DE2013829B2

DE2013829B2 - Gegentakt-b-endstufe mit transistoren

Info

Publication number: DE2013829B2
Application number: DE19702013829
Authority: DE
Inventors: Johann 7101 Kirchhausen Pieper Frank 7103 Schwaigern Mattfeld
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs 6000 Frankfurt GmbH
Current assignee: Telefunken Electronic GmbH
Priority date: 1970-03-23
Filing date: 1970-03-23
Publication date: 1972-04-20
Also published as: FR2083860A5; GB1278907A; DE2013829A1; US3753137A

Description

Die Erfindung betrifft eine Gegentakt-B-Endstufe eines Verstärkers mit einer Treiberstufe zur Ansteuerung der Endstufe, bei der der Kollektorruhe strom in den Transistoren der Endstufe von Schwan kungen der Versorgungsspannung und von Tem peraturschwankungen unabhängig ist, mit einem in Serie zu der Kollektor-Emitter-Strecke des Treibertransistors geschalteten Außenwiderstand, der aus der Kollektor-Emitter-Strecke eines zusätzlichen Tran sistors besteht.

Die Transistoren einer Endstufe in einem Gegentakt-B-Verstärker werden mit einem sehr kleinen Kollektorruhestrom betrieben. Dieser Kollektorruhestrom muß zur Vermeidung von Verzerrungen des Ausgangs signals, insbesondere zur Vermeidung der sogenannten Ubernahmeverzerrungen oder B-Ver⁷.errungen konstant gehalten werden. Es muß also dafür gesorgt werden, daß der Kollektorruhestrom von Temperaturschwankungen und von Änderungen der Versorgungs- spannung unabhängig ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Schaltung anzugeben, bei der der Kollektorruhestrom in den Transistoren einer Endstufe bei einem Gegentakt-B-Verstärker von Schwan- kungen der Batteriespannung und von Temperatiirschwankungen 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 die Basiselektrode des zusätzlichen Transistors T₁ über eine Konstantstromquelle K, die einen von der Ver sorgungsspannung unabhängigen konstanten Strom liefert, angesteuert wird, derart, daß sich der Außenwiderstand des Treibertransistors T₁ proportional mit der Kollektor-Emittcr-Spannung des zusätzlichen Transistors T₁ und damit annähernd proportional mit der Versorgungsspannung ändert.

Bei bekannten Gegentaktschaltungen ist in die Kollektorzuleitung des Treibertransistors ein mit der Versorgungsspannung verbundener ohmscher Widerstand geschaltet. Dies hat zur Folge, daß sich bei ändernder Versorgungsspannung auch der Kollektorstrom durch den Treibertransistor verändert. Bei diesen bekannten Schaltungen ist in Reihe zum Kollektorwiderstand des Treibertransistors wenig-

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stiMis eine Diode in Flußrichtung geschaltet, deren Ersatzlösung gefunden werden. Dies geschieht gemäß

Spannungsabfall zur Ansteuerung der Endstufen- F i g. I dadurch, daß die beiden Endstufentransistoren

transistoren verwendet wird. Wenn sich nun aber die T₂ und T₃ Transistoren gleicher Zonenfolge ,ind,

liatteriespannung bei dieser Schaltung stark ändert, deren Kollektor-Emitter-Strecken in Reihe geschaltet

l.ißt sich auch eine Änderung des KoHektorruhestroms 5 sind. Einem dieser Endstufentransistoren (Τ_Λ) wird

in den Endstufentransistoren, verursacht durch die ein Komplementärtransistor T₄ vorgeschaltet, dessen

geänderte Flußspannung der Diode, nicht vermeiden. Stromverstärkung B etwa gleich L ist. Hierfür eignet

Ferner ist aus der USA.-Patentschrift 3 500 218 sich der besonders in integrierter Technik leicht

eine Schaltung bekannt, bei der in der Kollektor- herstellbare Lateraltransistor. Durch diese Maßnahme

zuleitung des Treibertransistors als äußerer Wider- io erhält man Endstufentransistoren mit gleicher Strom-

!■tand die Kollektor-Emittet-Strecke eines zusätzlichen verstärkung, da die Stromverstärkung der Transistoren

Transistors geschaltet ist. Die Basiselektrode dieses T„ und T₃ gleich groß ist. wobei die Kombination der

Transistors wird über einen Spannungsteiler mit der Transistoren T₃ und T₄ wie ein Komplementärtran-

¹ 'ersorgungsspannungsquelle verbunden. Damit ändert sistor zu T₁ mit der dem Transistor T₁ entsprechenden

■-cii der Emitterstrom und auch der Kollektorstrom 15 Stromverstärkung wirkt.

