DE1948852B2

DE1948852B2 - Für einen Verstärker verwendbare elektronische Schutzschaltung

Info

Publication number: DE1948852B2
Application number: DE1948852A
Authority: DE
Inventors: Carl Franklin Somerset N.J. Wheatley Jun. (V.St.A.)
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1968-09-27
Filing date: 1969-09-26
Publication date: 1974-08-29
Also published as: NL6914654A; NL164433C; GB1238950A; DE1948852C3; ES371702A1; DE1948852A1; CA951799A; FR2019024A1; US3786364A

Description

)ie Erfindung betrifft eine Schutzschaltung für ;n Verstärker mit einem Verstärkertransistor und :m mit diesem thermisch gekoppelten Schutzisistor und mit einem Eingangssignalkreis mit zwei Eingangsklemmen, welche mit der Basis und dem Emitter des Verstärkertransistors gekoppelt sind, und zwischen welche der Kollektor-Emitter-Pfad des Scbutztransistois geschaltet ist, s Der Herstßller von Halbleiterbauelementen gibt eine Nenn-Verlustleistung entsprechend einer maximalen mittleren Sperrschichtteraperatur an, die eingehalten werden muß, weil das Bauelement sonst thermisch zerstört wird. Diese Grenzen wurden bei

ίο bekannten Schaltungen vor allem dadurch beachtet, daß die Verlustleistung etwa eines Verstärkers für die Bedingungen des ungünstigsten Falles entsprechend der zulässigen Verlustleistung bei hoher Temperatur und der \rt der vorhandenen Wärmesenke

festgelegt wurde. Feste Grenzen der Verlustleistung eines Transistors in einem gegebenen Anwendungsfall setzen die bei niedrigen Temperaturen mögliche Ausgangsleistung des Verstärkers, die an eine vorgesehene Last abgegeben wird, herab, -,venn gewähr-

leistet sein soll, daß seine Verlustleistung im Fall der Maximaltemperatur nicht zu groß wird.

Es sind Schutzschaltungen für Transistorverstärker bekannt, die zwar thermisch mit derselben Umgebung gekoppelt sind wie der zu schützende Transistor, je-

doch wegen der Zeit, die für die Beförderung der Wärme durch die thermisch massive äußere WärmeableitvorrichtuD'i erforderlich ist, auf augenblickliche Wärmeänderungen im Transistor nicht reagieren. Deshalb mußte ein Sicherheitsspielraum eingehalten werden, der diese Zeitverzögerung berücksichtigt und feste Grenzen der Verlustleistung des Transistors bei den zu erwartenden Temperaturen der Kollektorsperrschicht erforderlich macht, obwohl im Betrieb eine leistungsfähige Wärmeableitvorrichtung benutzt wird. Die Genauigkeit, mit der diese Kollektortemperaturen geschätzt werden können, wird durch die stark schwankenden Faktoren des inneren Aufbaus der Schaltungsanordnung und der Umgebungsbedingungen beeinträchtigt. Infolgedessen gestattet der Sicherheitsspielraum keine optimale Ausnutzung der Transistoreigenschaften.

Es ist auch bekannt, einen Verstärkertransistor dadurch zu schützen, daß ein Teil seines Basisstromes über den Kollektor-Emitter-Pfad eines gesonderten Schutztransistors abgeleitet wird. Bei den bekannten Schutzschaltungen wird der Schutztransistor in den Leitzustand gesteuert, wenn der Spannungsabfall an einem Emitter.viderstand des Verstärkertransistors bei großen Emitterströmen und/oder ein Teil

So der Kollektor-Emitter-Spannung des Verstärkertransistors bei großen Werten dieser Spannung den Basis-Emitter-Übergang des Schutzlransistors in Durchlaßrichtung vorspannt. Eine Schutzschaltung für einen Verstärker mit Schutztrpnsistoren, deren Basis an die Emitterwiderstände zu schützender Endtiansistorcn geschaltet sind, und die bei Überlastungsgefahr leitend werden und den Steuerstrom an der Basis der zu schützenden Transistoren begrenzen, ist beispielsweise aus der Zeitschrift »Funk-Technik«, 1968, Nr. 17, S. 656 bekannt. Die bekannten Schutzschaltungen berücksichtigen nicht unmittelbar die jeweils herrschenden Temperaturen, von denen andererseits die zulässige Ausgangsleistung abhängig ist.

