DE19615285A1 - Geregelter Beschallungsverstärker ohne Treiberübertrager für unipolare Spannungsversorgung mit hohem Wirkungsgrad - Google Patents

Description

Stand der Technik

Bekannt sind Gegentaktaudioverstärker für Beschallungs­ anlagen mit bipolaren Transistoren und mit Treiberüber­ trager.

Weiterer Stand der Technik nach Recherche

Der Treiberübertrager ist nötig, um die Treiberleistung aus Steuerstrom und Steuerspannung für die bipolaren Endstufentransistoren zur Verfügung zu stellen. Seine Größe wird bestimmt durch die Treiberleistung und die untere Grenzfrequenz. Weiterhin reduziert sich bei bipo­ laren Transistoren die Stromverstärkung wenn die Last­ ströme groß werden. Die Verminderung der Stromver­ stärkung führt zu einer Verminderung des dynamischen Ausgangswiderstandes rce, an dem dann zusätzlich Ver­ lustleistung entsteht und den Wirkungsgrad herabsetzt.

Aufgabe

Es ist die Aufgabe der Erfindung einen Beschallungs­ verstärker (100Veff Ausgangsspannung) mit unipolare Gleichspannungsversorgung (z. B. 24V DC), mit hohem Wirkungsgrad und einer Steuerstufe ohne Treiberüber­ trager zu erstellen, um die Abmessungen des Verstärkers durch den kleineren Kühlkörper und durch den Wegfall des Treibertransformators klein zu halten.

Lösung

Diese Aufgabe wird bei einer Verstärkerschaltung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Endstufentransistoren der Transformatorgegentakt­ schaltung spannungsgesteuerte N-Kanal Mosfets mit Spannungsgegenkopplungswicklungen in den Sourcezweigen sind, die keine Treiberleistung und damit keinen Treiberübertrager benötigen, sowie keinen Verstärkungs­ verlust bei großen Strömen zeigen.

Figurbeschreibung

Im folgenden wir die Erfindung anhand der Figur näher erläutert.

Die Figur zeigt den geregelten Beschallungsverstärker mit dem Ausgangstransformator TR, den Leistungs­ transistoren T1 und T2 als N-Kanal Mosfets und der Steuerstufe als Differenzverstärker TA1 und TB1 mit den beiden Impedanzwandlerstufen TA2, TA3, TA4 sowie TB2, TB3 und TB4.

Der Ausgangsübertrager TR besteht aus den Primär­ wicklungen N1 und N2 die jeweils aufgeteilt sind in die Drainwicklung ND und die Sourcewicklung NS, der poten­ tialgetrennten Ausgangswicklung NL an der die Last RL liegt und der Gegenkopplungswicklung NFB die den Istwert der Ausgangsspannung an den Differenzverstärker TA1 und TB1 zurückgibt. Die unipolare Versorgungspannungs +S wird durch den Kondensator CST1 im Innenwiderstand herabgesetzt und den Primärwicklungen des Ausgangstrans­ formators N1 und N2 zugeführt.

Die N-Kanal-Mosfet Endstufentransistoren T1 und T2 der Gegentaktendstufe sind jeweils zwischen die aufgeteilten Primärwicklungen N1 und N2 geschaltet, so daß ND mit dem Drain und NS mit dem Source verbunden ist. Die Wicklun­ gen im jedem Sourcezweig NS der Endstufentransistoren bewirkten eine Spannungsgegenkopplung, die die Empfind­ lichkeit der Endstufe herabsetzt, was zu einer größeren Stabilität und besseren Liniarität führt. Ohne diese Spannungsgegenkopplung im Sourcezweig ist die Endstufe nicht in einen stabilen Zustand zu bringen.

Die Dämpfungsnetzwerke CD und RD zwischen Drain und Gate der Endstufentransistoren T1 und T2 bewirken eine hochfrequente Gegenkopplung. Über die Gatewiderstände RG1, RG2 und die Koppelkondensatoren CG werden die End­ stufentransistoren T1 und T2 mit dem Komplementärsignal aus dem Differenzverstärker AusA und AusB angesteuert. Die temperaturgegengesteuerte Referenzspannung Ref1 legt über die Längswiderstände RG3 und die Gatevorwiderstände RG1 den Ruhestrom der Endstufentransistoren T1 und T2 fest. Die Sourcewiderstände Rs im Sourcezweig der Endstufentransistoren T1 und T2 bewirken eine Gleich­ stromgegenkopplung, die unterschiedliche Transistor­ kennlinien kompensieren.

