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Schaltungsanordnung für Gegentakt-B-Verstärker Die Erfindung bezieht
sich auf eine Schaltungsanordnung zum Überlastungsschutz eines Transistor-Niederfrequenz-Verstärkers
mit einer Gegentakt-B-Endstufe. bei der die Last über einen grossen Kondensator
an den Verstärkerausgang angeschlossen ist.
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Derartige Schaltungen haben die Aufgabe, insbesondere die Endstufe
bei Dauerkurzschluß oder dauernder Überlastung vor thermischer Zerstörung zu schützen.
Sie dürfen jedoch im Normalbetrieb keine Verzerrungen hervorrufen.
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Aus der DAS 1 116 975 ist eine Schaltung bekannt, bei der eine selbsttätige
Verstärkungsregelung mit einer Regelung kombiniert ist, bei der die Kollektor-Emitter-Strecke
eines Hufs-Transistors gleichstrommäßig in Serie mit den Kollektor-Emitter-Strecken
der Transistoren der Gegentakt-B-Stufe liegt. Dieser Hilfstransistor wird in Abhängigkeit
von der Amplitude des Ausgangssignals so gesteuert, daß die Versorgungsspannung
für die Transistoren der Gegentaktstufe nur wenig höher ist als der Spitzenwert
des Signals.
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Auf diese Weise ist die in den Transistoren der Endstufe in Wärme
umgesetzte Energie immer minimal. Diese Schaltung ist jedoch wegen der entstehenden
Verzerrungen nur für selektive Verstärker geeignet.
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Es ist auerdem eine Schaltung für eine transformatorlose Gegentaktstufe
bekamt, deren Transistoren an den Emittern über verhältnismäßig kleine Widerstände
miteinander verbunden sind. Der an diesen Widerständen auftretende Spannungsabfall
steuert eine Phasenumkehrsture mit komplementären Transistoren, die die eigentliche
Schutzschaltung darstellt und deren Ausgang mit den Treiberstufen für die Gegentakt-Endstufe
verbunden sind; dadurch wird die Treiberstufe und damit auch die Endstufe weniger
stark ausgesteuert. Bei geeigneter Dimensionierung erreicht man, daß der Strom durch
die Endstufe auf einen vorgebbaren Wert, beispielsweise den Nennstrom, begrenzt
wird. Trotz dieser Begrenzung ist die Verlustleistung in den Transistoren bei einem
Dauerkurzschluß wesentlich höher als im Nennbetrieb, weil in diesem Fall über der
Kollektor-Emitter-Strecke jedes Endstufen-Transistors ständig die halbe Versorgungsspannung
steht.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu vermeiden.
Bei einer Schaltungsanordnung der eingangserwähnten Art geschieht dies erfindungsgemäß
dadurch, daß der Strom durch die Endstufe nach Überschreiten eines vorgebbaren Schwellwertes
auf einen niedrigeren Wert abgesenkt wird.
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Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels
näher erläutert. Es z-eig2n Fig. 1 eine Schutzschaltung mit einem Transistor, die
den Strom durch die Endstufe nach Erreichen eines Schwellwertes abschaltet, Fig.
2 eine ähnlich wirkende Schutzschaltung mit 2 Transistoren, Fig. 3 eine Schutzschaltung,
die den Verstärker abschaltet, wenn der Strom durch die Endstufe einen einstellbaren
Schwellwert überschreitet.
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Fig. 1 zeigt einen Transistor-NF-Verstärker mit einer aus zwei gleichstrommäßig
in Serie geschalteten, über Widerstände 1 und 1' von 0,5 Ohm miteinander verbundenen
npn-Transistoren 2 und 2'. Der Verbindungspunkt der Widerstände 1 und 1-' ist der
Verstärkerausgang, an den über einen großen Kondensator von beispielsweise 2500
/uP ein Lautsprecher (5 Ohm) angeschlossen ist. Der Endstufentransistor 2 ist an
den Emitter einesnpn-Transistors 6 angeschlossen, während der vndstuSen-Transistor
2' mit dem Kollektor eines pnp-Transistors 6' verbunden ist. Die Basisanschlüsse
der beiden Transistoren 6 und 6' werden von dem Strom einer Treiberstufe 9 gesteuert,
so daß die Endstufen-Transistoren im Gegentakt leitend werden. Zu diesem Zweck Ist
die Basis des Transistors 6' über einen Widerstand 8 von 470 Ohm mit dem Kollektor
des Treiber-Transistors verbunden, während die Basis des Transistors 6 hiermit über
einen einstellbaren Widerstand 10 von 5 köhm und einen Spannungsteiler verbunden
ist, an dem mittels eines parallel geschalteten Transistors 25 ein konstanter Spannungsabfall
von etwa 2 Volt erzeugt wird.
