DE1930885C3 - Transistorisierte, durch ein Eingangssignal gesteuerte Stromverstärkerschaltung zur Speisung einer Last, vorzugsweise der Ablenkspulen eines Oszillographen - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine transistorisierte, durch ein Eingangssignal gesteuerte Stromverstärkerschaltung zur Speisung einer Last, vorzugsweise der Ablenkspulen eines Oszillographen, mit einer Eingangsverstärkerstufe, deren Ausgang an eine Treiberstufe geführt ist, welche zwei Treibertransistoren entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps enthält, sowie mit einer Gegentaktendstufe, enthaltend zwei Transistoren von entgegengesetztem Leitfähigkeitstyp, deren Emitter untereinander und mit der Last verbunden sind, deren Kollektoren an die entgegengesetzten Pole einer Stromquelle gelegt sind und deren Basen von jeweils einem der Treibertransistoren gesteuert werden.

Aus der deutschen Auslegeschrift 12 59 952 ist eine transistorisierte, durch ein Eingangssignal gesteuerte Stromversorgungsschaltung für eine Lautsprecherspule bekannt, bei der eine Eingangs-Verstärkerstufe ausgangsseitig mit einer Treiberstufe verbunden ist, die zwei Transistoren entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps enthält. Die Treiberstufe steuert eine Verstärkerstufe, deren entgegengesetzte Transistoren emitterseitig mit <i;> der Last verbunden sind. Diese Verstärkerschaltung hat den Nachteil, daß sie für eine ausreichende Verstärkung noch eine weitere Transistorstufe erfordert, die zwischen den Gegentakttransistoren und der Treiberstufe geschaltet ist. Die dadurch bedingte indirekte Aussteuerung der Gegentaktendstufe führt zu einer Verzögerung der Ansprechgeschwindigkeit auf ein Eingangssignal.

In der US-Patentschrift 34 18 589 ist ein komplementärer Emitter-Folger-Verstärker gezeigt, der jedoch keine zum Bezugspotential symmetrische Steuerung der Stromversorgung für die Last aus einem unipolaren Eingangssignal ermöglicht. Es sind weiter aus der US-Patentschrift 33 99 354 transformatorlose Gegentakt-Verstärker-Schaltungen bekannt, welche besondere Phasenumkehrstufen für den Gegentaktbetrieb benötigen. Ferner ist aus der US-Patentschrift 34 28 908 eine mehrstufige Kaskadenschaltung bekannt, bei der die Basis-Emitter-Vorspannung der ersten Stufe durch eine Dioden-Reihen-Sciialtung eingestellt wird. Die spannungsmäßige Symmetrisierung der einzelnen Kaskadenstufen wird jedoch mit Hilfe eines Transformators mit Mittelabgriff erreicht.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die eingangs genannte Stromversorgungsschaltung so zu verbessern, daß sie relativ große Ströme für die induktive Last, etwa die Ablenkspulen eines Oszillographen, schneller und genauer steuert.

Die Lösung gelingt nach der Erfindung dadurch, daß die Basen der beiden Treibertransistoren über eine Dioden-Reihenschaltung miteinander verbunden sind, von der ein Endpunkt mit dem Ausgang der Eingangs-Verstärkerstufe verbunden ist, daß die Emitter der beiden Treibertransistoren direkt mit der Basis jeweils eines Transistors der Gegentaktendstufe verbunden sind und daß die beiden Treibertransistoren mit den entgegengesetzten Polen der Stromquelle verbunden sind. Damit ergibt sich eine zu einem Bezugspotential genau symmetrische Aussteuerung der Last durch die beiden Gegentaktstufen, ohne daß eine wechselseitige Kopplung der Treibertransistoren untereinander nötig wäre.

Zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert.

