-
Verfahren zum automatischen Einstellen der Ausgangsgleichspannung
von Seriengegentaktverstärkern Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum automatischen
Einstellen des Ausgangsgleichspannungswertes eines transistorisierten eisenlosen
Seriengegentaktverstärkers mit komplementärer oder quasikomplementärer Endstufe
auf einen beabsichtigten Bruchteil der Betriebsspannung, der bei Schwankungen oder
beim Verändern der Betriebs spannung konstant bleibt.
-
Als Beispiel eines transistorisierten eisenlosen Seriengegentaktverstärkers
ist in Fig. 1 der Zeichnung ein Verstärker mit quasikomplementärer Endstufe dargestellt,
wie er etwa aus "Funktechnik", 1967, Seiten 149-151, insbesondere Bild 1 bekannt
geworden ist. Die Dimensionierung der einzelnen Bauteile eines solchen Verstärkers
wird so vorgenommen, daß am Gleichspannungsausgang A, an dem über den Kondensator
C 4 der Lastwiderstand RL - meist in Form eines oder mehrerer Lautsprecher - angeschlossen
ist, ein Gleichspannungswert eingestellt wird, der wegen der meist erwünschten Symmetrie
der Wechselspannungsaussteuerung
gleich dem halben Wert der Betriebs
spannung UB ist. Es ist jedoch auch jeder andere Bruchteil der Betriebsspannung
einstellbar.
-
Im Beispiel nach der Fig. 1 wird die Spannung am Gleichspannungsausgang
A durch die Dimensionierung der mit dem Transistor T 1 bestückten Verstärkervorstufe
bestimmt.
-
Hierzu stellt man mittels des aus den Widerständen R 1 und R 2 bestehenden
Spannungsteilers die Basisvorspannung des Transistors T 1 um einen Betrag niedriger
ein, der gleich ist der Summe aus der Basis-Emitter-Spannung des Transistors T 1
und der infolge des fließenden Emitter-Gleichstroms am Emitterwiderstand R 4 abfallenden
Spannung.
-
Der Spannungsteiler R 1, R 2 wird dabei nicht direkt von der Betriebsspannung
UB versorgt, sondern er liegt an einer aus der Betriebsspannung UB mittels des Siebwiderstands
R 3 und des Siebkondensators C 1 gewonnenen gesiebten Spannung.
-
Bei auftretenden Schwankungen der Betriebsspannung UB oder bei beabsichtigten
Änderungen dieser Spannung, wie sie etwa dann auftritt, wenn die maximale Ausgangsleistung
des Verstärkers durch Umschalten der Betriebsspannung herabgesetzt wird, bleibt
der erwähnte Betrag, um den die Basisvorspannung des Transistors T 1 niedriger eingestellt
wird konstant, der stationäre Wert der Betriebsspannungsschwankung oder -änderung
wirkt jedoch proportional auf die Basisvorspannung des Transistors T 1 ein. Dadurch
bleibt bei solchen Schwankungen oder Änderungen das einmal eingestellte und beabsichtigte
Verhältnis zwischen der Ausgangsgleichspannung ÜA und der Betriebsspannung UB nicht
konstant.
-
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, einen Weg aufzuzeigen, wie
das beabsichtigte Verhältnis zwischen der Ausgangsgleichspannung UA und der Betriebsspannung
UB des Seriengegentaktverstärkers eingestellt und gegenüber Betriebsspannungsschwankungen
oder -änderungen konstant gehalten werden kann. Diese Aufgabe wird von dem eingangs
erwähnten Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß am Abgriff eines über der
Betriebs spannung liegenden Spannungsteilers ein dem beabsichtigten Bruchteil der
Betriebs spannung gleicher Spannungswert als Referenzspannung eingestellt wird,
daß die Differenz zwischen diesen beiden Spannungswerten den Arbeitspunkt einer
den Ausgangsgleichspannungswert bestimmenden Verstärkervorstufe unter Zwischenschaltung
eines den Siebwiderstand dieser Verstärkervorstufe ersetzenden und als steuerbarer
Widerstand dienenden Längstransistors regelt und daß der Spannungsteilerabgriff
wechselspannungsmäßig mit dem Verstärkerausgang verbunden wird.
-
Soll der Wert der Ausgangsgleichspannung gleich der Hälfte der Betriebsspannung
sein, d.h. soll der Verstärker auf Symmetrie eingestellt werden, so wird in Weiterbildung
der Erfindung der Referenzspannungswert auf die Hälfte der Betriebsspannungsquelle
eingestellt.
-
Nach einer Ausführungsform der Erfindung wird der Basisstrom des Längstransistors
vom Kollektorstrom eines zum Längstransistor komplementären Transistors gesteuert,
dessen Emitter mit dem den Ausgangsgleichspannungswert führenden Schaltungspunkt
verbunden ist und dessen Basis über eine vorgespannte Diode am Abgriff des Spannungsteilers
angeschlossen ist. In Weiterbildung der Erfindung können der
Abgriff
des Spannungsteilers und der Emitter des komplementären Transistors von einem Kondensator
überbrückt werden.
-
Die Erfindung wird nun anhand des in der Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiels
erläutert. Zunächst wird jedoch die Endstufe und die'Treiberstufe des Verstärkers
kurz beschrieben. Die vier Transistoren T 6 bis T 9 stellen die eigentliche Endstufe
dar, während der Transistor T 5 als Treiberstufe dient und der Transistor T 4 zur
Temperaturkompensation vorgesehen ist. Die Transistoren T 6 und T 8 der einen Verstärkerhälfte
sowie der Transistor T 9 der anderen Verstärkerhälfte sind vom gleichen Leitungstyp,
während der Transistor T 7 zu diesen und den Transistoren T 4 und T 5 komplementär
ist. Die Widerstände R 14 bis R 17 dienen der Einstellung günstiger Betriebswerte
der einzelnen Transistoren. Der Widerstand R 13 liegt am betriebsspannungsfernen
Ende des Lastwiderstandes RL. Es ist jedoch in bekannter Weise ebenfalls möglich,
den Lastwiderstand R2 über den Kondensator C 4 mit dem Schaltungsnullpunkt zu verbinden,
wobei der Widerstand R 13 an den Abgriff eines aus einem weiteren Kondensator und
einem weiteren Widerstand bestehenden Spannungsteilers angeschlossen ist, der seinerseits
mit dem Gleichspannungsausgang A und der Betriebs spannung UB in gleicher Weise
verbunden ist wie bei der anderen Schaltungsart der Lastwiderstand RL und der Kondensator
C 4. Der aus den Widerständen R 11 und R 12 bestehende Basisspannungsteiler des
Transistors T 4 bestimmt den Ruhestrom und den Grad der Temperaturkompensation der
Endstufe.
-
Der in Fig. 1 vorhandene Siebwiderstand R 3 ist nach dem
Ausführungsbeispiel
der Fig. 2 durch den Längstransistor T 2 ersetzt, der vom gleichen Leitungstyp wie
der Transistor T 1 der Verstärkervorstufe ist. Der Kollektor des Längstransistors
T 2 ist mit dem Siebkondensator C 1 verbunden. An diesem Verbindungspunkt ist das
basisferne Ende des Spannungsteilerwiderstandes R 1 angeschlossen. Somit beeinflußt
die am Kollektor des Längstransistors T 2 vorhandene Spannung den Arbeitspunkt des
Transistors T 1 der Verstärkervorstufe, die ihrerseits wieder, wie oben erwähnt,
die Ausgangsgleichspannung bestimmt.