^;!jses Transistors in Abhängigkeit von der Versor- Die Emitterelektrode des Lateraliransistors T₄ ist gungsspannung. Der zusätzliche Transistor verhält mit der Kollektorelektrode des Transistors T₃ versieh wie ein konstanter ohmscher Widerstand. Bei der bunden, während die Basiselektrode des Lateralbekannten Schaltung ist daher der Kollektorruhe- transistors die Signalspannung όπ der Kollektoritrom der Endstufentransistor von Schwankungen 20 elektrode des Treibertransistors T₁ oezieht. Um mit der Versorgungsspannung abhängig. sehr kleinen Steuerströmen die Endstufentransistoren

Die erfindungsgemäße Schaltung weist diesen Nach- betreiben zu können, wird vorteilhafteweise den teil nicht mehr auf. Bei der erfindungsgemäßen beiden Endstufentransistoren jeweils ein Transistor Schaltung wird auch der Kollektorgleichstrom des T₆ bzw. T₅ zur Stromverstärkung in Emitterschaltung Treibertransistors unabhängig von der Versorgungs- 25 vorgeschaltet. Der Kollektor des Lateraltransistors T₄ spannung konstant gehalten. Der vorliegende Gegen- führt somit beispielsweise direkt zur Basis des Vertakt-B-Verstärker läßt sich auch sehr leicht in inte- Stärkungstransistors Γ_β, dessen Emitterelektrode wiegrierte Festkörper-Schaltungstechnik aufbauen. Hier- derum an die Basiselektrode des nachfolgenden Endbei ist in einer vorteilhaften Weiterbildung der vorge Stufentransistors T₃ angeschlossen ist. In gleicher schlagenen Schaltung vorgesehen, daß die beiden 30 Weise ist dem anderen Endstufentransistor T₂ ein Endstufentransistoren T₂ und T₃ aus Transistoren der Verstärkungstransistor T_s vorgeschaltet. Da die Trangleichen Zonenfolge bestehen. In diesem Fall muß sistoren T₂, T₃, T₅ und T₆ vorzugsweise npn-Tranjedoch zur Phasenumkehr einem der beiden End- sistoren sind, wird die Kollektorelektrode des Transtufentransistoren ein Komplementärtransistor T₄ vor- sistors T₁ direkt und die Kollektorelektrode des geschaltet werden. Um die Integrierung der Schaltung, 35 Transistors T₅ direkt oder über einen Kollektorbeispielsweise m einem allen Bauelementen gemein- widerstand mit dem positiven Pol der Ve,sorgungssamen Silizium-Halbleiterkörper, zu erleichtern, wer- spannung (Ub) verbunden, während die Kollektorden die Endstufentransistoren den npn-Leitungstyp elektroden der Transistoren T₃ und T₆ über einen aufweisen, während der Komplementärtransistor ein Trennkondensator C und den Lastwiderstand, beipnp-Lateraltransistor ist. Der Lateraltransistor ist 40 spielsweise einem Lautsprecher, gleichfalls mit dem ein Oberflächentransistor, bei dem die Emitter- und positiven Pol der Versorgungsspannungsquelle verdie Kollektorzone nebeneinander an einer Ober- bunden sind.

flächcnseitc in einem Basisgrundkörper angeordnet In der Kollektorzuleitung des Treibertransistors T₁

sind. Die Stromverstärkung dieser Transistoren ist ist die Kollektor-Emitter-Strecke eines zusätzlichen

sehr klein und hat in der Regel den Wert B ~ 1. 45 Transistors T₁ geschaltet, wobei der Kollektor des

Um eine Ansteuerung der Endstufe mit sehr geringen zusätzlichen Transistors T₇ über in Flußrichtung geStrömen zu ermöglichen und um auf diese Weise die polte Dioden D₃, Z)₁ und D₅ mit dem Kollektor des Verlustleistung in der Treiberstufe zu reduzieren, Treibertransistors verbunden ist. Die Dioden D₃ bis Z)₆ wird zwischen den Treibertransistor T₁ und die Tran- und die Basis-Emitter-Strecken der Transistoien T₁, sistoren T₂ und T₃ der Endstufe in vorteilhafter Weise 5c T₂ und T₄ bilden somit einen geschlossenen Stromjcwcils ein weiterer Transistor T₅ und Γ_β in Emitter- kreis. Die Dioden D₃ bis D₅ werden so ausgewählt, schaltung zur Stromverstärkung geschaltet. daß das Temperaturverhalten jeweils einer Diode