Bei Vorrichtungen zur Erzeugung elektronischer Zeichen und Anzeigen soll das Zeichen oder Symbol an beliebiger Stelle erscheinen, d. h. an jedem gewünschten Punkt der Anzeigevorrichtung, wie z. B. des Bildschirms einer Kathodenstrahlröhre. Das Zeichen oder Symbol kann unten, in der Mitte oder oben, links oder rechts oder an einer jeder anderen dazwischenliegenden Stelle auftreten, die für die spezielle Anzeige gewählt wird. Die das Symbol oder das Zeichen erzeugende Anlage darf das Zeichen nicht nur »grob« auf dem Bildschirm der Röhre setzen, sondern muß auch einen genügenden Frequenzgang besitzen, um das Zeichen an dem für die Anzeige gewählten Punkt zu bilden. Es sind zwei Ablenksysteme erforderlich, nämlich eines für die waagerechte und eines für die senkrechte Strahlablenkung.

Bei einer Anlage, in welcher die erfindungsgemäße Vorrichtung verwendet wird, ist der Signaleingang eine Spannung und das Ausgangssignal ein Strom. Die Ausgangslast kann in diesem Fall die Ablenkspule einer Kathodenstrahlröhre sein. Es ist wünschenswert, eine möglichst lineare Beziehung zwischen der Eingangsspannung und dem Ausgangsstrom der Ablenkspule herzustellen, da in dieser Art von Geräten relativ hohe Ströme und niedrige Impedanzen auftreten. Die

transistorisierte Lösung eignet sich ganz besonders für diese Art von Schaltungen.

In der Zeichnung sind die Eingänge für das Zeichen und die Grobsteüung über die Widerstände 13 und 15 an einen Eingang des Differentialverstärkers 11 angeschlossen. Der andere Eingang des Differentialverstärkers 11 liegt über den Widerstand 14 an Masse. Die beiden Ausgänge des Differentialverstärkers 11 sind mit den Eingängen des Differentialverstärkers 19 verbunden, dessen Ausgang mit der Basis des als Emitterfolger geschalteten NPN-Transistors 21 der Pufferschaltung 23 gekoppelt ist. Der Kollektor des Transistors 21 liegt an Masse, und der Emitter ist über den Widerstand 27 mit der ungeerdeten Seite des Regelkondensators 25 verbunden. Der Ausgang der Pufferschaltung 23 wird am Emitter des Transistors 21 abgegriffen, der an die Basis des NPN-Transistors 29 des Verstärkers 31 angekoppelt ist

Eine Seite des Spannungskonstanthalte-Kondensators 33 liegt an Masse, und die andere Seite ist mit der positiven Spannungsquelle + Vüber den Widerstand 35 verbunden. Ein Ende des Spannungsregelkondensators 25 liegt an Masse, während das andere Ende über den Widerstand 37 an die negative Spannungsquelle — V angeschlossen ist.

Der Emitter des Transistors 29 ist mit der erdfreien Seite des Regelkondcnsators 25 über den Widerstand 39 verbunden. Der Kollektor des Transistors 29 ist über die Dioden 41, 43, 45 und den Widerstand 47, die alle in Reihe geschaltet sind, mit der erdfreien Seite des Regelkondensators 33 verbunden. Der Verstärker 31 besitzt zwei Ausgänge, die von beiden Seiten der in Reihe geschalteten Dioden 41,43 und 45 herausgeführt sind. Die negativen Ausgangssignale werden vom kollektorseitigen Ende der in Reihe geschalteten Dioden abgegriffen, das an die Basis des PNP-Transistors 49 der negativen Treiberstufe 51 gekoppelt ist. Zwischen die Basis des Transistors 49 und Masse ist der Dämpfungskondensator 53 geschaltet. Der Kollektor des Transistors 49 ist über den Widerstand 55 mit der negativen Spannungsquelle — V verbunden, während sein Emitter an die erdfreie Seite des Regelkondensators 33 über den Widerstand 57 angeschlossen ist. Die positiven Ausgangssignale des Verstärkers 31 werden vom anderen Ausgang des Verstärkers 31 abgegriffen, der an den als Emitterfolger geschalteten NPN-Transistor 59 der positiven Treiberstufe 61 gekoppelt ist. Über den Widerstand 63 ist der Kollektor des Transistors 59 an die positive Spannungsquelle + V angeschlossen, während sein Emitter mit der ungeerdeten Seite des Regelkondensators 25 über den Widerstand 65 verbunden ist. Die Ausgänge der positiven und der negativen Treiberstufe werden an den Emittern der Transistoren 59 und 49 abgegriffen, die an die Basen der im Gegentakt geschalteten Transistoren 67 una 69 der Endstufe 71 angeschlossen sind. Der Kollektor des Transistors 67 ist über den Widerstand 73 und die Sicherung 75, die beide in Serie geschaltet sind, mit der positiven Spannungsquelle + Vi verbunden. Über den mit der Sicherung 79 in Reihe geschalteten Widerstand 77 ist der Kollektor des Transistors 69 an die negative Spannungsquelle — Vi angeschlossen. Der Ausgang der Endstufe wird von den Emittern der Transistoren 67 und 69 abgegriffen und an eine Seite der Ablenkspule 81 geführt. Das andere Ende der Ablenkspule 81 ist über den Abtastwiderstand 83 an Masse geschlossen.

