DE2605934A1 - Tonfrequenzverstaerker - Google Patents

Tonfrequenzverstaerker

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DE2605934A1
DE2605934A1 DE19762605934 DE2605934A DE2605934A1 DE 2605934 A1 DE2605934 A1 DE 2605934A1 DE 19762605934 DE19762605934 DE 19762605934 DE 2605934 A DE2605934 A DE 2605934A DE 2605934 A1 DE2605934 A1 DE 2605934A1
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emitter
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    • H03F3/30Single-ended push-pull [SEPP] amplifiers; Phase-splitters therefor
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Description

  • Tonfre quenzverstärker
  • =================== Die Erfindung betrifft einen Tonfrequenzverstärker, der dadurch verbessert ist, daß er einen geringen Leerlaufstrom und eine gute Stabilität aufweist und daß seine Verzerrungen und sein Brumm auf einem Minimum gehalten sind. Der erfindungsgemäße Tonfrequenzverstärker eignet sich zur Herstellung in integrierter (IC-)Schaltungstechnik, wobei die Schaltung auf dem plättchen sehr komplex und außerhalb des Plättchens weniger komplex ist und wobei die Anzahl der Anschlußstifte auf ein Minimum reduziert ist.
  • Tonfrequenzverstärker werden schon seit einiger Zeit unter Verwendung von Festkörperschaltungselementen hergestellt. Als die integrierte Schaltungstechnik aufkam, begann die Verwendung von diskreten Transistoren abzunehmen.
  • Wenn einmal die Entscheidung für die integrierte Schaltungstechnik getroffen ist, dann können neue Überlegungen wesentlich werden.
  • Üblicherweise sollte dabei die Mikrominiaturisierung der integrierten Schaltungstechnik so weit wie möglich gehen. Vergleichsweise sind nämlich äußere Schaltungselemente teurer und sie-erSordern zusätzliche Verbindungsleitungen, die auch kostspielig sind und daher auf einem Minimum gehalten werden sollten. Wenn möglich sollten auch Rückkopplungsschleifen auf dem Plättchen ausgebildet sein, um sowohl die außerhalb liegenden Schaltungselemente als auch die Zahl der Verbindungsleitungen auf ein Minimum herabzusetzen. Da eine solche Anordnung jedoch nur begrenzt Wärme ableiten kann, folgt aus jeder Verminderung der mittleren Verlustleistung, daß der Verstärker größere Spitzenausgangssignale abgeben kann. Da ferner viele integrierte Schaltungen neuerdings auch in batteriebetriebenen Anordnungen verwendet werden, wird sich durch eine Verminderung der mittleren Verlustleistung die Lebensdauer der Batterien wesentlich erhöhen.
  • Zusätzlich zu den obigen Eigenschaften, die sich direkt auf die Ausführung in integrierter Schaltungstechnik beziehen, sollte der Verstärker die üblichen Betriebseigenschaften aufweisen, nämlich eine hohe Stabilität unabhängig von der Art der Belastung, die durch den Lautsprecher gegeben ist, eine geringe Verzerrung, einen geringen Brumm und eine gute Empfindlichkeit gegentiber den üblichen Ansteuereinrichtungen für Tonfrequenzsignale Solche Ansteuereinrichtungen sind für die häufigsten Anwendungen natürlich Detektoren von AM-FM-Empfängern und Keramikabtastsysteme.
  • Integrierte Tonfrequenzverstärker sind bereits bekannt. Wenn man etwa mit einem Watt Ausgangsspitzenleistung arbeitet, dann werden dabei normalerweise Gegentaktausgangsstufen verwendet und es ist eine Gegenkopplung für bestimmte Zwecke vorgesehen.
  • Die meisten der bekannten Verstärker scheinen jedoch bezüglich der anderen weiter oben angegebenen Merkmale weniger als optimal zu arbeiten.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Tonfrequenzverstärker der angegebenen Art vorzusehen.
  • Insbesondere soll gemäß der Erfindung ein verbesserter Tonfrequenzverstärker geschaffen werden, der verbesserte Einrichtungen aufweist, durch die sich niedrige einstellbare Leerlaufströme erreichen lassen. Ferner soll sich der verbesserte Tonfrequenzverstärker zur Herstellung in integrierter Schaltungstechnik eignen.
  • Gemäß der Erfindung soll ferner ein Tonfrequenzverstärker geschaffen werden, der bei Ausführung in integrierter Schaltungstechnik auch eine minimale Wärmeverlustleistung aufweist.
  • Darüberhinaus soll gemäß der Erfindung ein Tonfrequenzverstärker geschaffen werden, der in integrierter Schaltungstechnik ausgeführt ist und der eine minimale Anzahl an Verbindungen aufweist.
  • Der erfindungsgemäße Tonfrequenzverstärker ist gemäß den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 ausgebildet.
  • Es sind Widerstände vorgesehen, die den Eingangsübergang des fünften Transistors überbrücken, so daß auf diese Weise der Arbeitspunkt bei Stromwerten eingestellt wird, die die Stromwerte des Betac-Spitzenwerts um ein Mehrfaches übertreffen, so daß ein Stromwert In erster Linie in Abhängigkeit von seiner Elektrodenfläche eingestellt wird.
  • Es ist eine Gegenkopplung zwischen der Ausgangsverbindung und der Basis des dritten Transistors vorgesehen, um die Asymmetrie in der Verstärkungskennlinie zu vermindern und um eine Stabilität durch minimale Phasenverzerrung in der Rückkopplungsschleife zu erreichen.
  • Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist ein Vorverstärker vorgesehen, der einen Differenzverstärker enthält, der voneinander getrennte "Mitkopplungs-ttund "Gegenkopplungs-"Eingänge enthält und dessen Ausgang der Basis des dritten Transistors zugeführt wird. Es kann ein zweiter Rückkopplungsweg vorgesehen werden, der zwischen die Ausgangsverbindung und den Gegenkopplungseingang geschaltet ist, um die Asymmetrie in der Verstärkungskennlinie weiter zu vermindern und die Amplitudenlinearität weiter zu verbessern.
  • Es sind schließlich Vorrichtungen zur Stabilisierung der Leerlaufgleichspannung und des Tonfrequenzsignals um die Leerlaufspannung herum an der Ausgangsverbindung bei etwa der halben Vorspannung vorgesehen und es ist ferner ein den Brumm vermindernder Kondensator vorhanden, der über einen isolierenden Widerstand mit dem Gegenkopplungseingang des Vorverstärkers verbunden ist.
  • Eine Ausführungssorm der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen beispielshalber beschrieben. Dabei zeigen: Fig. 1 ein etwas vereinfachtes Schaltbild der Gegentaktausgangsstufen und der Treiberschaltung, die den Leistungsverstärker für einen Tonfrequenzverstärker bilden, Fig. 2 ein zweites Schaltbild des gesamten Tonfrequenzverstärkers, wie er in üblichen, auf dem Markt befindlichen Rundfunkempfängern verwendet werden kann, und der Gegentaktausgangsstufen und eine Treiberschaltung nach Fig. 1 sowie eine Vorverstärkungsvorrichtung enthält und Fig. 3a, 3b und 3c drei Kurvenverläufe, die die Arbeitsweise des Leistungsverstärkers nach Fig. 1 beschreiben.
  • Im allgemeinen eignet sich ein Tonfrequenzverstärker in der beschriebenen Art für integrierte Schaltungstechnik und er weist einen steuerbaren Leerlaufstrom auf. Der Tonfrequenzverstärker enthält einen Vorverstärker, der so ausgebildet ist, daß er durch einen AM- oder SM-Detektor oder durch ein Keramikabtastsystem hoher Impedanz angesteuert wird. Der Leistungsverstärker weist zwei Ausgangstransistoren gleichen Leitfähigkeitstyps auf, die im Gegentakt miteinander verbunden sind und die mit Hilfe einer neuen Zwischentreiberstufe angesteuert werden, deren Schaltungsanordnung und Bautellparameter so ausgewählt sind, daß der Leerlaufstrom auf einen kleinen einstellbaren Wert vermindert ist. Die Schaltung ist einschließlich ihrer beiden Rückkopplungswege so ausgebildet, daß sie Stabilität gewährleistet und eine minimale Verzerrung und einen geringen Brumm aufweist. Der Verstärker ist in integrierter Schaltungstechnik ausgebildet, wobei er eine minimale Anzahl von außenliegenden Schaltungselementen aufweist und ein Minimum an »Leitungspfaden enthält.
  • Ein vollständiges Schaltbild des Tonfrequenzverstärkers eines Rundfunkempfängers gemäß der Erfindung ist in Fig. 2 dargestellt.
  • Ein etwas vereinfachtes schematisches Schaltbild des Leistungsverstärkers ist in Fig. 1 dargestellts Der Leistungsverstärker enthält die Gegentaktausgangsstufen und die Treiberschaltung.
  • In Fig. 1 sind die neuen Schaltungsteile dargestellt, durch die der Leerlaufstrom der Ausgangs stufen im Verhältnis zu den Spitzenströmen der Verstärker auf einem niedrigen Wert gehalten werden kann.
  • Der Leistungsverstärker weist folgende wesentliche Schaltungselemente auf: Einen Emitterfolgetreiberverstärker mit einem NPN-Transistor Q1, dem Tonfrequenzsignale mittlerer Amplitude von der Tonfrequenzquelle 10 zugeführt werden; einen Gegentaktleistungsverstärker mit NPN-Transistoren Q2, Q3, der normalerweise im B-Betrieb arbeitet, wobei der zuletztgenannte Transistor Q3 direkt durch den Transistor Q1 angesteuert wird und der zuerstgenannte Transistor Q2 durch in Kaskade geschaltete erste und zweite Transistoren Q5 und Q6 angesteuert wird, die als NPN-bzw. PNP-Transistoren ausgebildet sind; eine Konstantstromquelle mit Transistoren Q7, Q8; einen wechselstrongskoppelten Lautsprecher 11, der die Last für den Gegentaktverstärker darstellt und eine Gleichspannungsquelle 12 für die entsprechenden Vorspannungen.
  • Es werden nun die Signalverläufe des Leistungsverstärkers beschrieben. Eine Quelle 10 für Tonfrequenzsignale ist mit der Basis des NPN-Treibertransistors Q1 verbunden, der die beiden NPN-Gegentaktausgang,sstufen ansteuert. Der Kollektor des Transistors Q1 ist mit der positiven Anschlußklemme der Spannungsquelle 12 verbunden und der Emitter des Transistors Ol ist über einen Lastwiderstand 13 mit Masse verbunden. Der Emitter des Transistors Q1 ist direkt mit der Basis des unteren Gegentaktausgangstransistors Q3 verbunden und führt diesem ein nichtinvertiertes Ansteuerungssignal zu.
  • Der obere Gegentaktausgangstransistor Q2 wird durch den Transistor Q1 über zwei Zwischenstufen mit Transistoren Q5 und Q6 angesteuert.
  • Der Emitter des NPN-Transistors Q7 ist über einen Widerstand 14 mit der Basis des NPN-Transistors Q5 verbunden. Der Transistor Q5 ist in Emittergrundschaltung verschaltet, er ist so vorgespannt, da13 er normalerweise im B-Betrieb arbeitet und er erzeugt an seinem Kollektor ein invertiertes Ausgangssignal. Das Ausgangssignal wird der Basis des PNP-Transistors Q6 zugeführt.
  • In Reihe geschaltete Widerstände 15 und 16 überbrücken den Eingang-und den Ausgangs-Übergang des Transistors Q6. Der Emitter des Transistors Q6 ist mit dem Kollektor des Transistors Q8, der einen konstanten Strom abgibt, und der Basis des Transistors Q2 verbunden. Der PNP-Transistor Q6 ist nach Art einer Emitterfolgeschaltung angeschlossen l3nd fiih+ in invertierte Eingangssignal, das einer Basis zugeführt w@@@@@@ @einen Emitter an die Basis des Transistors Q2.
  • Die Gegentaktausgangsstufe enthält die beiden NPN-Leistungstransistoren Q1, Q2, die zwischen den Anschluß mit der Spannung B+ und Masse in Reihe geschaltet sind und an deren Mittelanzapfung der Lautsprecher als Last geschaltet ist. Die Vorspannungsverhältnisse am Eingang, die noch nicht vollständig beschrieben sind, eignen sich für B-Betrieb der Ausgangs stufen bei normalen Batteriespannungen, wobei jeder Leistungstransistor wahlweise leitend und dann wieder nichtleitend ist. Der Kollektor des Transistors Q2 ist mit der positiven Anschlußklemme der positiven Vorspannungsquelle 12 verbunden und der Emitter des Transistors Q2 ist mit dem Kollektor des unteren Gegentakttransistors Q3 verbunden. Der Emitter des Transistors Qg ist ebenso wie die negative Anschlußklemme der Vorspannungsquelle 12 geerdet. Die Verbindung des Emitters des Transistors Q2 mit dem Kollektor des Transistors Q3 wird als Anschluß 18 für die Last des Gegentaktverstärkers verwendet. Die Verstärkerlast enthält den Lautsprecher 11, dessen eine Anschlußklemme mit Masse verbunden ist und dessen andere Anschlußklemme über einen Kondensator 17 mit der Verstärkerausgangsklemme 18 verbunden ist. Schließlich ist eine Tonfrequenzsignalgegenkopplung von d-er Verstärkerausgangsklemme 18 über einen Widerstand 21 zu der Basis des Treibertransistors Q1 vorgesehen, um sowohl eine Signallinearität als auch Stabilität zu gewährleisten. Die Vorspannungszustände am Eingang des Verstärkers sind durch eine Konstantstromquelle Q8 gegeben, wobei die Schaltungsverbindungen und bestimmte Konstruktionsmerkmale noch weiter unten aufgeführt bzw. herausgestellt sind.
  • Die Konstantstromquelle weist eine innere Strombezugsquelle auf sowie eine steuerbare Stromquelle. Die Strombezugsquelle enthält die Diode, die mit dem PNP-Transistors Q7 verbunden ist, deren Emitter über einen Widerstand 19 (43 Ohm) mit der positiven Vorspannungsquelle 12 verbunden ist und deren Basis und Kollektor miteinander verbunden sind und in Reihe über einen Widerstand 29 (7,5 kohm) mit Masse verbunden sind. Die geregelte Stromquelle enthält einen PNP-Transistor Q8, dessen Emitter über einen Widerstand 20 mit der positiven Stromquelle 12 verbunden ist, dessen Basis mit der Kollektor-Basis-Verbindung des Transistors Q7 verbunden ist und von dessen Kollektor der konstante Strom abgenommen wird und der gemeinsamen Verbindung zwischen dem Widerstand 15, dem Emitter des Transistors Q6 und der Basis des Transistors Q2 zugeführt wird. Wie noch weiterhin ausgeführt wird, ist die Geometrie der Transistoren Q7 und Q8 sorgfältig ausgewogen, so daß der Transistor Q8 dem Strom bei einem im wesentlichen festen Vielfachen des Stroms des Bezugstransistors Q7 aufrecht erhält.
  • Durch die Verstärker nach Fig. 1 wird sowohl eine geringe Verzerrung, eine hohe Stabilität als auch eine maximale Ausgangsleistung für integrierte Schaltungstechnik erreicht. Bezüglich der Signalverstärkung weist der Leistungsverstärker einen entsprechenden Verstärkungsfaktor auf, der für das vorverstärkte Signal des AM-FM-Detektors maßgebend ist, wodurch eine entsprechende Tonfrequenzleistung zur Ansteuerung eines bekannten Lautsprechers vorhanden ist. In Abhängigkeit von der Speisespannun; quelle mit der Spannung B kann die unverzerrte Ausgangsleistung iz einem Bereich von 150 Milliwatt bis zu 1 oder 2 Watt (in Abhängigkeit von der Anordnung) liegen, bevor der Wärmeverlust eine obere Grenze für die Tonfrequenzleistung setzt (die Sättigungsgrenzen liegen normalerweise geringfügig höher oder können so mit Hilfe der Einstellung der Elektrodenflächen gelegt werden ).
  • Der bisher beschriebene Grundverstärker hat erheblich unterschiedliche Verstärkungseigenschaften zwischen der positiven und der negativen Halbwelle des Tonfrequenzsignals, jedoch ein ausgezeichnetes Phasenverhalten und eine ausgezeichnete Stabilität.
  • Die Verstärkung von der Treiberstufe mit dem Transistor Q1 bis zu dem unteren Leistungstransistor Q3 kann als nahezu 1 angesehen werden, während die Verstärkung von der Treiberstufe mit dem Transistor Q1 zu dem oberen Leistungstransistor Q2, da dabei zwei Zwischenstufen für die Verstärkung vorhanden sind, sehr hoch ist.
