DE2014610B2 - Endstufenverstärker - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Endstufenverstärker mit zwei in Serie an einer Speisespannungsquelle liegenden Verstärkerelementen, wobei das Eingangssignal der Steuerelektrode des ersten Verstärkerelementes zugeführt ist, dessen Ausgangselektrode über ein drittes Verstärkerelement mit der Steuerelektrode des zweiten Verstärkerelementes verbunden ist, und an dem Verbindungspunkt der beiden ersten Verstärkerelemente das Ausgangssignal abnehmbar ist.

Ein solcher Endstufen- oder Leistungsverstärker ist z. B. aus der deutschen Auslegeschrift 1 296 207 bekannt. Diese bekannte Schaltung hat jedoch den Nachteil, daß der das erste Verstärkerelement mit der Speisespannungsquelle verbindende Arbeitswiderstand schwer zu dimensionieren ist. Soll nämlich die mit modernen Transistoren heute leicht erreichbare hohe Stromverstärkung voll ausgenutzt werden, so muß der Wert des Arbeitswiderstandes so niedrig gehalten werden, daß auch bei voller Stromverstärkung kein zu großer Spannungsabfall an diesem Widerstand auftritt. Wir aus diesem Grund der Arbeitswiderstand möglichst klein gewählt, so ist der bei der Einstellung des Ruhestromwertes des Verstärkers an diesem Widerstand auftretende Spannungsabfall sehr gering, wodurch die Basis-Spannung des dritten Verstärkerelements, die sich stark mit der Temperatur ändert, direkt in den Ruhestrom der Verstärkerschaltung eingeht Aus diesem Grund muß, wie es auch bei der bekannten Schaltung geschehen ist, der Arbeitswiderstand einen gewissen Mindestwert aufweisen, um den Einfluß der Temperatur auf das dritte Verstärkerele-

ment in vernachlässigbaren Grenzen zu halten, wodurch die hohe Stromverstärkung der Transistoren jedoch nicht mehr voll ausgenutzt werden kann. Soll die Verstärkerschaltung allerdings über einen größeren Temperaturbereich ohne nennenswerte Ände-

rungen ihrer Betriebsdaten arbeiten, so muß das dritte Verstärkerelement durch einen äußerst driftarmen Differenzverstärker ersetzt werden. Bei der bekannten Schaltung ist daher immer ein schaltungstechnischer Kompromiß zwischen der maximal mit diesem

Verstärker zu erreichenden Verstärkung und dem Temperaturgang des Verstärkers zu wählen, oder aber die Schaltung durch Verwendung eines driftarmen Differenzverstärkers entsprechend aufwendig auszubilden.

ao Es ist bekannt, bei Verstärkerschaltungen den Arbeitswiderstand so zu wählen, daß einerseits die maximal erreichbare Stromverstärkung für den verwendeten Transistortyp auftritt, andererseits die Schaltung insgesamt noch stabil ist. Eine bekannte Maßnahme

*5 zur Erreichung dieses Ziels ist beispielsweise die Anpassung des Verbraucherwiderstandes an den Ausgang des Verstärkerelementes mit Hilfe eines Transformators. Transformatoren sind jedoch teure Bauelemente mit großen Abmessungen.

Aus JRE Transactions on Audio, 1957, S. 71, Fig. 1 ist andererseits bekannt, dem Emitterwiderstand des Transistors einen Kondensator parallel zu schalten, um eine die Verstärkung des Transistors vermindernde Gegenkopplung der Wechselspannung auf

den Eingang zu verkleinern. Diese Maßnahme kann jedoch bei einer Verstärkerschaltung der eingangs genannten Art nicht angewendet werden, da es sich dori um einen Verstärker mit zwei Regelschleifen handelt. Ein Kondensator parallel zu einem Widerstand am

Eingang des Rückkopplungsverstärkers, bestehend aus dem zweiten und dritten Verstärkerelement, würde nämlich dort einen frequenzabhängigen Kurzschluß am Eingang des Rückkopplungsverstärkers zur Folge haben.

Eine Diode parallel zu einem Widerstand am Eingang des Rückkopplungsverstärkers liefert zwar eine frequenzunabhängige, eingeprägte Spannung, ergibt aber eine von der Temperatur abhängige Schleifenverstärkung, da nun der Gleichstrom im Parallelwiderstand temperaturunabhängig ist.

Ferner sind einfache Transistorverstärkerschaltungen in Emitterschaltung bekannt, bei denen die Emitterzuleitung eine Zenerdiode als Widerstand mit konstantem Spannungsabfall aufweist. (Elektronik, 1958, Nr. 11, S. 356, Bild 2 und USA.-Patentschrift 2 860 193, Fig. 1). Diese Zenerdiode soll bewirken, daß unabhängig vom Emitterstrom immer eine bestimmte Spannung auf den Verstärkereingang rückgekoppelt wird; diese Spannung ist jedoch temperaturabhängig.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, den bekannten Verstärker so weiterzubilden, daß die volle Stromverstärkung heute gebräuchlicher Transistoren ausnutzbar ist, ohne daß ein nennenswerter Temperaturgang des Verstärkers auftritt oder ein zusätzlicher driftarmer Differenzverstärker vorzusehen ist.

