DE2637772A1

DE2637772A1 - Elektrische verstaerkeranordnung

Info

Publication number: DE2637772A1
Application number: DE19762637772
Authority: DE
Inventors: Charles William Ovenden
Original assignee: Elliott Brothers London Ltd
Current assignee: Allard Way Holdings Ltd
Priority date: 1975-08-29
Filing date: 1976-08-21
Publication date: 1977-03-10
Also published as: GB1518305A; FR2322479A1; FR2322479B3; US4100464A; IL50280A; JPS5229110A; IL50280A0

Description

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Dr.-Ing. Wilhelm Reiche! WpWng. Wolfgang Reichel

6 Frankfurt a. M. 1 8541

Parkstiaße 13 =====

ELLIOTT BROTHERS (LONDON) LIMITED, Chelmsford, Essex, England

Elektrische Verstärkeranordnung

Die Erfindung betrifft eine elektrische Verstärkeranordnung.

Die Erfindung betrifft insbesondere eine elektrische Verstärkeranordnung, die bei Aussteuerung mit einem sägezahnförmigen Eingangssignal einen Strom an eine induktive Last abgibt. Derartige Verstärkeranordnungen finden z.B. als Zeilenausgangskreise in Fernsehempfängern Verwendung.

Derartige elektrische Verstärkeranordnungen bekannter Art lassen sich in zwei Klassen einteilen: Die einen arbeiten wirksam, sie gestatten jedoch nur eine schlechte Steuerung ihres Ausgangssignals; die anderen, bei denen sich das Ausgangssignal wirksam steuern läßt, arbeiten mit geringem Wirkungsgrad (Ineffizient).

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine elektrische Ver-Stärkeranordnung der genannten Art anzugeben, die wirksam

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arbeitet und eine gute Steuerung gestattet.

Diese Aufgabe wird bei einer elektrischen Verstärkeranordnung, die bei Aussteuerung mit einem sägezahnförmigen Eingangsignal einen Strom an eine induktive Last abgibt, dadurch gelöst, daß eine erste steuerbare elektronische Schalteinrichtung zwischen der Last und einer Stromquelle für die Last und bestimmter Polarität vorgesehen ist, daß eine zweite steuerbare elektronische Schalteinrichtung zwischen der Last und einer Stromquelle entgegengesetzter Polarität vorgesehen ist, daß ein erster Entladepfad zur Entladung von über die erste Schalteinrichtung der Last zugeführter Energie vorgesehen ist, daß ein zweiter Entladepfad mit einer dritten steuerbaren elektrischen Schalteinrichtung zur Entladung von über die zweite Schalteinrichtung der Last zugeführter Energie vorgesehen ist, und daß Steuereinrichtungen vorgesehen sind, die die dritte und die erste Schalteinrichtung nacheinander während der Anstiegsflanke des Eingangssignals und die zweite Schalteinrichtung während des Endteils der Rücklaufflanke des Eingangssignals schließen.

Der erste Entladepfad enthält bevorzugt eine Kapazität, die Energie von der Last aufnimmt, wenn sich die erste Schalteinrichtung öffnet, und die diese Energie über die zweite Schalteinrichtung der Last zuführt, wenn die zweite Schalteinrichtung sich schließt.

Die Steuereinrichtungen sind bevorzugt so angeordnet, daß sie jeweils in Abhängigkeit von aufeinanderfolgenden ersten und zweiten Teilen der Anstiegsflanke des Eingangssignals Energie der Last über die dritte Schalteinrichtung entladen und über die erste Schalteinrichtung der Last Energie zuführen.

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Die Steuereinrichtungen enthalten bevorzugt einen Differenzverstärker, der in Abhängigkeit vom Eingangssignal und in Abhängigkeit eines negativen, dem Strom durch die Last entsprechenden Rückkopplungssignal die Schaltpotentiale der ersten und dritten Schalteinrichtung steuert, wobei eine lineare Abhängigkeit zwischen der Änderung des durch die Last fließenden Stromes und dem Eingangssignal während des ersten und des zweiten Teils der Anstiegsflanke des Eingangssignals vorhanden ist. Die während des Betriebs den ersten und zweiten Schalteinrichtungen zugeführten Schaltpotentiale lassen sich bevorzugt mittels einer vierten steuerbaren elektronischen Schalteinrichtung gewinnen, die von dem Ausgangssignal des als Verstärker der Klasse A betriebenen Differenzverstärker gesteuert wird.