Über den mit dem Potentiometer 87 in Reihe geschalteten Widerstand 85 wird das an der erdfreien

Seite des Abtastwiderstandes 83 anliegende Signal an den Eingang des Differentialverstärkers 11 gegengekoppelt, an dem das Hauptsignal anliegt.

Die Grobstellung des Strahls an der Bildschirmfläche der Kathodenstrahlröhre wird über den Widerstand 13 durch den Grobstelleingang gesteuert Nach Bestim mung der Grobeinstellung des Strahls dient der Zeichen- oder Symboleingang dazu, um den Strahl das Zeichen oder Symbol aufzeichnen zu lassen.

Beide Eingangssignale werden einem Eingang des Differentialverstärkers 11 eingespeist, der für die Impedanzanpassung und Spannungsverstärkung sorgt. Der Differentialverstärker 19 verstärkt den Ausgang des Differentialverstärkers 11 weiter und speist seinen Ausgang dem Eingang der Pufferstufe 23 ein, die eine hohrj Eingangsimpedanz besitzt, um den Differentialverstärker 19 nicht zu überlasten. Der Ausgang der Pufferstufe, der vom Emitter des als Emitterfolger geschalteten Transistors 21 abgegriffen wird, wird an die Basis des in Emitterschaltung arbeitenden Transistors 29 des Verstärkers 31 geführt. Der Ausgang des Verstärkers 31 kann de·· Spannungshub über fast den vollen Bereich zwischen ± V vollziehen, wodurch eine weitere Spannungsverstärkung am Ausgang der Pufferstufe 23 auftritt, die zwischen Plus- und Minusspannung schwingt. Der in Emitterschaltung arbeitende Verstärker 31 bewirkt eine Invertierung des Eingangssignals. Der Ausgang des Differentialverstärkers 19 muß von der richtigen Seite des Verstärkers abgegriffen werden, so daß der Ausgang des Verstärkers 31 richtig gepolt ist, um über die positive und die negative Treiberstufe 61 und 51 die Ausgangstransistoren 67 und 69 in der richtigen Richtung anzusteuern.

Die an den erdfreien Enden der Kondensatoren 33 und 25 anliegende Spannung kommt sehr nahe an + V und — K da die Widerstände 35 und 37 sehr klein sind und nur einen geringen Spannungsabfall bewirken. Die Kondensatoren 33 und 35 arbeiten als Konstanthalter und schützen die Schaltung vor Änderung der positiven und negativen Versorgungsspannung + Vund - V. Der Spannungsabfall an den Widerständen 35 und 37 ist so gering, daß angenommen werden kann, daß die Spannungen an den erdfreien Seiten der Kondensatoren 33 und 35 gleich den entsprechenden Versorgungsspannungen sind.

