DE2629770A1

DE2629770A1 - Transistor amplifier with driver stage and power stage - has input stage connected through driver transistor to output stage transistor

Info

Publication number: DE2629770A1
Application number: DE19762629770
Authority: DE
Inventors: Ulrich Grote
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1976-07-02
Filing date: 1976-07-02
Publication date: 1978-01-12

Abstract

The transistor amplifier includes an input stage and an output stage with connections through a pair of transistors with a diode in one line of the transistor. The power stage serves as output stage. The output (A) of the amplifier input stage (1) is connected through base-emitter diode of a driver transistor (21) and an SC diode (n) of opposite polarity, in series with the output (B) and collector of the amplifier transistor (31). The driver stage (2) has a usual emitter resistor (23).

Description

"Schaltungsanordnung eines Verstärkers "Circuit arrangement of an amplifier

mit Transistoren" Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung eines Verstärkers mit Transistoren, bei welcher einer Verstärker-Eingangsstufe eine Treiberstufe und dieser Treiberstufe mindestens eine Leistungsstufe als Endstufe nachgeordnet ist. with transistors "The invention relates to a circuit arrangement an amplifier with transistors, in which an amplifier input stage a Driver stage and this driver stage at least one power stage as output stage is subordinate.

Es sind Schaltungsanordnungen dieser Art gebräuchlich, beispielsweise Niederfrequenz-Verstärkerschaltungen und Verstärkerschaltungen, bei welchen einem als Verstärker-Eingangsstufe dienenden Operationsverstärker eine oder mehrere Stufen mit komplementären Transistoren nachgeordnet sind, die als Leistungs-und Ausgangsstufe bzw. als Treiberstufen und als Leistungsstufen vorgesehen werden.Circuit arrangements of this type are common, for example Low frequency amplifier circuits and amplifier circuits in which one Operational amplifier serving as an amplifier input stage has one or more stages with complementary transistors that act as power and output stages or be provided as driver stages and as power stages.

Bekannt durch das Buch von U. Tietze und Ch. Schenk, Halbleiter-Schaltungstechnik, Springerverlag Berlin/Heidelberg/New York 1971, Seiten 320 und 321 mit abb. 12.16 ist eine Verstärkeranordnung für Niederfrequenz mit einer Transistoren enthaltenden Treiberstufe und einer Leistungsstufe in Gegentaktschaltung. Ein Vorverstärker ist bei dieser Anordnung nicht dargestellt.Known from the book by U. Tietze and Ch. Schenk, semiconductor circuit technology, Springerverlag Berlin / Heidelberg / New York 1971, pages 320 and 321 with illus. 12.16 is an amplifier arrangement for low frequency with a transistor containing Driver stage and a power stage in push-pull circuit. A preamp is not shown in this arrangement.

In den Basisstromkreisen der Treibertransistoren können, wie der genannten Literaturstelle zu entnehmen ist, Konstantstromsysteme verwendet werden. Diese erfordern gewöhnlich einen gewissen Aufwand. Es können jedoch auch ohmsche Widerstände in den Basisstromkreisen verwendet werden. Die Ureibertransistoren können sonach durch Konstantstromsysteme oder über ohmsche Widerstände angesteuert werden. In jedem Falle wie auch bei den oben erwähnten gebräuchlichen Verstärkerschaltungen entsteht zwischen den Basisanschlüssen der in Gegentakt schaltung angeordneten Treibertransistoren eine sogenannte Tot zone im Steuerungsbereich der die Treiberstufe ansteuernden Spannung. Diese Tot zone läßt sich durch in Reihe geschaltete Dioden eliminieren. Werden die Treibertransistoren über ohmsche Widerstände angesteuert9 so erhalten sie mit zunehmender Aussteuerung immer weniger Basisstrom. Außerdem muß die an den Basisanschlüssen der Treiberstufe benötigte Steuerspannung um den Betrag der Summe der an den Steuerstrecken sämtlicher Transistoren der Treiberstufe sowie gegebenenfalls auch der Leistungsstufen höher sein als die verlangte Verbraucherspannung.In the base circuits of the driver transistors, like the mentioned Reference can be found in the literature, constant current systems are used. These require usually a certain Expenditure. However, it can also be ohmic Resistors are used in the base circuits. The U driver transistors can can therefore be controlled by constant current systems or by means of ohmic resistors. In each case as well as with the conventional amplifier circuits mentioned above arises between the base connections of the push-pull driver transistors a so-called dead zone in the control area of the driver stage controlling Tension. This dead zone can be eliminated by connecting diodes in series. If the driver transistors are controlled via ohmic resistors9 this is how it is preserved the lower the base current, with increasing modulation. In addition, the Base connections of the driver stage required control voltage by the amount of the sum that on the control paths of all transistors of the driver stage and, if applicable the power levels must also be higher than the required consumer voltage.