6j Aufgabe der Erfindung ist demgemäß, eine Schutzschaltung anzugeben, die auf Grund der jeweils herrschenden Temperaturen bestimmt, wann die dem zu schützenden Baulement zugeführte Leistung zu be-

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jrenzen oder abzuschalten ist, damit es nicht über- keitsschwelle sich umgekehrt proportional roit der

astet, also zu heiß wird. Halbleitertemperatur ändert. Da die Transistoren 16

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die im und 11 auf der gleichen Halbleiterscheibe hergestellt

Patentanspruch 1 angegebene Schutzschaltung. sind, ist diese Leitfähigkeitsschwelle auch eine in-

Eine Schutzschaltung gemäß der Erfindung eignet 5 verse Funktion der Halbleitertemperatur det Transiäich insbesondere für integrierte Schaltungen, wo stors 11. Wenn sich auf Grund der äußeren oder ineine wirksame thermische Kopplung möglich ist, und neren Verlustleistung die Halbleiterscheibe, auf der lat den Vorteil, daß die zur Spannungs- oder Strombe- sich die integrierte Schaltung befindet, erwärmt, jrenzung verwendeten Bauelemente, die zugleich auch wird durch die sinkende Leitfähigkeitsschwelle die die Temperatur messen, hierfür bisher benötigte zu- i° Signalamplitude, bei welcher der Transistor 16 zu sätzliche Schaltungsanordnungen überflüssig machen. leiten und das angelegte Signal zu begrenzen beginnt, Ein wesentlicher Vorteil ist ferner darin zu sehen, kleiner.

daß die jeweils zulässige Grenze der Belastbarkeit Eine Gleichspannungsquelle mit einer Z-Diode 17

des geschützten Bauelementes besser ausgenutzt wird wird durch eine (nicht dargestellte) äußere Quelle im

als bisher. 15 Leitzusiand gehalten, die über eine Klemme 18 und

Verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung einen Widerstand 19 angeschlossen ist. Diese Spansollen nun an Hand der Zeichnung näher erläutert mmgsquelle liefert einen zwar nicht notwendigerwerden. Es zeigt weise von der Temperatur, jedoch von Signalströmen

Fig. 1 eine schematische Schaltungsanordnung ün wesentlichen unabhängigen festen Gleichstrom

mit einem Verstärkertransistor und einem Schutz- 20 durch Widerstände 20, 21 und den Widerstand 15.

transistor, die auf derselben Halbleiterscheibe aus- Die relativen Ohmschen Werte der Widerstände 21

gebildet sind, und 15 sind so gewählt, daß der feste Spannungsab-

Fig. 2 eine graphische Darstellung der Strom- fall am Widerstand 21 auf Grund des konstanten

begrenzung, wie sie bei einer bekannten Schutz- Stromes groß im Vergleich mit demjenigen am Wi-

schaltung und bei einer Schutzschaltung gemäß der 25 derstand 15 ist. Die Richtung dieses Gleichstromes

Erfindung erreicht wird, ist so gewählt, daß eine Vorspannung mit einer sol-

Fig. 3 eine schematische Schaltungsanordnung clu π Polarität entsteht, daß der Transistor 16 in den

einer Schutzschaltung eemäß der Erfindung, bei wel- Leitzustand vorgespannt werden kann. Der durch

eher der Strom zusätzlich als Funktion der Span- den Widerstand 15 fließende Strom des Transistors

nung am Transistor begrenzt wird, und 3" H ruft ebenfalls eine Spannung hervor, durch die der

Fig. 4 eine schematische Schaltungsanordnung Transistor 16 in Durchlaßrichtung vorgespannt wer-

eines mit Transistoren bestückten Verstärkers und den kann. Wenn die Summe der an den Widerstän-

einer Schutzschaltung mit einer Strom- und Span- den 15 und 21 abfallenden Spannungen den Schwell-

nungsregelung zur Begrenzung der Signalansteuerung. wert der Leitfähigkeit des Transistors 16 überschrei-

Das in Fig. 1 mit unterbrochenen Linien darge- 35 tet, beginnt dieser Transistor zu leiten und lenkt vom

stellte Viereck 10 soll verdeutlichen, daß der Tran- 'transistor 11 jeden zusätzlichen Signalstrom der Si-

sistorverstärker und die zugehörige Schutzschaltung gnalquelle ab.

