DE2718792A1

DE2718792A1 - Leistungsverstaerker

Info

Publication number: DE2718792A1
Application number: DE19772718792
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Goto; Yutaka Hirota; Nobuya Sano
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1976-04-28
Filing date: 1977-04-27
Publication date: 1977-11-03
Also published as: FR2349997B1; CA1094652A; DE2718792B2; DE2718792C3; JPS576805B2; GB1576739A; NL7704516A; JPS5353946A; US4115739A; JPS5640521B2; NL175365C; JPS52132660A; FR2349997A1

Description

DR. BERG DIPL-ING. STAPF DIPL-ING. SCHWABE DR. DR. SANDMAlR

PATENTANWÄLTE 8 MÜNCHEN 86, POSTFACH 8602 45 2718792

Anwaltsakte: 28 039 2 7. APR. 1377

Matshushita Electric Industrial Co., Ltd.
Kadoma-shi, Osaka-fu, Japan

Leistungsverstärker

Die Erfindung betrifft einen Leistungsverstärker, mit welchem eine Verzerrung beseitigt werden kann und welcher einen hohen Leistungswirkungsgrad aufweist.

Im allgemeinen sind Leistungsverstärker in A-, B-, C- oder D-Betrieb vorgespannt. In einer im Α-Betrieb vorgespannten Gegentaktschaltung mit komplementären Transistoren fließen die
Emitterströme ständig über zwei Transistoren, so daß der Auegang infolge des Schaltens dieser Transistoren keiner Verzerrung unterworfen ist. Jedoch fließt bei einem im B-Betrieb vorgespannten Leistungsverstärker der Emitterstrom nur während der positiven oder negativen Halbperiode des Last- oder Arbeits-VII/XX/Ktz - 2 -

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917041 Telegramme BERGSTAPFPATENT München Hypo-Btnk München »90002624

913310 TELEX: 05 24 560 BERG d Posticheck Manchen 6534J-(Ot

stroms und fließt nicht während der negativen oder positiven Halbperiode, so daß es jedesmal dann zu einer Verzerrung kommt, wenn der Emitterstrom an- und abgeschaltet wird.

Die A-Leistungsverstärker weisen infolgedessen Vorteile gegenüber den B-Leistungsverstärkern auf, so daß es zu keiner Schaltverzerrung kommt; der maximale Leistungsverlust des ersterwähnten A-Leistungsverstärkers ist etwa das Fünffache des des letzterwähnten B-Leistungsverstärkers, so daß die B-Leistungsstärker gegenüber den A-Leistungsverstärker weitaus vorteilhafter sind.

/ein Schaltelement In einem D-Leistungsverstärker wird durch eine mit Eingangssig nakiimpulsbreitenmodulierte Rechteckwellenform an- und abgeschaltet, und der Ausgang des Schaltelements wird über ein Tiefpaßfilter erhalten. Da die Spannung und der Strom nicht gleichzeitig an dem Schaltelement anliegen, ist der Leistungsverlust beinahe vernachlässigbar, und folglich ist der Leistungswirkungsgrad sehr hoch. Im allgemeinen sind jedoch die D-Leistungsverstärker, da ein Tiefpaßfilter vorgesehen ist, nicht mit einer Gegenkopplung versehen, um die Welligkeit einer Schaltfrequenz zu entfernen, so daß eine Verzerrungsbeseitigung durch eine Gegenkopplung nicht vorgenommen werden kann.

Infolge des vorstehend durchgeführten Vergleichs zwischen A-, B- und D-Leistungsverstärkern kann gesagt werden, daß je kleiner die Verzerrung ist, umso höher der Leistungsverlust wird, und es ist äußerst schwierig, einen Leistungsverstärker mit

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geringerer Verzerrung, jedoch mit einem hohen Leistungswirkungsgrad zu schaffen.

Die Erfindung soll daher einen Leistungsverstärker schaffen, bei welchem eine A- oder B-Verstärkerstufe eine Last- bzw. Belastung speist, um die Verzerrung zu vermindern und um einen Leistungsverlust auf ein Minimum herabzusetzen, bei welchem die Spannung einer Energie- oder Stromversorgung so weit wie möglich herabgesetzt wird, und die Energieversorgung durch eine weitere hochwirksame Verstärkerstufe geschaffen wird, um so eine Ausgangsspannung einzuhalten.

Gemäß der Erfindung ist daher ein Leistungsverstärker mit einer ersten Verstärkerstufe zum Betreiben und Speisen einer Last entsprechend einem Eingangssignal, mit einer ersten Energieversorgung für eine erdfreie Bezugsspannung oder einen entsprechenden Bezugspunkt zum Anlegen einer Spannung an den ersten Verstärker, mit einem zweiten Verstärker zum Speisen und Betreiben der ersten Energieversorgung entsprechend dem Eingangssignal, und mit einer zweiten Energieversorgung mit einer festen Bezugsspannung oder einem entsprechenden Bezugspunkt, um eine Spannung dem zweiten Verstärker zuzuführen, geschaffen.

Um somit eine Verzerrung zu beseitigen, ist ein Leistungsverstärker gemäß der Erfindung im A- oder B-Betrieb vorgespannt, und um den Leistungsverlust auf ein Minimum herabzusetzen, wird die Versorgungsspannung einer Energie- oder Leistungsquelle soweit wie möglich herabgesetzt, und die Energie- oder

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Leistungsquelle wird durch einen anderen hochwirksamen Leistungsverstärker betrieben und gespeist, um so eine Ausgangsspannung einzuhalten.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen im einzelnen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines herkömmlichen Leistungsverstärkers;

Fig. 2 und 3 zu dessen Erläuterung Kurvendarstellungen;

Fig. k Leistungsverlustkenndaten von verschiedenen Leistungsverstärkern;

Fig. 5 bis 9 Schaltungen von fünf bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung;

Fig. 10 eine Schaltung eines selbsterregten Schaltverstärkers, der in der vierten und fünften, in Fig. 8 bzw. 9 dargestellten Ausführungsform verwendet ist; und

Fig. 11 eine Kurvendarstellung, die zur Erläuterung der Arbeitsweise des in Fig. 10 dargestellten Schaltverstärkers verwendet ist.

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In den einzelnen Figuren sind dieselben Bezugszeichen zur Bezeichnung der gleichen bzw. entsprechender Teile verwendet.

Vor der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung wird ein herkömmlicher Leistungsverstärker anhand von Fig. 1 beschrieben. Es ist ein üblicher A- oder B-Leistungsverstärker mit einem Eingangsanschluß 1, einer Konstantspannungsschaltung 2, einem ersten Paar von Transistoren 3 und 4, Emitterwiderständen 5 und 6, einem Ausgangsanschluß 7« einer Last- bzw. einem Verbraucher 8 und einem ersten Paar von Energiebzw. Stromversorgungen 9 und 10 dargestellt.

Die Wellenformen dieser Schaltung im A- und im B-Betrieb sind in Fig. 2 bzw. 3 dargestellt, wobei mit a eine Spannungswellenform an dem Ausgangsanschluß 7> mit b und c Emitterstromwel-1enformen der Transistoren 3 und k und d eine Stromwellenform am Verbraucher bzw. an der Last 8 bezeichnet sind.

Beim Α-Betrieb fließendie Emitterströme b und c ständig, wie in Fig. 2 dargestellt ist, so daß es zu keiner Schaltverzerrung kommt; aber beim B-Betrieb fließen die Emitterströme nur während der positiven bzw. negativen Halbperioden der Last- bzw. Belastung und nicht während der negativen und positiven Halbperioden, wie in Fig. 3 dargestellt ist. Folglich kommt es jedesmal dann, wenn der Emitterstrom an- und abgeschaltet wird, zu einer Schaltverzerrung.

In Fig. 4 i_s t die Beziehung zwischen dem Leistungsverlust der

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Transistoren 3 und k und der Ausgangsamplitude in der in Fig. dargestellten Schaltung wiedergegeben. Das Verhältnis der Ausgangsspannung V zu der maximalen Ausgangsspannung V ist auf der Abszisse aufgetragen, während das Verhältnis des Leistungsverlustes Pc der Transistoren 3 und k zu dem maximalen Ausgang Pom auf der Ordinate aufgetragen ist. Die Kurve e gibt den Leistungsverlust bei Α-Betrieb und die Kurve F den bei B-Betrieb wieder. Es wird angenommen, daß die Widerstände 5 und 6 einen sehr kleinen Widerstandswert aufweisen, so daß der Spannungsabfall an ihnen vernachlässigbar ist.

Wie vorstehend ausgeführt, ist der Α-Betrieb des Leistungsverstärkers der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform vorteilhaft gegenüber dem B-Betrieb, da es zu keiner Schaltverzerrung kommt; der B-Betrieb ist Jedoch gegenüber dem Α-Betrieb weitaus vorteilhafter, so daß der maximale Leistungsverlust des letzteren fünfmal so groß wie der des ersterwähnten Verstärker ist.