Die Konstantstromquellc besteht voi zugsweise aus möglichst genau dem Temperaturverhalten jeweils einem in Emitterschaltung betriebenen Transistor 7",, einer Basis-Emitter-Strecke eines Transistors entdessen Kollcktorelektrode mit der Basiselektrode des 55 spricht. Durch diese Maßnahme werden Temperaturzusätzlichen Transistors T₁ verbunden ist. Die Basis- Schwankungen ausgeglichen.

vorspannung dieses Transistors Γ, wird von der kon- Die Basiselektrode des zusätzlichen Transistors T-,

stantcn, an in Flußrichtung beanspruchten Dioden wird von einer Konstantstmmquelle K angesteuert,

abfallenden Spannung bestimmt. Diese Konstantstromquelle besteht aus einem in

Die erfindiingsgemäße Gegentakt-B-Endstufe und 60 Emitterschaltung betriebenen Transistor T₈, dessen

ihre weitere vorteilhafte Ausgestaltung soll an Hand Basispotential 1.. B. durch einen Spannungsteiler aus

von zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert dem Widerstand K₁ und den in Durchlaßrichtung

werden. beanspruchten Dioden D₁ und D₂ bestimmt wird. Der

Einfache Gegentakt-B-Endstufen lassen sich mit Transistor Γ, kann außerdem einen Emitterwider-

komplcmentären Endsttifentransistoren herstellen. Da 65 stand P.₂ aufweisen. Die Schaltung funktioniert wie

jedoch die Stromverstärkung von in integrierter folgt!

Technik hergestellter Komplementärtransistoren stark An den Dioden D₁ und D₂, die auch durch eine

voneinander abweiche» würde, muß eine realisierbare einzige Diode oder durch mehr als zwei Dioden

ersetzt werden können, fällt auch bei sich verändernder Batteriespannung eine relativ konstante Flußspanming iib. die das Basispotential des Transistors Γ, bestimmt. Damit ist auch der Kollektorgleichstrom durch den Transistor T, und der Basisstrom des zusätzlichen Transistors T₇ konstant. Dies hat wiederum einen konstanten Kollektorgleichstrom durch den Transistor T- zur Folge. Für den Gleichstromwiderstand des zusätzlichen Transistors T-, gilt jedoch R = Urn'lr. Eine in der Schaltung gemäß F i g. I nicht dargestellte Regelschaltung sorgt dafür, daß an der Kollektorelektrode des Transistors T₃ die halbe Batteriespannung gegen Masse abfällt. Diese Spannung liegt nur um die Basis Emitterspannung des Transistors T₄ geringfügig reduziert auch an der Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors Γ, und aus Symmetriegründen auch an der Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors 7",. Wenn also die Batteriespannung sinkt, sinkt zwangläufig auch in entsprechender Weise die Kollektor-Emitter-Spannung am Transistor T₁ und T₇. Wenn sich nun die Kollektor-Emitter-Spannung am Transistor auf Grund einer sinkenden Batteriespannung gleichfalls absenkt, wird auch der Widerstand der Basis-Emitter-Strecke proportional mit der Spannungsänderung abnehmen. Für den Kollektorstrom durch den Treibertransistor T₁ gilt aber:

Ict\ =

Ub-U R

mit U = Ucbt\ f

hierbei bedeutet Ud die Summe der an den Dioden Zi, bis D_h abfallenden Spannungen. Aus diesen Gleichungen sieht man, daß bei einem Abfall der Batteriespannung auch der Widerstand R kleiner werden muß, damit der Gleichstrom durch den Treibertransistor annähernd konstant bleibt. Dies wird bei der erfindungsgemäßen Anordnung erreicht, weil sich die Kollektor-Emitter-Spannung am Transistor T₁ annähernd proportional mit der Batteriespannung verändert. Der Gleichstronrwiderstand in der Kollektorstrecke des Treibertransistors wird daher in der gewünschten Wrise gesteuert. Der Kollektorgleichstrom im Treibertransistor und in den Dioden D,. D_x und D₅ und damit auch der Kollektorgleichstrom in den Endstufentransistoren wird somit unabhängig von der Batteriespannung.

Die Schaltung gemäß F i g. 2 zeigt eine geringfügige Abänderung der Schaltung nach Fig. 1. die besonders der besseren Integrierbarkeit der Schaltung dient.

