DE2404015B2

DE2404015B2 - Schaltung einer Komplementär-Leistungsendstufe mit Transistoren für einen Operationsverstärker

Info

Publication number: DE2404015B2
Application number: DE19742404015
Authority: DE
Inventors: Martin 4785 Belecke Freuling
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1974-01-29
Filing date: 1974-01-29
Publication date: 1978-07-20
Also published as: DE2404015A1

Description

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Die Erfindung betrifft eine Schaltung einer ruhestromfreien Komplementär-Leistungsendstufe mit zwei Transistoren in Gegenaktschaltung für einen Operationsverstärker, wobei der Ausgang des Operationsverstärkers über eine Stromverzweigung mit den Basen der Transistoren der Leistungsendstufe verbunden und die Last an die Stromverzweigung zu den Emittern der Transistoren angeschlossen ist.

Eine derartige Schaltung ist bekannt, z. B. durch »Elektronik Arbeitsblatt« Nr. 52, 1970, Heft 11, Seite 404, Bild 17, bei der ein Widerstand zwischen dem Ausgang des Operationsverstärkers und der Stromverzweigung zu den Basen der zwei Transistoren der Komplementär-Leistungsenastufe liegt, der als Schutz- bo widerstand dient.

Die Komplementär-Leistungsendstufe ist ebenfalls ruhestromfrei, und es sind die Transistoren der Leistungsendstufen nicht verzögerungsfrei stromleitend bzw. stromfrei schaltbar, so daß die über die b5 Steuerstrecken der Transistoren verlaufende Rückführstromschleife bei den Nulldurchgängen der Ausgangs-Wechselspannung des Operationsverstärkers kurzzeitig unterbrochen wird, wobei die Verstärkung des Operationsverstärkers den Verstärkungsgrad des Offenzustandes erreicht. Die Spannung am Ausgang des Operationsverstärkers steigt im Bereich der doppelten Schleusenspannung der Emitter-Basis-Dioden der Endstufentransistoren schneller an, als die Transistoren umgesteuert werden können. Somit entstehen bei den Nulldurchgängen der Ausgangsspannung der Endstufe Übernahmeverzerrungen, die unerwünscht sind.

Durch »Elektronik« 1970, Heft 5, Seite 147, Bild 4, ist ein Operationsverstärker mit einer ebenfalls ruhestromfreien Komplementär-Endstufe bekannt mit zwar nahezu verzögerungsfrei schaltbaren Transistoren in Gegentaktschaltung, so daß keine unerwünscht großen Übernahmeverzerrungen bei den Nulldurchgängen der Ausgangsspannung der Endstufe entstehen, welche Transistoren jedoch keine Leistungstransistoren sind.

Des weiteren sind durch das Buch »Transistor Electronics« der Prentice-Hall International Inc. 1955, S. 215 und 216, reine Gegentaktverstärker in MittelpunktschaJtung ohne Operationsverstärker bekannt, einmal für Transformatorkopplung und einmal für RC- Kopplung. Diese Verstärker sind auch nicht ruhestromfrei und haben mit dem Gegenstand der vorliegenden Anmeldung im wesentlichen nur die Anwendung des Gegentakt-Arbeitsprinzips gemeinsam.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltung einer ruhestromfreien Komplementär-Leistungsenastufe mit zwei Transistoren für einen Operationsverstärker, bei welcher der Ausgang des Operationsverstärkers über eine Stromverzweigung mit den Basen der Transistoren der Leistungsendstufe verbunden ist, anzugeben, bei der die Übernahmeverzerrungen auf einen nicht störenden Grad vermindert sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine die Steuerstrecken der Transistoren der Leistungsendstufe umgehende Rückkopplung vom Ausgang der Leistungsendstufe über einen Widerstand zum invertierten Eingang des Operationsverstärkers, und vom Ausgang des Operationsverstärkers über einen die Stromverzweigung zu den Basen der Transistoren und die Stromverzweigung zu den Emittern dieser Transistoren überbrückenden Widerstand zurück zum Ausgang der Leistungsendstufe.

Bei einer als Komplementär-Darlington-Schaltung mit zwei Gegentakt-Leistungsendstufen erweiterten Schaltung sind entsprechend einer Ausgestaltung der Erfindung Transistoren mit annähernd gleichen Stromverstärkungsfaktoren für die Gegentakt-Leistungsendstufen verwendet mit einer die Steuerstrecken der Transistoren der zweiten Gegentakt-Leistungsstufe umgehenden Rückführung vom Ausgang dieser Leistungsendstufe über einen Widerstand zum invertierenden Eingang des Operationsverstärkers und vom Ausgang des Operationsverstärkers über einen die Stromverzweigung zu den Emittern der Transistoren der ersten sowie zu den Basen der Transistoren der zweiten Gegentakt-Komplementär-Leistungsstufe und der Stromverzweigung zu den Emittern dieser zweiten Leistungsstufe überbrückenden Widerstand zurück zum Ausgang der zweiten Leistungsendstufe.

Die Bemessung der zwei Widerstände ist nachstehend in der Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung angegeben.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigt

Fig.! eine Schaltung einer ruhestromfreien Komplementär-Leistungsendstufe, die einem Operationsver-

stärker nachgeschaltet ist und

Fig.2 eine als Komplenientär-Darlington-Schaltung iiiit zwei Leistüngsendstufen erweiterte Schaltung nach Fig. 1.

In den Fig. 1 und 2 sind gleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Einander entsprechende Elemente haben ebenfalls gleiche Bezugszeichen, sind aber durch Apostrophierung voneinander zu unterscheiden.

Die in der Zeichnung dargestellten Schaltungen enthalten jeweils eine Vorstufe 1 mit einem Operationsverstärker O und dieser nachgeschaltet eine Komplementär-Leistungsstufe 2 mit zwei Transistoren 21,22 in Gegentaktschaltung. Die Schaltung nach F i g. 2 enthält außerdem eine nach Darlington ausgeführte der ersten Leistungsstufe 2 nachgeschaltete zweite Leistungsendstufe 2'. Es sind alle Stufen an einer gemeinsamen zum Schaltungsnullpunkt symmetrischen Gleichstromquelle mit einer Spannung Ub betrieben, und es ist dem Operationsverstärker O über dessen zwei Eingänge 11 und 12 eine z. B. sinusförmige Wechselspannung u_L-zugeführt, welche möglichst verzerrungsfrei verstärkt auf eine am Ausgang der Leistungsendstufe 2 bzw. 2' angeschlossene Belastung L übertragen werden soll. Die an die Belastung L übertragene Ausgangsspannung u., und die Eingangsspannung u_e werden in bezug auf Massepotential Po gemessen. Zwischen Ausgang 24 bzw. 24' der Leistungsendstufe 2 bzw. 2' und Massepotential Po liegt ein ohmscher Spannungsteiler, bestehend aus zwei Widerständen 26 und 13, dessen Teilungspunkt mit dem invertierenden Eingang 12 des Operationsverstärkers O verbunden ist. Über diesen Spannungsteiler wird ein Teil

der Ausgangsspannung u_a auf den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers rückgeführt. (R\ j und /?26 sind die Widerstandswerte der Elemente 13 und 26.) Der Spannungsteiler bildet einen Stromzweig des Rückführungsstromkreises 24, (24'), 26 (26'), 12, 14, 24, (24'). Damit dieser Stromkreis nicht nur über die Steuerstrecken der Transistoren 21, 22, 21', 22' führt, also unabhängig vom Steuerungszustand der Transistoren stets geschlossen ist, liegt bei den dargestellten Schaltungen zwischen der Stromverzweigung 14 zu den Basen der Transistoren 21 und 22 und der Stromverzweigung 24 zu den Emittern dieser Transistoren und zugleich dem Ausgang der Stufe 2 jeweils ein Widerstand 25 und bei der Schaltung nach F i g. 2 zwischen der Stromverzweigung 24, die auch zu den Basen der Transistoren 21' und 22' der Leistungsendstufe 2' führt, und der Stromverzweigung 24' zu den Emittern dieser Transistoren und zugleich dem Ausgang der Stufe 2' ferner ein Widerstand 25'. Die infolge der Rückführung wirksame Kreisverstärkung der Schaltungen nach F i g. 1 und 2 beträgt

V =

"■·

Die Widerstandswerte Λ20 und R^v sind im wesentlichen in Abhängigkeit von dem maximalen Basisstrom Iη «Μ der Transistoren der Komplementär-Leistungsendstufe 2 bzw. 2' und dem maximalen Ausgangsstrorn Ai ma» des Operationsverstärkers O bemessen. Für die Schaltung nach F i g. 1 gilt die Beziehung

_R = ^U">

'" inuj: ' Hiiiux

Übe ist die Basis-Emitter-Spannung der Transistoren 21 und 22 beim Kollektorstromeinsatz, die etwa der Schleusenspannung der Basis-Emitter-Dioden der Transistoren entspricht.

Der maximale Basisstrom /#,„« ergibt sich aus dem maximalen Belastungsstrom und der Stromverstärkung B\2 der Transistoren 21 und 22. Für die Schaltung nach F i g. 2 gilt entsprechend

«25· =

IH max + I" max ~ I Hi

Hierin bedeuten L/at die Basis-Emitter-Spannung der Transistoren 2Γ und 22' beim Kollektcrstromeinsatz und /β·™» der aus dem maximalen Belastungsstrom und der Stromverstärkung S3.4 der Transistoren 21' und 22' sich ergebende maximale Basisstrom der Transistoren 21' und 22'.

Verwendet man Transistoren 21, 22,21' und 22' mit Ube~U'be und Β\,₂*=Βχ4, dann gilt

Durch die Anordnung der Widerstände 25 und 25' ist die Rückführungsschleife ständig geschlossen, und es sind die Übernahmeverzerrungen, die bei den Nulldurchgängen der Spannung Uj am Ausgang der Leistungsendstufe entstehen können, so stark vermindert, daß sie auch meßtechnisch zu vernachlässigen sind. Hiervon unabhängig sind die Transistoren der Leistungsstufen bei den Nulldurchgängen der Wechselspannung nicht stromleitend. Infolge des exponentiellen Verlaufes der Strom-Spannungs-Kennlinie Ib (Übe) der Steuerstrecken der Leistungsstufen-Transistoren erfolgt die Stromübernahme dieser Transistoren nicht sprunghaft, sondern stetig.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltung einer ruhestromfreien Komplementär-Leistungsendstufe mit zwei Transistoren in ^r, Gegentaktschaltung für einen Operationsverstärker, wobei der Ausgang des Operationsverstärkers über eine Stromverzweigung mit den Basen der Transistoren der Leistungsendstufe verbunden und die Last an die Stromverzweigung zu den Emittern der in Transistoren angeschlossen ist, gekennzeichnet durch eine die Steuerstrecken der Transistoren (21, 22) der Leistungsendstufe umgehende Rückkopplung vom Ausgang (24) der Leistungsendstufe über einen Widerstand (26) zum invertierten r> Eingang (12) des Operationsverstärkers (O), und vom Ausgang des Operationsverstärkers (O) über einen die Stromverzweigung (14) zu den Basen der Transistoren (21, 22) und die Strom verzweigung zu den Emittern dieser Transistoren überbrückenden 2» Widerstand (25) zurück zum Ausgang (24) der Leistungsendstufe.

2. Als Komplementär-Darlington-Schaltung mit zwei Gegentakt-Leistungsstufen erweiterte Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß 2 j Transistoren mit annähernd gleichen Stromverstärkungsfaktoren (B) für die Gegentakt-Leistungsstufen (2, 2') verwendet sind sowie gekennzeichnet durch eine die Steuerstrecken der Transistoren der zweiten Gegentakt-Komplementär-Leistungsstufe jo (2') umgehende Rückführung vom Ausgang (24') dieser Leistungsendstufe über einen Widerstand (26') zum invertierenden Eingang (12) des Operationsverstärkers (O) und vom Ausgang des Operationsverstärkers über einen die Stromverzweigung r, (24) zu den Emittern der Transistoren (21, 22) der ersten (2) sowie zu den Basen der Transistoren (21', 22') der zweiten Gegentakt-Komplementär-Leistungsstufe (2') und der Stromverzweigung (24') zu den Emittern dieser zweiten Leistungsstufe überbrückenden Widerstand (25') zurück zum Ausgang (24') der zweiten Leistungsendstufe.