Ausgehend von einem Endstufenverstärker der eingangs genannten Art ist diese Aufgabe gemäß der

Erfindung dadurch gelöst, daß der die Ausgangselektrode des ersten Verstärkereiements mit der Spannungsquelle verbindende Widerstand durch einen spannungsabhängigen, nichtlinearen Widerstand überbrückt ist.

Durch diese Schaltungsmaßnahme wird erreicht, daß beim Ruhestrombetrieb des Verstärkers, der einen bestimmten Wert zur Erzielung eines vernachlässigbar kleinen Temperaturganges des Verstärkers nicht unterschreitende Arbeitswiderstand bei der Einstellung und Ausregelung des Ruhestromes des Verstärkers voll wirksam ist. Wird dagegen bei einer vollen Aussteuerung des Verstärkers die hohe Stromverstärkung der Transistoren ausgenutzt, so wird dieser relativ hohe Strom der Verstärkerelemente durch die dem Arbeitswiderstand paraflelgeschalteten nichtlinearen Widerstände übernommen, an denen nur ein kleiner, die Stromverstärkung der Transistoren nicht beeinflussender Spannungsabfall auftritt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der nichtlineare Widerstand durch mindestens eine in Durchlaßrichtung geschaltete Diode realisiert. Eine oder gemäß einer Weiterbildung der Erfindung mehrere gleichsinnig in Reihe geschaltete Dioden haben bei einer entsprechenden Wahl ihrer Kennlinie die Eigenschaft, daß sie den zur Einstellung des Ruhestroms des Verstärkers am Arbehswiderstand auftretenden, unterhalb ihrer Durchlaßspannung liegenden Spannungsabfall nicht beeinflussen, bei einer entsprechenden Aussteuerung des Verstärkers jedoch fast den gesamten Strom des Verstärkers übernehmen, d. h. den Arbeitswiderstand kurzschließen.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung besteht der nichtlineare Widerstand aus zwei gleichsinnig in Reihe geschalteten Dioden, deren Verbindungspunkt über einen weiteren Widerstand mit der Steuerelektrode des dritten Verstärkerelements verbunden ist, die ihrerseits über einen dritten Widerstand mit dem anderen Anschluß der Speisespannungsquelle verbunden ist. Durch diese Schaltungsmaßnahme wird der bei der bekannten Schaltung aus ohmschen Widerständen gebildete Spannungsteiler zur Erzeugung der Basisvorspannung des dritten Verstärkerelements teilweise durch die den nichtlinearen Widerstand darstellenden Dioden gebildet. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform dieser Weiterbildung ist der den Verbindungspunkt mit der Steuerelektrode des dritten Verstärkerelements verbindende Widerstand eine ebenfalls in Durchlaßrichtung geschaltete Diode.

Die Erfindung wird an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Ein das erste Verstärkerelement bildender Transistor 1 ist mit einem das zweite Verstärkerelement bildenden Transistor 2 gleichsinnig in Reihe geschaltet. Der als Ausgangselektrode des ersten Verstärkerelements wirkende Kollektor des Transisotrs 1 ist mit dem Emitter eines als drittes Verstärkerelement wirkenden Transistors 3 verbunden, dessen Kollektor über einen aus den Widerständen 4 und 5 bestehenden Spannungsteiler mit Bezugspotential verbunden ist. Zwischen den beiden Widerständen 4 und 5 ist die als Steuerelektrode des zweiten Verstärkerelements wirkende Basis des Transistors 2 angeschlossen. Der Emitter des Transistors 2 ist ebenfalls unmittelbar mit dem Bezugspotential verbunden. Der Kollektor des Transistors 1 und der Emitter des Transistors 3 sind über einen Arbeitswiderstand 6 mit dem positiven Anschluß einer Speisespannungsquelle verbunden, wobei die Transistoren 1 und 2 als npn-Transistoren und der Transistor 3 als pnp-Transistor ausgebildet sind. An dem Verbindungspunkt der beiden Verstärkerelemente, also zwischen Emitter des Transistors 1 und Kollektor des Transistors 2 ist der Ausgang A des Verstärkers angeschlossen. Der Eingang E des Verstärkers ist dagegen direkt mit der ίο Basis des Transistors 1, also mit der Steuerelektrode des ersten Verstärkerelements verbunden. Dem Arbeitswiderstand 6 sind zwei in Durchlaßrichtung und gleichsinnig in Reihe geschaltete Dioden 7 und 8 parallelgeschaltet. Der Verbindungspunkt der beiden »5 Dioden 7 und 8 ist über eine ebenfalls in Durchlaßrichtung geschaltete weitere Diode 9 und einen ohmschen Widerstand 10 mit Bezugspotential verbunden. An dem Verbindungspunkt zwischen der Diode 9 und dem ohmschen Widerstand 10 ist die Basis des Transiao stors 3, also die Steuerelektrode des dritten Verstärkerelements angeschlossen.

