der Zeichnung ist die Erfindung tin Hand von auf die erzielbaren Leistungsverhältnisse auswirkt.

In der Schaltung nach F i g, 2 ist weiter von Nachteil, daß die Transistoren T₄ und T_s in einem beachtlichen Spannlingsbereich (bis zu 50 V) arbeiten müssen und daher ihre Kollektoren an eine der geforderten Ausgangsspannung mindestens gleiche Spannung angeschlossen sein müssen. Dies führt aber für die Transistoren T₄ und T₆ zu einer erheblichen Verlustleistung und damit zu einer Temperaturerhöhung, die wiederum die Basis-Emitter-Spannung Vbe für diese beiden Transistors T₄ und T₆ verringert. Da die vom Ruhestrom / durch die Dioden D₁ und D₉ festgelegte Spannung unverändert bleibt, ergibt sich aus der Verringerung der Basis-Emitter-Spannung Vbe eine starke und schnelle Zunahme für den Ruhestrom T und damit eine weitere Erwärmung der Transistoren T₄ und T₅.

Auch diesem Nachteil der bekannten Schaltung nach Fig.?. läßt sich nur mit Hilfe von Widerständen in den Emitterzweigen für die Transistoren T₁ und T₅ abhelfen, die jedoch, wie oben ausgeführt, unerwünschte Auswirkungen auf die Leistungsverhältnisse haben.

Insgesamt gesehen, befriedigt also der in F i g. 2 veranschaulichte bekannte Leistungsverstärker ungeachtet der Verwendung eines zusätzlichen Transistors T₂ und zweier Dioden D₁ und D₂ in der Zwischenstufe weder hinsichtlich der erzielbaren Potentialkompensation für die Transistoren T_x und T₅ der Ausgangsstufe noch hinsichtlich deren thermischer Belastung.

Beider Nachteile sind dagegen bei der in F i g. 3 veranschaulichten Ausführungsform für einen erfindungsgemäß ausgebildeten Leistungsverstärker nicht festzustellen.

Bei dem Leistungsverstärker nach F i g. 3 enthält die Zwischenstufe zwei mit den Transistoren T₁ und T₅ der Ausgangsstufe jeweils gleiche Transistoren T, und T₇ sowie zwei beiderseits dieser Transistoren angeordneten Dioden D₃ bzw. D₁, und außerdem sind in der Ausgangsstufe zusätzlich zwei komplementäre Transistoren T₈ und T₉ vorgesehen, die jeweils an ihrer Basis mit einer der Dioden D₃ und D₁ verbunden sind. Dabei dienen die Transistoren T₆ und T₁ als Ersatz für die Dioden D₁ und D₂ des Leistungsverstärkers nach F i g. 2, und Basis und Kollektor der Transistoren T₆ und T₇ sind jeweils miteinander verbunden.

Beim Betrieb des Leistungsverstärkers nach F i g. 3 führt die Diode D₄ der Basis des Transistors T₈ und die Diode D₃ der Basis des Transistors T₉ jeweils eine solche Spannung zu, daß alle Spannungen für die Transistoren T₁ und T_b der Ausgangsstufe und für die Transistoren T₆ und T₁ in der Zwischenstufe einander gleich werden. Außerdem übernehmen die Transistoren T₈ und T₉ die Abgabe der Verlustleistung, so daß bei dem Leistungsverstärker T_x und T₅ nur eine sehr gegeringe Verlustleistung aufzunehmen brauchen und nur noch die Signalspannung an den Ausgang weiterzuleiteii haben, wodurch eine genaue Weiterleitung der eweiligen Potentiale gewährleistet ist.

Damit läßt der in den Transistoren T, und T₁ der Zwischenstufe fließende Ruhestrom /, in den Transistoren T₁ und Tf, der Ausgangsstufe einen Ruhestrom I₁' fließen, der ungefähr den gleichen Wert wie der Ruhestrom Z₁ aufweist, da die Transistoren T_x und Tf, der Ausgangsstufe unter den gleichen Bedingungen wie die ihnen je-veils zugeordneten und gleich ausgebildeten Transistoren T_t und T₇ in der Zwischenstufe gespeist werden.

