DE2613761C3

DE2613761C3 - Niederfrequenz-Leistungsverstärker

Info

Publication number: DE2613761C3
Application number: DE2613761A
Authority: DE
Inventors: Bruno Monza Mailand/Milano Murari
Original assignee: SGS ATES Componenti Elettronici SpA
Current assignee: STMicroelectronics SRL
Priority date: 1975-04-04
Filing date: 1976-03-31
Publication date: 1986-11-13
Also published as: FR2306567A1; JPS51123043A; FR2306567B1; IT1034831B; BR7601998A; US4045745A; DE2613761A1; GB1528068A; DE2613761B2

Description

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Die Erfindung betrifft einen Niederfrequenz-Leistungsverstärker gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es ist bei Verstärkern bekannt, Schwankungen der Versorgungsspannung, die im allgemeinen als Netzbrumm bezeichnet werden, dadurch zu dämpfen, daß zwischen die Spannungsversorgung und Masse eine Kapazität eingeschaltet wird, die für die Versorgungsgleichspannung eine praktisch unendliche Impedanz, für die Schwankungen dieser Spannung jedoch eine minimale Impedanz darstellt. Bekanntermaßen hat diese Kapazität die Funktion einer Ausfilierung der genannten Schwankungen, so daß diese auf die Arbeitsweise des Verstärkers keinen Einfluß haben. ßo

Für die Spannungsversiärkung ergibt sich mit den für die mathematische Berechnung zulässigen Vereinfachungen die bekannte Formel

A =

Dabei ist R\ der reaktive Widerstand, der zwischen dem Ausgang und dem invertierenden Eingang liegt, während R2 der Widerstand ist, der zwischen Masse und dem invertierenden Eingang liegt; der als invertierender Eingang dienende Anschlußpunkt der integrierten Schaltung ist dabei getrennt von dem für die erwähnte Entbrummung dienenden Anschlußpunkt vorgesehen.

Betrachtet man einen Niederfrequenzleistungsverstärker, so wird der Wert der Ausgangsgleichspannung auf einen Mittelwert zwischen der Versorgunjisspannung und Massepotential eingestellt Der inverlierende Eingang des Verstärkers befindet sich im allgemeinen auf einem Pegel, der sich von dem am Ausgang gewünschten unterscheidet, weshalb zwischen Ein- und Ausgang ein internes Widerstandselement geschaltet ist Der Strom, der den Differenzwert der Spannung zwischen Eingang und Ausgang bestimmt, wird im allgemeinen von einer Stromquelle erzeugt, die über Widerstände direkt von der Versorgungsspannung gespeist wird. Das genannte Widerstandselement zwischen Ein- und Ausgang ist in der vorgenannten Formel für die Verstärkung als R\ aufgeführt Dieses Element muß integriert sein, damit kleine Toleranzen relativ zu den anderen, den hindurchfließenden Strom bestimmenden Widerstandselementen gegeben sind.
Der Widerstand R2 ist dagegen extern zwischen den erwähnten Anschlußpunkten angeordnet und dient zur Bestimmung der Verstärkung.

Einer der Widerstände des in der Verstärkungsformel aufgeführten Verhältnisses ist bei den bekannten Systemen in das Halbleiterplättchen integriert. Durch herstellungsbedingt; Toleranzen dieses Widerstandselements zum Nennwert ändert sich das Verhältnis RiIRi entsprechend, weshalb bei gleichem externen Widerstandselement und gleichem Verstärkerschaltkreis die Spannungsverstärkung sich aus herstellungsmäßigen Gründen von einer integrierten Schaltung zur anderen ändert. Dementsprechend wird die Belastung des Verstärkers selbst geändert. Zusammenfassend ist festzustellen, daß bei den bekannten Niederfrequenzleistungsverstärkern bestehend aus eine; monolithischen integrierten Schaltung zwei getrennte Zweige für die Entbrummung einerseits und für die Bestimmung der Verstärkung andererseits vorgesehen sind. Deshalb sind für diese beiden Funktionen zwei getrennte Anschlußpunkte an der integrierten Schaltung erforderlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem monolithisch integrierten Niederfrequenz-Leistungsverstärker unter Aufrechterhaltung der Möglichkeit der Brummbeseitigung und bei einer praktisch nur von der äußeren Beschallung abhängigen Einstellbarkeit der Signalverstärkung die Zahl der Anschlußpunkte zu verringern.

Diese Aufgabe wird bei dem gattungsgemäßen Verstärker mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Elementenschutz wird nicht beansprucht.

Die Erfindung und deren Weiterbildungen werden nun anhand einer Ausführungsform näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

F i g. I ein schematisches Schaltungsdiagramm eines bekannten Niederfrequenzverstärkers und

F i g. 2 ein schematisches Diagramm eines erfindungsgemäßen Niederfrequenzverstärkers.

