DE2351676B2

DE2351676B2 - Verstaerker mit konstanter stromaufnahme

Info

Publication number: DE2351676B2
Application number: DE19732351676
Authority: DE
Inventors: Peter Eduard Adliswil Haferl (Schweiz)
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1972-11-13
Filing date: 1973-10-15
Publication date: 1977-10-13
Also published as: ES420490A1; FR2206626B1; PL89521B1; BR7308817D0; ATA956373A; AR198011A1; AU6228673A; BE807210A; DE2351676A1; NL7315225A; CA1000812A; DK144579C; NO139285C; SE393505B; FI57501C; IT999341B; JPS5331575B2; GB1460569A; FR2206626A1; FI57501B

Description

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Die Et findung betrifft ?inen Verstärker, wie er im Oberbeg. iff des Anspruchs I vorausgesetzt ist

Derartige Verstärker eignen sich beispielsweise als Tonfrequenzverstärker, die wegen des praktisch konstanten Stromverbrauchs insbesondere dort anwendbar sind, wo die Betriebsspannung für den Verstärker der Zeilenablenkschaltung eines Fernsehempfängers entnommen wird. Die Verwendung der Zeilenablenkschaltung eines Fernsehempfängers als Spannungsquelle von Hilfsspannungen für andere Schaltungsteile des Emp- so fängers ist bekannt und bietet insbesondere bei Farb- und Schwarzweißgeräten Vorteile, die keinen Netztransformator zur Erzeugung niedriger Spannungen verwenden.

Tonfrequenzverstärker verbrauchen eine beträchtlicnc Lcisiimg, i\z von der Art des «yjederzuge^pnrfen Tonsignals abhängig ist Insbesondere dort, wo die Leistung zum Betrieb solcher Tonfrequenzschaltungen aus der Zeilenablenkschaltung des betreffenden Fernsehempfängers abgeleitet wird, ist zu erwarten, daß Schwankungen der Leistungsaufnahme der Tonfrequenzschaltungen die für die Ablenkschaltung selbst zur Verfügung stehende Leistung beeinflussen. Bei uerzrtigen Schaltungen können Schwankungen der vom Tonverstärker entnommenen Leistung Schwankungen ίι$ der für die Ablenkung zur Verfügung stehenden Leistung bewirken. Daraus ergeben sich dann Änderungen der Breite des von der Kathodenstrahlröhre wiedergegebenen Bildes. Typische Lösungen des P- Mems schwankender Leistungsentnahme, wie eine ^ciierdiodenstab-lisierung der Spannung für die Ablenkschaltung oder ein erhöhter Siebaufwand r'er Versorgungsspannung, komplizieren den Aufbau und erhöhen die Kosten des Empfängers und sind daher unzweckmäßig.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen mit wenig Aufwand und Kosten zu realisierenden Verstärker mit konstanter Stromaufnahme anzugeben. Diese Aufgabe wird bei einem Verstärker der im überbegriff des Anspruchs I angegebenen Art erfindungsgemäß durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst.

Es ist zwar aus der US-PS 35 16 003 eine Verstärkerschaltung bekannt, bei welcher ein erster und ein zweiter Transistor miteinander in Reihe geschaltet sind und der erste Transistor von einer Signalquelle angesteuert wird und über eine Gleichstromimpedanz mit der Betriebsspannungsquelle verbunden ist, wobei an den ersten Transistor ein Verbraucherstromkreis angeschlossen ist und für den zweiten Transistor eine Vorspannungsschaltung vorgesehen ist. Jedoch handelt es sich in diesem bekannten Fall um eine völlig andere Aufgabe, nämüch um die Realisierung eines Verstärkers möglichst hohen Verstärkungsfaktors, der jedoch aus einer Betriebsspannungsquellc relativ niedriger Spannung gespeist werden soll. Da de- Verstärkungsfaktor durch die Steilheit des Verstärkerelementes und durch die Größe der Lastimpedanz bestimmt ist, ein Transistor jedc:h eine große Steilheit erst bei hoher. Fmiturströmen hat, würde man einen sehr großen Spannungsabfall an der Lastimpedanz in Kauf nehmen müssen, wenn sie von einem so hohen Emitterstrom durchflossen würde. Selbst wenn man eine dynamische Impedanz in Form eines Transistors verwendet, der dann ebenfalls von dem hohen Emitterstrom des Verstärkertransistors durchflossen würde, würde diese dynamische Impedanz wegen des hohen Emitterstroms auf einen relativ niedrigen Wert begrenzt werden. Man betreibt daher den Lasttransistor mit dem gewünschten niedrigen EmitU -strom und koppelt die Differenz zwischen dem niedrigen Ernitterstrom der Lastimpedanz und dem hohen Emitter.trom des Verstärkertransistors zusätzlich aus einer Konstantstromquelle ein, die durch einen weiteren, vorstehend als zweiten Transistor bezeichneten Transistor gebildet wird.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung ist im folgender anhand eines in der Zeichnung dargestellten A ,^führungsbeispiels näher erläutert.

Über eine Antenne S wird eine mit Fernsehsignalen moduliere Trägerwelle dem Empfänger zugeführt, der in üblicher Weise einen Empfanfsteil 10, einen Zwischenfrequenzverstärker und Demodulator 20, einen Videoverstärker 30, Synchronisierschaltungen 50, eine Bildablenkschaltung 60 und eine Zeilenablenkscnaltung 70 enthält, die an die Bildröhre 40 angeschlossen sind. (Irn Fal'e eines Farbfernsehempfängers würde die Schaltung noch eine Farbsynchronisationsschaltung und die Farbsignalverarbeitungsscbaltungen enthaften, die hier aber »vicht dargestellt sind.)

Ein Ausgangssignal des ZF-Verstärkers und Demodulators 20 wird in üblicher Weise einem Ton-ZF-Verstärker und Demodulator 25 zugeführt, der ein demoduliertes Tonfrequenzsignal für die Tonwiedergabe liefert, das einem Vorverstärker 80 zugeführt wird.

Der Vorverstärker 80 enthält Transistoren 84, 86,89

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und 91. Der Basis des Transistors 84 wird das demodulierte Tonsignal über einen Koppelkonde.isator 81 zugeführt. Der Emitter des Transistors 84 ist über einen Widerstand 85 an einen Bezugspotentialpunkt, beispielsweise Masse, angeschl« ssen. Der Kollektor des s Transistors 84 ist direk« mit der Basis des Transistors 86 verbunden. Die zwischen die Spannungsquelle + V und Masse geschalteten Widerstände 82 und 83 liefern eine Vorspannung für den Transistor 84.

Die als frigang geschaltete Basis des Transistors 86 ,„ wird durch die unmittelbare Verbindung mit dem Kollektor des Transistors 84 vorgespannt. Der Emitter des Transistors 86 liegt über einen Widerstand 87 an der Betriebsspannungsqueile + V. Sein Kollektor ist aber einen Wideband 88 an Masse angeschlossen. , _s

Die Basis des Transistors 89 ^;~t unmittelbar an den Verbindungspunkt des Kollektor,, des Transistors 86 mit dem Widerstand 88 angeschlcisen u;· . hält von hier ihr Eingangssignal. Der Emiucr o-s '!.„nsislors 89 liegt über einen Widerstand 90 am V '.i.idungspunkt des Emitters des Transistors 84 r»;. ,iem Widerstand 85. Der Kollektor des Transistors ?" .s' direkt mit der Basis des Transistors 91 verbürg ■ -na liefert das Eingangssignal für diesen.

De^r Kollektor des Transistors 91 liegt über einen 2-·; Widerstand 93 am Verbindungspunkt df -. Emitters des Transistors 89 mit dem Widersta.id 90. Der Emitter des Transistors 91 liegt über einen Widerstand 92 an der Beiriebsspannungsquelle. Der Verbindungspunkt des Kollektors des Transistors 91 mit dem Widerstand 93 ist unmittelbar mit einem Anschluß A gekoppelt, welcher das Ausgangssignal des Vorverstärkers 30 liefert.

Der Anschluß A ist wiederum direkt mit dem Tonfrequenzausgangsverstärker ίΟΟ gekoppe!:. Der Verstärker 100 enthält Transistoren 101, 105 und 106. Der Kollektor des Eingangstransistors 101 liegt über einen Widerstand 102 an der Gleichspannungsqiielle + V, deien Spannung in bekannter Weise aus der Zeilenablenkschaltung 70 abgeleitet wird (beispielsweise durch Gleichrichtung der Zeilenrücklaufimpulse). De; Emitter des Transistors 101 ist unmittelbar mit dem Kollektor des Transistors 105 und der Emitter des Transistors 105 ist unmitte" ar mit Masse verbunden.

Vom Verbindungspunkt des Kollektors des Transistors 101 mit dem Widerstand 102 ist ein Kondensator 103 an eine Klemme eines Lautsprechers 104 geschaltet, dessen andere Klemme an den Verbindungspunkt des Emitters des Transistors 101 rrit dem Kollektor des Transistors 105 geführt ist.

Die Vorspannung für den Transistor 105 wird durch den Transistor 106 geliefert, dessen Emitter an den Verbindungspunkt des Widerstandes 102 mit dem Kollektor des Transistors 101 angeschlossen ist. Zwischen den Kollektor des Transistors 106 und d-e Basis des Transistors 105 ist ferner ein Strombegren zungswiHerstand 107 geschaltet. Ferner liegt ein Widerstand 108 zwischen der Basis des Transistors 105 und Masse. Der Verbmdungspun'a der Widerstände 107 und 108 ist unmittelbar an die Basis des Transistors 105 geschaltet. Die Basis des Transistors 106 ist direkt an den Verbindun'jspunkt des °;»p" FHes des Wi-¹—f~- desffl mit der K'iibod«· »-!per Diode 110 ü η e - · s ί .,-.--■ Das andere "nde des WHrr an k M 1 .,·■■ vi geführt. Die Anode der ;>,-,ile HO „.> Ii 1· <t einer Diode 109 angeschlossen Du ί< ><! ■ .>·ι

109 ist mit der Betriebss^ rh,·^ qu· r- u ι.

Im Betrieb wild da- ^·ι,·>ο(|ι ■■;·.'· γ ;> Ton-Z·- Verstärkerun I i>em(><i' ,1: >■ >^r> ·.-,-.r. ki den Vorverstärker 80 dem Tonfrequenzverstärker 100 zugciuiui. Der Vorverstärker 80 erhöht die dem Detektor 20 dargebotene Impedanz. Die Anzahl der Transistoren und ihre Verbindungen hängen im einzelnen von den jeweiligen Anr.teuererfordernisun des Tonfrequenzverstärker 100 ab.

Die hier beschriebenen Prinzipien können, soweit sie den Verstärker 100 betreffen, in geeigneter Form auch au! den Vorverstärker 80 angewandt werden. Eine zufriedenstellende Betriebsweise unter Anwendung dieser Prinzipien läßt sich erzielen, wenn man den Anschluß A des Tonfrequenzverstärker» 100 unmittelbar mit dem Koppelkondensator 81 verbindet. Alterna tiv kann auch eine einzige Vorverstärkerstufe unter Anwendung dieser Prinzipien verwendet werden, indem man den Koppeikonciensator 81 an die Basis des Transistors 91 ils Eingang anschließt.

Der Tonfrequenzverstärker 100 arbeitel mit praktisch konstantem Strom in der folgenden Weise. Die Kollektor-Emitter-Strecken der Verstärkertransistoren 101 und 105, von denen der letztgenannte als Stromserike dient, sind von Masse uber ein-en Widerstand in Reihe an die Spannungsqudle + Vangeschlossen, dereⁿ Spannung aus (J.."" Zeilenablenkstufe gewonnen wird. Die Gleichspanriung an der Basis des Transistors 101 wird über die vom Transistor 91 des Vorverstärkers gelieferte Vorspannung halb so groß wie die Betriebsspannung + V gewählt. Der Stromsen- V -ntransistor 105 führt einen praktisch kor Mnten Strom /0, der mit Hilfe des Widerstandes 102 bestimmt wird, wie nachfolgend noch erläutert wird.

Der Transistor 106 erhält seinen Basisstrom über einen Widerstand 111. Die in Reihe geschalteten Dioden 109 und 110 stabilisieren die Basisspannung des Transistors 106 auf einen Wert, der um die Summe der Durchlaßspannungsabfälle der Dioden (2 V_hi) unter der Betriebsspannung + V liegt. Wenn der Transistor 106 und die Dioden 110 und 109 durch gleiche Bauelemente gebildet werden, dann ist der Spannungsabfall an der Diode 110 praktisch gleich dem Basis-Emitter-Spannungsabfall des Transistors 1OS. Der Spannungsabfall am Widerstand 102 ist daher gleich dem Spannungsabfall jn der Diode J09. Der Strom I₀ wird durch den Spannungsabfall an der Diode 109 geteilt durch den Wert des Widerstandes 102 bestimmt. Der Kollektor de*· Transistors !06 stellt eir.J Stromquelle ds, die den Basisstrom für den Transistor 105 über den Widerstand 107 liefert. Der Widerstand 107 begrenzt den Kollektorstrom des Transistors 106. und der Widerstand 108 stellt eine niederohmige Impedanz zwischen der Basis des Transistors 105 und Masse dar.