eine integrierte Schaltungsanordnung sind, wobei Die am Widerstand 15 abfallende Signalspannung

alle innerhalb des Vierecks dargestellten Bau- F_s, die erforderlich ist, damit die T .eitfähigkeits-

elemente auf einer einzigen Halbleiterscheibe aus- 40 schwelle des Transistors 16 überschritten wird, kann

gebildet sind. Der Verstärker weist einen Flächen- durch folgende Gleichung beschrieben werden:

transistor 11 auf, der von einer (nicht dargestellten) y =y -KiT-V-

Eingangssignalquelle angesteuert wird, die zwischen ^{5 6}'"

eine Eingangsklemme 12 und eine gemeinsame Die Temperaturabhängigkeit K Δ T der Schwellen-Klemme 13 geschaltet ist. Der Kollektor des Tran- 45 spannung des Transistor:. 16 wird als eine lineare sistors 11 ist an eine Ausgangsklemme 14 ange- Funktion der Temperaturänderung J T bezüglich der schlossen, während sein Emitter über einen Strom- Leitfähigkeitsschwelle F₆₁₁₀ bei einer Bczugstempemeßwiderstand 15 mit der Klemme 13 gekoppelt ist. ratur beschrieben. Wenn also die Temperatur an-

Die Schutzschaltung enthält einen Flächentran- steigt (-Kl T), so sinkt F„ wäl.rend V_s mit sinkender sistor 16, der elektrisch zwischen die Klemmen der 50 Temperatur (—.1 T) größer wird. Wenn die Vorspan-Eingangssignalquelle geschaltet ist. Die Basis und der nung V_v so groß gemacht wird, daß sie sich V_hen Emitter des Transistors 16 sind mit den Enden des nähert, wird V_s sehr klein, so daß bei eine, geringen Strommeßwiderstandes 15 verbunden. Im normalen Zunahme .J T der Temperatur der Halbleiterscheibe Betrieb arbeitet der Transistor 11 als aktives Bau- der Schutztransistor zu leiten beginnen kann. Die element eines Signalverstärkers. Wenn in diesen 55 Temperatur der Halbleiterscheibe beeinflußt also Transistor 11 normale Ströme fließen, ist der Tran- den Leitzustand des Schutztransistors, so daß die sistor 16 gesperrt und stellt einen offenen Stromkreis Verlustleistung des Verstärkertransistors und somit parallel zur Eingangssignalquelle dar. Wenn der ein Anstieg der Halbleitertempcratur begrenzt wer Strom im Transistor 11 einen bestimmten Schwell- den. Durch Messungen wurde festgestellt, daß eine wert übersteigt, erreicht die am Widerstand 15 ab- 60 Zeitverzögerung der Erwärmung zwischen zwei be fallende Spannung einen Wert, die es dem Tran- nachbarten Transistoren auf derselben Halbleitersistor 16 ermöglicht, leitend zu werden. Dadurch, scheibe weniger als 1 Millisekunde beträgt,
daß der Transistor 16 leitet, wird die an die Klem- Zur Unterstützung beim Entwurf von Halbleiter men 12 und Yi angeschlossene Signalquelle belastet. verstärkerschaltungen stellen die Hersteller von Tran so daß die Ampli'.ude der an den Transistor 11 an- 65 sistoren Kurven und Tabellen zur Verfugung, wel gelegten Signalspamiung begrenzt wird. ehe die prozentuale Abweichung von einer Maximal

Der Basis-Emitterübergang des Transistors 16 Nennvcrlustleistung als Funktion der Temperatu stellt eine Halblejerperiode dar, deren Leitfähig- angeben.

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In bekannten Schaltungsanordnungen wurde der wird. Der durch den Transistor 11 fließende Strom Transistoi dadurch geschützt, daß man nach Fest- wird vom Widerstand 15 gemessen. Zur Festsetzung stellung der gewünschten Verlustleistung im zu ver- des Wertes des Widerstandes 15 wird die zulässige wendenden Transistor die Temperatur des Halbleiter- Verlustleistung aus den verfügbaren Tabellen bei materials des Transistors auf einen für diese Verlust- 5 einer Halbleitertemperatur bestimmt, die kleiner ist leistung sicheren Wert mit einer entsprechenden als die Grenztemperatur, z.B. 160° C. Der bei die-Wärmesenke begrenzt. Wenn man also die Verlust- ser Größe der Verlustleistung durch den Transistor leistung im Transistor auf ihren Grenzwert ansteigen fließende Strom kann errechne* werden, und der läßt, muß man die Größe und Wirksamkeit der War- Wert des Widerstandes 15 wird so gewählt, daß die raesenke entsprechend heraufsetzen. Wenn im Be- io an ihm abfallende Spannung zusammen mit der fetrieb die Verlustleistung des Transistors den ge- sten Spannung am Widerstand 21 gleich der Leitfäwünschten Grenzwert überschreitet, kann es gesche- higkeitsschwelle (V_bt) des Transistors 16 bei dieser hen, daß die Wärmesenkung nicht genügend Wärme niedrigeren Halbleitertemperatur ist. Eine Kurve, die abführt, was dazu führt, daß die Temperatur im Halb- den zugelassenen Strom im Transistor 16 als Funkleitermantel auf einen Wert ansteigen kann, bei dem 15 tion der Halbleitertemperatur darstellt, ist in Fig. 2 der Transistor zerstört wird. Es sei bemerkt, daß mit der Bezeichnung »mit fester Vorspannung« verauch dann, wenn der Transistor bei niedrigeren Tem- sehen. Mian sieht, daß eine Schaltung gemäß der Erperaturen arbeitet, die Verlustleistung im bekannten findung den Transistor 11 in Abhängigkeit von der Fall noch annähernd auf den für höhere Temperatu- Halbleitertemperatur schützt. Infolgedessen erlaubt ren vorgeschriebenen sicheren Wert beschränkt ist, »o diese Schaltung mit sinkender Temperatur des HaIbobwohl der Transistor ohne Sicherheitsrisiko bei der leitermaterials eine wesentlich größere Verlustleiniedrigeren Temperatur mit höherer Verlustleistung stung des Transistors als im bekannten Fall,
arbeiten könnte. Fig. 3 zeigt eine auf die augenblicklich? Verlust-