Wenn der Kollektor des Transistors 29 positiv ist, wird der Ausgangstransistor 67 über den Transistor 59 der positiven Treiberstufe durchgesteuert, und der Ausgangstransistor 69 ist gesperrt. 1st die Spannung am Kollektor des Transistors 29 negativ, so herrscht der entgegengesetzte Zustand, und der Transistor 69 wird über den Transistor 49 der negativen Treiberstufe durchgesteuert, und der Transistor 67 ist gesperrt. Wenn z. B. die Spannung am Kollektor des Transistors 29 + 5 Volt beträgt, so ist die Spannung an der Basis des Transistors 59 der positiven Treiberstufe ungefähr 7,1 Volt wegen des Spannungsabfalls an den in Reihe geschalteten Dioden 41, 43 und 45. Daher beträgt die Spannung an der Basis des Transistors 67 ungefähr 6,4 Volt und an der Basis des Transistors 69 ungefähr 5,7 Volt, weil die Spannung am Basisemitteranschluß an den Transistoren 59 und 49 abfällt. Der Transistor 67 ist durchgesteuert, und die Spannung an seinem Emitter befägt etwa 5,7 Volt. Die Spannungen an der Basis und am Emitter des Transistors 69 sind gleich, und der Transistor ist gesperrt.

Wenn kein Eingangssignal anliegt, so beträgt die Spannung am Kollektor des Transistors 29 etwa -1

Volt, und die Spannung am anderen Ende der in Reihe geschalteten Dioden ist ungefähr +1 Volt. Dies ergibt eine Spannung von etwa +0,3 Volt an der Basis des Transistors 67 und -0,3 Volt an der Basis des Transistors 69, wodurch beide Transistoren gesperrt s werden und an der Ablenkspule 81 Nullspannungsabfall auftritt.

Die in Reihe geschalteten Dioden 41,43 und 45 dienen in der Inversionsstufe . ur Verhinderung eines Übergangsklirrfaktors, der sonst beim Nulldurchgang des ,₀ Ablenkspulstroms auftreten würde. Wenn der Transistor 29 leitend ist, werden die Dioden in Vorwärtsrichtung betrieben, wobei an ihnen ein Spannungsabfall von etwa 2,1 Volt entsteht. Dies gleicht den Basis-Emitter-Spannungsabiaii an den Treibertransistoren 4S und 59 ₎₅ und den Ausgangstransistoren 67 und 69 aus.

Die Schaltbilder der Differentialverstärker 11 und 19 werden nicht gezeigt. Jeder Typ kann verwendet werden, vorausgesetzt, daß am Ausgang Ruhepotential herrecht, so daß unter Nullsignal-Bedingungen kein Strom durch die Ablenkspule fließt und der Strahl nicht abgelenkt wird. Auch müssen sie eine hohe Eingangsimpedanz aufweisen, um eine Belastung der Eingangskreise der Differentialverstärker 19 und 11 zu verhindern. Dies kann man durch Beschallung ihrer Eingangskreise mit Emitterfolgertransistoren erreichen.

Die Gegenkopplungstransistoren 85 und 87 dienen zur Steuerung der Gesamtverstärkung des Verstärkers. Die Verstärkung (des offenen Regelkreises) der Schaltung ist extrem hoch, so daß selbst ein sehr schwaches Eingangssignal einen starken Strom in der Ablenkspule erzeugen würde, mit dem Ergebnis, daß das Gerät für Störspannungen äußerst empfindlich und fast unmöglich zu regeln wäre. Die Gegenkopplungswiderstände verringern den Verstärkungsgrad so weit, daß die Spannung am erdfreien Ende des Abtastwiderstandes 83 etwa gleich der Eingangsspannung ist, wenn der Reihenwiderstand des Potentiometers 87 und des Widerstandes 85 gleich dem der Eingangswiderstände 13 oder 15 ist. Die Menge des durch die Ablenkspule 81 fließenden Stroms wird durch den Wert des Abtastwiderstandes 83 bestimmt. Die Regelspannungsverstärkung (Verstärkung des geschlossenen Regelkreises) des Geräts kann durch Einstellung des Potentiometers 87 geregelt werden.

