DE2013829A1

DE2013829A1 - Gegentakt-B-Endstufe

Info

Publication number: DE2013829A1
Application number: DE19702013829
Authority: DE
Inventors: Johann 7101 Kirchhausen; Piper Frank 7103 Schwaigern. MP Mattfeld
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Telefunken Electronic GmbH
Priority date: 1970-03-23
Filing date: 1970-03-23
Publication date: 1971-09-30
Also published as: FR2083860A5; DE2013829B2; US3753137A; GB1278907A

Description

Licentia Patent~Verwaltungs~GmbH Frankfurt/Main, Theodor~Stern=Kai 1

Heilbronn, den l8o 3„ 1970 PT~Ma/kf = HN 69/92

"Gegentakt-B~Endstufe"

Die Erfindung betrifft eine Gegentakt-B«Endstufe eines Ver= 3tärkers mit einer Treiberstufe zur Ansteuerung der Endstufe, bei der Mittel für die Konstanthaltung des Kollektorruhestromes gegenüber Temperatur Schwankungen in den Endstufentransistoren vorgesehen sind*

Die Transistoren einer Endstufe in 'einem Gegentakt-B Verstärker werden mit einem sehr kleinen Kollektorruhestrom betrieben» Dieser Kollektorruhestrom muß zur Vermeidung von Verzerrungen des Ausgangssιgaa 1 s., insbesondere zur Ver meldung der soganannten Öbernahmeverzerrungeri ,oder B=Ver -

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Zerrungen, konstant gehalten werden, Es muß also dafür ge» sorgt werden, daß der Kollektorruhestrom von Temperaturschwankungen und von Änderungen der Versorgungsspannung unabhängig ist ο

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Schaltung anzugeben, bei der der Koilektorruhestrom in den Transistoren einer Endstufe bei einem Gegentakt-B-Verstärker von Schwankungen der Batteriespannung und von Temperaturschwankungen unabhängig sind» Ferner ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schaltung anzugeben, die ohne Schwierigkeiten in einem allen Bauelementen gemeinsamen Halbleiterkörper integriert werden kann«

Die Erfindung besteht bei einer Gegentakt-B-Endstufe der eingangs beschriebenen Art. darin, daß der in Serie zu der Kollektor-Emitterstrecke des Treibertransistors T ge= schaltete Außenwiderstand aus der KoIlektor-Emitterstrecke eines zusatzlichen Transistors T besteht, dessen Basis elektrode über eine KonstantstromqueJle K angesteuert wird, so daß sich der Auß^nwidprstand des Treibertransistors T

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proportional mit der KoI lektor"=Emi tterspannung des zusätzlichen Transistors und damit annähernd proportional mit der" Versorgungsspannung ändert«

Bei bekannten Gegentakt schaltungen ist in die Kollektorzuleitung des Treibertransistors ein mit der Versorgungsspannung verbuttdenet ohinscher Widerstand geschaltet= Dies hat zur Folge, daß sich bei ändernder Versorgungsspannung auch df»r Koilcktorstrom durch den Treibertransistor ver=· ändert« Bei diesen bekannten Schaltungen ist. in Reihe zum Kollektorwiderstand des Treibertransistors wenigstens eine Diode in Flußrichtung geschaltet, deren Spannungsabfall zur Ansteuerung der Endstufentransistoren verwendet wird. Wenn sich nun aber die Batteriespannung bei dieser Schaltung stark ändert, läßt sich auch eine Änderung des KoIlektorruhes.troms in den Endstufentransistoren, verur= sacht durch die geänderte Flußspannung der Diode, nicht vermeiden^

Dxe erfindungsgemäße Schaltung weist diesen Nachteil nicht mehr auf. Bei der erfindungsgemäßen Schaltung ward auch

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der Kollektorgleichstrom des Treibertransistors unabhängig von der Versorgungsspannung konstant gehalten» Der vorliegende Gegentakt-=B=Verstärker läßt sich auch sehr leicht in integrierte Festkörper-Schaltungstechnik aufbaueno Hierbei ist in einer vorteilhaften Weiterbildung der vorgeschlagen Schaltung vorgesehen* daß die beiden Endstufentransistoren T und T aus Transistoren der gleichen Zonenfolge bestehen, In diesem F,all muß jedoch zur Phasenumkehr einem der beiden Endstufentransistören ein Komplementartransistor T. vorgeschaltet 'werden. Um dxe Integrierung der Schaltung, beispielsweise in einem allen Bauelementen gemeinsamen SiIi zium-Halbl *»i terkorper , zu erleichtern« werden die Endstufentransistoren den npn Leitungstyp aufweisen« während der Komplementärtransistor ein pnp Lateraltransistor ist₀ Der Lateraltransistor ist ein Oberilachentransistor, bei dem die Emitter und die Kollektorzone nebeneinander an einer Ober f 1 ««.henseit e in einem Basisgrundkörper angeordnet sind» Die Stromverstärkung dieser Transistoren ist sehr klein und hat in der Regel df*n Wert Β^Ί.