Wenn keine Tonirequenzsignaie zugeführt werden, dann teilt sicfi der den Widerstand 102 durchfließende Strom in zwei Teilströme auf, deren erster als Haui/tstromantei! durch die Koüektor-Emitter-Strekken der Transistoren 101 und 105 nach Masse fließt und deren zweiter Stromanteil durch die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors 106 und die Ba">is-Eniitter-Strecke ''es Transistors 105 nach Masse fließt. Der letztgenannte Stromanteil ist vernachlässigbar, da seine rrnf?c γίτ /, i?ef-ilf durch -Λ,η "AVr! h ;,λ Trans\t· IO"5 i-1

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Spannungsabfalls am Widerstand 102, der wiederum einen verringerten Stromfluß durch den Transistor 106 in die Basis des Transistors 105 verursacht, so daß seinerseits der Strom /o wieder verringert wird. Wenn andererseits der Spannungsabfall am Widerstand 102 infolge einer Verringerung des Stromes /o absinkt, dann verringert sich auch der Steuerstrom zur Basis des Transistors 105. Eine solche Änderung des Stromes /o drückt sich im Spannungsabfall am Widerstand 102 aus und wird durch eine entsprechende Steuerstromänderunfr an der Basis des Stromsenkentransistors 105 kompensiert

Nimmt man an. daß der Lautsprecher 104 nicht an die Schaltung angeschlossen ist und vernachlässigt man de·! Strom im Transistor 106. dann fließt der Strom l·, von der Betriebsspannungsquelle + V durch die Kollektor-Emitter Strecken der Transistoren 101 <id 105 nach Ma-At und /war unabhängig von der Basisspannung des Transistors 101 Wenn der Lautsprecher 104 an den Transistor 101 angeschlossen wird und ein Tonfrequenzsignal der Basis des Transistors 101 zugeführt wird, dann wird der praktisch konstante Gleichstrom A, in zwei Wechselstrcmkomponenten /Ί durch den Kondensato: 103 und den Lautsprecher 104 einerse.ts und den Anteil (l.,-ii) durch den Transistor 101 aufgeteilt Diese Wechselstromkorrponenten addieren sich am Kollektor des Stromsenkentransstors 105 zu einem Strom (I - r.) + /, = L Somit ist ersichtlich.daß der Strom durch den Transistor 105 unabhängig vom Strom / gleich /.,ist.

Der Strom A, wird durch den Strom /i nicht moduliert, weil der den Transistor 105 durchfließende Strom infolge des Widerstandes 102. der Dioden 109 und 110 und des Transistors 106 auf einem praktisch festen Wert gehalten wird, der unabhängig von dem dem Transistor 101 /ugefuhrten Tonfrequenzsignal ist. Der den Transistor 101 durchfließende Strom ändert sich zwischen 0 und 2 /..(wenn - ι- = L ist), und daher kann der den Lautsprecher 104 durchfließende Signalstrom /wischen + /, und - /..mit der Tonfrequenz schwanken. Der Verstarker 100 kann einen maximalen Signal strom / von Spitze zu Spitze gerechnet erzeugen, der unabhängig von der Impedanz des Lautsprechers 104 und der Betriebsspannung + V ist (wenn diese Spannung nicht kleiner als die Summe des Spannungsabfalis am Widerstand 102 und der Särtigungsspar.nungen der Transistoren 101 und 105 ist. Diese Minimalspannung liegt bei etwa 1.5 VcIt). Um einen maximalen Wirkungsgrad bei »inern gegebenen Wert der Betrieb-)· spannung + V zu erhalten stimmt man den Wen L und die Impedanz des Lautsprechers 104 — unter der Voraussetzung eines genügend großen Wertes des Kondensators H)3 — vorzugsweise aufeinander ab. daß bei einem maximaten Signalstrom (I₀ von Spitze zu Spitze gemessen) die maximale Signalspitzenspannung an den Transistoren 1Oi bzw. 105 auftritt Die maximal zur Verfügung stehende Signalspitzenspannung ist + V minus der Summe der Kollektor-Emitter-Sättigungsspannungen der Transistoren 101 und 105 und des Spannungsabfalls am Widerstand 102. Auf diese Weise beträgt die maximale Signalspitzenamplitude + Vminus etwa 1.5 V.«.

Der konstante Strom /₀ wird am Widerstand 102 abgefühlt und mit Hilfe des Transistors 106 und der Dioden 109 und HO konstantgehalten. Die thermische Stabilität des Stromes /0 wird durch die Dioden 109 und HO im Basiskreis des Transistors 106 gewährleistet. Eine Umgebungstemperaturerhöhung hat eine Verringerung der Basis-Emitter-Spannung des Transistors 106 zur Folge, die den Strom I₀ vergrößert. Da der Durchlaßspannungsabfall, beispielsweise einer Siliziumdiode, mit der Temperatur in etwa demselben Maße schwankt wie die Emitter^jBasis-Spannung eines Siliziumtransistors, kompensiert die Diode 110 temperaturbedingte Basis-Emitter-Spannungsänderungen des Transistors 106, und die andere Diode 109 bedingt einen negativen Temperaturkoeffizient von I₀ von etwa 2 Promille pro ⁰C. Betrachtet man den Widerstand 102 als temperaturunabhängig, dann erniedrigt sich /0 leicht mit ansteigender Umgebungstemperatur, während /0 mit abnehmender Umgebungstemperatur leicht ansteigt. Ein solcher negativer Temperaturkoeffizient von /₀ ist für den Betrieb der Transistoren 101 und 105 erwünscht.

Es kann jedoch noch eine weitere Verbesserung der Stabilität der Gesamtstromaufnahme erreicht werden, wenn man die Basisvorspannung des Transistors 101 in der in der Figur dargestellten Weise ableitet, wo ein sich verändernder Bais-Steuerstrom des Transistors 101 ebenfalls über den Widerstand 102 abgeleitei wird.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die folgenden Bauelemente verwendet worde

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Transistoren	84	BC 147	NPN 20OmA
			All/weck
	8b	IiC 557	PNP 200 mA
			All/weck
	89	8C 147	NPN 200 mA
			Ali/weck
	91	BC 557	PN P 20OmA
			All/v/eck
	101	BC 241	NPN 3 A
	105	BC 241	NPN 3 A
	106	BC 557	PN P 200 mA
			Allzweck
Dioden	109	BAX 13	(IN 914)
	110	BAX 13	(IN 914)
Widerstände	82	68 000 Ω	1/2 W
	83	4 70ΟΩ	1/2 W
	85	1000Ω	1/2 W
	87	100Ω	1/2 W
	88	1 000Ω	1/2 W
	90	15000Ω	1/7 W
	92	10Ω	1/2VV
	93	100Ω	1/2 W
	102	1Ω	1 W
	107	330 Ω	1/2 W
	108	1500 Ω	1/2 W
	111	2 200Ω	1/2 W
Kondensatoren	81	50 μΡ	15V
	103	ΙΟΟΟμΡ	16V
Lautsprecher		8Ω
+ V		15V

Ein weiterer Vorteil des dargestellten Tonfrequer.zverstärkers Hegt in seiner Kurzschlußfestigkeit Im Falle eines Kurzschlusses an den Lautsprecherklemmen kann der maximale Strom nur den Wert I₀ erreichen, so daß auch dann die Leistungsaufnahme konstant bleibt

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verstärker mit einem ersten und einem zweiten Transistor, welche miteinander in Reihe geschaltet s sind, ferner mit einer den ersten Transistor ansteuernden Signalquelle, einem an den ersten Transistor angeschlossenen Verbraucherstromkreis und einer den ersten Transistor mit der Betriebsspannungsquelle verbindenden Gleichstromimpedanz, sowie mit einer Vorspannungsschaltung für den zweiten Transistor, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbraucherstromkreis (103, 104) parallel zum ersten Transistor (101) geschaltet ist und daß die Vorspannungsschaltung (106 — 111) is an die Gleichstromimpedanz (102) angeschlossen und als Teil einer Regelschaltung (101 — 111) ausgebildet ist, welche die Leitfähigkeit des zweiter Transistors (105) abhängig von dem durch die Gleichstromimpedanz (102) fließenden Strom derart steuert, daß aus der Betriebsspannungsquelle (+ V) ein im wesentlichen konstanter Strom entnommen wird.

2. Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnetdaß die Vorspannungsschaltung(106— 111) einen vom Spannungsabfall an der Gleichstromimpedanz (102) angesteuerten Transistor (106) enthält, der Kollektorseitig die Basis des zweiten Transistors (105) ansteuert

3. Verstärker nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbraucher (ί04) wechselstrommäQig parallel zum ersten Transistor (101) geschaltet st

4. Verstärker nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der V-;rbrau"herstromkreis mindestens einen Lautsprecher (1C1) enthält