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Derartige Verstärkerschaltungen sind an sich bekannt und in ähnlicher
Form beispielsweise in den "Technischen Informationen für die Industrie", Nr. 49,
beschrieben worden, die von der VALVO GmbH. herausgegeben werden. Auf eine ausführlichere
Erläuterung dieser Schaltung wird daher verzichtet.
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Die eigentliche Schutzschaltung ist durch dicke Linien besonder hervorgehoben.
Der Spannungsabfall an den Widerständen 1 und 1' steuert den Eingang eines Transistors
3, dessen Emitter direkt mit dem Emitter des Transistors 2 und dessen -Basis über
einen einstellbaren Widerstand 4 von 500 Ohm mit dem Kollektor des Transistors 2'
verbunden ist.
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Die Basis des Transistors 3 ist über einen Widerstand 5 von
10
Ohm mit Gar Basis des Transistors 6 verbunden und außerdem - über einen Widerstand
7 von 47 k0hm - mit dem Verst-»kerausgang. Der Kollektor des Transistors 7 steuert
die Basis des Transistors -6'.
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Der Schutzschalter arbeitet folgendermaßen: Wenn der Strom durch den
Transistor 2' einen vorgebbaren Schwellwert erreicht, wird der Transistor 3 leitend
und begrenzt den Strom der Phasenumkehrstufe 6'. Gleichzeitig wird die Basis des
Transistors 6 negativer, so daß ein zusätzlicher Steuerstrom über den Widerstand
5 in den Transistor 5 eingespeist wird. Dadurch wird der Kollektorstrom des Transistors
6' noch weiter auf einen ungefährlichen Wert herabgesetzt, Wenn der Strom durch
den Transistor 2' den Schwellwert überschreitet, wird der Transistor 5 ebenfalls
leitend und begrenzt - wie vorstehend beschrieben - die Aussteuerung des Transistors
2'. Da dann der Strom durch den Transistor 2 zunächst größer ist, verschiebt sich
die Spannung am Ausgang des Verstärkers zu positiven Werten hirn. Daher nimmt der
Strom durch den Transistor 6 bzw. 2, der von der Treiberstufe 9 gell-efert wird,
ab. Ein einstellbarer Widerstand 10 von 5 kOhm sorgt dafür,- daß dieser Strom auch
zu Beginn des Kurzschlusses einen bestimmten Wert, beispielsweise den doppelten
Schwellwert, nicht überschreiten kann.
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Zum Schutz gegen Überspannungen beim Abschalten einer induktiven Last
ist eine Diode 11 in Sperrichtung zwischen den Ausgang des Verstärkers und eine
Batterieklemmegeschaltet.
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Die beiden beschriebenen Phasen wiederholen sich bei einem Dauerkurzschlüß
bzw. einer dauernden Überlastung mit er Periode des Eingangssignals. Nach Beseitigung
des Kurzschlusses
bzw. der Überlastung ist der Verstärker wieder
betriebsbereit.
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Fi. 2 zeigt ein wo termes Ausführung-sbeispiel der erfin dungsgemßen
Schaltung, wobei der NF-Verstärker fast in de leichen Weise geschaltet ist wie in
Fig. 1 und wobei die eigc.liche Schutzschaltung ebenfalls durch dicke Linien hervorgehoben
ist.
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Hierbei sind den Eingängen der Transistorstufen 6 bzw. 6' die Kollektor-Emitter-Strecken
zweier Transistoren 12 bzw. 12' parallel geschaltet, deren Basis vom Signal der
Treiberstufe gesteuert wird. Zu diesem Zweck ist die Basis des Transistors 12 über
einen Spannungsteiler 14, 15 an den Kollektor der Treiberstufe 9 aeschlossen, während
die Basis des Transistors 12' über einen Spannungsteiler an das eine Ende eines
Widerstandes 13 in der Basiszuleitung des Transistors 6 geschaltet ist. Der Widerstand
15 ') in der Basiszuleitung des Transistors 6 (6') liegt also zwischen dem einen
Ende des Basisspannungsteilers 14', 15' (14,15), für den Transistor 12' (12) und
dem Kollektor des Transistors 12 (12').
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Wenn im Kurzschlußfalle das Steuersignal beispielsweise gerade die
positive Halbwelle durchläuft, wird auch das Potential an der Basis des Transistors
12 positiver, während sein Emitter-Potntial - identisch mit dem Potential am Verstärkerausgang
konstant bleibt. Oberhalb eines bestimmten Schwellwertes beginnt der Transistor
12, der zusammen mit dem Widerstand 15 einen variablen Spannungsteiler bildet, zu
leiten und wird mit steigendem Eingangssignal immer stärker leitend. Die Spannung
in der Kollektor-Emitter-Strecke.des Transistors 12 nimmt also bei auf ihren Satttgungswert
ab und sperrt den Transistor 6. Dadurch nimmt der Strom durch diesen Transistor
bzw. durch den Endstufentransistor 2 ab, so daß das Ausgangspotential negativer
wird, was den Transistor 12 noch stärker leitend macht Diese Schaltung verhält sich
somit ähnlich wie die in Fig, 1 dargeatellte Schaltung. Auch hierbei bewirken zwischen
dem
Verstärkerausgang und den 3atterieklemmen geschalbote, in Sperrichtung
betriebene Dioden 11 und 11' den Schutz der Endstufentransistoren beim Abschalten
einer--induktiven Last.