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Um eine Ansteuerung der. Endstufe mit sehr geringen Strömen zu ermöglichen und um auf diese Weise die Verlustleistung in der Treiberstufe zu reduzieren, wird zwischen den Treibertransistor T und die Transistoren T und T der

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Endstufe in vorteilhafter Weise „ jeweils ein weiterer Transistor T,_ und T/- in Emitterschaltung zur Stromver-Stärkung geschaltet_o .

Die Konstantstromquelle besteht vorzugsweise aus einem xn Emitterschaltung betriebenen Transistor To, dessen KollektoreJektrode mit der Basiselektrode des zusätzlichen Transistors T verbunden, ist,, Die Basisvorspannung dieses Transistors Tn wird von der konstanten, an in Flußrichtung beanspruchten Dioden abfallenden Spannung bestimmt ο

Die erfindungsgemaße Gegentakt-B Endstufe und ihre weitere vorteilhafte Ausgestaltung soll anhand von zwei Ausführungs·= bei spielen naher erläutert werdenο

Einfache Gegentakt-B-Endstufen lassen sich mit komplementären Endstufentransistoren herstellen« Da Jedoch die Strom

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verstärkung von in integrierter Technik hergestellter Komplementärtransistoren stark voneinander abweichen würde, muß eine realisierbare Ersatzlösung gefunden werden^ Dies geschieht gemäß Figur 1 dadurch, daß die beiden Endstufentransistoren T und T Transistoren gleicher Zonenfolge sind, deren Kollektor-Emitterstrecken in Reihe geschaltet sind» Einem dieser Endstufentransistoren (T ) wird ein Komplementärtransistor T. vorgeschaltet, 'dessen Stromverstärkung B etwa gleich 1 ist -. Hierfür eignet sich der besonders in integrierter Technik leicht herstellbare Lateral transistor- Durch diese Maßnahme erhalt man Endstuient ran ■ sistoren mit gleicher Stromverstärkung, da die Stromver Stärkung der Transistoren T₀ und T₀ gleich groß ist, wo bei die Kombination dfr Transistoren T. und T, wie em Komplementärtransistor zu T mit der dem Transistor T entsprechenden Stromverstärkung wirkt.

Die Emitterelektrode des Lateral transistors T. ist mit der Kollektorelektrode des Transistors T verbunden, während die Basiselektrode des Lateraltransistors die

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Signalspannung von der Kollektorelektrode des Treibertran= sistors T, beziehte Um mit sehr kleinen Steuerströmen die Endstufentransistören betreiben zu können, wird vorteil= häfterweise den beiden Endstufentransistoren jeweils ein Transistor T^ bzw, T zur Stromverstärkung in Emitter= schaltung vorgeschaltete Der Kollektor des Lateraltransistors T. fuhrt somit beispielsweise direkt zur Basis des Verstärkungstransistors T^, dessen Emitterelektrode wiederum an die Basiselektrode des.nachfolgenden End= Stufentransistors T angeschlossen ist. In gleicher Weise ist dem anderen Endstufentransistor T ein Verstarkungs=· transistor T_. vorgeschaltet-, Da die Transistoren T , T . T. und T, vorzugsweise npn-Transistoren sind, wird die Kollektorelektrode des Transistors T direkt und die Kollek= torelektrode des Transistors T_ direkt oder über einen Kollektorwiderstand mit dem positiven Pol der Versorgüngs= spannung (Ug) verbunden, während die KollektorelektrOden der Transistoren T und T-, über einen Trennkondensator

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C und den Lastwiderstand, beispielsweise einem Lautsprecher, gleichfalls mit d»em positiven Pol der Versorgungsspannungs= quelle verbunden sind»

