DE2028513C3 - Circuit arrangement for stabilizing the collector quiescent current in push-pull output stages - Google Patents
Circuit arrangement for stabilizing the collector quiescent current in push-pull output stagesInfo
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Description
2525th
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Stabilisierung des Kollektor-Ruhestromes in Gegentakt-Endstufen mit B-Betrieb, bei der die Ausgangslast zwischen den miteinander in Verbindung stehenden Eiektrodenanschiüssen der Endstufentransistoren und einem Pol der Speisespannungsquelle liegt und bei der ein zwischen uie miteinander in Verbindung stehenden Elektrodenanschlüsse der Efcwstufentransistoren angeordneter Widerstand then Spannungsabfall für den Ausgleich störender Schwankucjen des Ruhestromes erzeugt und die gleichphasig steuerbaren Basiselektroden der Endstufen durch eine, eine konstante gegenseitige Vorspannung liefernde Schwellwertdiode miteinander verbunden sind.The invention relates to a circuit arrangement for stabilizing the collector quiescent current in push-pull output stages with B operation, in which the output load is between the connected electrode terminals of the output stage transistors and a pole of the supply voltage source and in which there is an electrode terminal that is connected to one another The resistor arranged in the Efcwstufentransistorsen then voltage drop for the compensation of disturbing fluctuations of the quiescent current and the in-phase controllable base electrodes of the output stages are connected to each other by a, a constant mutual biasing threshold value diode.
In bekannten Transistor-Gegentaktverstärkerstufen, die im B-Betrieb arbeiten, werden zur Stabilisierung des sich bei Änderungen der Umgebungstemperatur ändernden Kollektor-Ruhestromes temperaturabhängige Widerstände, beispielsweise Heißleiter, die vorzugsweise in Wärmekontakt mit den Transistoren stehen müssen, als Teil eines Basisspannungsteilers verwendet. Dabei werden die Exemplarstreuungen unter den Leistungstransistoren durch einmaligen Abgleich der festen Widerstände des Spannungsteilers ausgeglichen, so Der Temperaturbereich, in dem diese selbsttätige Stabilisierung wirksam ist, ist begrenzt.In well-known transistor push-pull amplifier stages, who work in B mode are used to stabilize the changes in the ambient temperature Collector quiescent current temperature-dependent resistances, such as NTC thermistors, which are preferably must be in thermal contact with the transistors, used as part of a base voltage divider. The specimen variations among the power transistors are determined by a one-time comparison of the fixed resistances of the voltage divider balanced, so the temperature range in which this self-acting Stabilization is effective is limited.
Weiter ist bei Verstärkern, die in Α-Betrieb arbeiten, üblich, stabilisierende Widerstände in der Emitterzuleitung jedes Transistors anzuordnen. Der an den Emittervorwiderständen durch den durchfließenden Strom erzeugte Spannungsabfall ist als Gegenkopplungsspannung in der Steuerstrecke des Transistors wirksam. Bei B-Betrieb arbeitet eine derartige einfache Stabilisierungseinrichtung nicht in allen Fällen zufrie- μ densiellend, da der geringe Ruhestrom zur Stabilisierung einen hohen Emiüerwiderständswert erfordern würde, der bei der Aussteuerung einen zu großen Leistungsverlust zur Folge hätte.It is also common for amplifiers that operate in Α mode to have stabilizing resistors in the emitter lead to arrange each transistor. The one at the emitter series resistors through the flowing through Current generated voltage drop is as negative feedback voltage in the control path of the transistor effective. Such a simple stabilization device does not work satisfactorily in all cases during B operation Selling, since the low quiescent current requires a high resistance value for stabilization which would result in too great a loss of power when modulating.
In der deutschen Auslegeschrift 12 88 148 ist eine Schaltungsanordnung zum Betrieb eines Gegentaklverslärkers mit geregeltem Ruhestrom beschrieben, bei der eine an einem im Ruhestromkreis angeordneten Widerstand abgegriffene Spannung, die von den vom Signal herröhrenden, über den Sollwert des Ruhestromes hinausgehenden Halbwellen befreit ist, mit einer konstanten Bezugsspannung verglichen wird. Die sieh hieraus ergebende Differenzspannung beeinflußt die Vorspannung des Gegentaktverstärker derart, daß störende Abweichungen des Ruhestromes vom vorgegebenen Sollwert korrigiert werden.In the German Auslegeschrift 12 88 148 a circuit arrangement for operating a Gegenentaklverslärkers described with regulated quiescent current, in which a voltage tapped at a resistor located in the closed circuit, which is determined by the Signal resulting from the setpoint of the quiescent current going beyond half-waves is freed, with a constant reference voltage is compared. The resulting differential voltage influences the Bias of the push-pull amplifier in such a way that disturbing deviations of the quiescent current from the specified Setpoint must be corrected.
Durch diese bekannte Regelung des Ruhestromwertes werden die durch Temperaturschwankungen und Exemplarstreuungen hervorgerufenen Ruhestromänderungen vermindert Es ist jedoch der notwendige Aufwand für die Trennung der Regelspannung von den vom Signal herrührenden, über den Sollwert des Ruhestromes hinausgehenden Halbwellen und für die Bildung der Differenzspannung erheblich.With this known regulation of the quiescent current value, the temperature fluctuations and The quiescent current changes caused by specimen variations are reduced. However, it is the necessary one The effort involved in separating the control voltage from the signal originating from the setpoint of the Quiescent current going beyond half-waves and for the formation of the differential voltage considerably.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art, bei der jede Abgleicharbeit zu Anpassung der Exemplarstreuungen überflüssig ist, für die Endstufe eine schnell regelnde einfache Anordnung anzugeben, durch die auch schnelle Änderungen der Kristalltemperatur der Transistoren ohne nachteiligen Einfluß auf den Ruhestrom und auf den Signalstrom bleiben.The invention is based on the object for a circuit arrangement of the type mentioned at the beginning which every adjustment work to adjust the specimen variance is superfluous, one fast for the output stage regulating simple arrangement to specify, through which also rapid changes in the crystal temperature of the Transistors remain without a detrimental effect on the quiescent current and on the signal current.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der den Spannungsabfall erzeugende Widerstand durch eine Schwellwertdiode sowie durch die Serienschaltung zweier Kondensatoren überbrückt ist, deren Verbindungspunkt mit der Ausgangslast verbunden istThe invention is characterized in that the resistance generating the voltage drop by a Threshold diode and bridged by the series connection of two capacitors whose connection point connected to the output load
In einer Ausführungsform einer Stabilisierungseinrichtung gemäß der Erfindung ist die die gegenseitige Vorspannung liefernde Schwellwertdiode zwischen den Kollektoranschluß des die Endstufe steuernden Treibertransistors und einen mit dem Verbindungspunkt der beiden Kondensatoren verbundenen Widerstand geschaltet In one embodiment of a stabilization device according to the invention, this is mutual Bias voltage supplying threshold value diode between the collector terminal of the driver transistor controlling the output stage and connected a resistor connected to the connection point of the two capacitors