Bei bekannten Schaltungen ist ein Kompromiß leistung im Transistor Il ansprechende zusätzliche bezüglich der maximalen Verlustleistung eines gege- 25 Einrichtung zum Schutz des Transistors vor einer benen Transistors und der maximalen Temperatur, übermäßigen Verlustleistung als Funktion der HaIbbei welcher der Transistor arbeiten kann, erforder- leite /'temperatur sowie des Stromes durch den und die lieh. Man betrachte beispielsweise F i g. 2: Wenn bei Spannung am Transistor 11. Parallel zum Transistor einem Strom Z₁ die maximale gewünschte Verlustlei- 11 sind in Reihe zwei Widerstände 23 und 22 gestung bei 160° C erreicht wird, so darf die maximale 30 schaltet, und am Widerstand 22 liegt ein Bruchteil Halbleitertemperatur 160° C nicht überschreiten. Es der Spannung am Transistor 11. Die an der Reihenir.uß also eine Wärmesenke ausreichender Leistungs- schaltung aus den Widerständen 22 und 15 liegende fähigkeit vorhanden sein, wenn gewährleistet sein Spannung enthält eine Spannung, die am Widerstand soll, daß genügend Wärme abgeführt und die Halb- 15 abfällt und somit proportional zum Transistorleitertemperatur des Transistors bei oder unter 160° C 35 strom ist, sowie einen Bruchteil der Spannung am gehalten wird. Bei der Auslegung der Wärmesenkung Transistor 11 (d. h. der zwischen seinem Emitter und müssen die zu erwartenden Umgebungsbedingungen Kollektor liegenden Spannung), nämlich die am Wiberücksichtigt werden, von denen der Transistor be- derstancl 22 erzeugte Spannung. Die Summe der an einflußt wird. Wenn die Halbleitertemperatur 160° C den Widerständen 15 und 22 abfallenden Spannungen übersteigt, sind die bekannten Schutzanordnungen 40 ist eine Funktion der Verlustleistung als Produkt aus nicht in der Lage, eine mögliche Zerstörung des Tran- dem durch den Transistor 11 fließenden Strom und sistors zu verhindern. Die bekannten Schaltungen die- der am Transistor liegenden Spannung. Die Summe nen stattdessen zur Begrenzung der Verlustleistung der Spannungen an den Widerständen 15 und 22 wird (Strom) des Transistors auf relativ konstante sichere kombiniert mit der am Widerstand 21 abfallenden Werte für Temperaturen im erwarteten Temperatur- *5 festen Spannung zwischen die Basis und den Emitter bereich des Schutztransistors 16 angelegt. Wenn in dieser