Damit ist eine vollkommene Kompensation der Rnsis-Etnitter-Potentiale Vm> für die Transistoren T₄ und T₆ gewährleistet, und diese Kompensation ist außerdem temperaturinvariant,

Überdies verbleibt für die Transistoren T₄ und T₆ nur eine geringe Ismitter-Kollektor-Spannung von beispielsweise 0,8 V, was wiederum zur Folge hat, daß der verhältnismäßig stabile und dem Ruhestrom /| angenähert gleiche Ruhestrom /,', der sich außerdem durch Einfügen eines Widerstands R zwischen die Kollektorzweige der Transistoren T, und T₇ noch ίο weiter verringern läßt, niemals zu einem Wärmedurchbruch Anlaß geben kann.

Zur Veranschaulichung der Betriebsverhältnisse bei einem erfindungsgemäß ausgebildeten Leistungsverstärker seien noch einige Zahlenangaben gemacht:

1. Im Ruhezustand

BeieinemangenommenenRuhestrom/_t= /,'- 1OmA und einer angenommenen Emitter-Kollektor-Spannung für die Transistoren T₁ und T₆ von 0,8 V beao reclinet sich die Verlustleistung in den Transistoren T₄, T₆, T₈ und T₇ zu:

0,8 V · 0,01 A = 0,008 Watt.

Eine solche Verlustleistung ist aber i.ti Vergleich zur »5 zulässigen Leistungsaufnahme für Transistoren, die durchaus zwischen 0,1 und 1 W liegen kann, vernachlässigbar.

2. Bei Impulsbetrieb

Bei einer angenommenen Ausgangsspannung V von 10 Volt, einem Wert von 10 Ohm für den Widerstand R und einen bereits sehr beachtlichen Wirkungsgrad von 50°/₀ ergibt sich für die miniere Stromstärke / am Ausgang:

V _ 10 · 0,50

R 100

Die Verlustleistung für die Tiansisto.-en T₁ und T₅ berechnet sich dann zu:

0,05 Ampere.

0,8 V · 0,05 A - 0,04 Watt,

ein Wert, der im Vergleich 7\x der zulässigen Belastbarkeit für Transistoren, die wie obeii erwähnt zwischen 0,1 und 1 Watt liegt, immer noch gering ist.

Der erfindungsgemäß ausgebildete Leistungsverstärker bleibt also auch bei Impulsbetrieb durchaus stabil. Von den Transistoren T₈ und T₉, deren mittlere Ausgangsspannung 5 V und deren Eingangsspannung 24 V beträgt (F i g. 3), wird eine Leistungsaufnahme von

(25 - 5) V · 0,05 A etwa 1 Watt

verlangt, jedoch ist in diesem Fall das Basis-Emitter-Potential nicht kritisch, und das Problem einer Gcnauigkeit der eingespeisten Spannungen stellt sich nicht.

Als wLhtigstes Einsatzgebiet für einen crfindungsgernäß ausgebildeten Leistungsverstärker ist vor allem die Energiespektrometrie zu nennen, wobei er zur Ver-Stärkung der aus den Detektorimr/ulsen nach Formung gewonnenen Rechteckimputsc beider Polaritäten dienen kann.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Leistungsverstärker mit einer Zwischenstufe, welche einen Transistor enthält, dessen Emitter und Basin sich auf einem vorgegebenen Potential

   1 812 S07

   befinden, und mit einer Ausgangsstufe, welche zwei in Reihe geschaltete Transistoren entgegengesetzten Lcitfähigkcitslyps enthält, von denen der eine oder andere einen Ausgangsstrom abgibt, der in einer an ihren gemeinsamen Emitter angeschlossenen Impedanz ein Signal erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenstufe zwei weitere, den beiden Transistoren (F₄, T₅) der Ausgangsstufe gleiche, in Reihe geschaltete Transistoren (T₀. T₇) enthält, deren Basis und Kollektor jeweils miteinander verbunden sind, und dall zwei spannungskonstnnlc Schaltungen, die aus Dioden (D₃, D.,) oder Anordnungen von in Reihe geschalteten Dioden bestehen, zu beiden Seiten der beiden Transistoren (Γ_β, T₁) der Zwischenstufe angeordnet und diese beiden Schaltungen jeweils mit der Basis eines der Transistoren (7\, 7'₆) der Ausgangsstufe verbunden sind.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   1 P, 1 R