Hierdurch werden die Vorteile erreicht, daß der Ruhestrom selbst die Kompensationsspannung für seine Stabilisierung erzeugt. Es ist kein Abgleich der Regelspannungskreise notwendig, da alle störende Einflüsse auf den Sollwert des Ruhestromes kompensiert werden. Dabei kann der zwischen den Anschlüssen der Endstufentransistoren angeordnete Widerstand wegen der Abtrennung der Signalanteile durch den aus Kondensatoren und einer Schwellwertdiode bestehenden Nebenweg so groß gewählt werden, daß der Ruhestrom, der beispielsweise nur 5 mA betragen kann, einen für die Kompensierung ausreichenden Spannungsabfall bewirkt. An den Steuerstrecken der Endstufentransistoren ist ohne Anwendung eines besonderen Differenzverstärkers die Differenzspannung zwischen dieser Kompensationsspannung und einer festen, durch die zwischen die Basiselektroden geschaltete Schwellwertdiode erzeugten Bezugsspannung wirksam. ■■This has the advantage that the quiescent current itself is the compensation voltage for his Stabilization generated. No adjustment of the control voltage circuits is necessary, as all of them are disruptive Influences on the nominal value of the quiescent current are compensated. The between the connections the output stage transistors arranged resistor because of the separation of the signal components by the Capacitors and a threshold diode existing bypass are chosen so large that the Quiescent current, which can be only 5 mA, for example, a voltage drop sufficient for compensation causes. There is no use of one on the control paths of the output stage transistors special differential amplifier the differential voltage between this compensation voltage and a fixed reference voltage generated by the threshold value diode connected between the base electrodes effective. ■■
Die Erfindung wird an Schaltbildern erklärt. Fig. 1 zeigt einen Verstärker mit einer Treiberstufe und einer mit zwei Transistoren zueinander komplementären Lf ilfähigkeitsiyps bestückten Endstufe.The invention is explained using circuit diagrams. Fig. 1 shows an amplifier with a driver stage and an output stage equipped with two transistors that are complementary to one another.
In Fig.2 ist eine Ausführungsform mit Transistoren gleichen Typs in der Endstufe mit komplementären Vorstufentransistoren dargestellt.In Fig.2 is an embodiment with transistors The same type is shown in the output stage with complementary pre-stage transistors.
Der im Schallbild F i g. 1 dargestellte Verstärker enthält als Treiberstufe den Transistor TsI, die zueinander komplementären Transistoren Ts 2, Ts 3 bilden die Endstufe. An dem zwischen die Emitteranschlüsse der Transistoren 75 2, Ts 3 geschalteten und vom Kollektor-Ruhestrom durchflossenen WiderstandThe in the sound image F i g. The amplifier shown in FIG. 1 contains the transistor TsI as a driver stage, and the mutually complementary transistors Ts 2, Ts 3 form the output stage. At the resistor connected between the emitter connections of the transistors 75 2, Ts 3 and through which the collector quiescent current flows
Λ 2 fällt die Kompensationsspannung ab. Für die Signalströme und für den Ausgleich ihrer Gleichstromanteile ist parallel zum Widerstand R2 die Schwellwertdiode D 2 und die Serienschaltung der Kondensatoren Cl, C2 angeordnet Der hier nicht näher zu beschreibende Lastwiderstand "L ist zwischen den Verbindungspunkt der Kondensatoren Cl, C2 und einen Pol der Speisespannungsquelle Ub geschaltetΛ 2 the compensation voltage drops. For signal currents, and for balancing their DC components is parallel with the resistor R2, the Schwellwertdiode D 2 and the series circuit of the capacitors Cl, C2 disposed here is not to be described further load resistance "L between the connection point of the capacitors Cl, C2, and one pole of the supply voltage source Ub switched