Gemäß der Erfindung (vgl. die steile Kurve in Schaltung die Spannung am Transistor 11 hoch ist, F i g. 2) bewirkt eine feste Vorspannung, nämlich die wird der Strom auf einen geringen W»jt begrenzt am Widerstand 21 abfallende feste Gleichspannung, werden. Entsprechend wird der Strom aur einen proden wesentlichen Vorteil, daß die im Transistor 11 50 portional höheren Wert begrenzt, wenn der Spanvernichtete Leistung sich als Funktion der Tempera- nungsabfall am Transistor 11 klein ist. Die Verlusttur des Halbleitermaterials ändern kann. Die feste leistung des Transistors wird also zusätzlich als Funk-Spannung an den Widerständen 21 und 15 auf Grund tion der Spannung am und des Stromes durch den des konstanten Vorspannungsstromes wird auf einen Transistor begrenzt, wie auch als Funktion der Halb-Wert eingestellt, der ungefähr gleich der Leitfähig- 55 leiterteinperatur. Die Begrenzung der Spannung und keitsschwelle {V_be) für die obere Grenztemperatui, des Stromes des Transistors 11 wird für alle Ausz. B. 200° C, für den Betrieb des Transistors 11 ist. gangsbelastungen einschließlich einer Blindlast auf Wenn die Halbleitertemperatur diese obere Grenz- einen Bereich von Werten eingeregelt, der ungefähr temperatur überschreitet, wird der Transistor 16 lei- dem sicheren Betriebsbereich des Transistors in Abtend und zapft von den Eingangselektroden des Tran- 6° hängigkeit von der Temperatur entspricht,
sistors 11 jeden zusätzlichen Signal- oder Vorspan- F i g. 4 zeigt eine schematische Schaltungsanordnungsstrom ab. Je höher die Halbleitertemperatur nung eines als B-Verstärker betriebenen Leistungs ansteigt, umso stärker ieitet der Transistor 16. Bei Verstärkers, der auf einer Halbleiterscheibe aufgebau niedrigeren Temperaturen steigt die Leitfähigkeits- ist und eine Ausgangsleistung von 3 Watt aufweist schwelle (V_be) des Transistors 16 an, so daß nun ein 65 Die gesamte Schaltung, die sidh innerhalb des mi größerer Spannungsabfall an den Widerständen 21 unterbrochenen Linien dargestellten Vierecks befin und Ϊ5 erforderlich ist, damit der Signalstrom von det, ist auf einer einzigen Halbleiterscheibe ausge den Eingangselektroden des Transistors 11 abgeleitet bildet.

Eine Schutzschaltung gemäß der Erfindung be- verwendet weiden können, die einen konstanten

grenzt die Verlustleistung auf sichere Werte entspre- Stromvei Stärkungsfaktor Eins mit Phasenumkehr ge-

chend der zulässigen Verlustleistung der Ausgangs- währleisten.

transistoren bei einer bestimmten Temperatur des Wie in F i g. 4 dargestellt ist. bewirken die Tran-

Halbleitermatcrials. Umgekehrt ist eine höhere Aus- 5 sistoren 16 und 36 einen Vcrlustlcistungsschutz für

gangsleistung und Verlustleistung möglich, wenn die die Endtransistoren 11 bzw. 24. In Fig. 4 werden

Halbleiterscheibe auf niedrigeren Temperaturen ge- für entsprechende Schaltungselemente clic Bezugs-

haltcn wird. zeichen der F i g. 1 und 3 verwendet. Die Widcr-

Der Endstufenkrcis enthält zwei in Reihe geschal- stände 15 und 35 sind Strommeßwiderstände, die in

tete Transistoren 11 und 24, die ihre Leitfähigkeit io p_vCihc mit den Strompfaden der Endtransistoren 11

im Gegentaktbetrieb ändern und über eine Klemme und 24 liegen. Die Widerstände 22 und 23 sind in

14, wo sie zusammengeschaltet sind, eine Last spei- Reihe parallel zum Transistor 11 und die Widerstände

sen. Den End-Leistungstransistoren sind zwei als 32 und 33 in Reihe parallel zum Transistor 24 ge-

Emitterfolger geschaltete Treibertransistoren 25 und schaltet, um die Spannungsabfälle an den Endtran-

26 vorgeschaltet, die eine Strom- und Leistungsver- 15 sistoren 11 und 24 zu messen. Die Widerstände 15 Stärkung bewirken. Die Endstufen werden in ihrer und 22 sind über den Widerstand 21 mit der EinStromverstärkung durch zwei Transistoren 27 und 28 gangselektrodc des Schutztransistors 16 gekoppelt, stabilisiert, die als Dioden geschaltet sind und im Dieser Schutztransistor 16 liegt parallel zum EinNebenschluß mit den Eingangselektroden der Tran- gang des Transistors 25, um die Ansteuerung des sistoren liegen. Die Kombination eines als Diode ge- 20 Transistors 25 und somit des Transistors 11 zu beschalteten Transistors im Nebenschluß mit den Ein- grenzen. Die Widerstände 35 und 32 sind mittels gangselektroden eines Transistors gewährleistet eine eines Widerstands 31 mit der Eingangselektrodc des stabile Stromverstärkung unabhängig von der relati- Transistors 36 gekoppelt, der als Schutztransistor ven Fläche der Sperrschichten einer integrierten parallel zum Eingangskreis der Transistoranordnung Schaltung auf einer einzigen Halbleiterscheibe. 25 bzw. Invertierstufe 30 geschaltet ist. um die An-