Die vorliegend beschriebene Erfindung geht von der Aufgabenstellung aus, bei einer Schaltungsanordnung eines Verstärkers der eingangs beschriebenen Art die Schaltung der Treiberstufe und der Leistungsstufe in der Weise zu verändern, daß sich für die Nachverstärkung hinter dem Vorverstärker (Verstärker-Eingangsstufe) und für die Leistungsverstärkung ein lückenfreier Steuerungsbereich der die Treiberstufe ansteuernden Spannung ergibt.The presently described invention is based on the objective off, in the case of a circuit arrangement of an amplifier as described at the beginning Way of changing the circuit of the driver stage and the power stage in such a way that that for the post-amplification behind the preamplifier (amplifier input stage) and a gap-free control area of the driver stage for the power amplification driving voltage results.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst, und zwar dadurch, daß der Ausgang der Verstärker-Eingangs stufe über die Basis-Emitter-Diode des Treibertransistors und eine bezüglich dieser Basis-Emitter-Diode entgegengesetzt gepolte Halbleiterdiode in Reihenschaltung mit dem Ausgang und Kollektor des Verstärkertransistors verbunden ist und daß die Treiberstufe einen an sich bekannten Emitterwiderstand enthält.According to the invention, this object is characterized by what is stated in claim 1 Features solved, in that the output of the amplifier input stage via the base-emitter diode of the driver transistor and one with respect to this base-emitter diode Semiconductor diode with opposite polarity connected in series with the output and collector of the amplifier transistor is connected and that the driver stage is a known per se Emitter resistance contains.

Einer weiteren Ausbildung der Erfindung entsprechend ist bei einer Schaltungsanordnung eines Verstärkers mit einer Verstärker-Eingangs stufe und einer 2reiber- sowie einer L stungsstufe aus je zwei Transistoren in Gegentaktschaltung der Ausgang der Verstärker-Eingangs stufe über eine Gegenparallelschaltung zweier Reihenschaltungen bestehend aus je einer Basis-Emitter-Diode der in Gegentaktschaltung angeordneten Treibertransistoren und je einer entgegengesetzt gepolten Halbleiterdiode mit dem Ausgang, den Kollektoren der in Gegentaktschaltung angeordneten Leistungstransistoren verbunden.A further embodiment of the invention is corresponding to a Circuit arrangement of an amplifier with an amplifier input stage and one 2 driver and a power stage made up of two transistors each in a push-pull circuit the output of the amplifier input stage via a counter-parallel connection of two Series connections each consisting of a base-emitter diode in a push-pull circuit arranged driver transistors and each one oppositely polarized semiconductor diode with the output, the collectors of the power transistors arranged in a push-pull circuit tied together.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung einer Halbleiterdiode wird in Verbindung mit dem Emitterwiderstand der Treiberstufe bewirkt, daß außer dem Verbraucherstrom zusätzlich ein durch die Spannung der Betriebsgleichstromquelle und den Emitterwiderstand bestimmter Strom durch den Leistungstransistor und die Halbleiterdiode sowie den Emitterwiderstand fließt. Hierdurch wird an der Halbleiterdiode eine die Basis-Emitter-Spannung des Dreibertransistors nahezu kompensierende Durchlaßspannung gebildet, so daß die Ausgänge des Vorverstärkers und des Leistungsverstärkers annähernd auf dem gleichen Potential gehalten werden und bei Verstärkung einer Wechselspannung auch gleichphasig sind.The inventive arrangement of a semiconductor diode is in Connection to the emitter resistor of the driver stage causes, in addition to the consumer current an additional one due to the voltage of the operating DC power source and the emitter resistance certain current through the power transistor and the semiconductor diode as well as the Emitter resistance flows. As a result, a base-emitter voltage is applied to the semiconductor diode of the three transistor almost compensating forward voltage formed, so that the Outputs of the preamplifier and the power amplifier are approximately on the same Potential are held and also in phase when an alternating voltage is amplified are.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung zunächst prinzipiell und alsdann durch ein Ausführungsbeispiel näher erläutert.The invention will first be described in principle below with reference to the drawing and then explained in more detail by an exemplary embodiment.

Es zeigt Figur 1 das Schaltbild einer erfindungsgemäß ausgeführten Schaltungsanordnung eines Gleichstromverstärker - Figur 2 das Schaltbild einer Schaltungsanordnung eines Niederfrequenzverstärkers in Gegentakt-Ausführung.FIG. 1 shows the circuit diagram of one implemented according to the invention Circuit arrangement of a DC amplifier - Figure 2 shows the circuit diagram a circuit arrangement of a low-frequency amplifier in push-pull design.

Gleiche Elemente sind in den Figuren 1 und 2 mit den gleichen Bezugszeichen markiert.The same elements are given the same reference symbols in FIGS. 1 and 2 marked.

Die in der Figur 1 dargestellte Verstärker-Schaltungsanordnung ist hinter dem Vorverstärker 1 eine sogenannte komplementäre Darlington-Schaltung und enthält links und seitig als Eingangsstufe und Vorverstärker einen Operationsverstärker 1 und diesem nachgeordnet ferner eine Treiberstufe 2 mit einem Transistor 21 und eine Leistungsstufe 3 mit einem Transistor 31.The amplifier circuit arrangement shown in FIG. 1 is behind the preamplifier 1 a so-called complementary Darlington circuit and contains an operational amplifier on the left and on the left as an input stage and preamplifier 1 and also downstream of this a driver stage 2 with a transistor 21 and a power stage 3 with a transistor 31.

Eine Batterie 4 dient als Betriebsgleichstromquelle der Anordnung. Dem nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers 1 ist eine Gleichspannung UE zugeführt. Die Treiberstufe 2 enthält einen Emitterwiderstand 23, und der Leistungstransistor 31 einen ohmschen Widerstand 32 im Basis-Emitter-Stromkreis. Der Ausgang B der Leistungsstufe 3 liegt am Kollektor des Transistors 31 und ist auf den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers rückgeführt. Dadurch daß der Ausgang A des Operationsverstärkers 1 über die Basis-Emitter-Diode des Transistors 21 und eine damit in Reihe geschaltete entgegengesetzt gepolte Halbleiterdiode n mit dem Ausgang B des Leistungsverstärkers verbunden ist, fließt während des Verstärkerbetriebes, wo die Transistoren 21 und 31 gleichzeitig aufgesteuert sind, ein Gleichstrom ( In ) vom Ausgang B des Leistungsverstärkers über die Diode n und den Emitterwiderstand 23. Bei entsprechender Bemessung desselben ist die durch den Gleichstrom ( In ) verursachte Durchlaß spannung der Halblaterdiode n annähernd gleich der Durchlaßspannung der Basis-Emitter-Diode des Treibertransistors 21. Hierdurch erhalten die Ausgänge A und B des Operationsverstärkers 1 und des Leistungsverstärkers 3 annähernd gleichhohe Potentiale und es werden die entsprechenden Ausgangsspannungen UA bzw.A battery 4 serves as the operating DC power source of the arrangement. The non-inverting input of the operational amplifier 1 is a DC voltage UE supplied. The driver stage 2 contains an emitter resistor 23 and the power transistor 31 an ohmic resistor 32 in the base-emitter circuit. The output B of the power stage 3 is connected to the collector of transistor 31 and is connected to the inverting input of the Operational amplifier fed back. Thereby the output A of the operational amplifier 1 via the base-emitter diode of the transistor 21 and one connected in series with it oppositely polarized semiconductor diode n to the output B of the power amplifier is connected, flows during the amplifier operation, where the transistors 21 and 31 are controlled simultaneously, a direct current (In) from output B of the power amplifier via the diode n and the emitter resistor 23. With appropriate dimensioning of the same is the forward voltage of the half-face diode caused by the direct current (In) n approximately equal to the forward voltage of the base-emitter diode of the driver transistor 21. Received by this the outputs A and B of the operational amplifier 1 and the power amplifier 3 are approximately the same potentials and the corresponding output voltages UA resp.

UB, die ebenso wie die Gleichspannung UE am Eingang der Anordnung von einem festen Bezugspotential PO der Anordnung aus meßbar sind, annähernd gleich groß. In der Treiber- und in der Leistungsstufe stellt sich hierdurch ein stabiler Zustand, der Arbeitspunkt der Verstärkeranordnungselbsttä tig ein. Dies geschieht durch Stromgegenkopplung vom Ausgang der Leistungsstufe auf die Treiberstufe, indem der Steuerstrom des Treibertransistors 21 durch den Widerstand 23 festgelegt ist, welcher den Kollektorstrom des Treibertransistors und zugleich den Steuerstrom sowie ferner den Strom (In) durch den Leistungstransistor 31 (ohne Verbraucher) bestimmt, der in der gleichen Richtung wie der Steuerstrom des Treibertransistors durch den Widerstand 23 fließt.UB, like the DC voltage UE at the input of the arrangement can be measured from a fixed reference potential PO of the arrangement, approximately the same great. This results in a more stable level in the driver and in the power level State, the operating point of the amplifier arrangement automatically. this happens by current negative feedback from the output of the power stage to the driver stage by the control current of the driver transistor 21 is determined by the resistor 23, which the collector current of the driver transistor and at the same time the control current as well also determines the current (In) through the power transistor 31 (without consumers), which is in the same direction as the control current of the driver transistor through the Resistor 23 flows.

Durch den Fortfall von Totzonen wird der volle Steuerungsbereich zwischen den Grenzen des Operationsverstärkers ausnutzbar. Der Aufbau der Verstärkeranordnung wird übrigens einfacher als bei den entsprechenden Anordnungen nach dem Stande der Technik. Der Steuerstrom für die Treiberstufe wird bei der beschriebenen Anordnung vom Ausgang des Operationsverstärkers bezogen, und der Steuerstrom für die Leistungsstufe wird mit zunehmender Aussteuerung des Operationsverstärkers größer.The elimination of dead zones means that the full control area is between exploitable the limits of the operational amplifier. The structure of the amplifier arrangement is, by the way, easier than with the corresponding arrangements according to the state of the art Technology. The control current for the driver stage is in the described arrangement obtained from the output of the operational amplifier, and the control current for the power stage becomes larger with increasing modulation of the operational amplifier.

Die Schaltung nach Fig. 1 stellt hinsichtlich der verwendeten Transistoren eine von zwei möglichen Varianten dar. Beispielsweise sind bei im Vergleich zu der Anordnung nach Figur 1 geänderter Polung der Batterie 4 sowie der Halbleiterdiode n komplementäre Transistoren zu verwenden, d.h. ein pnp-Transistor für die Treiberstufe und ein npn-Transistor für die Leistungsstufe.The circuit of FIG. 1 represents with regard to the transistors used represent one of two possible variants. For example, in comparison to the Arrangement according to Figure 1 changed polarity of the battery 4 and the semiconductor diode To use n complementary transistors, i.e. one pnp transistor for the driver stage and an npn transistor for the power stage.