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In der Kollektorzuleitung des Treibertransistors T. ist die Kol.lektor~Emitterstrecke eines zusätzlichen Transistors T geschaltet, wobei der Kollektor des zusätzlichen Transistors T über in Flußrichtung gepolte Dioden D , D. und D mit dem Kollektor des Treibertransistors verbunden ist_£ Die Dioden D -D_ und die Basis-Emitterstrecken der Transistoren T , T und T. bilden somit einen geschlossenen Stromkreis» Die Dioden D bis D werden so ausgewählt, daß das Temperaturverhalten jeweils einer Diode möglichst genau dem Temperaturverhalten jeweils einer Basis-Emitterstrecke eines Transistors entspricht Durch diese Maßnahme werden TemperaturSchwankungen ausgeglι eben ■■>

Die Basiselektrode des zusatzlichen Transistors T_, wird von einer Konstant stromquelle K angesteuert, Diese Konstante*, romque 1 1 e besteht aus einem in Emitterschaltung be triebenen Transistor Tn, dessen Basispotentι al zum Beispiel durch einen Spannungsteiler aus dem Widerstand R und den in Durchlaßrichtung beanspruchten Dioden D und D bestimmt wird. Der Transistor Tn kann außerdem einen

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Emitterwiderstand R aufweisen» Die Schaltung funktioniert" wie folgt, ο

An den Dioden D und D", die auch durch eine einzige Diode oder durch mehr als zwei Dioden ersetzt werden können, fällt auch bei sich verändernder Batteriespannung eine relativ konstante Fluß&pannung ab, die das,Basispotential des Transistors Tn bestimmte Damit ist auch der Kollektor" gleichstrom durch den Transistor Tq und der Basisstrom des zusätzlichen Transistors T konstante Dies hat wiederum einen konstanten KollektorgLeichstrom durch den Transistor T zur Foigeo Fur den Gleichstromwiderstand des zusätzlichen Transistors T_ gilt ,jedoch R - ϋ,,-,/Ι,^ο Eine in der Schal-' tung, gemäß Figur 1 nicht dargestellte Regelschaltung sorgt dafür, daß an der Kollektorelektrode des Transistors T die halbe Batten espatinung gegen Masse abfall to Diese» Spannung liegt nur um die Basis Emitterspannung des Transistors T, geringfügig reduziert auch an der KoI Jektor = " Emitterstrecke des Transistors T und aus Symmetrιegrun-■ den auch an der KoI Vektor -Emitterstr ecke des Transistors To Wenn also die Batteriespannung sinkt, sinkt ziv

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läufig auch in entsprechender Weise die Kollektor- Emitter spannung am Transistor T und T , Wenn sich nun die Kollek tor-Emitterspannung am Transistor aufgrund einer sinkenden Batteriespannung gleichfalls absenkt, wird auch der Wider k stand der Basis-Emitterstrecke proportional mit der

Spannungsanderung abnehmen» Für den Kollektorstrom durch den Treibertransistor T gilt aber;

¹CT " —R— ^{mit U l}'cET ^{+ Ü}D ^hierbei bedeutet

U_. die Summe der an den Dioden D bis DZ. abfallenden D j 5

Spannungen= Aus diesen Gleichungen sieht man, daß bei einem Abfall dr-r Bat t er lespannung auch der Widerstand R kleiner werden muß, damit der Gleichstrom durch den Trsibertranäistor annähernd konstant- bleibt. Dies wird bei der erfindungsgemaßon Anordnung ei reicht, weil sich die KoIlektor-Fmitterspannung am Transistor T annähernd proportional mit der Batteriespannung verändert, Der Gleichst roniwi der s t and in de-r Kollektorstreckt¹ des Treiber transistors wird dah^r in der gewünschten Weis« gesteuert, Der Ko11ektorgleLthstrom im Treιbertrans ιstor und in den Dioden D , D^ und D_r und damit auch der Ko 1 1 t'kt orgle ich ·

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strom in den Endstufentransistoren wird somit unabhängig von der Batteriespannungα

Die Schaltung gemäß Figur 2 zeigt eine geringfügige Ab= änderung der Schaltung nach Figur 1, die besonders der besseren Integrierbarkeit der Schaltung diente Der zu= sätzliche Transistor T^ gemäß Figur 1 ist ein pnp=Tran- ," ■sistory der in integrierter Technik nicht mit der not= ■wendigen Stromverstärkung hergestellt werden kann, so daß im Transistor Tg der Konstantstromquelle eine relativ große Verlustleistung in Kauf genommen werden muß, Dieser Nachteil wird gemäß der Schaltung nach Figur 2 dadurch beseitigt« daß einem pnp^Lateraltransistör T mit der Stromverstärkung B /^J 1 ein npn«Transistör T_q zur Strom= verstärkung in Emitterschaltung nachgeschaltet wird= In diesem Fall ist dann der Emitter des Transistors T_Q über die Dioden D bis D mit dem Kollektor des Treibertran=· sistors T verbunden, während der Kollektor des Tran= sistors T an den Emitter des Lateraltransistors T ange« schlossen ist.