Ein an die Nebenschlußdiode angelegter Eingangs- steuerung dieser Stufe 30 und somit der Transistrom bewirkt eine Änderung des Spannungsabfalls stören 26 und 24 zu begrenzen, in der Diode. Diese Spannung wird an den Eingang Zwei Konstantspannungsquellen werden durch des Transistors angelegt und steuert den Emitter- zwei Z-Diodcn 17 und 37 geschafTcn, die vom Strom Injektionsstrom in die Basiszone des Transistors. 30 durch Widerstände 19 und 39 in den Leitzustand Wenn die Basis-Emitterflächt; des als Diode geschal- gesteuert werden. Tn Verbindung mit den Widerstänteten Trr.r.sistors auf der Halbleiterscheibe gleich der den 21 und 31 liefern zwei Widerstände 20 und 40 entsprechenden Fläche des Transistors ist. wird der eine konstante Vorspannung, die an die Transistoren Emitterstrom im Transistor gleich dem in der Neben- 16 und 36 angelegt wird. Diese Konstantspannungsschlußdiode fließenden Strom sein. Der Stromverstär- 35 quellen werden von der gleichen äußeren Quelle gekungsfaktor der zusammengesetzten Transistor- und speist, die die Betriebsspannung für die Endtransi-Diodenanordnung ist gleich dem Verhältnis aus der stören 11 und 24 liefert. Durch die Einführung geFläche der Basis-Emittersperrschicht des Transistors sonderter Zehnerdioden als Regelgltcder für jede zur Sperrschichtfläche der Diode. Der Verstärkungs- Schutzschaltung werden also äußere Anschlüs .e für faktor ist stabil, falls das Verhältnis nicht gleich oder 40 die integrierte Schaltung eingespart, größer wird als der eigene Stromverstärkungsfaktor In Fig. 4 ist ferner ein als Phasenteiler in B-Schal-(Beta) des Transistors. Die Transistor- und Dioden- tung arbeitender Vorverstärkerkreis dargestellt, der anordnung gewährleistet also eine konstante Strom- zwei Transistoren 50 und 51. zwei Vorspannungsverstärkung und ermöglicht einen Z7-Betrieb mit der dioden 52 und 53 und einen Transistor 54. der als Stromvorspannung einer Konstantstromquelle. Der 45 Diode geschaltet ist und einen Nebenschluß für den Stroniverstärkungsfaktor der Transistor- und Dio- Eingangskreis darstellt, enthält. Mit den Dioden 52 denanordnung kann bis zu 20 betragen, wenn man und 53 ist ein Widerstand 55 in Reihe geschaltet, so die Sperrschichtfläche genau kontrolliert, ohne daß daß ein im wesentlichen konstanter Vorspannungsdie absolute Genauigkeit bei der Vorherbestimmung strom durch die Dioden 52 und 53 fließt und an den des Wertes des Stromverstärkungsfaktors beeinträch- 5° Dioden ein Spannungsabfall von 2 V_1n, abfällt. Diese tigt wird. Wegen dieser genauen Vorherbestimm- Dioden 52 und 53 sind relativ großflächige Baubarkeit der Stromverstärkung ist eine Stromvorspan- elemente, die eine Vorspannungsquelle mit niednung der beiden Endtransistoren möglich. riger Bezugsspannung bilden.

Zwischen die Basis und den Emitter jedes der Eine Eingangssignalquelle wird über eine Ein·

Emitterfolger bzw. Treibertransistoren 25 und 26, ist 55 gangsklemme 56 an die integrierte Schaltung ange

in der oben an Hand der Dioden bzw. Transistoren schlossen. Der als Diode dienende Transistor 54 is

27 und 28 beschriebenen Weise a's Diode ein Tran- unmittelbar parallel zur Signalquelle zwischen dit sistor geschaltet. Die Transistoren 25 und 26 werden Klemme 56 und die gemeinsame Klemme 13, die ai von zwei Strominvertierstufen 29 und 30 angesteuert. einem Bezugspotential wie Masse liegt, geschaltet die ähnliche verstärkungsstabilisierte zusammenge- 6a Ferner ist diese Diode zwischen die Eingangselek setzte Transistor- und Diodenanordnungen mit Tran- troden des Transistors 50 geschaltet. Die Transisto sistoren. deren Leitfähigkeitstypen zu demjenigen der ren 50 und 54 arbeiten als zusammengesetzt Endtransistoren entgegengesetzt ist, sind. Diese Tran- Dioden- und Transistoranordnung, deren Stromver sistoren bzw. Strominvertierstufen 29 und 30 könnnen Stärkungsfaktor gleich dem Verhältnis der Fläch pnp-Quersysteme (»PNP lateral construction devi- 65 der Transistorsperrschicht zu derjenigen der Dioden ces«) sein, die, obwohl sie durch niedrige Stromver- sperrschicht ist. Der Ausgang des Transistors 50 is Stärkungsfaktoren Beta gekennzeichnet sind, als eine mit dem Eingang der zusammengesetzten Transistoi zusammengesetzte Transistor- und Diodenanordnung anordnung bzw. Invertierstufe 29 gekoppelt, die m