In Fig.! ist der Endteil des dort dargestellten bekannten Niederfrequenzleistungsverstärkers als interessierender Teil im einzelnen dargestellt. Unabhängig von den Zwischenstufen hat man am Punkt »3« einen Spannungswert gleich dem des Einganges, Vi₁ gibt

die Ausgangsspannung an, deren Wert durch den Widerstand Ri bestimmt wird, der das Verbindungsglied zwischen dem Ausgang und dem invertierenden Eingang darstellt Die in Serie geschalteten Widerstände /?3, Ra sind mit dem einen Ende mit der Versorgungsspannung V_s und mit dem anderen Ende mit dem Kollektor eines Transistors T₃ verbunden, dessen Emitter an Masse liegt und dessen Basis mit der Kathode einer Diode D₄ verbunden ist

Die Basis von T\ ist ferner mit der Basis des Transistors T-, verbunden, dessen Emitter an Masse liegt und dessen Kollektor am Punkt »3« angeschlossen ist, der den invertierenden Eingang darstellt Weitere in der Zeichnung dargestellte Elemente sind in ihren Funktionen an sich bekannt Der WHderstand /?s zwischen dem Emitter des Transistors Ta und Masse bestimmt den Strom von Ta, der die Stromquellen steuert, die mit G angegeben werden.

Die Transistoren Ti₁ und Ti steuern die Endtransistoren Ti und T₂, und ihre Basen sind mit einer Serienschaltung von Dioden D₁, D₁ D_s verbunden, die den Ruhestrom der Endstufe bestimmen. Der mit Λ bezeichnete Block gibt die Eingangsstufe und die zweite Stufe des Verstärkers an. Die Kapazität Ci und die Impedanz Zbilden die Ausgangsbelastung.

Die Anschlußpunkie der integrierten Schaltung sind wie folgt: »1« Signaleingang, »2« Masse, »3« Invertierender Eingang, »4« Ausgang, »5« Stromversorgung, »6« Entbrummung.

Ts, D₄, 7~5 bilden einen Stromspiegel, weshalb der Strom des Kollektors von T5 proportional zu dem des Kollektors von 7Ί ist. Dieser Strom ist derjenige, der den Widerstand R\ speist. Zwischen den Anschlußpunkt 6 und Masse ist der Entbrummungskondensator Ci geschaltet. Wenn die Netzspannung konstant ist, hat d keinerlei Wirkung; wenn jedoch Schwankungen auftreien, uüuci die impedanz von Ci praktisch einen Kurzschluß für derartige Schwankungen, so daß diese auf die Schallung keinen Einfluß haben. Die Komponenten R₂, C₂ zwischen dem Anschlußpunkt 3 und Masse dienen lediglich zur Bestimmung des Frequenzverlaufs der Verstärkung; C₂ hat bei hohen Frequenzen dne Impedanz, die praktisch gleich Null ist

Es wird nun der erfindungsgemäße Verstärker gemäß Fig.2 beschrieben. Der die Tansistoren Γι und T₂ enthaltende Zweig zwischen Vj und Masse bildet die Endstufe des Verstärkers. Wie zuvor bilden die Transistoren Ti, T₄ und T5 einen Stromspiegel, bildet der Anscblußpunkt »3« den invertierenden Eingang und liegt der Widerstand Ri zwischen dem Punkt >,3« und dem Ausgang. In dieser Schaltung ist der Kollektor von T₃ mit der Versorgungsspannung Vs lediglich über den Widerstand R₂' verbunden. Der Ausgang V₀ ist außen mit dem einen Ende eines aus Widerständen R₃ und Ra gebildeten Spannungsteilers verbunden, dessen anderes Ende an Masse liegt. Der Punkt »3« ist mit einer Kapazität C, verbunden, deren anderes Ende an dem Abgriff des aus den Widerständen R₃ und Ra' gebildeten Spannungsteilers liegt und die Funktionen der Entbrummung und der Bestimmung der Weehsek . omverstärkung hat.

Die anderen, die Schaltung ver oliständigenden Komponenten haben analoge Funktionen zu denen der Schaltung von F i g. 1.

Betrachiet man die Auswirkung der Netzspannungsschwf-ikungen auf die Schaltung, und zwar auf den Kollektorstrom von Tj, so erhäh man

Aus der folgenden Betrachtung ergeben sich auch Informationen über die Werte der einzelnen Komponenten relativ zueinander.

Unter Vernachlässigung von R₁, der sehr groß ist relativ zu den anderen Komponenten, insbesondere relativ zu Ri, ergibt sich

I/,

Ri + Ri

Dabei wird davon ausgegangen, daß R₁'> R₄'. Durch Einsetzen erhält man die vereinfachende, die Dämpfung der Versorgungsspannungsschwarkungen ergebende Gleichung

I V₁, =

«2

J'"C,

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Aus dieser Gleichung ersieht man. daß im Interesse einer guten Entbrummung die nachfolgenden Bedingungen für die einzelnen Komponenten zu erfüllen sind:

V = ^V" - R-

Ri V Ri ^

:% ergibt sich daher für die Spannungsverstärkuni! 4 ^V" ^R > ⁺ ft* - 1 ^Rl

Ri -c

R₄'.

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Bei dieser Anordnung ergibt sich also, daß an einem einzigen Anschlußpunkt der integrierten Schaltung die Entbrummung und die Festlegung des Frequenzverlaufs βο der Verstärkung durchgeführt werden, Bei den normalen Arbeitsfrequenzen ist die Impedanz von Q zu vernachlässigen, weshalb der invertierende Eingang »3« zum Ausgang V₀ hin die Impedanz sieht, die von der Parallelschaltung von Ri und R3' gebildet wird, und gegen Masse die Impedanz von R₄ sieht. Wenn R\ sehr viel größer ist als R₃', so ergibt sich für die Eingangsspannung

Wie zu sehen ist, ergibt sich diese Verstärkung ?us dem Verhältnis zwischen zwei externen Komponenten, der. η Wert genau bestimmbar ist, weshalb die Verstärkung für jede Schaltung fest ist und unabhängig von konstruktive·! Parametern der integrierten Schaltung selbst ist. Außerdem bewirkt die Weglassung des zusätzlichen A.ischluBpunktes für die Entbrummung, daß in verträglicher Weise mit anderen Stufen und Funktionen des Systems die beschriebene Schaltung in einem Gehäuse mit einer geringeren Anzahl von Anschlußpunkten montiert werden kann, beispielsweise in einem Gehäuse mit fünf Kontakten vom Typ Pentawatt.

Bei der Erfindung ergibt sich außerdem der Vorteil, daß anstelle von zwei Kapazitäten und einem Widerstand, die in der bekannten Schaltung die erwähnten Funktionen erfüllen, eine Kapazität und zwei

Widerstände treten, was hcrstellungsmäßig ökonomischer ist. Bei der Erfindung wird dies dadurch realisiert, daß die reaktive Widerstandskomponente, die bei der bekannten Schaltung ein einziges Element ist, in zwei Elemente unterteilt wird: ein reaktives Gleichspannungswiderstandselement im Inneren der monolithisch integrierten Schaltung und eine Reihenschaltung von passiven reaktiven Wechselstromelementen im externen Bereich. Zwischen diese Elemente wird die genannte Kapazität zur Netzbrummbeseitigung geschaltet.

Die Erfindung kann bei jeder beliebigen integrierten Schaltung, die die Funktion eines Verstärkers hat, zu dem Zweck verwendet werden, die Anzahl der Anschlußpunkte um eins zu reduzieren. is

Zur Erzielung eines möglichst geringen Leistungsverbrauches wird vorzugsweise der Spannungsteiler, bestehend aus den Widerständen Ri und A4', zwischen den Anschlußpunkt 4 für den Verstärkerausgang und Masse über eine Kapazität (nicht gezeigt) geschaltet. Diese Kapazität dient dann dazu, den Verstärkerausgang gleichstrommäßig zu isolieren. Diese Kapazität muß hoch genug gewählt werden, um die Arbeitsweise des Verstärkers im NF-Bereich möglichst wenig zu beeinträchtigen. Es wird auf diese Weise verhindert, daß aufgrund des an dem Anschlußpunkt 4 für den Verstärkerausgang liegenden Potentials ständig ein Strom durch die Widerstände Ri und Ä«' fließt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Niederfrequenz-Leistungsverstärker, bestehend aus einer monolithisch integrierten Schaltung mit einem Anschlußpunkt für einen Signaleingang, einem Anschlußpunkt für Masse, einem Anschlußpunkt für einen invertierenden Eingang, einem Anschlußpunkt für den Verstärkerausgang, einem Anschlußpunkt für die Versorgungsspannung und einem Anschlußpunkt für die Entbrummung, wobei der invertierende Eingang und der Verstärkerausgang über ein internes Widerstandselement verbunden sind, dessen zum invertierenden Eingang weisendes Ende über eine Stromquelle an die Versorgungsspannung angeschlossen ist, und wobei mit dem Anschlußpunkt für den invertierenden Eingang verbundene externe Schaltungsmitte! zur Festlegung des Frequenzverlaufs der Verstärkung vorgesehen sind, .gekennzeichnet durch die Gesamtheit der Merkmale, daß der Anschlußpunkt für die Entbrummung durch den Anschlußpunkt (3) für den invertierenden Eingang gebildet ist, und daß ein externer Spannungsteiler (/?}', A4') zwischen den Anschlußpunkt (4) für den Verstärkerausgang und den Anschlußpunkt (2) für Masse geschaltet ist, dessen Abgriff über einen Kondensate. · (C 1) mit dem Anschiußpunkt (3) für den invertierenden Eingang verbunden ist, wobei die Impedanz des Kondensators (Cl) hinsichtlich der Brummspannung bei den normalen Arbeitsfrequenzen vernachlässigbar ist und der Kondensator (Cl) sowohl die Funktion der Entbrummung als auch die Tunktic der Festlegung des Frequenzverlaufs der Verrtärkung hat.

2. Niederfrequenz-Leistungsvt stärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsteiler {Ri, Ra') sowohl mit dem Anschiußpunki (4) für den Verstärkerausgang als auch mit dem Anschlußpunkt (2) für Masse galvanisch verbunden ist.

3. Niederfrequenz-Leistungsverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsteiler (A3', Ra') über eine Kapazität zwischen die Anschlußpunkte für den Verstärkerausgang (4) und für Masse (2) geschaltet ist.