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Komplementäre Gegentakt-Endstufe mit Kollektorstrom-
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regelung Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit einer komplementären
Gegentakt-Endstufe mit Kollektorstromregelung zur Kompensation des Temperaturganges
und Begrenzung des Ruhestroindes.
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Bei Übertragungsanlagen mit sehr hohen Anforderungen an Verzerrungsfreiheit
besteht das Problem, die Übergabeverzerrun gen von Endstufen klein zu halten. Dazu
ist es erforderlich, diese Indstufen mit einem hohen Strom zu beaufschlagen, der
die Transistoren in einem Kennlinienteil betreibt, in dem die Verzerrungen ein Minimum
sind. Diesen Kennlinienbetriebspunkt kann man durch eine wählbare Vorspanntlng der
Basen der betreffenden Transistoren erreichen.
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Zur Erzeugung einer Vorspannung werden bisher Dioden versendet, wie
in Ti etze/Schüiik: Halbleiter-Schaltungstechnik, 3. Aufl. S. 365 beschrieben ist.
Die Dioden, die parallel zu den dcJl 13asis-Emittcr-Strecken geschaltet sind, haben
selbst einen Temperaturgang. Mit lfilfe diescr Dioden erzielt man lediglich einen
instabilen resultierenden Temperaturgang, der erst über einen lingeren Zeitraum
seinen Endwert crreicht. Damit wird zwar nach einer vorgegebenen Zeit möglicherweise
ein Endzustand erreicht, der die geforderten Betriebsbedingungen gerade noch erfüllt,
aber doch eine Instabilität in sich verbirgt.
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Es besteht nach diesem Stand der Technik die Aufgabe, eine Schaltung
zu finden, die einen sofortigen stabilen Betriebszustand erreicht und keinerlei
Instabilität mehr beinhaltet.
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Erfindungsgemaß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die beiden
Basen der Gegentakt-Endstufen-Transistoren durch die Emitter-Kollektor-Strecke eines
Transistors überbrückt sind, dessen Basis über einen Widerstand mit dem Kollektor
eines weiteren Transistors verbunden ist, dessen Basis-Emitter-Strecke mit einem
Serienwiderstand parallel zu einem weiteren Widerstand liegt, der mit den hintereinandergeschalteten
Emitter-Kollektor-Strecken der Gegentakt-Endstufe in Serie liegt, wobei der Kollektor
des ersten Transistors der
Gegentakt-Endstufe über einen Kondensator
gegen Betriebspotential geschaltet ist.
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Durch diese Regelung, verbunden mit einer Betriebastrombegrenzung,
wird gewährleistet, daß die Gegentakt-Stufen sofort mit dem Einschaltvorgang ihren
gewünschten Betriebspunkt einnehmen und ihn auch nach längerer Betriebszeit nicht
mehr verändern.
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Anhand der Zeichnung soll der Erfindungsgedanke noch näher beschrieben
werden. In dem Schaltbild der Zeichnung ist die erfindungsgemäße Schaltung wiedergegeben.
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Die beiden Transistoren Tsl und Ts2 bilden die komplementäre Gegentakt-Endstufe,
die den Vorteil hat, daß sie einen sehr niedrigen Quellwiderstand aufweist. Dies
ist wichtig für den sehr niederohmigen Betrieb der weitergeführten Signale am Ausgang
A. Bei einer Gegentakt-B-Stufe treten sogenannte Übergabeverzerrungen auf, die durch
den unteren Teil der Transistor-Kennlinie hervorgerufen werden.
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Wird also ein Signal vom Eingang E über die Eingangsverstär kerstufe
(Transistor Ts3) angelegt, so gelangt über dessen Kollektor das Signal an die beiden
Basen der komplementären Gegentakt-Endstufe. Ein Transistor hat die Eigenschaft,
erst
bei einer Spannung von etwa 0,6 V (der Schwellspannung) leitend
zu werden. Bei Gegentaktbetrieb wirkt sich diese Anlaufspannung von 0,6 V dahingehend
nachteilig auf, daß bei diesen im Gegentakt betriebenen Transistoren im Übergabepunkt
beim 0-Durchgang Verzerrungeii auftreten, die bei hohen Forderungen an Verzerrungsfreiheit
nicht zulässig sind.