Die Basisanschlücie der Transistoren 7s 2, 7Ϊ3 sind über die Schwellwertdiode D 1 miteinander verbunden, die Teil des aus dem Widerstand R1 und der Kollektor-Temitter-Strecke des Transistors Ts 1 gebildeten Spannungsteilers ist Dieser Spannungsteiler ist nicht unmittelbar an die Speisestromquelle Ub, sondern für die Erzielung einer ausreichenden Steuerspannung für Ts2 an den Verbindungspunkt der Kondensatoren Cl, C2 angeschlossen. Der Speisestrom wird der Kollektorelektrode des Treibertransistors Ts 1 über den Lastwiderstand RL, den Widerstand R 1, die Schwellwertdiode D i sowie über Ts 2, R 2, Ts 3 zugeführtThe Basisanschlücie the transistors 7s 2, 7Ϊ3 are interconnected via the Schwellwertdiode D 1, the part of the of the resistor R1 and the collector-Temitter path of the transistor Ts 1 voltage divider formed is This voltage divider is not directly to the supply current source Ub, but to achieve a sufficient control voltage for Ts2 connected to the connection point of the capacitors Cl, C2 . The feed current is fed to the collector electrode of the driver transistor Ts 1 via the load resistor RL, the resistor R 1, the threshold value diode D i and via Ts 2, R 2, Ts 3
im unausgesieuerien Zustand des Verstärkers entspricht der Durchlaßwidersland der Emitter-KolIChtor-Strecke des Treibertransistors Ts i dem Wert des Widerstandes RI, die Schwellwertdiode D1, deren Schwellenspannung beispielsweise 2,8 V betragen kann, liegt dabei auf der halben Speisespannung, so daß die Basiselektroden der Transistoren Ts2, Ts3 gegeneinander die Schwellenspannung der Diode Di als Vorspannung führen. Der Ruhestrom durch die Transistoren Ts 2, Ts 3 kann beispielsweise 5 mA betragen. An dem Widerstand R2 fällt dann bei einem Wert von beispielsweise 300 Ω eine Spannung von 1,5 V ab. Werden die Basis-Emitter-Schwellenspannungen der beiden Transistoren von beispielsweise 2 χ 0,6 V hinzugerechnet, so verbleibt als wirksame Ruhe-Steuerspannung an den Basis-Emitter-Strecken der Transistoren Ts2, Ts3 zusammen 0,1 V. Jede Änderung des Ruhestromes in den Trasistoren Ts 2, Ts 3 hat dieser Änderung entgegenwirkende Änderungen der Steuerspannung zur Fulge. Hierdurch wird der Einfluß der Exemplarstreuungen und der Temperaturschwankungen weitgehend auskompensiert.In the unsuitable state of the amplifier, the crossover of the emitter-KolIChtor path of the driver transistor Ts i corresponds to the value of the resistor RI, the threshold diode D 1, whose threshold voltage can be 2.8 V, for example, is at half the supply voltage, so that the base electrodes of the transistors Ts2, Ts3 lead the threshold voltage of the diode Di as a bias voltage against each other. The quiescent current through the transistors Ts 2, Ts 3 can be, for example, 5 mA. A voltage of 1.5 V then drops across resistor R2 at a value of 300 Ω, for example. If the base-emitter threshold voltages of the two transistors of, for example, 2 0.6 V are added, then the effective quiescent control voltage at the base-emitter paths of the transistors Ts2, Ts3 remains 0.1 V. Any change in quiescent current in the transistors Ts 2, Ts 3 has this change counteracting changes in the control voltage to Fulge. This largely compensates for the influence of the specimen scatter and the temperature fluctuations.
Die Kondensatoren Cl, C2 sind im Ruhezustand auf kanpp die halbe Speisespannung aufgeladen. Wird der npn-Transistor Ts 2 durch eine positive Signalhalbwelle leitend gesteuert, so entlädt sich der Kondensator C1 teilweise über den Lastwiderstand RL Auch der Kondensator C2 wird entladen, jedoch erheblich weniger, da der verhältnismäßig hochohmige Widerstand Λ 2 im Entladestromkreis liegt Durch die negativen Signalhalbwellen wird dagegen der pnp-Transistor Ts3 leitend gesteuert, wodurch der Konden- «ator C2 über den Lastwiderstand RL und der Kondensator Cl über die Summe der Widerstände R 2 und RL aufgeladen werden.The capacitors C1, C2 are charged to almost half the supply voltage in the idle state. If the npn transistor Ts 2 is made conductive by a positive signal half-wave, then the capacitor C1 is partially discharged via the load resistor RL. The capacitor C2 is also discharged, but considerably less because the relatively high resistance Λ 2 is in the discharge circuit due to the negative signal half-waves on the other hand, the pnp transistor Ts3 is made conductive, as a result of which the capacitor C2 is charged via the load resistor RL and the capacitor C1 via the sum of the resistors R 2 and RL .
