DE2406289C2

DE2406289C2 - Verstärker mit einer Überlastanzeige- und/oder Überlastschutz-Schaltung

Info

Publication number: DE2406289C2
Application number: DE2406289A
Authority: DE
Inventors: Hirohito Chofu Tokyo Kawada; Tadao Tokyo Suzuki
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1973-02-09
Filing date: 1974-02-09
Publication date: 1983-06-30
Also published as: US3891933A; NL187185B; NL187185C; NL7401848A; DE2406289A1; GB1458857A; FR2217857B1; IT1006319B; FR2217857A1; JPS49117755U; CA1029820A

Description

Die Erfindung betrifft einen Verstärker mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1.

Bei bekannten Verstärkern wird zum Schutz des Verstärkers oder der an den Verstärker angeschlossenen Last entweder die Kollektor-Verlustleistung des Ausgangstransistors oder die Impedanz der Last gemessen und im Störungsfalle die Ausgangsleistung des Verstärkers begrenzt Nachteilig ist bei den bekannten Ausführungen, daß ein Störungszustand, bei dem die Kollektor-Ausgangsleistung begrenzt wird, nicht angezeigt wird.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Verstärker entsprechend dem Oberbegriff des Anspruches 1 so auszubilden, daß mit einfachen schaltungstechnischen Mitteln eine zuverlässige Überlastanzeige (und/oder ein Überlastschutz) erfolgt, und zwar auch dann, wenn die Ausgangsleistung des Verstärkers begrenzt wire».

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Verstärker entsprechend dem Oberbegriff des Anspruches 1 durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung veranschaulicht Es zeigt

F i g. 1 ein Schaltbild eines ersten Ausführungsbeispieles eines Verstärkers mit Überlastanzeige-Schaltung,

Fig.2 ein Schaltbild eines Ausführungsbeispieles eines Verstärkers mit Überlastanzeige- und Überlast-Schutzschaltung.

Die Schaltung gemäß F i g. 1 enthält einen Leistungsverstärker 20 und einen Detektorkreis 40, der ermittelt, ob ein Kurzschluß der Last des Leistungsverstärkers vorliegt oder ob die Ausgangsleistung des Verstärkers aufgrund einer Störung begrenzt ist.

Der Leistungsverstärker 20 besteht aus Differentialverstärkern 3,4 und 5 und einer Gegentaktausgangsstufe 21. Ein Eingangsanschluß 1 des Leistungsverstärkers 20 erhält das Ausgangssignal eines Vorverstärkers (nicht gezeigt) und ein Ausgangsanschluß 2 des Leistungsverstärkers 20 ist mit einer Last, wie einem Lautsprecher (nicht gezeigt), verbunden. Die Differentialverstärker 3, 4 und 5 sind zwischen positive und negative Spannungsquellen + V_ai und - V_n 1 geschaitet Der Differentialverstärker 3 besteht aus zwei NPN-Transistoren 6a und 6b und einem NPN-Transistor 6c. Die Basis des Transistors 6a erhält das Eingangssignal von dem Eingangsanschluß 1. Die Basis des anderen Transistors 6b erhält das Ausgangssignal des Leistungsverstärkers 20 über einen Widerstand 7. Der Widerstand 8 ist zwischen Erde und die Basis des Transistors 6b geschaltet Die Emitter der Transistoren 6a und 6b sind miteinander und mit einem Konstantstromkreis verbunden, der den Transistor 6c enthält Der Signalweg von dem Ausgangsanschluß 2 zu der Basis des Transistors 6b bildet eine Gegenkopplungsschleife und bei dem gezeigten Kreis wird ein Gegenkopplungssignal in Phase mit dem Eingangssignal zugeführt.

Ein Widerstand 22 ist zwischen die Basis des Transistors 6a und Erde geschaltet und dient zur Einstellung der Eingangsimpedanz des Differentialverstärkers 3. Widerstände 23 und 24 sind mit den Kollektoren der Transistoren 6a und 6b als Lastwiderstände verbunden, und ein Widerstand 25 ist zwischen die Emitter der Transistoren 6a und 6b geschaltet und wird zur Einstellung der Gleichspannung an dem Ausgangsanschluß 2 verwendet.

Der zweite Differentialverstärker 4 ist mit dem Ausgangsanschluß des Differentialverstärkers 3 verbunden und besteht aus zwei PNP-Transistoren 9a und 9b.

Der dritte Differentialverstärker 5, der zu dem Differentialverstärker 4 in Kaskade geschaltet ist, besteht aus zwei NPN-Transistoren 10a und 106,

Widerstände 25' und 26 sind mit den Kollektoren der Transistoren 9a und 96 verbunden und dienen als Lastwiderstände für den Differentialverstärker 4. Widerstände 27 und 28 sind mit den Kollektoren der Transistoren tOa und 106 verbunden und dienen als Lastwiderstände für den Differentialverstärker 5. NPN-Transistoren 11a und 116 sind in Darlington- _ln Schaltung angeordnet, PNP-Transistoren 12a und 126 sind ebenfalls in Darlington-Schaltung angeordnet Die Basen der Transistoren 11a und 12a sind mit dem Kollektor des Transistors 106 über Widerstände und Dioden 29 verbunden und komplementär zwischen die ₍-, Spannungsquellen + Kc? und - Kr;? geschaltet, um die Gegentaktausgangsstufe 21 zu bilden. Dioden 29 sind mit dem Kollektor des Transistors 106 verbunden und dienen zur Einstellung des Leerlaufstroms für die Transistoren. ^o

Einer der Differentialverstärker 3, 4 oder 5, z. B. der Differentialverstärker 4, ist so geschaltet, daß die Detektoranschlüsse 13a und 136 mit den Kollektoren der Transistoren 9a und 96 verbunden sind.

Im normalen Betrieb erzeugt der Verstärker 20 ein Ausgangssignal, das dem Ausgangsanschluß 2 zugeführt und durch die Widerstände 7 und 8 so geteilt wird, daß es eine solche Phase hat, daß es bezüglich des Eingangssignals ein Gegenkopplungssignal ist Das Signal am Anschluß 2 wird auf die Basis des Transistors _Jo 66 des Differentialverstärkers 3 als Gegenkopplungssignal gegeben, so daß der normale Pegel von Signalen, z. B. positiven und negativen Signalen von einigen Volt, an den Detektoranschlüssen 13a und 136 erscheint

Wenn jedoch ein Überlastzustand z. B. in dem ^ Verstärker 20 hervorgerufen wird, wird der Ausgangsanschluß 2 kurzgeschlossen, und das Gegenkopplungssignal, das auf die Basis des Transistors 66 gegeben wird, wird im wesentlichen Null, so daß der Differentialverstärker 3 mit der Verstärkung bei offener Gegenkopplungsschleife arbeitet. Wenn daher das Eingangssignal, das auf den tingangsanschluß 1 gegeben wird, eine positive Halbperiode hat wird der Transistor 6a des Differentialverstärkers 3 der ersten Stufe geöffnet und der Transistor 66 gesperrt Der Transistor 9a des ₄-, Differentialverstärkers 4 der nächsten Stufe wird gesperrt und der Transistor 96 wird geöffnet Daher nähert sich die Spannung an dem Detektoranschluß 13a, der mit dem Kollektor des Transistors 9a verbunden ist der Spannungsquelle - Kr /. Die Spannung des anderen -„, Detektoranschlusses 136 nähen sich der Emitterspan* nung des Transistors 96.

Wenn ein zu großes Eingangssignal auf den Eingangsanschluß 1 gegeben wird und ein Teil der positiven Halbperiode des Ausgangssignals begrenzt 5-, wird, nähert sich die Spannung des Detektoranschlusses 13a der Spannung der Spannungsquelle — Kr/. Wenn sich die Spannung des Detektoranschlusses 136 der Spannung der Spannungsquelle — Kc / nähert, wird eine negative Halbperiode des Ausgangssignals teilweise begrenzt.