  • Die Ungleichmäßigkeit ist in Fig. 3 (a) dargestellt. Es kann zwar Amplitudenverzerrung vorhanden sein, jedoch hat die Leistungsverstärkeranordnung vom Tonfrequenzbereich bis weit hinein in den Bereich der Höchstfrequenzen natürliche gute Phaseneigenschaften. Die Eingangsansteuerung für die obere Stufe enthält nur zwei Emitterfolgeschaltungen (Q1, Q6) und eine Phasenumkehrschaltung (Q5), während die untere Stufe nur eine Emitterfolgeschaltung (Q1) enthält, wie bereits oben ausgeführt ist und keine weitere Phasenumkehrschaltung. Die Emitterfolgeschaltwngen können so ausgebildet sein, daß sie geringe Phasenverschiebungen aufweisen und wenn höchstens einmal eine einzige Phasenumkehr vorkommt, dann sind die differentiellen und zugehörigen Phasenverschiebungen sehr klein.
  • Die Amplitudenverzerrung-und Restinstabilitäten werden mit Hilfe der Rückkopplung und mit Hilfe des Frequenzverlaufs der Dämpfung bei hohen Frequenzen gesteuert. Die Rückkopplung ist zwischen den Verbindungspunkt 18 und den Eingang der Treiberstufe durch einen Widerstand 21 gegeben. Sie stellt eine Gegenkopplung dar und hat die Wirkung, daß sie die Amplftudenasymmetrie des Kurvenverlaufs erheblich vermindert. Sie vermindert die gemessenen Verzerrungen auf wenige Prozent. Der werbesserte-Kurvenverlauf, der sich aus dem Rückkopplungsweg ergibt, ist in Fig. 3 (b) dargestellt.
  • Eine zweite Wirkung dieses kurzen ersten Rückkopplungsweges besteht darin, die Gesamtstabilität des Verstärkers bei allen Signal- und Lastverhältnissen zu stabilisieren. Der Transistor Q1, der in Emitterfolgeschaltung geschaltet ist und eine geringe Größe aufweist, hat einen größeren Frequenzansprechbereich als der Ausgangstransistor Q3, der große Störkapazitäten aufweist.
  • Es wird deshalb durch den Transistor Q3 im wesentlichen der Dämpfungsverlauf bestimmt, wodurch sich bei hohen Frequenzen Instabilitäten im unteren Teil des Verstärkers ergeben. Die Verstärkung ist verhältnismäßig gering und deshalb sind die Instabilitäten im unteren Teil des Verstärkers nicht sehr entscheidend.
  • Für den oberen Teil des Verstärkers, der eine höhere Verstärkung aufweist, reicht die Rückkopplung der ersten Schleife normalerweise aus, um Instabilitäten zu vermeiden, jedoch kann sie durch einen Widerstand 14 (2,0 KOhm) ergänzt werden, der mit der "Miller"-Kapazität des Transistors Q5 einen geeigneten Dämpfungsverlauf in den Zwischentreiberverstärkern hervorruft, so daß dadurch eine Tendenz zur Instabilität weiter vermindert wird.
  • Mit dieser Rückkopplung arbeitet die oben beschriebene Schaltung bereits mit einem kapazitiv gekoppelten Lautsprecher und sie bleibt bei höheren Tonfrequenzen ohne Bedingung stabil, wenn nämlich die Belastung durch den Laut.sryrecher stärker induktiv wird. Die Schaltung ermöglicht eine voJ'iständige Stabilität, ohne daß die üblichen Phasenkompensati.censbauelemente im Lastkreis vorgesehen werden müssen, um die Wirkkomponenten auszugleichen.
  • Die in den Figuren 1 und 2 dargestellte Ausführungsform ermöglicht beträchtliche Tonfrequenzausgangsleistungen trotz verhältnismäßig geringer Eingangsverlustleistungswerte. Wenn man einmal von einer Vorspannung von 6 Volt ausgeht, dann ermöglicht der oben beschriebene Verstärker nunverzerrte" Spitzenwerte für die Tonfrequenzströme von 1/2 Ampere,wobei nur ein Leerlaufstrom von 6 oder 7 Milliampere erforderlich ist. Diese und andere Vorteile ergeben sich aufgrund der eigentlichen Ausführung der Schaltung und aufgrund bestimmter Konstruktionsmerkmale, die sich in der integrierten Schaltungstechnik verwirklichen lassen, und die im folgenden beschrieben werden. Bei der oben beschriebenen Schaltungsanordnung wird die Einstellung des Leerlaufstroms der Gegentaktausgangsstufe von drei Hauptfaktoren abhängig gemacht, die bei der Herstellung der integrierten Schaltung sorgfältig ausgewählt werden.
  • Diese Faktoren sind die Stromeinstellung der Konstantstromquelle mit dem Transistor Q8, das Verhältnis der Ströme zwischen den Transistoren Q3 und Q5 und das Beta des Transistors Q6. Diese Faktoren hängen von den Flächen der aktiven Schaltungselemente ab. Mit Hilfe der üblichen Herstellungsverfahren und in Abhängigkeit von der Größe lassen sich diese Flächen bis auf Genauigkeiten von 1% oder weniger gesteuert herstellen. Wie eine Steuerung dieser Faktoren erfolgt und wie die Schaltung zwangsläufig in Abhängigkeit von diesen Faktoren arbeitet, wird nun im folgenden beschrieben.
  • Der PNP-Transistor Q8 der Konstantstromquelle ermöglicht die Einstellung eines stabilen Stroms, wobei der Bezugsstrom von dem Transistor Q7 abgegeben wird. Der Transistor Q7 ist ein seitlich abgelagerter PNP-Transistor, der als Diode geschaltet ist, wobei der Emitter einen getrennten Anschluß aufweist und der Kollektor und die Basis miteinander verbunden sind. Der Übergang des Transistors Q7 bildet sorgfältig den Übergang des Transistors Q8 der gesteuerten Stromquelle nach mit Ausnahme jedoch den relativen Flächen der aktiven Zonen zueinander. Der Transistor Q8 ist auch seitlich abgelagert. Der Transistor Q7 ist aus zwei "Platten" hergestellt, während der Transistor Q8 aus 18 "Platten" hergestellt ist. Auf diese Weise wird ein Relativverhältnis der Flächen zwischen den beiden Transistoren von 9:1 gebildet, jedoch sind in der Praxis die tatsächlichen Stromverhältnisse etwas geringer und zwar etwa 8:1.
  • Diese Schaltungsanordnung, bei der beide Eingangsübergänge elektrisch parallelgeschaltet sind, zwingt die Ströme in ein festes relatives Verhältnis. Damit ist der Emitter des Transistors Q8 über einen niederohmigen Widerstand 20 (10 Ohm) mit der positiven Klemme der Vorspannungsquelle verbunden, während der Emitter des Transistors Q7 zu der gleichen Anschlußklemme der Vorspannungsquelle über einen niederohmigen Widerstand 19 (43 Ohm) verbunden ist, so daß die Emitter auf nahezu der gleichen Spannung gehalten werden. Da die Basen der beiden Transistoren miteinander verbunden sind, sind die Spannungen Veb der beiden Eingangsübergänge gleich. Die Werte der Widerstände 19 und 20 sind so abgestimmt, daß sie die Wirkungen von Fehlanpassungen zwischen den aktiven Schaltungselementen möglichst gering halten.
  • Durch die parallele Schaltungsanordnung wird damit erreicht, daß irgend ein Strom, der in dem Transistor Q7 fließt, im Transistor Q8 nachgebildet wird, und zwar im wesentlichen entsprechend den relativen Flächen der Transistoren Q7 und Q8. Der Strom des Transistors Q7, der die wesentliche Bezugsgröße darstellt, ist von der Vorspannung und dem Reihenwiderstand 29 abhängig. Der Wert des Widerstands 29 bestimmt den Bezugs strom im Transistor Q7. Wenn man einmal davon ausgeht, daß feste Vorspannungen vorliegen, dann ist der Strom der konstanten Stromquelle mit dem Transistor Q8 in erster Linie abhängig von dem Strom im Transistor Q7 und von den relativen Flächen der beiden Schaltungselemente, Diese Flächen sind innerhalb weniger Prozent einstellbar.
  • Das Verhältnis der Ströme zwischen den Transistoren Q3 und Q5 läßt sich mit Hilfe einer ähnlichen Einstellung der Flächen der entsprechenden Schaltungselemente auf einem konstanten Wert halten. Die Transistoren Q3 und Q5 sind NPN-Transistoren.
  • (Wenn man einmal annimmt, daß der Substratkörper zur Herstellung eines NPN-Schaltungselements ausgewählt ist, dann lassen sich diese Transistoren nicht seitlich herstellen. Durch die Schaltungsanordnung werden die Eingangsübergänge der Transistoren Q3 und Q5 parallelgeschaltet und es werden ihre Spannungen Veb auf im wesentlichen entsprechende Werte eingestellt. Die Emitter der beiden Transistoren Q3 und Q5 sind geerdet und ihre Basen sind über einen ohmschen Widerstand 14 von 2000 Ohm miteinander verbunden. Dieser Widerstand ist im Verhältnis zum Basisstrom klein, so daß die Basen der beiden Transistoren und damit die Eingangsübergänge im wesentlichen die gleichen Potentiale aufweisen. Wenn die Spannungen Veb gleich sind, dann wird das Verhältnis der Ströme zwischen den Transistoren Q5 und Q3 eine Funktion der relativen Flächen ihrer entsprechenden Elektrodenbereiche. Insbesondere ist die Fläche des Transistors Q5 so ausgebildet, daß sie 1/5 der Fläche des Transistors Q3 ist, so daß das Stromverhältnis auf etwa diesem Wert festgehalten wird.
  • Ein weiterer Parameter, der dazu dient, den Leerlaufstrom des Gegentaktverstärkers einzustellen, ist das Beta des Transistors Q6. Der Transistor Q6 ist ein seitlich ausgebildeter PNP-Transistor, der eine verminderte Fläche im Verhältnis zu seinem Arbeitsstromwert aufweist, so daß er weit entfernt von dem Beta-Spitzenwert des Transistors arbeitet. Bei einem Betriebspunkt von 5 Milliampere wird das Beta bei einem B-Spitzenwert von etwa 30 auf etwa 4 eingestellt. Wenn man einmal von den oben genannten Stromwerten ausgeht, dann sollte man einen Transistor verwenden, dessen Beta sich bei etwa einem halben Milliampere zu verringern beginnt.
  • Die Schaltungsanordnung und die Werte der Schaltung sind so gewählt, daß sie einen Transistorbetrieb in einem Strombereich ermöglichen, wo das Beta sich zu stabilisieren beginnt. Wenn dies vorliegt, dann nimmt Beta einen bestimmten Wert an, der im wesentlichen unabhängig von allen Faktoren ist und durch den bei der Fläche des Bauelements Einsparungen möglich sind.
  • Die Schaltungsteile mit den Transistoren Q6, Q2 und Q8 stellen einen der letzten beiden Faktoren dar, die die Leerlaufstromeinstellung des Verstärkers bestimmen. Der Emitter des PNP-Transistors Q6 ist mit der Basis des NPN-Transistors Q2 verbunden und die Basis des Transistors Q6 ist über einen Widerstand 16 (1000 Ohm) mit dem Emitter des Transistors Q2 verbunden. Wegen der im wesentlichen gleichen Spannungen Veb der Transistoren Q6 und Q2 ist das Potential an der Basis des Transistors Q6 im wesentlichen gleich dem Potential am Emitter Q2. Damit ist die Spannung an dem Widerstand 16 klein und der darin fließende Strom ist vernachlässigbar klein. Die Schaltungsanordnung und die Werte bringen daher eine Aufteilung des Stroms,der von dem Kollektor des Transistors Q5 abgegeben wird in den Widerstand 15 und die Basis des Transistors Q6 mit sich. Wenn man einmal annimmt, daß der Widerstand 15 2,2 k0hm beträgt und wenn man davon ausgeht, daß typische Emitterübergangsspannungen vorliegen, dann fließen 0,4 Milliampere in den Widerstand R15 und der Ausgleichswert des Kollektorstroms fließt in die Basis des Transistors Q6.
  • Die Wirkung der obigen Annahmen wird nun anhand einer Näherungsrechnung beschrieben. Es'sei angenommen, daß ein Kollektorstrom von 6 Milliampere ein geeigneter Wert für den Leerlaufstrom des Transistors Q3 sei. Wenn man einmal annimmt, daß das Verhältnis der Flächen zwischen den Transistoren Q5 und Q3 5:1 beträgt, darm ist der Kollektorstrom Q5 etwa 1/5 des Stroms im Transistor Q3 oder 1,2 Milliampere. Der Widerstand 15 des Spannungsteilers und die Basis des Transistors Q6 führen dann einen Strom von 1,2 Milliampere, der von dem Transistor Q5 abgegeben wird. Insbesondere führtder Widerstand 15 einen Strom von 0,4 Milliampere, der Widerstand 16 führt keinen Strom und 0,8 Milliampere werden in die Basis des Transistors Q6 geleitet. Wenn das Beta des Transistors Q6 fünf beträgt, dann beträgt sein Kollektorstrom 4 Milliampere und sein Emitterstrom 4,8 Milliampere. Der Strom, der für die Basis des Transistors Q2 des oberen Gegentaktverstärkers verfügbar ist, gleicht dem Strom, der von der Konstantstromquelle mit dem Transistor Q8 (der beispielsweise 5 Milliampere beträgt) verfügbar ist und der Abzug des Stromes im Widerstand 15 und unter Abzug des Emitterstromes des Transistors Q6. Wenn folglich der Emitterstrom im Transistor Q6 und der Strom im Widerstand 15 richtig eingestellt sind, dann wird der Basisstrom, der dem Transistor Q8 zugeführt wird, auf einem niedrigen konstanten Wert gehalten. Ausgehend von den bisher angenommenen Werten können von dem Transistor Q6 und dem Widerstand 15 größere Ströme aufgenommen werden, als sie durch die Konstantstromquelle verfügbar sind und damit sind die Ströme im Transistor Q2 und Q6 entsprechend vermindert.
  • Die letzte Größe in der Schaltung, durch die der Leerlaufstrom des Verstärkers beeinflußt wird, ist die Verbindung des Emitters des Transistors Q2, des Kollektors des Transistors Q6 und des Kollektors des Transistors Q3 mit dem Ausgangspunkt 18. Durch diese Verbindung wird der Koilektorstrcm im Transistor Q3 auf (im wesentlichen) den gleichen Wert wie die Ströme im Transistor Q6 und Q2 eingestellt. Wenn man einmal annimmt, daß im Transistor Q3 ein Strom von 6 Milliampere fließt und daß im Transistor Q6 ein Strom von 4,8 Milliampere fließt, dann sind nur 1,2 Milliampere des Stroms am Emitter des Transistors Q2 verfügbar. Die obigen Zahlen stellen nur Näherungen dar und in Wirklichkeit liegt der Kollektorstrom des Transistors Q3 in einem Bereich von 6ybis 8 Milliampere, der Emitterstrom des Transistors Q2 in einem Bereich von 1 bis 3 Milliampere und der Emitterstrom des Transistors Q6 in einem Bereich von 3 bis 5 Milliampere.
  • In Fig. 1 ist eine vereinfachte Ausführungsform dargestellt, die ohne weiteres noch weiter ausgestaltet werden kann, um eine ausgezeichnete Gesamtarbeitsweise zu erreichen. Die Schaltungsanordnung nach Fig. 1 weist einen sehr stabilen Leerlaufstrom, eine hohe Stabilität und eine Amplitudenverzerrung von wenigen Prozent auf. Die Verzerrungszahl ist für viele Anwendungen gleichförmig und kann durch eine zusätzliche Rückkopplung ohne weiteres verbessert werden. Der Gleichspannungsabgleich des Verstärkers an der Schnittstelle ist durch die oben beschriebenen Leerlaufstrombedingungen etwa festgelegt. Da der Gleichstromabgleich an der Stelle 18 durch sozusagen zwei in Reihe geschaltete Konstantstromquellen (Q7, Q8 und Emitterfolgetransistor Q3) bestimmt ist, ist die Ausgangsgleichspannung bis zu einem gewissen Grad unbestimmt. Wenn man den statischen Arbeitspunkt des Verstärkers auf einen festen Wert einstellen möchte oder wenn man die Wechselstromschwingungen begrenzen möchte oder wenn man die Verzerrungen weiter vermindern möchte, dann können eine zweite Rückkopplungsschleife sowie andere weitere Merkmale bei der Schaltung vorgesehen werden. Diese werden im folgenden beschrieben.
  • Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 ist ein vollständiger Tonfrequenzverstärker dargestellt, der einen Vorverstärker für die Tonfrequenzsignale und einen Leistungsverstärker ähnlich dem nach Fig. 1 enthält, der jedoch eine zweite Rückkopplungsschleife aufweist. Die Schaltungselemente des Ieistungsverstärkers, der bereits in Fig. 1 dargestellt ist, tragen die gleichen Bezugszahlen wie in Fig. 2. Der-Vorverstärker weist als Schaltungsteil einen Differenzverstärker mit den PNP"Transistoren Qg, Q10 und den zugehörigen PNP und NPN-Treibertransistoren Q11, Q12 sowie einem einzigen PNP-Ausgangstransistor Q13 auf; ferner StromtZUmkehrn-Transistoren Q14, Q15 und Transistoren Q16 bis Q20; Dioden D1 bis D3; und Widerstände, die die Vorspannungsverhältnisse für den Vorverstärker und den Leistungsverstärker bestimmen.
  • Der Verstärker verstärkt ein Eingangssignal in der folgenden Weise: Wie man aus Fig. 1 erkennt, ist die Eingangsspeisequelle für den Verstärker ein Detektor 22. Insbesondere handelt es sich dabei um einen FM-oder einen AM-Detektor oder einen Detektor, der beide Betriebsarten kombiniert. Der Detektor 22 ist über einen Kondensator mit einem Lautstärkesteuerpotentiometer 23 verbunden. Eine Anschlußklemme des Potentiometers ist geerdet und es werden Tonfrequenzsignale von der Anzapfung über einen Widerstand 24 an die Basis eines Emitterfolgetransistors Q11 geführt. Der Kollektor des Transistors Q11 ist geerdet und sein Emitter,von dem die Ausgangssignale abgegeben werden, ist mit der Basis eines Transistors Q9 des Differenztransistorpaares Q9, Q10 verbunden. Die Basis des Transistors Q10 ist nicht direkt mit der Eingangsquelle verbunden sondern sie ist, wie man erkennt, eine Einlaßstelle für die Gegenkopplung. Die Emitter der Transistoren Q9 und Q10 sind miteinander verbunden und sie nehmen ihren Strom von dem Kollektor des Stromquellentransistors Q16 auf. Der Emitter des Transistors Q16 ist über einen Widerstand 26 von 3000 Ohm mit der positiven Anschlußklemme einer Vorspannungsquelle 12 verbunden. Damit liegen von dem Detektor aus direkt verstärkte Tonfrequenz signale am Kollektor des Transistors Q9. Wie man erkennt, treten am Kollektor des Transistors Q9 auch Signalkomponenten auf, die durch die Rückkopplungsschleife eingegeben werden.
  • Der zweite Eingang für den Differenzverstärker mit den Transistoren Q9 und Q10 wird durch eine Rückkopplungsverbindung gebildet, die von dem Verstärkerausgang zu dem Transistor 12 vorliegt. Der Transistor Q12 ist ein NPN-Transistor, der in Emitterfolgeschaltung geschaltet ist, wenn man ihn von der Riickkopplungssefte des Differenzeingangsverstärkers aus betrachtet. Die Ausgangssignale des Leistungsverstärkers werden von der Ausgangsklemme 18 über einen Widerstand 27 der Basis des Transistors Q12 zugeführt. Der Kollektorstrom des Transistors Q12 wird vom Emitter eines Stromquellentransistors Q17 zugeführt. (Die Verbindungen zwischen der Basis und dem Kollektor des Transistors Q17, die einen bestimmten Stromwert einstellen, werden im folgenden abgehandelt.) Das Rückkopplungssignal, das am Emitter des Transistors Q12 auftritt, wird der Basis des Transistors Q10 des Differenzpaares zugeführt. Ein Widerstand 26, der zwischen den Emitter des Transistors Q12 und Masse geschaltet ist, stellt die Belastung für das Signal dar. Das Rückkopplungssignal, das auf diese Weise der Basis des Transistors Q10 zugeführt wird, erscheint am Emitter des Transistors Q10 und es wird vom Emitter des Transistors Q10 an den Emitter des Transistors Q9 weitergeleitet. Am Kollektor des Transistors Q9 wird das ursprüngliche Eingangssignal durch die Gegenkopplung beeinflußt.
  • Am Kollektor des Transistors Q10 erscheint auch ein direkt verstärktes Rückkopplungssignal und es wird über eine Strom-"Umkehrschaltung" in den Ausgang des Transistors Q9 eingespeist, wo es in den Vorwärtsverstärkungsweg des Verstärkers eintritt. Die Stromumkehrschaltung enthält die Transistoren Q14 und Q15. Der Kollektor des Transistors Q10 ist mit der Basis-Kollektor-Verbindung des als Diode geschalteten Transistors Q15 an der Eingangsseite der Stromumkehrschaltung verbunden. Der Emitter des Transistors Q15 ist geerdet. Der Übergang des Transistors Q15 ist zu dem Eingangsübergang des Transistors Q14 parallelgeschaltet; die Basis des Transistors Q14 ist mit dem Kollektor bzw. der Basis des Transistors Q15 verbunden und der Emitter des Transistors Q14 ist geerdet. Damit erscheint am Kollektor des Transistors Q14 ein Stroms der den im Transistor Q10 von der Rückkopplungsquelle aus fließenden Strom nachbildet, und er wird auch zu dem Signal, das am Kollektor des Transistors Q9 erscheint, hinzugefügt. Die Wirkung besteht darin, daß die Gegenkopplung weiter unterstützt wird.
  • Ein zusammengesetztes Tonfrequenzsignal, das sowohl die direkten Signale als auch die Rückkopplungssignale der beiden beschriebenen Stromwege enthält, erscheint damit am Kollektor des Transistors Q9 und es wird der Basis des in Emitterfolgeschaltung geschalteten Ausgangstransistors Q13 zugeführt. Der Kollektor des Transistors Q15 ist geerdet und sein Emitterstrom wird von dem Kollektor einer weiteren Stromquelle, mit einem Transistor Q19, zugeführt. Der Emitter des Transistors Q19 ist über einen Widerstand 37 mit dem Anschluß mit der Spannung B+ einer Spannungsquelle verbunden und seine Basis ist an eine Leitung angeschlossen, die sowohl mit der Basis der den Transistor Q16 enthaltenden Stromquelle, mit dem Emitter des Transistors Q17 und mit der Basis der den Transistor Q18 enthaltenden Stromquelle, die bisher nicht erwähnt ist, verbunden. Das Ausgangssignal, das am Emitter des Transistors Q13 erscheint, ist mit der Basis des Treibertransistors Q1 verbunden. Der Treibertransistor Q1 steuert die Gegentaktausgangsverstärker mit den Transistoren Q2 und Q3 in der bereits beschriebenen Weise.
  • Der Eingangsdifferentialverstärker arbeitet auf einem sehr hohen Impedanzwert und verwendet einen in einem Subtratkörper ausgebildeten PNP-Transistor und einen seitlich ausgebildeten PNP-Transistor in Darlingtonschaltung. Diese Stufe hat deshalb eine hohe Eigenverstärkung und kann eine beträchtliche Gegenkopplung erhalten. Die in der Schaltung angegebenen Werte ermöglichen eine stabile Verstärkung.
  • Die Rückkopplungsverbindung, die von dem Ausgangsleistungsverstärker zu dem Eingangsvorverstärker vorgesehen ist, ergänzt die weiter oben beschriebene Rückkopplungsverbindung in dem Lelstungsverstärker und verbessert die Linearität der Tonfrequenzverstärkung bis auf einen Bruchteil eines Prozents.
  • Der Gleichstromabgleich kann jedoch immer noch schlechter als ideal sein, wenn nicht andere Maßnahmen vorgesehen sind. Eine Unausgeglichenheit von 3:2 bei Spitzenströmen ist typisch.
  • Die Einrichtungen zum Abgleich des Ausgangs werden nun im folgenden beschrieben. Wie bereits oben erwähnt worden ist, hat die Leerlaufspannung am Ausgang (18) des Gegentaktverstärkers einen mittleren Wert, und sie ist ein Ergebnis von zwei in Reihe geschalteten Stromquellen. Die Leerlaufspannung und die Amplitude der Wechselstromsignalverläufe wird mit Hilfe eines Widerstands 27, eines Transistors Q20, eines als Stromquelle dienenden Transistors Q7, eines Widerstands 29, von Dioden D7 bis D3 und mit Hilfe der den Transistor Q18 enthaltenden Stromquelle eingestellt. Auf diese Weise wird die Spannung (an der Stelle 18) auf einen gewünschten Wert eingestellt, der normalerweise etwas unterhalb der Mitte zwischen dem positiven Potential an der Stromquelle 18 und Masse liegt. Dies wird dadurch erreicht, daß der Widerstand 27 etwa halb so groß wie der Wert des Widerstands 29 gemacht wird und daß der Strom in der konstanten Stromquelle 18 gesteuert wird.
  • Die Leerlaufspannung (V18) an der Ausgangsstelle des Verstärkers läßt sich in der folgenden Weise berechnen. Der Kollektor des Transistors Q20 kann als zu einem Stromknoten (Punkt 31) verbunden angesehen werden. Wenn man solch einen Stromknoten betrachtet, dann ist die Summe der Ströme zu dem Knoten und weg von dem Knoten gleich null. Insbesondere-sind der Strom, der von dem Knoten über den Kollektor des Transistors Q20 abfließt, der Strom, der zu dem Knoten über den Widerstand 27 von der Ausgangsstelle 18 des Verstärkers fließt und der Strom, der zu dem Knoten von dem Emitter des als konstante Stromquelle geschalteten Transistors 18 fließt, durch folgende Gleichung dargestellt werden: I = Ic If c18 wobei 1c = der Kollektorstrom des Bezugstransistors Q20 20 ist, c = der Kollektorstrom des Bezugstransistors Q18 ist und If = der Strom in dem Rückkopplungswiderstand 27 ist.
  • Eine Erhöhung des Stromflusses in dem Rückkopplungswiderstand erhöht die Leerlaufspannung. Da der Strom durch den Kollektorstrom des Transistors Q20 gegeben ist, hat eine Erhöhung des Kollektorstroms im Transistor Q20 eine ähnliche Wirkung auf die Leerlaufspannung (V18).
  • Der Strom im Kollektor des Transistors Q20 bildet den Strom in der in Reihe geschalteten Diode D1 nach, der unter dem Einfluß der an der Anschlußklemme B+ anliegenden Spannung B+ vermindert am drei Diodenabfällen (Eingangsübergang des Transistors Q7, Diode Dl, Diode D2) durch den Widerstand 29 von 7,5 k0hm fließt.
  • Ic20 = B+ - 3 Vd 7,5 K# Der Strom im Transistor Q18 wird durch die Spannung an dem Widerstand 30 und die Größe dieses Widerstands bestimmt. Der Spannungsabfall im Widerstand 30 ist gleich dem Abfall an der Diode D3, die in Durchlaßrichtung vorgespannt ist und an dem Einlaßübergang des Transistors Q17 minus dem Spannungsabfall an dem Einlaßübergang des Transistors Q18. Da die Diode D3 mit einem kleinen Strom in Durchlaßrichtung betrieben wird, w:jrd der daran auftretende Spannungsabfall geringfügig auf etwa 1/2 Volt vermindert. Der Strom im Transistor Q18 ist, wenn man einen Spannungsabfall von 0,5 Volt an dem Emitterwiderstand 30 annimmt IQ18 = 0,5V 3.3K# Der Strom in dem Rückkopplungswiderstsiid 27 ist eine Funktion der Spannung (V18) an dem Verstärkerausgang, der Spannung an dem Knoten 31 und außerdem umgekehrt proportional zum Rückkopplungswiderstand 27. Die Spannung an dem Knoten 31 ergibt sich durch aufeinanderfolgende Eingangsübergangsabfälle "Vd" (an Q11, Q9, Q10, 012), wenn man an der geerdeten Anschlußklemme des Potentiometers 24 beginnt. Die Polarität der Spannungsabfälle an den Eingangsübergängen ist nacheinander positiv für Q11, positiv für Q9, negativ für Q10, positiv für Q12, wodurch insgesamt zwei positive Übergangsabfälle und ein Wert von 1,2 Volt (etwa) verbleiben. Deshalb kann If in der folgenden Weise ausgerechnet werden: V18 -1.2V If = 3.9 K# Wenn man Gleichung (1) umstellt ergibt sich If = Ic20 - Ic18 = B+ - 3Vd - 0, 5V 7,5 K# 3,3k# Wenn man diese Gleichung nach V18 auflöst, indem man die Gleichung (4) = Gleichung (6) setzt, dann ergibt sich: V18 - 1.2V = B+ - 3 Vd - 0,5V 3.9 K# - 7.5 K# 3.3K# und man erhält für V18 V18 = 3.9 K# B+ - 3 Vd - 0.5V + 1.2V 7.5 K# 3.3 K# Wenn man annimmt, daß B+ = 6 Volt ist, Vd = 0,7 Volt ist, dann ergibt sich 6V-2.1V - 0.5V V18 = 3.9 K# +1.2 V 7.5 K#. 3.3 K# V18 = +2F64 Volt Der Wert für V18 läßt sich dadurch verändern, daß man Dioden hinzufügt oder in Reihe mit Q7 entfernt oder daß man den Strom in dem Transistor Q18 einstellt. Der gewünschte Wert der Spannung V18 liegt etwas unterhalb der Gleichspannung, weil die Emittersättigungskennlinie des unteren Gegentakttransistors Q3 nicht symmetrisch zu der Kollektorsättigungskennlinie des Transistors Q2 ist. Aus diesem Grund zieht man es vor, daß die positiven Schwingungen etwa 1 Volt unter der Spannung B+ einer Vorspannung von 6 Volt bleiben und etwa 1/4 Volt über Masse bei negativen Schwingungen bleiben. Eine Wirkung der obigen Zentrierungsanordnung besteht darin, daß dann, wenn die Spannung B+ über ihren normalen Wert von etwa 6 Volt erhöht wird, die Ausgangsstufen vom B-Betrieb in den A-Betrieb verschoben werden.
  • Diese Wirkung vermindert den Leistungswirkungsgrad des Verstärkers und verbessert damit die Widergabetreue und vermindert insbesondere beträchtlich Kreuzkopplungsverzerrungen.
  • Zusätzlich zu der genauen Steuerung des Mittelwerts für den Gegentaktausgangsverstärker wird bei der Anordnung nach Fig. 2 auch eine beträchtliche Brummunterdrückung und eine wesentliche Gleichstromstabilität erreicht. Diese beiden zuletztgenannten Maßnahmen werden besonders wirtschaftlich erreicht. Wie man anhand von Fig. 2 erkennt, ist der Kollektor des Transistors Q20 am Knoten 21 mit einem äußeren Anschluß 35 verbunden, an dem ein Kondensator 34 befestigt ist. Dieser Kondensator hat einen großen Wert (160 /uF) bei einer geringen spannung (2,5 Volt). Dieser Wert stellt eine geringe Impedanz bei 60 Hz dar und sieht eine beträchtliche Brinninunterdrückung vor. Zwischen die Kapazität 34 und die Basis des Transistors Q12 wird ein kleiner (75 Ohm) Widerstand eingeschaltet, der es zusammen mit dem Kondensator 34 ermöglicht, daß die Verstärkung der geschlossenen Schleife des Verstärkers für Wechselr>tromsignale hoch bleibt und für stabilen Gleichstrombetrieb mit großen Verzerrungen niedrig bleibt.
  • Wenn man einmal annimmt, daß die Vorspannungsquelle 12 für den Vestärker von einer 60-Hz-Netzspannung gespeist wird, die gleich gerichtet und gefiltert ist, dann kann man annehmen, daß einige Wechselspannungswelligkeit der Ausgangsgleichspannung überlagert ist. Man kann die Welligkeit mit Hilfe von großen Kapazitäten, beispielsweise mit Hilfe eines Kondensators 36, der zu der Vorspannungsquelle parallelgeschaltet dargestellt ist und mit Hilfe mehrerer RC-Abschnittsfilter steuern. Im allgemeinen wird man jedoch nicht versuchen, diese Welligkeit vollständig auszuschalten, sondern man wird sie nur auf annehmbare Grenzwerte vermindern, die sich aus anderen Anforderungen ergeben.