ίο Der zusätzliche Transistor T₇ gemäß F i g. 1 ist ein pnp-Transistor, der in integrierter Technik nicht mit der notwendigen Stromverstärkung hergestellt werden kann, so daß im Transistor T_t der Konstantstromquelle eine relativ große Verlustleistung in Kauf genommen werden muß. Dieser Nachteil wird gemäß der Schaltung nach F i g. 2 dadurch beseitigt, daß einem pnp-Lateraltransistor T-, mit der Stromverstärkung B - 1 ein npn-Transistor T_t zur Stromverstärkung in Emitterschaltung nachgeschaltet wird. In

ao diesem Fall ist dann der Emitter des Transistors T₉ über die Dioden D, bis D, mit dem Kollektor des Treibertransistors 7", verbunden, während der Kollektor des Transistors T_t an den Emitter des Lateraltransistors 7', angeschlossen ist.

In de*? Schaltungen nach den F i g. 1 und 2 ist ein Treibertransistor mit der Zonenfolge npn dargestellt. Dieser Transistor kann auch durch einen pnp-Transistor ersetzt werden, wenn dan« die Emitterelektrode dieses pnp-Treibertransistors 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-Emitter-Strecke eines 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 kanr dagegen variiert werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Gegentakt-B-Endstufe eines Verstärkers mit einer Treiberstufe zur Ansteuerung der Endstufe, bei der der Kollektorruhestrom in den Transistoren der Endstufe von Schwankungen der Versorgungsspannung und von Temperaturschwankungen unabhängig ist, mit einem in Serie zu der Kollektor-Emitter-Strecke des Treibertransistors geschalteten Außenwiderstand, der aus der Kollektor-Emitter-Strecke eines zusätzlichen Transistors besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Basiselektrode des zusätzlichen Transistors (7~₇) über eine Konstantstromquelle (K), die einen von der Versorgungsspannung unabhängigen konstanten Strom liefert, angesteuert wird, derart, daß sich ckr Außenwiderstand des Treibertransistors (F₁) proportional mit der Kollektor-Emitter-Spannung des zusätzlichen Transistors (T-) und damit annähernd proportional mit der Versorgungsspannung ändert.

2. Gegentakt-B-Endstufe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Endstufentransistoren (T₂ und 7"₃) aus Transistoren der gleichen Zonenfolge bestehen, daß einem dieser Endstufentransistoren zur Phasenumkehr ein diesem Transistor komplementären Transistor (T₁) vorgeschaltet ist.

3. Gegentakt-B-Endstufe räch A, jpruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet. daC eine Regelschaltung vorgesehen ist, die dafür sorgt, daß ;v.i der Kollektorelektrode des Endstufentransistors (T₃) die halbe Versorgungsspannung abfällt, so daß auch an der Emitter-Kollektor-Strecke des Treibertransistors (Γι) und an der Emitter-Kollektor-Strecke des zusätzlichen Transistors (7",) etwa die halbe Versorgungsspannung liegt.

4. Gegentakt-B-Endstufe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Transistoren der Endstufe aus npn-Transistoren bestehen, während der Komplementärtransistor (T₁) ein pnp-Lateraltransistor ist.

5. Gegentakt-B-Endstufe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Treibertransistor (T₁) und die Transistoren (T₂ und T₃) der Endstufe jeweils ein weiterer Transistor (T₅ bzw. 7"„) in Emitterschaltung zur Stromverstärkung geschaltet ist.

6. Gegentakt-B-Endstufe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu den hintereinandergeschaltcten Basis-Emitter-Strecken des Verstärkertransistors (7"₅) des Endstufentransistors (T₂) und des Komplementärtransistors (T₄) Dioden (D₃ bis D₅) in Flußrichtung geschaltet sind, die zur Stabilisierung des Kollektorruhestromes in den Endstufentransistoren bei Temperaturänderungen dienen,

7. Gegentakt-B-Endstufe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zusätzliche Transistor (T₁) ein pnp-Transistor ist, dessen Emitterelektrode über den Lastwiderstand (Z.) mit dem positiven Pol der Versorgungsspannung verbunden ist.

8. Gegentakt-B-Endstiife nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der zusätzliche Transistor (T₁) ein Lateraltransistor ist und daß zur Stromverstärkung diesem Lateraltransistor ein Komplementärtransistor (T₁₁) in Emitterschaltung nachgeschaltet ist.

9. Gegentakt-B-Endstufe nach Anspruch 1, Jadurch gekennzeichnet, daß die Konstantstromquelle aus einem in Emitterschaltung betriebenen Transistor (T_H) besteht, dessen Kollektorelektrode mit der Basisleketrode des zusätzlichen Transistors (T₁) verbunden ist, und daß die Basisvorspannung dieses Transistors durch die konstante, an in Flußrichtung beanspruchten Dioden (D₁, D₂) abfallende Spannung bestimmt ist.

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