Bei einem D-Leistungsverstärker wird unterdessen mit der Rechteckwellenform, die mit Eingangssignalen impulsbreitenmoduliert ist.eine Schalteinrichtung an- und abgeschaltet, deren Ausgang über ein Tiefpaßfilter erhalten wird. Da eine Spannung und ein Strom nicht gleichzeitig an die Schalteinrichtung angelegt wer den, ist der Leistungsverlust vernachlässigbar, und folglich ist der Leistungswirkungsgrad äußerst hoch. Jedoch können die Leistungsverstärker im allgemeinen nicht mit einer stabilen Gegenkopplung versehen werden^ da sie ein Tiefpaßfilter aufweisen, um die Welligkeiten einer Schaltfrequenz zu beseitigen.

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Infolgedessen kann eine Verzerrungsbeseitigung oder -verminderung durch Gegenkopplung nicht erhalten werden.

Die erste in Fig. 5 dargestellte Ausführungsform weist zusätzlich zu den in Fig. 1 dargestellten Schaltungselementen 1 bis 10 eine zweite Konstantspannungsschaltung 11, ein zweites Paar Transistoren 12 und 13 und ein zweites Paar Energie-oder Stromversorgungen Ik und 15 auf.

Eine erste Verstärkerstufe mit den Transistoren 3 und k hat einen Arbeitspunkt für einen Α-Betrieb, während eine zweite Verstärkerstufe aus den Widerständen 12 und 13 einen Arbeitspunkt für einen B-Betrieb hat. Die erste Verstärkerstufe speist die Last oder den Verbraucher 8, und das erste Paar Energie- oder Stromversorgungen 9 bis 10 liefern die Kollektorspannungen für die Transistoren 3 und k in der ersten Verstärkerstufe. Der Bezugspunkt oder die Bezugsspannung der ersten Energieversorgungen 9 und 10 ist erdfrei und wird von der zweiten Verstärkerstufe mit den Transistoren 12 und 13 gespeist, deren Kollektorspannungen von den zweiten Energieversorgungen l(t und 15 geliefert werden, deren Bezugspunkt geerdet ist.

Für einen Α-Betrieb muß, selbst wenn kein Eingangssignal anliegt, der Strom zumindest gleich der Hälfte des Spitzenbelastungsstroms gemacht werden, damit er über die Tranaistoren 3 und 4 in die erste Verstärkerstufe fließt. Um den Leistungsverlust der Transistoren 3 und k auf ein Minimum herabzusetzen, muß die Spannung der ersten Energieversorgungen 9 und 10 so

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klein wie möglich gemacht werden. Da die zweite Verstärkerstufe 12 und 13 auf einen B-Betrieb vorgespannt ist, fließt kein Strom, sobald kein Eingangssignal anliegt, so daß all die Ströme, die in die Transistoren 3 und 4 in der ersten Verstärkerstufe fließen, von dem ersten Energieversorgungen 9 und 10 mit einer niedrigen Spannung versorgt werden, und der Leistungsverlust der ersten Verstärkerstufe, wenn kein Eingangsignal anliegt, im Vergleich zu herkömmlichen A-Leistungsverstärker weitgehend auf ein Minimum herabgesetzt werden kann.

Der Leistungsverlust P . der ersten Verstärkerstufe aus den Transistoren 3 und 4, wenn kein Eingangssignal anliegt, läßt sich ausdrucken durch

P , = 21 ⁽i_Vi - W col ο 2 1

wobei R der Widerstandswert der Widerstände 5 und 6, R₁ der

e Mj

Widerstandswert des Verbrauchers oder der Last 8, + -V₁ und + -5V die Spannungen der ersten bzw. zweiten Energiequellen und I der Strom ist, der über die erste Verstärkerstufe fließt, wenn kein Eingangssignal anliegt.

Wenn eine Spannung ν an den Eingangsanschluß 1 angelegt wird, läßt sich der Strom i, der über den Verbraucher bzw. die Last 8 fließt, ausdrücken durch

χ =

*L ⁺

da jeweils eine Hälfte des Laststromes i über jeden der Widerstände 5 und 6 fließt, istder durch den Transistor 3 fließende Strom I + —, während der in den Transisotor 4 fließende Strom

»09844/1018

Der Bezugspunkt der ersten Energieversorgungen 9 und 10 folgt immer der Eingangsspannung v, so daß die Kollektor-Emitterspannung des Transistors 3 oder k konstant und ausgedrückt wird

durch TT V., -IR. Folglich ist der augenblickliche Leistungs-2 1 o e

verlust P , der Transistoren 3 und k ausgedrückt durch el

= 21 (-Jv., -IR)=P

ο 2 1 ο e col.

Der augenblickliche Leistungsverlust ist infolgedessen gleich dem.wenn kein Eingangssignal anliegt, und ist somit konstant.

Der durchschnittliche Leistungsverlust P „ der Transistoren 12 und 13 bei B-Betrieb läßt sich ausdrücken durch

ρ . _k(i ^i !l

c2 " ^kSr "⁷T'' 2R_L '
v

wobei k = ττ— ist. Infolgedessen läßt sich der gesamte Leistungs-

m
verlust des Leistungsverstärkers oder der Transistoren 3» 4,

12 und 13 ausdrücken durch

Ct

c o21 oe Ji Ί

) l

Die Kollektor-Emitterspannung (¹^¹V -IR) der Transistoren 3 und k soll nunmehr auf -ττγ von — V eingestellt werden (Das ist in der Praxis sinnvoll) und der Leerlaufstrom I der Tran-

sistoren 3 und 4 soll auf die Hälfte des Spitzenstroms des Ver-

1^V2 brauchers oder der Last, nämlich auf · eingestellt werden; dann läßt sich der Leistungsverlust P , der Transistoren 3 und

c±

folgendermaßen ausdrücken

V V ²
^Pcl ^{= 2I}o*2§ ^: d

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welche das Q,2fache der maximalen Ausgangsleistung P ist,

V QtA

da P = ist. Die Kurve g in Fig. k zeigt die Beziehung om Or\.

zwischen dem Verhältnis des gesamten Leistungsverlustes P zu der maximalen Ausgangsleistung P und das Verhältnis der Ausgangsspannung V zu der maximalen Ausgangsspannung V wenn die

m _Λ

Kollektor-Emitterspannung der Tranistoren 3 und k auf 10

Iv

von 2 2 eingestellt ist.

Aus den in Fig. k dargestellten Kurven e, f und g ist zu ersehen, daß der Leistungsveriust der ersten Ausführungsform etwas höher ist als der Leistungsverlust des B-Leistungsverstärkers, aber weitaus kleiner ist als der Leistungsverlust des A-Leistungsverstärkers. Außerdem hat die erste Ausführungsform den Vorteil, daß es zu keiner Schaltverzerrung kommt, da die Last oder der Verbraucher 8 im Α-Betrieb betrieben wird.

Während bei der ersten, in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform die Transistoren 3 und k der ersten Verstärkerstufe mit Emitterwiderständen 5 bzw. 6 versehen sind, sind die Transistoren 12 und 13 in derzweiten Verstärkerstufe nicht mit entsprechenden Widerständen versehen; vorzugsweise werden aber Emitterwiderstände mit den Transistoren 12 und 13 verbunden, um den Leerlaufstrom der zweiten Verstärkerstufe zu stabilisieren. Bei einer Zunahme der Ausgangsamplitude fließt der Ausgangsstrom über die Emitterwiderstände der Transistoren 12 und 13» so daß der Spannungsabfall an den Emitterwiderständen die Kollektor-Emitterepannung der Transistoren 3 und k herabsetzt. Infolgedessen muß die Kollektor-Emitterspannung der Transistoren 3 und k zum

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Ausgleich der sich ergebenden Leistungsverlustzunahme erhöht werden. Hierdurch werden die Vorteile der Erfindung ausgeglichen. Infolgedessen wird vorzugsweise eine Diode in Durchlaßrichtung parallel zu dem Emitterwiderstand jedes Transistors 12 oder geschaltet.

Während in der ersten in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform das Eingangssignal unmittelbar an den ersten und zweiten Verstärkerstufen vorgesehen ist, ist es auch möglich, die Eingangsspannung über zwei andere Verstärker, deren Spannung» vex'stärkungen beinahe dieselben sind, an dem ersten und zweiten Verstärkerstufen vorzusehen. In diesem Fall wird zweckmäßigerweise die Spannungsverstärkung des einen Verstärkers für die erste Verstärkerstufe etwas kleiner eingestellt als die des anderen Verstärkers, um den Spannungsabfall an den Emitterwiderständen der Transistoren 12 und 13 auszugleichen.