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In den Schaltungen nach den Figuren V und 2 ist ein Treibertransistor mit der Zonenfolge npn dargestellt» Dieser Transistor kann auch durch einen pnp-Transistor ersetzt werden, wenn dann die Emitterelektrode dieses pnp~Treibertransrstors mit dem positiven Pol der Versorgungsspannungsquelle verbunden ist und die anderen Bauelemente der Schaltung dieser Änderung entsprechend angepaßt werden.

Bei der vorliegenden Erfindung ist wesentlich, daß der

Außenwiderstand des Treibertransistors von der Kollektor-Emitterstrecke exnes Transistors gebildet wird, um auf diese Weise einen sich proportional mit der Batteriespannung ändernden Widerstand zu erhalten» Die Zahl der Verstärkertransistoren zwischen der Treiberstufe und den Endstufentransistoren kann dagegen variiert werden.

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Claims

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Pat ent an Sprüche

Gegentakt~B~Endstufe eines Verstärkers mit einer Treiber= stufe zur Ansteuerung der Endstufe, bei der Mittel für die Konstanthaltung des Kollektorruhestromes gegenüber Temperaturschwankungen in den Endstufentransistoren vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß der in Serie zu der Kollektor-Emitterstrecke des Treibertransistors T geschaltete Außenwiderstand aus der Kollektor-Emitterstrecke eines zusätzlichen Transistors T besteht, dessen Basiselektrode über eine Konstantstromquelle K angesteuert wird, so daß sich der Außenwiderstand des Treibertransistors T proportional mit der Kollektor-Emitterspannung des zusätzlichen Transistors T_ und damit annähernd proportional mit der Versorgungsspannung änderte

2) Gegentakt-B-Endstufe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden, Endstufentransistören T und T,

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aus Transistoren der gleichen Zonenfolge bestehen, daß einem dieser Endstufentransistoren zur Phasenumkehr ein diesem Transistor komplementären Transistor T, vorgeschaltet ist.

3) Gegentakt~B-Endstufe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Transistoren der Endstufe aus npn~ Transistoren bestehen, während der Komplementärtransistor T, ein pnp~Lateraltransistor ist,

(l·) Gegentakt=B Endstufe nach einem der vorangehenden Ansprüche,, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Treibertransistor T und die Transistoren T und T₁ der Endstufe 1 <-· S

jeweils ein weiterer Transistor T„ bzw. T^ m Emitterschaltung zur Stromverstärkung geschaltet ist ο

5) Gegentakt B Endstufe nach einem der vorangehenden Ansprüche» dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu den hintereinandergeschalteten Basis-Emitterstrecken des Verstärkertransistors T , des Endstufentransistors T und des

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Komplementärtransistors T. Dioden D bis D in Flußrichtung geschaltet sind, die zur Stabilisierung des Kollektorruhestromes in den Endstufentransistoren bei Temperaturänderungen dienenQ

6) Gegentakt<=B=Endstufe nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß der zusätzliche Transistor T_ ein pnp-Transistor ist, dessen Emitterelektrode über den Lastwiderstand Ii mit dem positiven Pol der Versörgungsspannung verbunden ist ο

7) Gegentakt-B-Endstufe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der zusätzliche Transistor T ein lateraltransistor ist, und daß zur Stromverstärkung diesem Lateraltransistor ein Komplementärtransistor T in Emitterschaltung nachgeschaltet ist.

8) Gegentakt~B~Endstufe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Konstantstromquelle aus einem in Emitter= schaltung betriebenen Transistor Tq besteht, dessen Kollek-

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torelektrode mit der Basiselektrode des zusätzlichen Tran= sistors T verbunden ist, und daß die Basisvorspannung dieses Transistors durch die konstante, an in Flußrichtung beanspruchten Dioden D , D abfallende Spannung bestimmt ist»

9) Gegentakt-B-Endstufe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bauelemente der Schaltung in integrierter Form in einem gemeinsamen Halbleiterkörper untergebracht sind.

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