Der Steuerstrom für den Eingangstransistor des Dif­ ferenzverstärkers TA1 setzt sich zusammen aus dem Ein­ gangsstrom minus der Summe der beiden Gegenkopplungs­ strömen. Aufgrund des einen Summierungspunktes ergeben sich gleiche Laufzeiten bei der Ausregelung. Der Ein­ gangsstrom ist dabei der Quotient aus der Eingangs­ spannung UAC und dem Vorwiderstand RV; die Gegen­ kopplungsströme sind die Quotienten aus Ausgangsgleich­ spannung AusB und dem Rückführwiderstand RR, sowie der Istwertspannung am Ausgangstrafo UFB und dem Gegen­ kopplungswiderstand RFB. Dieser Steuerstrom läßt an den Kollektorwiderständen RC des Differenzverstärkers ein amplitudengleiches aber um 180 Grad verschobenes Signal entstehen. Mit Hilfe der Impedanzwandler aus TA2, TA3 und TA4 sowie TB2, TB3 und TB4 und RE2, RE3, RC1 und D1 werden die Komplementärsignale AusA und AusB erzeugt und den Endstufentransistoren T1 und T2 zugefügt. Der Arbeitspunkt des Differenzverstärkers, AusA gleichspan­ nungsmäßig wie AusB, wird mit der zweiten Referenz­ spannung Ref2 und den Emitterwiderständen RE und RT festgelegt, wobei der zweite Transistor des Differenz­ verstärkers TB1 durch den Basiskondensator Co in Basisschaltung arbeitet. Der Widerstand RR im Basiskreis des zweiten Transistors TB1, sowie die zusätzlichen Emitterwiderstände RE1, bewirken kleine Drift und gutes Temperaturverhalten. Die beiden Hochfrequenzkonden­ satoren CHF stabilisieren die Schaltung.

Die Regelung der Istwertspannung am Ausgangstrafo UFB garantiert eine konstante Lastspannung UL, unabhängig von der Last RL und größte Linearität.

Der Stützkondensator CST2 erniedrigt den Innenwiderstand der Hilfsspannung +Stabil.

Claims (3)

1. Audioverstärker in Gegentaktschaltung mit Ausgangsüber­ trager, versorgt durch die Speisespannung +S dadurch gekennzeichnet, daß die Enstufe aus

   • - dem Ausgangsübertrager (TR) mit beiden Treiberwicklungen (N1 und N2), die jeweils aufgeteilt sind (ND und NS), für eine Spannungsgegenkopplung, mit der Ausgangs­ wicklung (NL) und der Gegenkopplungswicklung (NFB)
   • - den Endstufentransistoren (T1 und T2) als spannungsge­ steuerte N-Kanal Mosfets,
   • - die jeweils zwischen die Teilwicklungen (ND und NS) geschaltet sind,
   • - die über die Längswiderstände (RG3) und die tempera­ turgekoppelte Referenz (Ref1) auf ihren Arbeitspunkt gebracht werden,
   • - die über eine Serienschaltung aus Widerstand und Kondensator (RD und CD) dynamisch gegengekoppelt werden und
   • - die über die Gate-Widerstände und Gate-Kondensatoren (RG1, RG2 und CG) mit den Gegentaktsignalen (AusA und AusB) angesteuert werden
   • - den Sourcewiderständen (RS), die unterschiedliche Kenn­ linien der Endstufentransistoren ausgleichen
   • - dem Stützkondensator (CST1), der den Innenwiderstand der unipolaren Speisespannung klein hält
2. und daß die vollkommen symmetrische Steuerstufe aus

   • - dem Differenzverstärker mit Transistoren (TA1 und TB1) mit den Emitterwiderständen (RE1, RE und RT) und den Kollektorwiderständen (RC)
   • - der durch die Eingangsspannung (UAC) über die Serienschaltung aus Widerstand und Kondensator (RV und CIN) wechselstrommäßig angesteuert ist
   • - der durch die Ausgangsspannung des Differenzver­ stärkers (AusB) über den Basiswiderstand (RR) am Eingangstransistor (TA1) gleichstrommäßig gegen­ gekoppelt ist
   • - der durch die Gegenkopplungsspannung (UFB) am Aus­ gangsübertrager über die Serienschaltung aus Wider­ stand und Kondensator (RFB und CFB) wechselstrommäßig gegengekoppelt ist
   • - der einseitig durch den Basis-Kondensator (Co) am zweiten Transistor (TB1) in Basisschaltung geschaltet ist
   • - der durch die Referenz (Ref2) über den Basisvor­ widerstand (RR) zum zweiten Transistor (TB1) vorge­ spannt wird
   • - den beiden Identischen, verstärkenden Impedanzwandlern mit den beiden Verstärkern (TA1 und TB1 sowie jeweils RE2, zwei D1 und RC1) und den Impedanzwandlern (TA3, TA4 und TB3, TB4 sowie jeweils zwei RE3)
   • - die die Gegentaktausgangssignale (AusA und AusB) mit gleicher Amplitude und Laufzeit erzeugen
   • - dem Stützkondensator (CST2), der den Innenwiderstand der stabilisierten Versorgungsspannung (+Stabil) klein hält
   • - dem Hochfreqenzkondensatoren (CHF) über die Basis-Kollektorstrecke vom Eingangstransistor (TA1) und parallel zum Gleichstromgegenkopplungswiderstand (RR), die hochfrequente Schwingungen unterdrücken
3. besteht.