Wird somit der Ausgangsanschluß 2 des Verstärkers 2 kurzgeschlossen oder wird ein zu großes Eingangssignal auf den Verstärker 20 gegeben, so nähert sich die Spannung an dem Detektoranschluß 13a oder 136 der Spannung der Spannungsquelle — K_n.;. Der Detektorkreis 40 ist an diese Detektoranschlüsse 13a und 136 angeschlossen, um den Begrenzungszustand des Ausgangssignals an dem Ausgangsanschluß 2 bzw, die Oberlast festzustellen und anzuzeigen.

Der Detektorkreis 40 weist einen monostabilen Multivibrator 14 auf, der aus den Transistoren 15a und 156 gebildet ist, die zwischen die Spannungsquelle + Kr/ und Erde geschaltet sind. Ein Anzeigeelement, wie eine Leuchtdiode oder eine Photodiode 16a, die grünes Licht emittieren kann, ist in den Kollektorstrompfad des Transistors 15a geschaltet und ein weiteres Anzeigeelement wie eine Leuchtdiode oder eine Photodiode 166, die rotes Licht emittieren kann, ist in den Kollektorstrompfad des Transistors 156 geschaltet Die Basis des Transistors 15a ist mit dem Kollektor eines NPN-Transistors 17 über eine Diode 30 verbunden. Der Emitter des Transistors 17 ist geerdet und sein Kollektor ist über einen Widerstand 31 mit der Spannungsquelle +Kc; verbunden. Die Basis des Transistors 17 ist mit dem Kollektor eines NPN-Transistors 18 verbunden. Der Kollektor des Transistors 18 ist über einen Widerstand 32 mit der Spannungsquelle + Kr; verbunden, und sein Emitter ist über einen Widerstand 33 mit der Spannu'^squelle -Kr/ verbunden und seine Basis ist mit der Sppnnungsquelle + Kc / über einen Widerstand 34 und mit der Spannungsquelle - Kr / über einen Widerstand 35 verbunden. Die Basis des Transistors 18 ist mit den Detektoranschlüssen 13a und 136 über Widerstände 36' und 37' und Dioden 36 und 37 mit der gezeigten Polarität verbunden.

Wenn bei dem oben beschriebenen Kreis der Verstärker 20 normal arbeitet werden nur einige Volt der Ausgangssignale den Detektoranschlüssen 13a und 136 zugeführt Der Transistor 18 im Detektorkreis 40 wird geöffnet und der Transistor 17 wird gesperrt. Dadurch wird der Transistor 15a des monostabilen Multivibrators 14 geöffnet der Transistor 156 wird jedoch gesperrt Somit wird die Leuchtdiode 16a erregt und emittiert grünes Licht, das anzeigt, daß der Verstärker 20 normal arbeitet. Wenn dagegen der Verstärker 20 einer Überlast ausgesetzt ist, die Last kurzgeschlossen wird oder das Ausgangssigna! begrenzt wird, erreicht die Spannung an den Detektoranschlüssen i3a und 136 diejenige der Spannungsquelle — Kr /· Dadurch wird die Diode 36 oder 37 mit der Spannung der Spannungsquelle - Kr; vorgespannt und der Transistor 18 wird gesperrt und der Transistor 17 wird geöffnet Dadurch wird der Transistor 15a gesperrt und der Transistor 156 wird geöffnet. Die grüne Leuchtdiode 16a erlischt daher und die rote Leuchtdiode 166 leuchtet auf und zeigt den Störzustand an. Der Transistor 15a bleibt im gesperrten Zustand und der Transistor 156 im leitenden Zustand während einer bestimmten Zeitperiode, die von der Zeitkonstante eines Widerstands 38 und eines Kondensators 39 im monos'abilen Multivibrator 14 bestimmt wird.

Anhand der F i g. 2 wird nun ein weiteres Beispiel der Erfindung beschrieben. Es entspricht im wussntlichen der Fig. 1, wobei jedoch zusätzlich ein Schutzkreis vorgesehen ist, der das Ausgangssignal des Verstärkers 20 dämpft wenn die Last kurzgeschlossen wird oder das Ausgangssignal an Jem Ausgangsanschluß 2 begrenzt wird, In Fig.2 bezeichnen die gleichen Bezugsziffern die gleichen Elemente wie in F i g. I.

In Fig.2 ist ein normalerweise gtschlossener Relaiskontakt 41a zwischen den Verbindungspunkt der Transistoren 116 und 126 und den AusgangsanschluQ 2 geschaltet. Der Verbmdungspunkt zwischen den verbundenen Emittern der Transistoren 10a und 106 des

Differentialverstärkers 5 der dritten Stufe und einem Widerstand 42, der an seinem anderen Ende mit der Spannungsquelle -V„-, verbunden ist, ist mit dem Emitter de» Transistors 17 verbunden. Der Kollektor des Transistors 17 ist über einen Widerstand 46 mit der > Spannungsquelle - V_n- , verbunden und seine Basis ist mit den Detektoranschlüssen 13a und 136 über die Dioden 36 und 37 mit der gezeigten Polarität verbunden.

Der Detektorkreis 40 enthält den monostabilen κι Multivibrator 14, der, wie bei der Anordnung der Fig. I, aus den Transistoren 15a und 156 besteht. Der Kollektor des Transistors 15a ist mit der Spannungsquelle + V_1x , über eine Relaiswicklung 41 6 verbunden, die den Relaiskontakt 41 a betätigt. Ein Anzeigeelement, wie die ι ·, rote Leuchtdiode 166, ist mit der Relaiswicklung 41 6 verbunden. Der Emitter des Transistors 15a ist über einen Widerstand 47 mit der Spannungsquelle - Kv/ verbunden und seine Basis ist über einen Widerstand 43 mit dem Kollektor des Transistors 156 und über einen μ Widerstand 44 mit der Spannungsquelle —V„_t verbunden. Der Kollektor des Transistors 156 ist über einen Widerstand 45 mit der Spannungsquelle + V_n., verbunden und sein Emitter ist mit der Spannungsquelle -V_n- ι verbunden. Der Verbindungspunkt zwischen >-> dem Kollektor des Transistors 17 und dem Widerstand 46 ist über einen Kondensator 48 mit der Basis des Transistors I5a verbunden.

Das in Fig. 2 gezeigte Beispiel arbeitet wie folgt: Wenn das auf den Eingangsanschluß 1 des Leistungsver- jo stärkers 20 gegebene Eingangssignal einen angemessenen Pegel hat, die Last nicht kurzgeschlossen ist und der Leistungsverstärker 20 normal arbeitet, tritt eine Spannung von ± einigen Volt an dem Detektoranschluß 13a oder 136 aus den gleichen Gründen auf, die oben anhand des Beispiels der Fig. 1 beschrieben wurden. Die Dioden 36 und 37 werden von der ermittelten Spannung an den Anschlüssen 13a und 136 in Sperrichtiing vorgespannt und der Transistor 17 wird gesperrt. Daher wird keine Steuerspannung an der Basis des Transistors 15a des monostabiler. Multivibrators 14 über den Kondensator 48 erhalten und damit ist der Transistor 15a im Sperrzustand. Demgemäß leuchtet die rote Leuchtdiode 16a nicht auf, was bedeutet, daß der Verstärker 20 normal arbeitet. In diesem Zustand wird die Relaiswicklung 416 von dem Steuersignal nicht erregt und der Relaiskontakt 41a wird geschlossen gehalten, so daß das normale Ausgangssignal dem Anschluß 2 des Verstärkers 20 zugeführt wird.

Wenn die Last kurzgeschlossen ist. ein zu großes Eingangssignal dem Eingangsanschluß 1 zugeführt wird oder wenn das Ausgangssignal am Ausgangsanschluß 2 begrenzt wird, so wird die Spannung der Spannungsquelle -V_1x, dem Detektoranschluß 13a oder 136 zugeführt. Somit wird die Diode 36 oder 37 von der Spannung an dem Anschluß 13a oder 136 in Durchlaßrichtung vorgespannt und der Transistor 17 leitend gemacht. Dadurch wird am Widerstand 46 eine Steuerspannung erzeugt, die über den Kondensator 48 der Basis des Transistors 15a zugeführt wird und diesen öffnet. Somit leuchtet die mit dem Kollektor des Transistors verbundene Leuchtdiode 166 und zeigt an, daß sich der Leistungsverstärker 20 in einem gestörten Zustand befindet. Hierbei wird die Relaiswicklung 416 erregt, die den normalerweise geschlossenen Relaiskontakt 41a öffnet, um die Abgabe des Signals des Verstärkers 20 an den Ausgangsanschluß 2 zu unterbrechen. Auf diese Weise werden der Leistungsverstärker bzw. die Last gegen eine Zerstörung geschützt.

Wenn bei der Ausführungsform in F i g. 2 eine Störung auftritt, wird der Stromweg zwischen dem Verbindungspunkt der Transistoren 116 und 126 und dem Ausgangsanschluß 2 unterbrochen, es ist jedoch auch möglich, den Betrieb der Transistoren 116 und 126 zu unterbrechen oder das auf den Eingangsanschluß 1 gegebene Signal zu unterdrücken bzw. zu dämpfen.

Tritt eine Störung auf, so werden die Transistoren 15a und 156 des monostabilen Multivibrators 14 in dem erläuterten Schaltzustand während eines Zeitintervalls gehalten, das von dem Zeitkonstantenkreis bestimmt wird, der aus dem Kondensator 39 und dem Widerstand 38 besteht.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verstärker mit einer Überlastanzeige- und/oder Überlastschutz-Schaltung, enthaltend wenigstens eine mit zwei Transistoren versehene Differential- ■> verstärker-Eingangsstufe sowie eine Gegentakt-Ausgangsstufe, wobei ein Signaleingangsanschluß mit der Eingangselektrode des einen Transistors der Differentialverstärker-Eingangsstufe und der Ausgangsanschluß der Gegentakt-Ausgangsstufe über in Schaltungselemente mit der Eingangselektrode des anderen Transistors der Differentialverstärker-Eingangsstufe verbunden ist, derart, daß von der Gegentakt-Ausgangsstufe ein Gegenkopplungssignal gleicher Phase und Amplitude wie die des Eingangssignal zur Differentialverstärker-Eingangsstufe rückgekoppelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß an wenigstens eine Ausgangselektrode der Differentialverstärker-Eingangsstufe (3) ein zur Feststellung einer bei Überlast an dieser Ausgangselektrode auftretenden plötzlichen Spannungsänderung sowie zur Erzeugung eines Steuersignales dienender Detektorkreis (40) angeschlossen ist

2. Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektorkreis (40) an die Ausgangselektroden der Transistoren (9a, 9b) einer zweiten Differentialverstärker-Eingangsstufe (4) angeschlossen ist

3. Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekenn- jo zeichnet, daß der Detektorkreis (40) einen monostabilen Multivibrator (14) enthält, der im Kollektorstromkreis des einen Transistors (\5a) eine grünleuchtende Photodiode (16t/ und im Kollektorstromkreis des andertn Transistors {\5b) eine J5 rotleuchtende Photodiode [16b/ aufweist

4. Verstärker nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem monostabilen Multivibrator (14) zwei Schalttransistoren (17, 18) vorgeschaltet sind, von denen die Basis des ersten Schalttransistors (18) über je eine Reihenschaltung einer Diode (36,37) und eines Widerstandes (36', 37') mit den Ausgangselektroden der Transistoren (9a, 9b) der zweiten Differentialverstärker-Eingangsstu fe (4) verbunden ist.

5. Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Gegentakt-Ausgangsstufe (21) und dem Ausgangsanschluß (2) der Schaltkontakt (41a,) eines Relais angeordnet ist, dessen Relaisspule {4ib) im Kollektorstromkreis des einen so Transistors (15a) eines monostabilen Multivibrators (14) des Detektorkreises (40) angeordnet ist, wobei in Reihe zu dieser Relaisspule (41Oj eine rotleuchtende Photodiode (166Jgeschaltet ist

6. Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgangsanschluß (2) der Gegentakt-Ausgangsstufe (21) über einen Widerstands-Spannungsteiler (7, 8) mit der Basis des einen Transistors (6b) der Differentialverstärker-Eingangsstufe (3) verbunden ist. μ