In Fig. 6 ist eine Abwandlung der ersten Ausführungsform dargestellt. Während die Basen der Transistoren 12 und 13 in der zweiten Verstärkerstufe der ersten in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform mit der Konstantspannungsschaltung 11 verbunden ist, die ihrerseits mit dem Eingangsanschluß 1 verbunden ist, sind in der in Fig. 6 dargestellten Abwandlung die Basen über Widerstände l6 bzw. 17 mit den Emittern der Transistoren 3 bzw. k, und Emitterwiderstände 18 und 19 mit den Transistoren 12 und verbunden. Diese Anordnung ist vorteilhaft, da die Schaltung im Aufbau einfach gemacht werden kann, der Verbraucher bzw. die Last an dem Eingangsanschluß 1 herabgesetzt werden kann, und

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eine Veränderung oder Verzerrung im Basistrom infolge der Schaltvorgänge der Transistoren 12 und 13 nicht an den Eingangsanschluß 1 übertragen werden kann.

Die zweite, in Fig. 7 dargestellte Ausführungsform ist im Aufbau der in Fig. 6 dargestellten Abwandlung ähnlich, außer daß Dioden 20 und 21 sowie Transistoren 22 und 23 und ein drittes Paar Energieversorgungen lh und 25 hinzugefügt sind, um den Leistungsverlust der zweiten Verstärkerstufe im Vergleich zu dem herkömmlichen B-Verstärker weiter herabzusetzen.

Wenn bei der zweiten, in Fig. 7 dargestellten Ausführungsform die Ausgangsamplitude innerhalb der Spannung von + 77V der

— & fi

zweiten Energieversorgung liegt, werden die Kollektorspannungen der Transistoren 12 und 13 von den zweiten Energieversorgungen \h und 15 über die Dioden 20 und 21 zugeführt; wenn aber die Ausgangsamplitude + —V übersteigt, werden die Kollektorspannungen von den dritten Energieversorgungen 2k und 25 über die Transistoren 22 und 23 angelegt. Infolgedessen kann der maximale Gesamtleistungsverlust der Transistoren 12, 13» 22 und 23 kleiner gemacht werden, als der maximale Leistungsverlust der Transistoren 12 und 13 der in Fig. 6 dargestellten Schaltung. Beispielsweise soll die Spannung der zweiten Energieversorgung auf 0,7 der Spannung der dritten Energieversorgung eingestellt werden, und der maximale Leistungsverlust kann dann um etwa die Hälfte des Leistungsverlustes der in Fig. 6 dargestellten Schaltung herabgesetzt werden.

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Die Basen der Transistoren 22 und 23 können mit dem Eingangsanschluß 1, dem Ausgangsanschluß 7 oder dem Ausgangsanschluß der zweiten Verstärkerstufe verbunden werden ; in der zweiten Ausführungsform sind sie unmittelbar mit der zweiten Energieversorgung verbunden, so daß eine Schaltung zum Vorspannen der Basen entfallen kann, und die Sättigung zwischen dem Kollektor und dem Emitter des Transistors 12 oder 13 verhindert werden kann.

In den ersten und zweiten, in Fig. 5 his 7 dargestellten Ausführungsformen können statt der Transistoren 3 und k in der ersten Verstärkerstufe, die Transistoren 12 und 13 in der zweiten Verstärkerstufe und die Transistoren 22 und 23 zum Schalten der zweiten und dritten Energieversorgungen teilweise oder ganz durch Feldeffekttransistoren ersetzt werden.

Die ersten und zweiten, in Fig. 5 bis 7 dargestellten Ausführungsformen haben somit die Vorteile, daß wie bei den A-Leistungsverstärkern keine Schalt verzerrung vorkommt und der Leistungsverlust weitaus kleiner ist als der Leistungsverlust der herkömmlichen A-Leistungsverstärker.

Die dritte in Fig. 8 dargestellte Ausführungsform entspricht im Aufbau im wesentlichen der ersten in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform, außer daß statt der Konstantspannungsschaltung 11 und der Transistoren 12 und 13 in der zweiten Verstärkerstufe ein Schaltverstärker 26 vorgesehen. In dieser Ausführungsform wird die erste Verstärkerstufe aus den Transistoren 3

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-IA-

und 4 im A- oder B-Betrieb betrieben, während der Schaltverstärker 26 im D-Betrieb betrieben wird. Die Spannung der ersten Energieversorgungen 9 und 10 ist so niedrig wie möglich gewählt, um den Leistungsverlust der Transistoren 3 und k auf ein Minimum herabzusetzen, und die Verbindung des ersten Paars von Energieversorgungen 9 und 10 ist mit dem Ausgang des Schaltverstärkers 26 verbunden, so daß die erste Energieversorgung so betrieben und gesteuert werden kann, daß sie die Ausgangsspannung hält bzw. dieser folgt.

In der dritten Ausführungsform ist die Kollektor-Emitterspannung der Transistoren 3 und k so niedrig wie möglich gehalten, so daß der Leistungsverlust auf ein Minimum herabgesetzt werden kann, während der Leistungsverlust des Schaltverstärkers 26 wegen des D-Betriebs vernachlässigbar ist. Folglich ist der gesamte Leistungsverlust im Vergleich zu herkömmlichen A- oder B-Leistungsverstärkern erheblich vermindert. Auch die Verzerrung kann im wesentlichen in Vergleich zu den herkömmlichen D-Leistungsverstärkern beseitigt werden, da wie bei den herkömmlichen A- und B-Leistungsverstärkern eine Gegenkopplung zwischen den Eingangs- und Ausgangsanschlüssen vorgesehen werden kann. Außerdem kann wegen der Gegenkopplung der Frequenzgang erheblich verbessert werden, und die Welligkeitsspannung kann im Vergleich zu den herkömmlichen D-Leistungsverstärkern im wesentlichen beseitigt werden. Bei den herkömmlichen D-Leistungsverstärkern muß eine verhältnismäßig hohe Schaltfrequenz gewählt werden, um den Frequenzgang im höheren Frequenzbereich zu verbessern und um die Welligkeit einer Schaltfrequenz den

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Erwartungen entsprechend zu entfernen. Folglich nehmen ekie unerwünschte und störende Strahlung sowie die Schaltverluste zu. Die D-Verstärkerstufe in der dritten,in Fig. 8 dargestellten Ausführungsform hat jedoch einen unmittelbaren Einfluß auf den Frequenzgang, und die Schaltfrequenz-Welligkeit wird durch die Transistoren soweit unterdrückt, daß sie nicht an den Ausgangsanschluß "J- übertragen wird. Infolgedessen kann eine niedrigere Schaltfrequenz gewählt werden, und folglich können die nicht erwünschte Strahlung sowie Schaltverluste herabgesetzt werden.

Eine Abwandlung der dritten, in Fig. 9 dargestellten Ausführungsform entspricht im Aufbau im wesentlichen der dritten, in Fig. 8 dargestellten Ausführungsform, außer daß der Eingangsanschluß des Schaltverstärkers 26 oder die zweite Verstärkerstufe mit dem Ausgangsanschluß ? statt mit dem Eingangsanschluß 1 verbunden ist. Mit der Abwandlung der dritten Ausführungsform können dieselben Wirkungen wie mit der ersten Ausführungsform erhalten werden. In der dritten sowie in der Abwandlung der dritten Ausführungsform, die in den Fig. 8 und 9 dargestellt sind, kann der Schaltverstärker 28 eine herkömmliche, von außen erregte Schaltungsanordnung sein, bei welcher ein Eingang und ein Ausgang von einem Dreieckwellengenerator mit der Impulsbreitenmodulation oder einer selbsterregten Form verglichen werden, wobei ein Eingang und ein Ausgang von einem Tiefpaßfilter verglichen werden, und eine impulsbreitenmodulierte Rechteckwellenform erregt wird.

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In Fig. 10 ist ein selbsterregter Schaltverstärker mit einem Eingangsanschluß 27t einem Vergleicher 28, einer Schaltanordnung 29« einem Tiefpaßfilter 30 und einem Ausgangsanschluß 31 dargestellt. Der Vergleicher 28 vergleicht ein Signal am Eingangsanschluß 27 mit einem Signal am Ausgangsanschluß 31» um einen Ausgang in Form einer Rechteckwellenform zu erhalten, um damit die Schaltanordnung 29 anzusteuern und zu betreiben. Der Ausgang mit einer Reckteckwellenform von derSchaltanordnung 29 wird an das Tiefpaßfilter 30 angelegt, um am Ausgangsanschluß Jl das zusammengesetzte Signal mit einem niederfrequenten Bestandteil und einem kleine Welligkeiten aufweisenden Bestandteil bei einer Schaltfrequenz zu erhalten. Wie in Fig. 10 dargestellt, weist diese Schaltung eine Rückkopplungsschleife auf, welche eine negative Rückkopplung im Niederfrequenzbereich schafft und eine positive Mitkopplung in ehern höherfrequenten Bereich bei einer Frequenz schafft, bei welcher die Phasenverschiebung des Tiefpaßfilters 30 - l80° beträgt und bei welcher der Schaltverstärker verschwingt.