In einer bevorzugten Ausführungsform liegt ein Anschluß der Last während des Betriebs an einem Punkt eines ersten Potentials, und die zweite Schalteinrichtung liegt zwischen dem anderen Anschluß der Last und einem Punkt, der bei Betrieb gegenüber dem ersten Potential auf einem zweiten Potential gleicher Polarität liegt; die zweite Schalteinrichtung liegt zwischen dem anderen Ende der Last und einem Anschlußpunkt, der während des Betriebs auf einem dritten Potential mit gegenüber dem ersten Potential entgegengesetzter Polarität liegt; die dritte Schalteinrichtung liegt zwischen dem anderen Ende der Last und einem Anschlußpunkt, der auf dem ersten Potential liegt, und der erste Entladepfad enthält ein nur in einer . Richtung leitendes Element, das parallel zur zweiten Schalteinrichtung angeordnet ist.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

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Fig. 1 einen schematischen Schaltplan der erfindungsgemäßen Verstärkeranordnung, und

Fig. 2 eine Schaltung einer bevorzugten Ausführungsform der Verstärkeranordnung nach Fig. 1 *

Die Schaltung nach Fig. 1 enthält einen Differenzverstärker mit einem invertierenden Eingang, an den eine Betriebsspannung VA angelegt ist, die von einem Signalgenerator (nicht dargestellt) geliefert wird. Die Betriebsspannung besitzt die mit A bezeichnete Kurvenform.

Der Ausgang des Verstärkers 1 wird der Basis eines PNP-Transistors Q1 zugeführt, dessen Kollektor über zwei Gleichrichterdioden D2 und D3 und einem in Serie liegenden Widerstand R1 geerdet ist, und dessen Emitter mit einer positiven Versorgungsspannung +V verbunden ist. ·

Der Kollektor des Transistors Q1 ist außerdem mit der Basis eines NPN-Transistors Q2 verbunden, dessen Kollektor an der positiven Versorgungsspannung +V liegt, und dessen Emitter über eine Diode D1 mit dem Emitter eines PNP-Transistors Q3 verbunden ist, dessen Emitter geerdet ist, und dessen Basis an dem Verbindungspunkt zwischen der Diode D3 und dem Widerstand R1 liegt.

Der Emitter des Transistors Q2 ist außerdem mit einem Anschluß einer induktiven Last L verbunden, die z.B. die Zeilenablenkspulen einer Kathodenstrahlröhre darstellen möge. Das andere Ende der Last L ist über einen Widerstand R2 geerdet, wobei der ungeerdete Anschluß dieses Widerstandes mit dem nichtinvertierenden Eingang des Verstärkers 1 verbunden ist und eine negative Rückkopplung darstellt.

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Das der Erde abgewandte Ende der Last L ist außerdem mit dem Kollektor eines NPN-Transistors Q4 verbunden, dessen Emitter mit einer negativen Versorgungsspannung -V verbunden ist,.wobei eine Kapazität C1 zwischen der Versorgungsspannung -V und Masse liegt.

Eine Gleichrichterdiode D4 ist zwischen den Emitter und den Kollektor des Transistors Q4 gelegt, die Basis des Transistors Q4 ist mit dem Ausgang eines Schalterbetriebskreises 2 verbunden, der zwei Eingangsanschlüsse besitzt, von denen eine mit dem Ausgang des Verstärkers 1 verbunden ist, und von denen der andere mit einer Spannung VC aus dem Signalgenerator gespeist wird, wobei die Spannung VC im wesentlichen einen kurzen Impuls enthält, der während der Austastzeit (blanking piriod) am Ende der Rücklaufflanke der an den Verstärker 1 angelegten Spannung erzeugt wird, vgl. die Kurvenform C in Fig. 1.

Außerdem enthält die Verstärkeranordnung Einrichtungen zur Festlegung der Arbeitspunkte und Vorspannungen der Transistoren. Diese Einrichtungen sind jedoch aus Gründen der Übersichtlichkeit der Darstellung nicht dargestellt.

Die Wirkungsweise der Verstärkeranordnung ist folgende:

Während der zweiten Hälfte der Anstiegsflanke der an den Verstärker 1 angelegten Betriebsspannung VA wird der. Transistor Q1 im Α-Betrieb betrieben und steuert den Transistor Q2 aus, wodurch ein Strom von der Versorgungsleitung +V durch die Last L und den Transistor Q2 fließt, der sich in Abhängigkeit von der Betriebsspannung VA erhöht. Während dieser Zeit wird die vom Widerstand R2 an den Verstärker 1 angelegte Rückkopplungsspannung in bekannter Weise entsprechend dem linearen

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Zuwachs des Stromes durch die Last L erhöht.

Sobald die Rücklaufflanke der Betriebsspannung VA anfängt, wird Q1 ausgeschaltet. Q2 schaltet sich dann auch aus und bewirkt damit, daß das Potential VB am nichtgeerdeten Ende der Last L stark negative Werte annimmt, da die Last L danach strebt, ihre Selbstkapazität aufzuladen. Wenn das Potential VB das Potential der negativen Versorgungsleitung -V überschreitet, beginnt die Diode D4 zu leiten, wodurch die Komponenten R2, C1 und D4 einen Entladepfad für die Last L darstellen, so daß der Strom durch die Last L sich mit einer Geschwindigkeit vermindert, die durch das Werteverhältnis zwischen dem Potential der Versorgungsleitung -V und der Lastinduktivität bestimmt ist.

Einige Zeit bevor die Energie in der Last L vollständig entladen ist, wird der Transistor Q4 in Abhängigkeit von dem Impuls in der Spannung VC eingeschaltet, wodurch dann ein Strom von Masse durch die Last L über den Transistor Q4 zu der Versorgungsleitung -V fließt, wobei die Zunahme des Stromes mit derselben Geschwindigkeit erfolgt, mit der er während des vorausgegangenen Entladevorgangs abgenommen hatte. Wenn der Strom einen genügend großen Wert erreicht hat, wird die Spannung über dem Widerstand R2 gleich dem Grundlinienpotential der Betriebsspannung VA. Die daraus resultierende Änderung des Ausgangssignals des Verstärkers 1 schaltet den Transistor Q4 aus. Das Potential VB nimmt dann rasch einen stark positiven Wert an, wodurch Strom durch die Diode D1 und den Transistor Q3 fließt. In dieser Betriebs situation, bei der VB in der Nähe des Erstpotentials liegt, würde der Strom durch die Last L der Basislinie der Betriebsspannung VA folgen. Mit dem Anwachsen von VA längs der Anstiegsflanke der Signalform wird

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jedoch der Transistor Q1 eingeschaltet. "Während der ersten Hälfte der Anstiegsflanke der Betriebsspannung steuert der Transistor Q1 das Basispotential des Transistors Q3 über die Komponenten D1, D2 und R1. Damit stellen die Diode D1 und der Transistor Q3 einen Entladepfad für die Last L dar, und der Strom durch die Last fällt mit einer durch die Betriebsspannung VA bestimmten Rate. Nachdem die Energie in der Last entladen ist beginnt der Stromfluß in entgegengesetzter Richtung durch die Last von der positiven Spannung +V über den Transistor Q2 unter der Steuerung durch die Betriebsspannung» wie oben beschrieben, und vollendet damit den Betriebszyklus.

Während der Anstiegsflanke der Betriebsspannung wird der Strom durch die Last von den Komponenten Q1, Q2, Q3, D1, D2, D3 und R1 gesteuert, wobei der Transistor Q1 im A-Betrieb arbeitet, so daß eine wirksame Steuerung des Ausgangs erzielbar ist. ·

Während der Rücklaufflanke wird die Steuerung durch die Komponenten Q3 und D4 vorgenommen, die Wiedergewinnung der Energie wird mittels der Kapazität C1 bewirkt, wodurch der Wirkungsgrad der erfindungsgemäßen Verstärkeranordnung gegenüber konventionellen Klasse -A-Anordnungen erhöht ist.