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Diese Eigenschaft erfordert eine Vorspannung der beiden Gegentakt-Transistoren
Ts1 und Ts2. Diese Vorspannung wurde, wie bereits zum Stand der Technik erwähnt,
durch zwei Dioden, evtl. mit zusätzlichem Serienwiderstand, erzeugt, die parallel
zu den beiden Basen der Endstufen-Transistoren Tsi und Ts2 geschaltet werdeii. Diese
beiden Dioden legen eine eingeprägte Spannung zwischen Emittcr und Basis der beiden
Transistoren Tsl und Ts2. Beide Elemente, Transistoren und Dioden, führen zu einem
starken Temperaturgang des Kollektorstromes der beiden Transistoren Ts1 und Ts2.
Der Ruhestrom der Gegentakt-Endstufe kann dabei Werte annehmen, die zu einer Zerstörung
dieser Transistoren Tsl und Ts2 führen. Um die hohen Forderungen hinsichtlich der
Übergabeverzerrungen zu erfüllen, muß der Ruhestrom der beiden Transistoren Ts1
und Ts2 u. U. fast bis an die Belastungsgreiize gelegt werden. Bereits eine durch
Temperaturgang hervorgerufene Stromerhöhung kann zur thermische: Zerstörung der
beiden Transistoren rt uiicl Ts2 führen.
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Um einer thermischen Zerstörung dicser beiden Transistoren Ts1 und
Ts2 vorzubeugen, wird die erfindungsgemäße Regelung eingeführt, die von einem in
den Stromkreis eingeschatten Widerstand R3 abgeleitet wird. Dieser Widerstand R3
kann abgleichbar ausgebildet sein. Durch die Bemessung dieses Widerstandes R3 wird
der Kollektorstrom der beiden Transistoren Ts1 und Ts2 eingestellt. Der an diesem
Widerstand R3 erzeugte Spannungsabfall wird dazu ausgenützt, einen weiteren Transistor
Ts4 gerade in leitendem Zustand zu halten und zwar so, daß der Strom des Kollektors
Ts4 den weiteren Transistor Ts5 gerade so ansteuert, daß die Basis-Emitter-Spannung
und damit der Emitter-Kollektor-Strom der beiden Transistoren Ts1 und Ts2 gerade
das Maß hat, daß der Spannungsabfall an dem Widerstand R3 den Transistor Ts4 gerade
leitend erhält.
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Zusammenfassend ist die Wirkung der Regelung folgendermaßen: durch
den Widerstand R3 fließt der Koliektorstrorn der bei den Transistoren Ts1 und Ts2.
Der erzeugte Spannungsabfall hält den Transistor Ts4 gerade leitend und zwar in
dem Maße daß sein Kollektorstrom an der Basis des Transistors Ts5 diesen Transistor
so aussteuert, daß die Basis-Emitterspannung der Transistoren Ts1 und Ts2 das daß
hat, daß gerade durch den Widerstand R3 so viel Strom fließt, daß der Transistor
Ts4 leitend ist.
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Da der Transistor Ts1i in einem-Bereich sehr geringer Leistung betrieben
wird, die Gegenkopplung durch R8 stabilisierend wirkt und darüber hinaus sein Temperaturgang
lediglich an dem niederohmigen Widerstand R3 wirksam wird, kann sein Temperaturgang
keinen nachteiligen Einfluß auf den Kollektorstrom der Endstufe haben.
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Aus weiteren Bauelementen wird z.B. ein Gegenkopplungswiderstand R6
in den Emitterkreis des Transistors Ts3 eingefügt. Der Widerstand R7 stellt z.B.
eine Konstantstromquelle zur Erhöhung der Verstärkung dar. Der Kondensator C1 verbindet
die beiden Basen der Transistoren Tsi und Ts2 wechselstrommäßig. Ein weiterer Kondensator
C2 verhindert ein Schwingen der Regelschaltung.
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Der Widerstand R3 könnte gegebenenfalls durch einen temperaturabhängigen
Widerstand ersetzt werden, falls ein Ausgleich der sehr geringen Rest-Temperaturabhängigkeit
verlangt wird. Im Hinblick auf die Lebensdauer der Endstufen-Transistoren Tsl und
Ts2 kann jedoch der geringe negative Temperaturgang durchaus erwünscht sein.
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Erforderlichenfalls, nämlich falls R5 nicht ausreichend hochohmig
gewählt werden kann, kann durch Hinzufügen von C3 der Einfluß der Regel schaltung
auf die Verzerrungsfreiheit des Signals beseitigt werden.
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L e e r s e i t e