ίο

einer Phasenumkehr die Trciberleistung für den und 50 gewünschten Ruhestroms beträgt. Da zwi

Endtransistor 11 liefert. sehen den Transistoren 51 und 24 und zwischen dei

Der Transistor 51 ist als Emitterfolger für eine Transistoren 50 und 11 ein Stromverstärkungsfakto

Gleichstromvorspannung geschaltet, und zwar ist von typisch 400 vorhanden ist, besitzt also der Ruhe

seine Basis mit den Dioden 52 und 53 gekoppelt, so 5 strom in den Dioden 52 und 53 den leicht einhalt

daß er über seinen Basis-Emittcrübergang eine Vor- baren Wert von 1/20 des Ruhestroms in den End

spannung für die Diode bzw. den Transistor 54 transistoren 11 und 24. Er wird durch eine entspre

liefert. Zwischen der Basis und dem Emitter des chende Wahl des Widerstands 55 eingestellt.
Transi&iors 51 wird ein Spannungsabfall der Größe Wenn die zwischen die Eingangsklemme 56 unc

1 V_hc aufrechterhalten, so daß eine Spannung von io die Klemme 13 geschaltete Signalquelle ein Ein·

I V_be übrigbleibt, die an die Diode 54 angelegt wird. gangssignal liefert, wird dadurch die Diode bzw. dei Der Ausgang des Transistors 51 ist mit dem Eingang Transistor 54 in zunehmendem und abnehmenden der Stufe 30 gekoppelt, die die Treiberleistung für Maße leitend, was eine entsprechende zunehmende den Endtransistor 24 liefert. und abnehmende Aufsteuerung des Transistors 5C

Die Endtransistoren der beschriebenen Verstärker- 15 und des Endtransistors 11 zur Folge hat. Wenn die

schaltung arbeiten in Ö-Schaltung. Infolgedessen ist Diode 54 zunehmend leitend wird, sinkt gleichzeitig

der in den Transistoren 11 und 24 fließende Ruhe- die Leitfähigkeit des Transistors 51, was leicht zum

strom sehr klein. Da der Verstärker galvanisch ge- Sperren des Transistors 51 und somit des Transistors

koppelt ist und einen Stromverstärkungsfaktor von 24 führt. Wenn durch den von der Signalquelle ge-

etwa 400 besitzt, müssen die Ruheströme in den 20 lieferten Eingangsstrom die Leitfähigkeit der Diode

Eingangstransistoren 50 und 51 nicht nur gleich, 54 herabgesetzt wird, wird der Transistor 51 aufge-

sondern auch ein Bruchteil, nämlich 1/Stromverstär- steuert und arbeitet in Basisschaltung, so daß auch

kungsfaktor, des Ruhestroms in den Endtransistoren der Transistor 24 leitend wird. Beim Stronivorspan-

II und 24 sein. Es ist notwendig, jedoch schwierig, nungsbetrieb der Endtransistoren 11 und 24 kann gleich große und konstante Ströme derart geringer 25 das Verhältnis aus dem maximalen Spitzenstrom Größe mit der erforderlichen Genauigkeit in den zum Ruhestrom groß sein. In diesem Fall muß auch Transistoren 50 und 51 zu gewährleisten. der Spitzenansteuerungsstrom des Transistors 51 um

Um dieses Problem zu lösen, wird die Sperr- das gleiche Verhältnis größer sein als der Ruhestrom, schichtfläche der Diode bzw. des Transistors 54 so Der der Basis des Transistors 51 zugeführfp Spitzenhergestellt, daß sie gleich den Flächen der Basis- 30 basisstrom ist dann gleich dem Spitzensteuerstrom im Emitterdioden der Transistoren 50 und 51 ist. Da Emitter, dividiert durch den Stromverstärkungsfaktor die Transistoren 51 und 54 in Reihe liegen, ist der Beta und muß vom Widerstand 55 geliefert werden, in ihnen fließende Strom gleich groß, und aus den Wenn das Verhältnis aus dem Spitzenansteuerungsoben in Verbindung mit den zusammengesetzten strom zum Ruhestrom größer ist als Beta, so wird Dioden- und Transistoranordnungen erläuterten 35 der Strom, den der Widerstand 55 liefern kann, Gründen ist der Strom in der Diode bzw. dem Tran- nicht ausreichend sein, wenn die Flächen der Dioden sistor 54 gleich demjenigen im Transistor 50. 52, 53 gleich derjenigen der Basis-Emittersperr-