Bei der Schaltungsanordnung der Fig. 2 sind z.B. komplementäre Treibertransistoren und Leistungstransistoren (im Vergleich zu der Anordnung nach Fig. 1) verwendet. Die reiberstufe 2 und die Leistungsstufe 3 enthalten je zwei Transistoren 21, 21', bzw. 31, 31 in Gegentaktanordnung, und zwar einen pnp-Transistor 21 sowie einen npn-Transistor 21' die Treiberstufe, und einen npn-Uransistor 31 sowie einen pnp-Transistor 31' die Leistungsstufe. Die Treiberstufe 2 enthält ferner je einen Emitterwiderstand 23 und 23' für die Transistoren 21 und 21'. Es sind diese Transistoren mit den Transistoren 31, 31' in Gegentaktanordnung der Leistungsstufe 3 in Verstärkerschaltung mir direkter galvanischer Kopplung verbunden. Die Leistungstransistoren 31, 31' enthalten je einen ohmschen Widerstand 32, 32' in den Basis-Emitter-Stromkreisen, und liegen mit je einer Hälfte 41, 41' einer Batterie 4 in zwei Leistungsstromkreisen mit einem gemeinsamen Verbraucher 5.In the circuit arrangement of Figure 2, for example, there are complementary driver transistors and power transistors (compared to the arrangement of Fig. 1) are used. The driver stage 2 and the power stage 3 each contain two transistors 21, 21 ', or 31, 31 in push-pull arrangement, namely a pnp transistor 21 and one npn transistor 21 ', the driver stage, and an npn transistor 31 and a pnp transistor 31 'the power level. The driver stage 2 also contains an emitter resistor each 23 and 23 'for transistors 21 and 21'. It's these transistors with the transistors 31, 31 'in a push-pull arrangement of the power stage 3 in an amplifier circuit with me more direct galvanic coupling connected. The power transistors 31, 31 'each contain an ohmic resistor 32, 32 'in the base-emitter circuits, and are located each with one half 41, 41 'of a battery 4 in two power circuits with one common consumer 5.

Bei diesem Verstärker mit Gegentaktanordnung der Treiber- und der Leistungsstufe ist der Ausgang A des als Eingangsstufe dienenden Operationsverstärkers 1 mit dem Ausgang B der Leistungsstufe durch die zwei Reihenschaltungen je einer Basis-Emitter-Diode der Treibertransistoren 21 und 21' und je einer bezüglich der Basis-Emitter-Diode entgegengesetzt gepolten Halbleiterdiode n und n' verbunden, welche zwei Reihenschaltungen gegenparallel in Bezug aufeinander geschaltet sind. Infolge dieser Schaltungsmaßnahmen sind auch bei einer Schaltungsanordnung nach Fig. 2 die Potentiale von A und B während des Verstärkerbetriebs annähernd gleich hoch, so daß sich die oben anhand der Fig. 1 erläuterten vorteilhaften Wirkungen ebenfalls ergeben.In this amplifier with a push-pull arrangement, the driver and the The output stage is the output A of the operational amplifier serving as the input stage 1 with output B of the power stage through the two series connections, one each Base-emitter diode of the driver transistors 21 and 21 'and one each with respect to the Base-emitter diode oppositely polarized semiconductor diode n and n 'connected, which two series connections are connected in opposite-parallel with respect to one another. As a result of these circuit measures are also in accordance with a circuit arrangement 2 shows the potentials of A and B approximately equal during the amplifier operation high, so that the advantageous effects explained above with reference to FIG also surrendered.

Zur Einstellung des Ruhestromes und des Arbeitspunktes der Verstärkerstufe 3 genügt im Prinzip bekanntlich ein ohmscher Widerstand 22, durch welchen die Emitter der Treibertransistoren 21, 21' direkt miteinander verbunden sind. Der Ausgang B des Leistungsverstärkers 3 ist wie bei der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 auf den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 1 rückgeführt.For setting the quiescent current and the operating point of the amplifier stage 3, as is well known, an ohmic one is sufficient in principle Resistor 22, through which the emitters of the driver transistors 21, 21 'are connected directly to one another are. The output B of the power amplifier 3 is the same as in the circuit arrangement according to FIG. 1 fed back to the inverting input of the operational amplifier 1.

Claims

Claims fA circuit arrangement of an amplifier with transistors, at which an amplifier input stage a driver stage and this driver stage at least one power stage is arranged downstream as the output stage, characterized in that that the output (A) of the amplifier input stage (1) via the base-emitter diode of the driver transistor (21) and one opposite with respect to this base-emitter-J3ode polarized semiconductor diode (s) connected in series with output (B) and collector of the amplifier transistor (31) is connected and that the driver stage (2) one contains known emitter resistor (23).

2. Circuit arrangement according to claim 1 with an amplifier input stage and one driver and one power stage each consisting of two transistors in a push-pull circuit, characterized in that the output (A) of the amplifier input stage (1) via a counter-parallel connection of two series connections, each consisting of a base-emitter diode of the push-pull driver transistors (21, 21 ') and one each oppositely polarized semiconductor diode (n, n ') with the output (B), the collectors of the power transistors (31, 31 ') i arranged in a push-pull circuit is.