Die in Emitterfolgerschaltung arbeitenden Treiberstufen 51 und 61 dienen dazu, daß durch den Blindwiderstand der Ablenkspule 81 erzeugte Spannungsänderungen keine Rückwirkung auf die Hochspannungsverstärkerstufen des Verstärkers ausüben können. Derartige Rückwirkungen können zu einem Fehlbetrieb der Schaltung führen.

Bei den unten aufgeführten Werten der Bestandteile kann die Schaltung einen Strom zwischen +4 Ampere und -4 Ampere an die Ablenkspule 81 abgeben.

Die nachstehend aufgeführten Werte für die Bauteile eignen sich gut für die Schaltung:

Bauteil

Widerstand 13 Widerstand 15 Widerstand 17 Transistor 21 Kondensator Widerstand 27 Transistor 29 Kondensator Widerstand 35 Widerstand 37 Widerstand 39 Widerstand 47 Transistor 49 Kondensator Widerstand 55 Widerstand 57 Transistor 59 Widerstand 63 Transistor 65 Transistor 67 Transistor 69 Widerstand 73 Widerstand 77 Ablenkspule 81 Widerstand 83 Widerstand 85 Potentiometer ±V

Wert

5.1 K

5.1 K

2K

2N3904

200 μΡ

1 K

2N698

200 μΡ

7.7 K

4.7 K

91

680

2N4036

39OpF

47

6800

2N698

47

6800

2N3715

2N3791

70 μΗ

3900

1 K

±22 V

±26 V

Alle Widerstandswerte sind in Ohm angegeben.

Bei diesen Bauteildaten ist die schmale Signalbreit« größer als 1 MHz für Ausgangsströme in dei Größenordnung von 50 mAss-

Außer dem vorstehend beschriebenen Ausführungs beispiel sind noch weitere möglich, ohne den Rahmer der Erfindung zu verlassen. Ebenso ist die Verwendunj der erfindungsgemäßen Schaltung nicht auf Ablenkver stärker für Kathodenstrahlröhren beschränkt

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Transistorisierte, durch ein Eingangssignal gesteuerte Stromverstärkerschaltung zur Speisung einer Last, vorzugsweise der Ablenkspulen eines Oszillographen, mit einer Eingangsverstärkerstufe, deren Ausgang an eine Treiberstufe geführt ist, welche zwei Treibertransistoren entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps enthält, sowie mit einer Gegentaktendstufe, enthaltend zwei Transistoren von entgegengesetztem Leitfähigkeitstyp, deren Emitter untereinander und mit der Last verbunden sind, deren Kollektoren an die entgegengesetzten Pole einer Stromquelle gelegt sind und deren Basen von jeweils; einem der Treibertransistoren gesteuert werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Basen der beiden Treibertransisioren (49, 59) über eine Dioden-Reihenschaltung (41, 43, 45) miteinander verbunden sind, deren einer Endpunkt mit dem Ausgang der Eingangsverstärkerstufe (29, 21) verbunden ist, daß die Emitter der beiden Treibertransistoren direkt mit der Basis jeweils eines Transistors (69, 67) der Gegentaktendstufe verbunden sind und daß die beiden Treibertransistoren mit den entgegengesetzten Polen (+V; — V) der Stromquelle verbunden sind.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mit einem Transistor der Endstufe verbundene Treibertransistor den gleichen Leitfähigkeitstyp besitzt wie der Transistor der Endstufe.

3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Treibertransistor als Emitterfolger geschaltet ist.

4. Schaltung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß von dem nicht mit den Transistoren der Endstufe verbundenen Ende der Last (81) eine Rückkopplungsschleife (85, 87) zum Eingang der Eingangsverstärkerstufe geführt ist.

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