  • Bei der vorliegenden Anordnung wird die Filterung in abgewandelter Form ausgeführt. Bei einem bekannten Gegentaktverstärker, der nicht komplementäre Leistungstransistoren verwendet, wird die wellige Spannung dem Kollektor des oberen Gegentaktverstärkers zugeführt. Wenn man von einer zentralen angeschlossenen Last ausgeht und einer gleichmäßigen Spannungsteilung zwischen den Transistoren, dann kann man erwarten, daß die Welligkeit in der Last (bei der Hälfte der Spannung an der Vorspannungsquelle) auftritt und im Ausgangslautsprecher ein Brummen erzeugt. Bei der vorliegenden Anordnung wird durch die Gleichstromausgleichsschaltung Strom von dem Transistor Q20 in den Knoten 31 geleitet, so daß das Gleichpotential an der Stelle 18 auf einer vorbestimmten nahezu mittleren Spannung gehalten wird. Die Einführung von Strom durch den Transistor Q20 ist jedoch, wenn man annimmt, daß der Kondensator 34 und der Widerstand 33 nicht vorhanden sind, gegeben durch den åugenblicklichen Strom der Diode Dl und dieser ist wiederum eine Funktion der gesamten Gleichspannung einschließlich der Welligkeit der Gleich- oder Vorspannungsquelle 12. Der Kondensator 34 filtert die Welligkeit (den Brumm), der in dem Widerstand 29 von 7,5 k0hm vorliegt und der auf einem Umweg (über den Transistor Q22) dorthin gelangt. Der Knoten 31 kann deshalb als brummfrei angenommen werden und deshalb sind die Bezugs stellen, gegenüber denen die beiden Rückkopplungsschleifen arbeiten, brummfrei. Der Strom in dem Widerstand 29 von 7,5 k0hm, der in den Transistoren Q7, Q8 umgekehrt wird, enthält Brumm und stört den normalen Leerlaufstrom von 5 Milliampere. Diese Störung wird jedoch durch die Verstärkung in den beiden Schleifen verringert und im allgemeinen wird der Brumm bis auf das Rauschen abgesenkt. Eine typische Brummverminderung beträgt 60 dB.
  • Als zweite Wirkung der Bauteile 33 und 34 ergibt sich eine ausgezeichnete Gleichstromstabilität. Die Schaltungselemente einschließlich des Kondensators 34 und des Widerstands 33 an dem Gegenkopplungseingang des Verstärkers ermöglichen eine differentielle Gegenkopplung, die zwischen der Wechselstromverstärkung und der Gleichstromverstärkung in dem Verstärker unterscheidet.
  • Für das Wechselstromverhalten wird die Gegenkopplung durch die relative Größe des Widerstandes 33 zu der komplexen Reaktanz des Widerstands 27 und des Kondensators 34 bestimmt. Die Werte sind normalerweise so ausgewählt, daß sie ein kleines Rückkopplungsverhältnis bilden, so daß eine hohe Wechselstromverstärkung der geschlossenen Schleife möglich ist. Für Gleichstrom ist die Reaktanz des Kondensators 34 unendlich groß und das Rückkopplungsverhältnis ist im wesentlichen eins, wodurch die Gleichstromverstärkung erheblich vermindert wird und wodurch die gewünschte sehr stabile Arbeitsweise sichergestellt wird.
  • Ein weiteres Merkmal der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform ist eine Vorrichtung, durch die der den Vorverstärkerstufen zugeführte Strom von dem Strom für die Ausgangs stufen isoliert wird. Die Schaltung zur Einstellung des Basispotentials an den Stromquellentransistoren Q16, Q18, Q19 ist durch den Transistor Q17 gegeben, dessen Emitter mit allen drei Basen und mit dem Kollektor des Transistors Q12 verbunden ist. Die Basis des Transistors Q17 ist über die Diode D3 zu der die Spannung B+ führenden Anschlußklemme der Vorspaimungsquelle verbunden, wodurch sie auf einem nahezu festen Gleichspannungswert unter dem Vorspannungspotential gehalten wird. Der Kollektor des Transistors Q17 ist mit dem Kollektor-Basis-Übergang des Bezugsstromtransistors Q7 verbunden. Der Emitterstrom des Transistors Q17 ergibt sich aufgrund des Kollektorstroms des Transistors Q12 und der Transistor Q13 weist einen konstanten Emitterstrom auf, der durch den Widerstand 26 und die feste Spannung am Widerstand 26 bestimmt wird. Die zuletztgenannte Spannung ist durch einen einzigen Diodenspannungsabfall über dem Massepotential durch die miteinander verbundenen Eingangsübergänge der Transistoren Q11, Q9 und Q10 festgelegt. Der Widerstand 26 ermöglicht einen minimalen Strom in der Reihenschaltung mit den Transistoren Q12, Q17 und Q7 und er stellt für den Transistor Q7 einen minimalen Strom ein.
  • Die Basen der Transistoren Q16, Q18 und Q19 sind mit dem Emitter des Transistors Q17 verbunden und damit allgemein durch den Transistor Q17 vor irgendwelchen Uberschußströmen der Transistoren Q8 oder Q20, die an seinem Kollektor auftreten können, isoliert.
  • Allgemein gesagt hat die erfindungsgemäße Ausführungsform einen sehr geringen vorhersehbaren Leerlaufstrom. Dieser Leerlaufstrom ist durch die Geometrie bestimmt, d.h. durch die Flächen der entsprechenden Bauelemente und er kann mit hoher Genauigkeit bei Herstellung der ursprünglichen "Masken" zur Fertigung des Bauelements eingestellt werden. Der Verstärker ist sehr wirtschaftlich bezüglich der Verwendung äußerer Schaltungselemente.
  • Er weist zwar zwei Rückkopplungsschleifen auf, jedoch befinden sich diese Schleifen auf dem "PlättchenW und sie erfordern keine zusätzlichen äußeren Schaltungselemente Über Rückkopplung, die den Verstärker linearisiert und stabilisiert und über Stabilisierung der Gleichstromleerlaufeinstellun.g lassen sich die Ausgangsstufen stark aussteuern, ohne daß eine übergroße Verlustleistung oder eine unerwartete Begrenzung auftritt. Die automatische Mitteneinstellung der Vorspannungsanordnung ermöglicht, daß der Verstärker gegenüber Änderungen der Vorspannung unempfindlich ist. Der Verstärker ist zur Verwendung bei 6 Volt ausgelegt, jedoch arbeitet er noch mit weiter Linearität, jedoch verminderter Leistung bei 3 Volt. Er arbeitet auch und zwar mit verbesserter Wiedergabegüte bei 12 Volt. Außerdem macht es die Schaltung möglich, daß die verfügbare Gleichspannungsquelle mit höchstmöglichem Vorteil ausgenutzt wird und dies ist möglich, ohne daß !'bootstrapping (die Verwendung von zwei Spannungsquellen zur Erzeugung der Spannung + und -)n vorgesehen sein muß.
  • Ein weiterer Vorteil ergibt sich aus dem Aufbau des Differenzverstärker-Vorverstärkers und der beschriebenen Art der Rückkopplungsverbindung. Dieser Aufbau ermöglicht es, daß der Signaleingang eine verhältnismäßig hohe Impedanz behalten kann, die weit oberhalb von einem Megaohm liegt. Folglich läßt sich der Vorverstärker nicht nur von bekannten AM- und FM-Detektoren ansteuern, sondern auch mit Hilfe einer Keramikabtastsystems mit einer üblichen Ausgangsspannung (von etwa 1/2 Volt).