Durch die Gleichstromanteile des Signals würde mit steigender Aussteuerung des Vorstärkers der Spannungsabfall am Widerstand R 2 ansteigen, so daß der Ruhestrom zu Null werden könnte und nichtlineare Signalverzerrungen die Folge wären.Due to the direct current components of the signal, the voltage drop across resistor R 2 would increase with increasing modulation of the preamplifier, so that the quiescent current could become zero and non-linear signal distortions would result.
Um den durch die Aussteuerung bewirkten zusätzlichen Spannungsabfall unschädlich zu halten, ist parallel zum Widerstand Λ 2 die Schwellwertdiode D2 geschaltet deren Schwellenspannung nur wenig über dem höchstens eintretenden Ruheabfall liegt und die für die Begrenzung des Spannungsabfalls sorgt.In order to keep the additional voltage drop caused by the modulation harmless, the threshold value diode D2 is connected in parallel with the resistor Λ 2.
An sich kann auch die Serienschalsunp Jer Kondensatoren Cl, C2 mit gleicher Wirkung dv.rch einen einzelnen in Serie mit dem Lastwiderstand RL geschalteten Kondensator ersetzt werden, wenn dieser Kondensator an einen Mittelabgriff des Widerstandes R 2 angeschaltet ist und beide Widerstandshälften durch je eine Schwellwertdiode mit der halben Schwellenspannung überbrückt sind.As such, the series connection Jer capacitors Cl, C2 can be replaced with the same effect dv.rch a single capacitor connected in series with the load resistor RL if this capacitor is connected to a center tap of the resistor R 2 and both halves of the resistor are each connected by a threshold diode half the threshold voltage are bridged.
Das in Fig.2 gezeigte Ausführungsbeispiel eines Verstärkers mit Ruhestromstabilisierung einhält in der Endstufe zwei Transistoren gleichen Leistungstyps. Der npn-Endtransistor Ts 12 ist in der sogenannten Darlingtonschaltung mit dem npn-Vorstufentransistor Tsii und der npn-Endtransistor Ts 14 mit dem pnp-Vorstufentransistor Ts 13 zusammengeschaltet Der Widerstand R 2, an dem der Spannungsabfall durch den Ruhestrom erzeugt ist, ist in diesem Fall zwischen die Emitterelektrode des einen und die Kollektorelektrode des anderen Endstufentransistors geschallet. Außerdem sind auch die Emitteranschlüsse der Vorstufentransistoren TsIl, Ts 13 an die Enden des Widerstandes R2 angeschlossen, so daß die Ruhestromänderungen sich aiuf die Basis-Emitter-Strecken der Vorstufentransistoren auswirken und die Ruhestromstabilisierung in den Endstufentransistoren Ts 12, Ts 14 über die Vorstufentransistoren TsH, Ts 13 in der gleichen Weise erfolgt, wie bei der direkten Ansteuerung zueinander komplementärer Entstufentransistoren.The embodiment of an amplifier with quiescent current stabilization shown in FIG. 2 has two transistors of the same power type in the output stage. The npn end transistor Ts 12 is connected together in the so-called Darlington circuit with the npn pre-stage transistor Tsii and the npn end transistor Ts 14 with the pnp pre-stage transistor Ts 13. The resistor R 2, at which the voltage drop is generated by the quiescent current, is in this Case between the emitter electrode of one and the collector electrode of the other output stage transistor. In addition, the emitter connections of the precursor transistors TsIl, Ts 13 are connected to the ends of the resistor R2 , so that the quiescent current changes affect the base-emitter paths of the precursor transistors and the quiescent current stabilization in the output stage transistors Ts 12, Ts 14 via the precursor transistors TsH, Ts 13 takes place in the same way as in the case of the direct control of mutually complementary de-stage transistors.
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