Der in der Verstärkeranordnung stattfindende Energiefluß verläuft folgendermaßen:

a) von +V durch den Transistor Q2 nach L

b) von L nach C1

c) von C1 zurück nach L

d) von L in den Transistor Q3, in dem die Energie dissipiert.

Auf diese Weise wird theoretisch die Energie lediglich der

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Leitung +V entnommen und sie dissipiert nur über den Transistor Q3.

Es ergibt sich in diesem Zusammenhang, daß die Potentialquelle für die Leitung -V bezüglich der Kapazität C1 eine hohe Impedanz besitzen muß, damit die Energiewiedergewinnung mittels der Kapazität C1 vornehmbar ist.

In einer abgeänderten Ausführungsform der dargestellten Anordnung lassen sich Maßnahmen treffen, um die während der ersten Hälfte der Anstiegsflanke der Betriebsspannung aus der Last abfließenden Energie zurückzugewinnen. Dadurch wird die Dissipation im Transistor Q3 vermieden und damit der Wirkungsgrad erhöht. Allerdings wird der Schaltungsaufbau dadurch so stark verkompliziert, daß diese Ausbildungsform unter normalen Umständen nicht ökonomisch ist.

In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, daß bei der dargestellten Ausführungsform die beiden Transistoren, die an den vollen Spannungen +V und -V liegen und schnellen Schaltgeschwindigkeiten und hohen Strömen ausgesetzt sind, mit einer geringen Leistungsdissipation arbeiten und beide NPN-Transistoren darstellen. Normalerweise kann für beide Transistoren der gleiche Typ verwendet werden. Außerdem ist der Transistor Q3, in dem die gesamte Leistungsdissipation stattfindet, lediglich der relativ geringen Spannung zwischen +V und Masse ausgesetzt. Es ist vorteilhaft, daß die Abtastgeschwindigkeit proportional zum Potential der +V-Leitung ist, während die Rücklaufgeschwindigkeit proportional zu dem Potential der -V-Leitung ist. Typischerweise beträgt das Potential der -V-Leitung etwa das 5-10-fache des Potentials der +V-Leitung.

Während der Schalterbetriebskreis 2 den Transistor Q4 sehr

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schnell ausschalten muß, steht vorteilhafterweise die halbe Rücklaufzeit zur Verfügung, um den Transistor Q4 infolge des Ausschaltens des Transistors Q1 einzuschalten, da während der ersten Hälfte der Rücklaufzeit sich die Last über die Diode D4 entlädt. Auslegung und Entwurf des S_chalterbetriebskreises 2 stellen daher kein großes Problem dar. Die langsame Einschaltcharakteristik des Schalterbetriebskreises 2 hilft außerdem mit, zu verhindern, daß der Transistor Q4 durch transiente Spannungen während der Abtastperiode eingeschaltet wird. Der Schalterbetriebskreis 2 enthält bevorzugt Einrichtungen, die verhindern, daß der Transistor Q4 durch transiente Anteile in der Betriebsspannung eingeschaltet wird, während die Austastzeit (blanking teriod), die unmittelbar dem Ausschalten des Transistors Q4 nachfolgt, wenn das Potential VB die Grundlinie der Betriebsspannung erreicht. Um Spannungs- und Millir-Probleme zu vermeiden, läßt sich der Einzeltransistor Q1 durch eine Kaskodenanordnung ersetzen.

Fig. 2 zeigt einen Schaltplan einer bevorzugten Ausführungsform der Verstärkeranordnung nach Fig. 1 und enthält die Werte und Typen der Bauelemente, wobei sich in den Fig. 1 und entsprechende Bauelemente mit denselben Bezugszeichen versehen sind.

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Claims

Patentansprüche

Elektrische Verstärkeranordnung, die bei Aussteuerung mit einem sägezahnförmigen Eingangssignal einen Strom an eine induktive Last abgibt,

dadurch gekennzeichnet, daß eine erste steuerbare elektronische Schalteinrichtung (Q2) zwischen der Last (L) und einer Stromquelle für die Last mit bestimmter Polarität vorgesehen ist, daß eine zweite steuerbare elektronische Schalteinrichtung (Q4) zwischen der Last (L) und einer Stromquelle entgegengesetzter Polarität vorgesehen ist, daß ein erster Entladepfad (R2, C1, D4) zur Entladung von über die erste Schalteinrichtung (Q2) der Last zugeführter Energie vorgesehen ist, daß ein zweiter Entladepfad mit einer dritten steuerbaren elektronischen Schalteinrichtung (Q3) zur Entladung von über die zweite Schalteinrichtung (Q4) der Last zugeführten Energie vorgesehen ist, und daß Steuereinrichtungen (1, 2, Q1, D2, D3, R1) vorgesehen sind, die die dritte und die erste Schalteinrichtung nacheinander während der Anstiegsflanke des Eingangssignales und die zweite Schalteinrichtung während des Endteils der Rücklaufflanke des Eingangssignals schließen.

Elektrische Ver stärker anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Entladepfad (R2, C1, D4) eine Kapazität (C1) enthält, der Energie von der Last zuführbar ist, wenn sich die erste elektronische Schalteinrichtung (Q2) öffnet, und die diese Energie der Last (L) über die zweite Schalteinrichtung (Q4) zuführt, wenn die

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zweite Schalteinrichtung (q4) sich schließt.

3. Elektrische Verstärkeranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtungen (1, 2, Q1» D2, D3, R1) die über die dritte Schalteinrichtung (Q3) erfolgende Entladung der Energie aus der Last (L) und die Energiezufuhr zur Last über die erste Schalteinrichtung (Q2) jeweils in Abhängigkeit von nacheinanderfolgenden ersten und zweiten Teilen der Anstiegsflanke des Eingangssignals steuern.

4. Elektrische Verstärkeranordnung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtungen (1, 2, Q1, D2, D3, R1) einen Differenzverstärker (1) enthalten, der die an die erste und die dritte Schalteinrichtung angelegten Schaltpotentiale in Abhängigkeit vom Eingangssignal und in Abhängigkeit eines den durch die Last fließenden Stromes repräsentierenden negativen Rückkopplungssignals steuern, wobei eine lineare Abhängigkeit zwischen der Änderung des durch die Last (L) fließenden Stromes und dem Eingangssignal während dem ersten und dem zweiten Teil der Anstiegsflanke des Eingangssignals vorhanden ist.

5. Elektrische Verstärkeranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die während des Betriebs der ersten und der dritten Schalteinrichtung zugeführten Schaltpotentiale von einer vierten steuerbaren elektronischen Schalteinrichtung (Q1) erzeugbar sind, die von dem Ausgangssignal des Differenzverstärkers (1) ausgesteuert und als Verstärker im Α-Betrieb betreibbar ist.

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6. Elektronische Verstärkeranordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche,

dadurch geke η η zeichnet, daß das eine Ende der Last (L) mit einem Anschlußpunkt verbunden ist, der "während des Betriebs auf einem ersten Potential (OV) liegt, daß die erste Schalteinrichtung (Q2) zwischen dem anderen Ende der Last (L) und einem weiteren Anschlußpunkt liegt, der im Betrieb auf einem zweiten Potential (+V) derselben Polarität bezüglich des ersten Potentials liegt, daß die zweite Schalteinrichtung (Q4) zwischen dem anderen Ende der Last (L) und einem Anschlußpunkt angeordnet ist, der während des Betriebs auf einem dritten Potential (-V) mit gegenüber dem ersten Potential entgegengesetzter Polarität liegt, daß die dritte Schalteinrichtung (Q3) zwischen dem anderen Ende der Last (L) und dem auf dem ersten Potential gehaltenen AnscMgußpunkt angeordnet ist, und daß der erste Entladepfad (R2, C1, D4) eine nur in einer Richtung leitende Einrichtung (D4) enthält, die parallel zur zweiten Schalteinrichtung (Q4) angeordnet ist.

7. Elektronische Verstärkeranordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die steuerbaren elektronischen Schalteinrichtungen (Q1, Q2, Q3, Q4) als Transistoren ausgebildet sind_t

8. Elektronische Verstärkeranordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Schalteinrichtung (Q2, Q4) als NPN-Transistoren ausgebildet sind.

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9. Elektronische Verstärkeranordnung nach Anspruch 8,

dadurch gekennzeichnet,

. daß die erste und die zweite Schalteinrichtung identisch ausgebildet sind.

ReRb/Pi.

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