-
Der Emitter des Längstransistors -T 2 ist mit der Betriebsspannung
UB verbunden. Ferner liegt an der Betriebsspannung UB der aus den hintereinandergeschalteten
Widerständen R 8, R 9 und R 10 bestehende Spannungsteiler. Der Abgriff B dieses
Spannungsteilers ist gleich dem Verbindungspunkt der Widerstände R 9 und R 10. An
diesem Abgriff kann mittels des veränderbaren Widerstandes R 8 der dem gewünschten
Ausgangsgleichspannungswert identische Referenzspannungswert eingestellt werden.
-
Die Basis des Längs transistors T 2 ist über den Widerstand R 3 mit
dem Kollektor des zum Längstransistor komplementären Transistors T 3 verbunden.
Der Emitter dieses Transistors T 3 ist mit dem Gleichspannungsausgang A verbunden,
während dessen Basis einerseits über den (einstellbaren) Widerstand R 7 mit der
Betriebs spannung UB und andererseits über die Diode D 1 mit dem Abgriff B des Spannungsteilers
verbunden ist, wobei die Kathode der Diode am Abgriff B angeschlossen ist.
-
Über den Widerstand R 7 fließt ein die Diode D 1 in Flußrichtung
beaufschlagender
Strom, so daß an dieser Diode die praktisch konstante Flußspannung abfällt. Diese
Flußspannung kann durch Dimensionierung oder Einstellung des Widerstandes R 7 gleich
der Basis-Emitter-Schwellspannung des Transistors T 3 gemacht werden, so daß am
Emitter dieses Transistors und dem Abgriff des Spannungsteilers im ausgeregelten
Zustand gleiche Spannungswerte vorhanden sind.
-
Es ist auch möglich und kann in bestimmten Fällen zweckmäßig sein,
die Basis des Längstransistors T 2 mit dessen Emitter über einen zusätzlichen Widerstand
R 3' zu verbinden. Ferner ist es zweckmäßig, den Emitter des Transistors T 3 (Punkt
A) und den Abgriff des Spannungsteilers (Punkt B) mit dem Kondensator C 3 zu verbinden,
wodurch die ohne den Kondensator vorhandene Wechselspannungsgegenkopplung bzw. Gleichrichtung
aufgehoben wird.
-
Die mit dem Transistor T 1 bestückte Verstärkervorstufe enthält noch
die Widerstände R 4, R 5 und R 6 sowie die Kondensatoren C 2 und C 5Sdie in bekannter
Weise geschaltet sind.
-
Die Wirkungsweise des erläuterten Ausführungsbeispiels ist folgende.
Wiche der am Gleichspannungsausgang A vorhandene Spannungswert durch irgend einen
Einfluß vorübergehend vom beabsichtigten ab - würde er z.B. positiver -, so hätte
das eine Verringerung der Basis-Emitter-Spannung des Transistors T 3 zur Folge.
Dadurch sänke dessen Kollektorstrom, der gleich dem Basisstrom des Längstransistors
T 2 ist (bzw.
-
dessen Basis-Emitter-Spannung bestimmt), ab und damit auch
dessen
Kollektorstrom. Durch den nun kleineren Spannungsabfall am Spannungsteilerwiderstand
R 2 würde auch die Basisspannung des Transistors T 1 der Verstärkervorstufe niedriger,
welche die Ausgangsgleichspannung (Punkt A) über die Transistorstufen T 5 - T 9
mit sich zieht, bis deren Sollwert wieder erreicht ist.
-
Die Erfindung hat sich insbesondere bei solchen Endverstärkern bewährt,
die bei gleicher Dimensionierung der Endtransistoren und der übrigen Schaltung zur
Erzielung verschiedener Ausgangsleistungen mit entsprechend verschiedenen Betriebsspannungen
arbeiten, um damit Lautsprechergruppen nicht ausreichender Belastbarkeit vor Zerstörung
zu schützen. Hierbei wird durch das erfindungsgemäße Verfahren gewährleistet, daß
trotz Umschaltung der Betriebsspannung die einmal eingestellte Ausgangsgleichspannungssymmetrie
erhalten bleibt und somit lästiges Neueinstellen oder Umdimensionieren der gesamten
Schaltung entfallen kann.