Die Einstellung und Ausregelung des Ruhestromes des Verstärkers erfolgt in prinzipiell gleicher Weise wie bei der bekannten Schaltung. Ein infolge des Ru- »5 hestromes am Widerstand 6 auftretender Spannungsabfall verändert die Basis-Emitter-Spannung des dritten Verstärkerelements, also des Transistors 3, dessen Basis und Kollektor an einer festen Spannung liegen. Über die beiden Kollektorwiderstände 4 und S des Transistors 3 wird bei einer Änderung der Basis-Emitter-Spannung des Transistors 3 die Basisvorspannung des zweiten Verstärkerelements, also des Transistors 2, so geändert, daß der Ruhestrom der beiden Transistoren 1 und 2 sich ebenfalls entsprechend ändert, bis der am Arbeitswiderstand 6 infolge des Ruhestroms auftretende Spannungsabfall wieder gleich dem Sollspannungsabfall ist.

Wird der Verstärker über den mit der Basis des Transistors 1 verbundenen Eingang E voll ausgesteuert,so ändert sich die am Arbeitswiderstand abfallende Spannung nur so lange, bis die Durchlaßspannung der Dioden 7 und 8 überschritten wird, d.h., jeder weitere durch die Transistoren 1 und 2 fließende Strom wird von den dem Arbeitswiderstand 6 parallelgeschalteten Dioden 7 und 8 übernommen. Da die Dioden unabhängig von ihrem Strom eine bestimmte Durchlaßspannung haben, dient die Diode 7 zusammen mit einer zusätzlichen Diode 9 und dem Widerstand gleichzeitig als Spannungsteiler zur Voreinstellung einer konstanten Basisspannung für den Transistor Durch diese gemäß der Erfindung angegebene neue Verstärkerschaltung ist es also möglich, einen Arbeitswiderstand 6 mit einem solchen Widerstandswert zu verwenden, daß selbst über einen großen Temperaturbereich kein nennenswerter Temperaturgang des Verstärkers auftritt, d. h. die mit der Temperatur auftretenden Basis-Emitter-Spannungsänderungen des Transistors 3 gegenüber dem infolge des Ruhestroms am Arbeitswiderstand 6 auftretenden Spannungsabfall vernachlässigbar klein sind. Andererseits ist der aus diesem Grund relativ hoch gewählte Widerstandswert des Arbeitswiderstandes 6 selbst hohen Stromverstärkungen des Verstärkers nicht hinderlich, da auch bei hohen Kollektorströmen des Transistors am Arbeitswiderstand 6 keine nennenswerten Spannungsabfälle auftreten können, da diese Ströme über die in Reihe geschalteten Dioden 7 und 8 abgeleitet werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Endstufenverstärker mit zwei in Serie an einer Speisespannungsquelle liegenden Verstärkerelementen, wobei das Eingangssignal der Steuerelektrode des ersten Verstärkerelements zugeführt ist, dessen Ausgangselektrode über ein drittes Verstärkerelement mit der Steuerelektrode des zweiten Verstärkerelements verbunden ist, und an dem Verbindungspunkt der beiden ersten Verstärkerelemente das Ausgangssignal abnehmbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der die Ausgangselektrode des ersten Verstärkerelements (1) mit der Spannungsquelle (U) verbindende Widerstand (6) durch einen spannungsabhängigen, nichtlinearen Widerstand (7, 8) überbrückt ist.

2. Endstufenverstärker nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der nichtlineare Widerstand (7, 8) mindestens eine in Durchlaßrichtung geschaltete Diode (7) ist.

3. Endstufenverstärker nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der nichtlineare Widerstand (7,8) zwei gleichsinnig in Reihe geschaltete Dioden (7, 8) sind, deren Verbindungspunkt über einen weiteren Widerstand (9) mit der Steuerelektrode des dritten Verstärkerelements (3) verbunden ist, die ihrerseits über einen dritten Widerstand (10) mit dem anderen Anschluß der Speisespannungsquelle verbunden ist.

4. Endstufenverstärker nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der den Verbindungspunkt mit der Steuerelektrode des dritten Verstärkerelements (3) verbindende Widerstand (9) eine ebenfalls in Durchlaßrichtung geschaltete Diode (9) ist.