In Fig. 11 ist die Frequenz-Phasenkennlinie des Tiefpaßfilters 30 dargestellt. Wenn kein Eingangssignal anliegt, ist das Tastverhältnis der Rechteckwellenform am Ausgang des Vergleichers 28 50%; wenn dagegen ein Eingangssignal anliegt, ändert sich das Tastverhältnis, so daß der niederfrequente Bestandteil des Rückkopplungssignals dem Eingangssignal folgt. Folglich entspricht der niederfrequente Anteil des Ausgangssignals dem Eingangssignal, das heißt, es wird eine Verstärkung

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bewirkt.

Die Leistungsverstärker gemäß der Erfindung können somit denselben Betrieb wie die herkömmlichen A-Leistungsverstärker durchführen, aber der Leistungsverlust ist im Vergleich zu den herkömmlichen Verstärkern erheblich geringer. Außerdem können sie denselben Betrieb wie die B-Leistungsverstärker durchführen, aber der Leistungsverlust ist auch erheblich kleiner als bei diesen B-Verstärkern.

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- Patentansprüche -

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ι -it-Lee rs e

ite

Claims

ν-

\J Leistungsverstärker, gekennzeichnet durch
einen ersten Verstärker (3»^) zum Ansteuern und Betrieben eines Verbrauchers entsprechend einem Eingangssignal; durch eine erste Energieversorgung (9ilO) mit einem erdfreien Bezugspunkt zum Anlegen einer Spannung an den ersten Verstärker (3i^)» durch einen zweiten Verstärker (12,13) zum Ansteuern und Betreiben der ersten Energieversorgung (9»10) entsprechend dem Eingangssignal; und durch eine zweite Energieversorgung (1^,15) mit
einem festgelegten Bezugspunkt, um eine Spannung an den zweiten Verstärker (12,13) anzulegen.
2. Leistungsverstärker nach Anspruch 1, dadurch g e k e η nzeichnet, daß der erste Verstärker eine erste
Gegentaktschaltung mit komplementären Transistoren oder

Feldeffekttransistoren aufweist, daß der zweite Verstärker
eine zweite Gegentaktschaltung mit komplementären Transistoren oder Feldeffekttransistoren aufweist, daß die
ersten und zweiten Energieversorgungen (9»10;ΐΊ,15) jeweils
eine positive Energieversorung und eine negative Energieversorgung aufweisen, die in Reihe mitder positiven Energieversorgung geschaltet sind, und daß der zweite Verstärker (12,13) die Verbindung zwischen den positiven und negativen Energieversorgungen der ersten Energieversorgung ansteuert.

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3· Leistungsverstärker, insbesondere nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen ersten Verstärker (3» 4) zum Ansteuern und Betreiben eines Verbrauchers entsprechend einem Eingangssignal; durch eine erste Energieversorgung (9» 10) mit einem erdfreien Bezugspunkt, um eine Spannung an dem ersten Verstärker (3. 4) anzulegen; durch einen zweiten Verstärker (12, 13) zum Ansteuern und Betreiben der ersten Energieversorgung (91 10) entsprechend dem Eingangssignal; durch eine zweite (l4, I5) und eine dritte Energieversorgung (24, 25) mit einem festgelegten Bezugspunkt, um eine Spannung an den zweiten Verstärker (12, I3) anzulegen; durch eine Schaltanordnung (20 bis 23)» um wahlweise entweder die zweite (l4, 15) oder die dritte Energieversorgung (24, 25) in Abhängigkeit von einer Ausgangsamplitude mit dem zweiten Verstärker (12, 13) zu verbinden, wobei die dritte Energieversorgung (24, 25) eine höhere Versorgungsspannung hat als die zweite Energieversorgung (l4, 15)· und wobei die Schaltanordnung in der Weise arbeitet, daß, wenn die Ausgangsamplitude kleiner als eine vorbestimmte Spannung ist, die zweite Energieversorgung (14, 15) eine Spannung an den zweiten Verstärker (12, 13) liefert, daß aber, wenn die Ausgangsamplitude größer als eine vorbestimmte Spannung ist, die Energieversorgung (24, 25) Spannung für den zweiten Verstärker (12, 13) liefert.
4. Leistungsverstärker nach Anspruch 3« dadurch g e k β η η-zeichnet, daß der erste Verstärker (3« 4) einen er-