Claims (10)

  1. Patentansprüche ============ 1. Tonfrequenzverstärker mit einem minimalen steuerbaren Leerlaufstrom, gekennzeichnet durch eine gemeinsame Anschlußklemme und eine nicht-gemeinsame Anschlußklemme, durch die eine Verbindung zu einer Quelle für Vorspannungen hergestellt ist, eine Konstantstromquelle (Q7), die mit der nicht-gemeinsamen Anschlußklemme verbunden ist, eine Gegentaktausgangs stufe (Q2,Q3) mit einem ersten und einem zweiten Ausgangstransistor eines ersten Leitfähigkeitstyps, die zwischen die gemeinsame und die nicht-gemeinsame Anschlußklemme in Reihe geschaltet sind, wobei die Flächen der aktiven Bereiche des ersten und des zweiten Transistors etwa gleich sind, so daß etwa ge- i che gleiche Stromleitfähigkeitseigenschaften vorliegen, eine Treiberstufe für den Gegentaktverstärker mit einem dritten Transistor (Q-1), der ein Signal zur Steuerung der beiden Ausgangstransistoren vorsieht, eine Vorrichtung, durch die das Signal von dem dritten Transistor zum Eingang des zweiten Transistors geführt wird, um diesen leitfähig zu machen, eine Zwischentreiberstufe (Q5, Q6), um das Signal des dritten Transistors (QI) dem Eingang des ersten Transistors (Q2) zuzuführen, einen vierten Transistor (Q5) und eine Steuervorrichtung, wobei der vierte Transistor den ersten Leitfähigkeitstyp aufweist und die Fläche seines aktiven Bereichs so ausgebildet ist, daß sie zu der Fläche des aktiven Bereichs des zweiten Transistors (Q3) in einem bestimmten Verhältnis steht, eine Steuervorrichtung (Q8), die mit der Konstantstromquelle (Q7) verbunden ist, um einen Teil des Stroms der Konstantstromquelle an den Ausgang des vierten Transistors (Q5) zu leiten sowie an den Eingang des ersten Transistors und um den verbleibenden Strom aufzunehmen, wodurch der Eingangsstrom des ersten Transistors (Q2) und folglich sein Leerlaufstrom auf den von der Konstantstromquelle verfügbaren Strom begrenzt ist, vermindert um den Ausgangsstrom des vierten Transistors (Q5) und den von der Steuervorrichtung aufgenommenen Strom, und wobei der Leerlaufstrom des zweiten Transistors (Q3) durch den Ausgangsstrom des vierten Transistors (Q5) bestimmt ist und zu diesem durch das Verhältnis der Flächen der aktiven Bereiche zwischen dem zweiten (Q3) und dem vierten (Q5) Transistor in Beziehung steht.
  2. 2. Verstärker nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Transistor (Q2,Q3) jeweils in Basiseingangsschaltung geschaltet sind,wobei der Kollektor des ersten Transistors (Q2) an die nicht-gemeinsame Anschlußklemme zurückgeführt ist und dem Emitter des zweiten Transistors (Q3) an die gemeinsame Anschlußklemme zurückgeführt ist, daß der Emitter des ersten Transistors (Q2) mit dem Kollektor des zweiten Transistors (Q3) verbunden ist, daß der Ausgang an der Verbindung der beiden Ausgangstransistoren abgegriffen wird,wobei diese Verbindung im folgenden als "die Ausgangsverbindurg" (18) bezeichnet ist, daß der dritte Transistor (Q1) in einer Emitterfolgeschaltung verbunden ist,wobei die Basis Jen Eingangdarstellt,daß der Emitter des dritten Transistors (Q1)mit der Basis des zweiten Transistors (Q3) gleichstroingekoppelt ist,daß die Basis des vierten Transistors (Q5) mit dem Emitter des dritten Transistors (Qi) in einer Gleichstromverbindung (14) steht und daß sein eigener Emitter mit der gemeinsamen Anschlußklemme verbunden ist, wodurch die Eingangsübergänge des vierten und des zweiten Transistors parallelgeschaltet sind, so daß ihre Diodenspannungsabfälle gleichgehalten werden und daß sich dadurch ihre Stromverhältnisse stabilisieren und daß die Steuervorrichtung einen fünften fransistor (Q6) eines zweiten Leitfähigkeitstyps enthält, dessen Kollektor mit der Ausgangszwischenver bindung verbunden ist, dessen Basis mit dem Kollektor des vierten Transistors (Q5)verbunden ist und dessen Emitter mit der Konstant stromquelle verbunden ist und mit der Basis des ersten Transistors (Q2),wodurch der Leerlaufstrom in dem zweiten Transistor von dem ersten und dem fünften Transistor abgegeben wird.
  3. 3. Verstärker nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit einer Anzapfung versehener Widerstand (15,16)vorge sehen ist, dessen einer Teil (15)den Eingangsübergang des fünften Transistors (06)und dessen anderer Teil den Ausgangsübergang (16)des fünften Transistors überbruckt,daß der mit der Anzapfung versehene Widerstand den Arbeitspunkt des fünften Transistors bei Stromwerten einstellt, die ein Mehrfaches des Beta-Spitzenwertes sind, so daß die Stromwerte des fünften Transistors in erster Linie von ihren Elektrodenflächen abhängig sind.
  4. 4. Verstärker nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß eine Gegenkopplungsverbindung (21)zwischen die Ausgangsverbindung und die Basis des dritten Transistors (Q7) geschaltet istf um die Asymmetrie in der Verstärkungskennlinie zu vermindern und eine Stabilität durch minimale Phasenverzerrung in der Rückkopplungsschleife zu erreichen.
  5. 5. Verstärker nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die fünf Transistoren und die Konstantstromquelle, die einen sechsten und einen siebten Transistor (Q7,Q8)enthält, in integrierter Schaltungstechnik ausgebildet sind.
  6. 6. Verstärker nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß ferner ein Vorverstärker vorgesehen ist, der einen Differenzverstärker aufweist, der einen Eingang enthält, der im folgenden als der l'Gegenkopplungseingange bezeichnet ist und der einen Ausgang enthält, der der Basis des dritten Transistors (Q1) zugeführt wird und daß eine zweite Rückkopplungseinrichtung als Gegenkopplung zwischen die Ausgangsverbindung und den Gegenkopplungseingang geschaltet ist, um die Asymmetrie in der Verstärkungskennlinie weiter zu vermindern und die Amplitudenlinearität zu verbessern.
  7. 7. Verstärker nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen vorgesehen sind, um die Leerlaufgleichspannung UDQ das Tonfrequenzsignal um den Iseerlaufwert an der Ausgangsverbindung zu stabilisieren, daß diese Einrichtung einen ersten Widerstand enthält, der zwischen den Gegenkopplung.-ez.ngang und die Ausgangsverbindung des Verstärkers geschaltet ist, um einen bestimmten Strom aus der Ausgangsserbinuang zu entnehmen und die Ausgangsspannung auf einem gewünschten Leerlaufwert zu halten und daß Einrichtungen vorgesehen sind, die das Entnehmen des Stroms steuern und die eine steuerbare Stromquelle aufweisen, mit Hilfe derer ein Strom aus dem Widerstand entnommen1 wird, der im wesentlichen gleich dem Strom ist, der erforderlich ist, die Ausgangsleerlaufspannung auf etwa der Hälfte der Vorspannung zu halten.
  8. 8. Verstärker nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z ei c h n e t daß die Stromentnahmeeinrichtung eine erste Strombezugseinrichtung enthält, die einen Widerstand aufweist, der etwa zwei mal so groß ist, wie der Rückkopplungswiderstand, und die eine Diode enthält, die mit diesem in Reihe an die Vorspannungsquelle angeschlossen ist und daß ein weiterer Transistor vorgesehen ist, zu dessen Eingangsübergang die Diode parallelgeschaltet ist, und dessen Kollektor mit dem ersten Widerstand verbunden ist, um einen Strom proportional zu dem in der Diode von dem Ausgangsübergang zu entnehmen.
  9. 9. Verstärker nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Stromzufuhreinrichtung vorgesehen ist, die einen weiteren Transistor enthält, dessen Basis eine feste Bezugsspannung zugeführt wird, daß ein Widerstand zwischen seinen Emitter und die nicht gemeinsame Anschlußklemme für die Vorspannungsquelle geschaltet ist und daß sein Kollektor mit dem Kollektor des anderen Transistors verbunden ist, wobei der weitere Transistor einen zusätzlichen Strom an seiner Verbindungsstelae einführt, um den Strom in der Entnahmevorrichtung zu verstellen und um dadurch die Spannung an dem Verstärkerausgang geringfügig unter der Hälfte der Vorspannung einzustellen.
  10. 10. Verstärker nach Anspruch 9, dadurch gekenneichnet daß ein kleiner Widerstand zwischen den Gegenkopplungseingang und den Kollektor des anderen Transistors zur Isolierung des Ei.ngangs geschaltet ist und daß ein großer Filterkondensator mit dem zuletztgenannten Kollektor verbunden ist, um den Brumm an der Ausgangsverbindung zu vermindern.
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