Zum Festlegen des Ruhestroms in den Transistoren schicht des Transistors 51 sind. Wenn aber die 51 und 54 wird das Komplement der zusammenge- Dioden 52 und 53 um ein Verhältnis von z. B. 20 : 1 setzten Transistor-Dioden-Schaltungsanordnung mit 40 größer gewählt werden als die jperrschichtfiäche des stabilisierter Stromverstärkung verwendet. Dieses Transistors 51. so steht für den Transistor 51 der Komplement ist eine Anordnung aus einer groß- erforderliche Spitzenbasisstrom zur Verfugung. Auf flächigen Diode und einem von dieser vorgespannten diese Weise arbeiten die Phasenteilerstufe des EinTransistor kleiner Fläche, deren Stromverstärkungs- gangskreises und die mit ihr galvanisch gekoppelten faktor gleich dem Verhältnis aus der Transistorfläche 45 Leistungsendstufen gleichzeitig im B-Betrieb. Die in zu der Diodenfläche ist. Die Fläche der Dioden 52 bekannten Schaltungen erforderliche Vortreiberstufe und 53 ist viel größer als diejenige der Transistoren hoher Leistung in /!-Schaltung wird also vermieden, 51 und 50, und zwar in einem genau festgelegten und die auf der Halbleiterscheibe, auf der sich der Verhälinis, das beispielsweise 20: 1 sein kann. Für Leistungsverstärker befindet, auftretende Verlustden Widerstand 55 wird dabei ein derartiger, in einer 50 leistung ist lediglich von der Ausgangsleistung abintegrierten Schaltung leicht herstellbarer Wert ge- hängig, während die Leerlaufverlustleistung, die wählt, daß der durch die Dioden 52 und 53 fließende andernfalls die Betriebsweise der Leistungskreise beStrom das Zwanzigfache des in den Transistoren 51 einträchtigen könnte, vernachlässigbar ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schutzschaltung für einen Verstärker mit einem Verstärkertransistor und einem mit diesem thermisch geköpften Schutztransistor und mit einem Eingangssignalkreis mit zwei Eingangsklemraen, welche mit der Basis und dem Emitter des Verstärkertransistors gekoppelt sind, und zwischen welche der Kollektor-Emitter-Pfad des Schutztransistors geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einen Schaltungspunkt mit relativ festem Potential und eine in Reihe mit dem Emitter-Kollektor-Pfad des Verstärkertransistors (11) liegende Strommeß impedanz (15) ein Spannungsteiler (20, 21) geschaltet ist, der einen zwischen die Basis des Schutztransistors (16) und die Strommeßimpedanz (15) geschalteten Teil (21) hat und parallel zum Emitter-Basis-Übergang des Schutztransistors (16) eine Huhevorspannung erzeugt, die wenigstens annähernd gleich der Schwellenspannung des Emitter-Basis-Übergangs des Schutztransistors (16) bei einer oberen Grenztemperatur ist und ihn bei noch höheren Temperaturen im Halbleitermaterial in den Leitzustand steuert.

2. Schutzschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strommeßimpedanz (15) ein zwischen den Emitter des Verstärkertransistors (11) und eine Eingangsklemme (13) geschalteter Widerstand ist, an dem eine zum Kollektor-Emitter-Signalstrom des Verstärkertransistors (11) proportionale Signal spannung abfällt, die an die Basis des Schjtztrar sistors (16) angelegt wird.

3. Schutzschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß über den Kollektor-Emitter-Pfad des Verstärkertransistors (11) ein zweiter Spannungsteiler (23, 22) geschaltet ist und ein Teil (22) dieses zweiten Spannungsteilers sich in dem zwischen der Strommeßimpedanz (15) und der Basis des Schutztransistors (16) liegenden Teil des ersten Spannungsteilers befindet.

4. Schutzschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zwischen der Basis des Schutztransistors (16) und der Strommeßimpedanz (15) liegende Teil (21, 22) des Spannungsteilers ein Widerstandszweig ist und daß die Strommeßimpedanz (15) ein im Emitterkreis des Verstärkertransistors (11) liegender Widerstand ist, der einen im Vergleich mit dem Widerstandszweig kleinen Widerstandswert hat.

5. Schutzschaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einen Punkt im Kollektorkreis des Verstärkertransistors (11) und einen Zwischenpunkt in dem Widerstandszweig (21, 22) ein Widerstand (23) geschaltet ist.