- 20 -

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- ae -3

ate. Gegentaktschaltung mit komplementären Transistoren oder mit Feldeffekttransistoren aufweist, daß der zweite Verstärker (12, 13) eine, zweite. Gegentaktschaltung mit komplementären Transistoren oder mit Feldeffekttransistoren aufweist, daß jede der drei Energieversorgungen (9, 10; lk, 15* 2k, 25) jeweils aus einer positiven und einer negativen Energieversorgung besteht, wobei letztere in Reihe mit der positiven Energieversorgung geschaltet ist, daß der zweiteVerstärker (12, 13) die Verbindung zwischen positiven und negativen Energiequellen (9» 10) der ersten Energieversorgung ansteuert, und daß die Schaltanordnung folgende Bauelemente aufweist: zwei Dioden (20, 21), die in Durchlaßrichtung zwischen die positive und negative Energiequelle (l4, I5) eurerseits und (die Kollektoren oder Senkenelektroden) der zweiten Gegentaktschaltung oder des zweiten Verstärkers andererseits geschaltet sind, und ein Paar komplementärer Transistoren (22, 23) oder von Feldeffekttransistoren, deren Emitter oder Quellenelektroden jeweils mit der Verbindung zwischen der Diode (20, 21) und dem zweiten Verstärker (12, I3) und deren Kollektoren oder Senkenelektroden mit der positiven oder negativen Energiequelle der dritten Energieversorgung (2k, 25) verbunden sind.
5. Leistungsverstärker nach Anspruch k, dadurch gekennzeichnet, daß die Basen der komplementären Transistoren (22, 23) oder die Quellenelektroden von komplementären Feldeffekttransistoren der Schaltanordnung mit den positiven

»09844/1018 . ₂₁ .

bzw. negativen Energiequellen (9i 10) der ersten Energieversorgung verbunden sind.
6. Leistungsverstärker nach Anspruch 1, dadurch g e k e η nz e i ch η e t, daß der erste Verstärker (3» 4) einen Arbeitspunkt für einen A- oder einen D-Betrieb aufweist, während der zweite Verstärker (12, 13) einen Arbeitspunkt für einen D-Betrieb hat.
7. Leistungsverstärker nach einem der Ansprüche 1 oder 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Verstärker (3» 4) einen Arbeitspunkt für einen A- oder einen AB-Betrieb hat, während der zweite Verstärker (12, 13) einen Arbeitspunkt für einen AB- oder einen B-Betrieb aufweist.
8. Leistungsverstärker nach einem der Ansprüche 2 oder 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes Paar in Reihe geschalteter Transistoren (4, 5) zwischen die Emitter der komplementären Transistoren (3 oder k) oder zwischen die Quellenelektroden von komplementären Feldeffekttransistoren in der ersten Gegentaktschaltung geschaltet sind; daß ein zweites Paar in Reihe geschalteter Widerstände (l8, 19) zwischen dieEtnitter der komplementären Transistoren (12, 13) oder zwischen die Quellenelektroden von komplementären Feldeffekttransistoren in der zweiten Gegentaktschaltung geschaltet sind; und daß die Verbindung des zweiten Paars in Reihe ge-

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schalteter Widerstände (l8, I9) mit der Verbindung zwischen den positiven und negativen Energiequellen (9*10) der ersten Energieversorgung (9» 10) verbunden ist.
9. Leistungsverstärker nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorspannung an die Basen der komplementären Transistoren (3t *M 12, I3) oder die Steuerelektroden der komplementären Feldeffekttransistoren in der ersten und zweiten Gegentaktschaltung in der Weise angelegt wird, daß ein Leerlaufstrom, der über das erste Paar von in Reihe geschalteten Widerständen (5, 6) fließt, höher sein kann als ein Leerlaufstrom, der über das zweite Paar der in Reihe geschalteten Widerstände (l8, 19) fließt.
10. Leistungsverstärker nach Anspruch 8, dadurch g e k e η nzeich net, daß eine Diode parallel zu jedem Widerstand (18, 19) des zweiten Widerstandspaars geschaltet ist.
11. Leistungsverstärker nach einem der Ansprüche 1 oder 3 oder 5 oder 6, dadurch gekennzei ch net, daß der erste Verstärker (3« ^) den zweiten Verstärker (12, I3) ansteuert und betreibt.
12. Leistungsverstärker nach Anspruch 6, dadurch g e k e η η-zeichnet, daß der erste Verstärker (3, k) eine Gegentaktschaltung mit komplementären Transistoren oder Feldeffekt-

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transistoren aufweist, daß die erste und zweite Energieversorgung (9» 10; 1Λ, 15) in Reihe geschaltete positive und negative Energiequellen aufweist, und daß der zweiteVerstärker (12, 13) die Verbindung zwischen den positiven und negativen Energiequellen (9< 10) der ersten Energieversorgung ansteuert,

13· Leistungsverstärker nach Anspruch 6 oder 11, dadurch g ekennzeichnet, daß der zweite Verstärker ein selbsterregter Schaltverstärker (26) ist.

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