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Die beiden Schutz schaltungen in Fig. 1 und Fig. 2 haben also gemeinsam,
daß der Strom durch die Endstufen-Transistoren nach Überschreiten eines eingestellten
Schwellwertes durch Ableiten bzw. Kurzschluß des Steuersignals nicht nur begrenzt
sondern verringert wird. Dieser Vorgang wiedernolt sich mit der Periode des Eingangsignals.
Es entstehen dabei Verzerrungen, die dem Benutzer den Kurzschluß bzw. die Überlastung
der Endstufe anzeigen. Sobald der Kurzschluß beseitigt ist, arbeiten die Schaltungen
wieder normal.
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Im Gegensatz dazu wird bei der in Fig. 5 dargestellten Schaltung der
Strom durch die Endatufen-Transistoren nach Überschreiten eines einstellbaren Schwellwertes
auf einen nieariieren Wert herabgesetzt und auf diesen Wert auch bei fehlendem ingangssignal
festgehalten. Es gibt also keine Anderung des Stromes durch die Last mehr, d.h.XJdas
Signal wird an der Last überhaupt nicht mehr wirksam, so daß der Verstärker praktisch
abgeschaltet ist.
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Zu diesem Zweck ist eine bistabile Kippschaltung vor»esehen, die anspricht,
sobald der Strom durch die Endstufen-Transistoren einen vorgegebenen Wert überschreitet.
Dadurch wird ein Transistorschalter leitend gemacht, der das Steuersignal für die
beiden Endstufen kurzschließt.
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Die bistabile Kippschaltung enthält einen ersten Transistor 16 mit
einem Kollektorwiderstand 17 von 56 k0hm und einen zweiten Transistor 18 mit einem
Kollektorwiderstand 19 von 5,6 k0hm. Die Basis des Transistors 18 ist mit dem Kollektor
des Transistors 16 direkt verbunden, während zwischen die Basis des Transistors
16 und den Kollektor des Transistors 18
ein Widerstand 20 von CO
kOhm eingeschaltet ist.
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Die Basis des Transistors 16 ist außerdem über einen T:Tiderstand
28 von 47 kOhm an den Abgriff eines Potentlometers 21 von 1CO Ohm geführt, das den
Widerständen 1 und 1' parallel geschaltet ist.
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Die Emitter der Transistoren 16 und 18 sind :«.11t dem. Kollektor
des Endstufentransistors 2' verbunden, liegen also praktisch auf dem gleichen Potential
wie der Ausgang. Die Kollektor Widerstände 17 und 19 sind an einem Punkt angeschlossenß
der mit dem Ausgang über einen Kondensator 22 von 50 /uR verbunden ist, der die
Signalspannung praktisch kurzschließt.
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DIe bistabile Kippschaltung liegt daher an einer konstanten Versorgungsspannung.
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Der Kollektor des Transistors 18 ist über eine Diode 23 und einen
Widerstand 24 mit der Bass eines Transistors 26 verbunden, dessen Kollektor an den
Verstärkerausgang angeschlossen ist. Der Emitter dieses Transistors ist mit den
oberen Ende eines in die Kollektor-Zuleitung der Treiberstufe geschalteten Widerstandes
27 von 470 Ohm verbunden.
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Sobald der Spannungsabfall an den Widerständen 1 und 1' einen bestimmten
Wert übersteigt, wird der normalerweise gesperrte Transistor 16 leitend und der
Transistor 18 gesperrt. Dadurch springt das Kollektor-Potential des Transistors
18 auf einen positiven Wert und übersteuert den Transistor 26. Dessen Emitter-Potential
nimmt daher ungefahr das Verstärker-Ausgangspotential an, so daß die Transistoren
6 und 6' gesperrt werden.
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Auch wenn kein Strom mehr durch die Widerstände 1 und 1' fließt, behält
die Kippstufe ihre Schaltstellung bei, so dar der Verstärker auch darzz abgeschaltet
bleibt, wenn der Kurzschluß beseitigt wird. first nach dem Ausschalten und dem abermaligen
Einschalten der Versorgungsspannung ist das Gerät wieder betriebsbereit.
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Patentansprüche: