DE2903513A1

DE2903513A1 - Impulssignalverstaerker

Info

Publication number: DE2903513A1
Application number: DE19792903513
Authority: DE
Inventors: Tadao Yoshida
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1978-01-30
Filing date: 1979-01-30
Publication date: 1979-08-02
Also published as: AU522667B2; GB2015288B; DE2903513C2; AU4374579A; FR2415912B1; US4205273A; FR2415912A1; GB2015288A; JPS54102859A; NL7900726A

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf einen Impulssignalverstärker und insbesondere auf einen solchen, bei dem verhindert wird, daß der Leckstrom einer induktiven Last durch den Basis-Emitter-Kreis eines Ausgangstransistors fließt.

Aus der US-PS 4 021 748 ist ein Impulssignalverstärker bekannt, bei dem die Schaltfrequenz bis zu einigen 100 kHz erhöht werden kann, jedoch ist dieser Verstärker sehr teuer.

Um diesen Nachteil zu vermeiden, kann in Betracht gezogen werden, einen Bipolartransistor, der relativ billig und in Emitter-Folgerschaltung angeordnet ist, als Schaltelement zu verwenden. Da dabei jedoch der Treiberkreis kompliziert ist und der Nebenstrom von einer induktiven Last durch den Basis-Emitter-Kreis des Ausgangstransistors abgeleitet wird, kann der Leistungsverlust selbst dann, wenn der Verstärker als Schaltverstärker betrieben wird, nicht verringert werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung der Nachteile des Standes der Technik einen Impulssignalverstärker zu schaffen, bei dem verhindert wird, daß ein Nebenstrom, der durch eine Diode fließt, die parallel zu einem Ausgangstransistor geschaltet ist, durch den Basis-Emitter-Kreis des Ausgangstransistors abgeleitet wird.

Gelöst wird diese Aufgabe bei einem ImpulsSignalverstärker entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Figuren 1 bis 5 beispielsweise erläutert. Es zeigtι

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Figur 1 und 2 Schaltbilder eines bekannten Impulssignalver stärkers,

Figur 3A und 3B den Verlauf von Signalen zur Erläuterung der Arbeitsweise des Impulssignalversfeärkers in Fig. 2, und

Figur 4 und 5 Schaltbilder von Beispielen des Impulssignalverstärkers der Erfindung.

Anhand der Fig. 1 und 2 werden zunächst bekannte Impulssignalverstärker für ein in der Impulsbreite moduliertes Signal beschrieben.

Bei dem bekannten Impulssignalverstärker in Fig. 1 sind die Kollektorelektroden von zwei komplementären Transistoren mit einem Ausgang verbunden, mit dem eine induktive Last verbunden ist, um einen komplementären Gegentaktverstärker in Emitterschaltung zu schaffen. Dies bedeutet, daß der Emitter eines PNP-Transistors Q3a mit einem Spannungsquellenanschluß +B1 und dessen Kollektor mit einem Ausgang t2 verbunden ist. Der Kollektor eines NPN-Transistors Q3b ist mit dem Ausgang t2 und dessen Emitter mit einem Spannungsquellenanschluß -B1 verbunden. Zwischen den Emitter und den Kollektor eines jeden Transistors Q3a und Q3b sind Dioden D5a und D5b entgegengesetzt zur Richtung der Hauptströme der Transistoren Q3a und Q3b geschaltet. Der Ausgang t2 ist über eine induktive Last Li geerdet. Ein PNP-Transistor Q2a, der als Schaltelement dient, ist über eine Diode D3a zwischen den Basis- und den Emitter des Transistors Q3a geschaltet, und ein NPN-Transistor Q2b, der ebenfalls als Schaltelement dient, ist über eine Diode D3b zwischen die Basis und den Emitter des Transistors Q3b geschaltet. Außerdem sind ein NPN-Transistor Q1a und ein PNP-Transistor Q1b vorgesehen, deren Basen mit einem Eingang ti verbunden sind, dem ein

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Impulssignal wie ein in der Breite moduliertes Signal zugeführt wird. Die Transistoren Q1a und Qib sind an ihren Emittern gemeinsam über einen Widerstand R1 geerdet und ihre Kollektoren sind mit den Spannungsquellenanschlüssen +B1 bzw. -B1 über Lastwiderstände R2a und R2b und auch mit den Basen der Transistoren Q2a und Q2b über Dioden Dia und Dib verbunden, um letztere abwechselnd ein- und auszuschalten. Die Kollektoren der Transistoren Q2a und Q2b sind mit den Spannungsquellenanschlüssen +B2 und -B2 über Lastwiderstände R3a und R3b verbunden. Dioden D2a, D2b, D4a, D4b sind zwischen die Basis und den Kollektor jedes Transistors Q2a, Q2b, Q3a und Q3b geschaltet. Die Dioden Dia, D2a, Dib, D2b_f D3a, D4a, D3b und D4b dienen dazu, zu verhindern, daß die Kollektorpotentiale der jeweiligen Transistoren Q2a, Q2b_f Q3a und Q3b niedriger als ihre Basispotentiale werden (bzw. dazu/ die Sättigung zu verhindern).

Da bei dem obigen bekannten Signalverstärker Schaltkreiselemente wie insbesondere die Diode D3a, D4a, D3b, D4b, die Widerstände R3a, R3b, die Spannungsquellenanschlüsse +B2, -B2 usw. vorhanden sind, ist sein Schaltungsaufbau kompliziert und es fließt leicht ein Kaskadenstrom infolge des LadungsSpeichereffekts der Ausgangstransistoren Q3a und Q3b.

Um diesen Nachteil zu vermeiden, kann, wie Fig. 2 zeigt, ein als Emitterfolger geschalteter komplementärer GegentaktimpulsSignalverstärker durch Vereinfachung des in Emitterschaltung angeordneten komplementären Gegentaktimpulssignalverstärkers in Fig. 1 verwendet werden. In Fig. 2 sind die entsprechenden Elemente wie in Fig. 1 mit den gleichen Bezugsziffern und -buchstaben versehen.

Bei dem bekannten Impulssignalverstärker der Fig. 2 sind ein NPN-Ausgangstransistor Q'3A und ein PNP-Ausgangstran-

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sistor Q¹3b mit dem Ausgang t2 verbunden, der wiederum über die induktive Last Li geerdet ist. Die Basen der Transistoren Q¹3a und Q¹3b sind direkt mit den Kollektoren der Transistoren Q2a und Q2b und auch direkt miteinander verbunden.

Da die Dioden D3a, D4a, D3b, D4b, die Widerstände R3a, R3b und die Spannungsquellenanschlüsse +B2, -B2 des in Emitterschaltung ausgebildeten komplementären Gegentaktimpulssignalverstärkers der Fig. 1 bei dem als Emitterfolger geschalteten komplementären Gegentaktimpulssignalverstärker der Fig. 2 nicht vorhanden sind, ist dieser "einfacher im Schaltungsaufbau im Vergleich zu dem vorherigen. Der Verstärker der Fig. 2 hat jedoch den folgenden Nachteil.

Da die Transistoren Q2a und Q2b abwechselnd durch das in der Impulsbreite modulierte Signal, das dem Eingang ti zugeführt wird, ein- und .ausgeschaltet wird, erhält man am Ausgang t2 eine Impulsspannung, d.h. eine Rechteckspannung, die Fig. 3A zeigt. Da die Spannung in Fig. 3A auf die induktive Last Li gegeben wird, fließt ein Strom mit Rechteckform, wie Fig. 3B zeigt, durch die Last Li. Von dem Moment an, wenn die Spannung am Ausgang t2 von negativ auf positiv ansteigt, fließt ein Strom aufgrund der in der Last Li gespeicherten Energie hauptsächlich zu der Diode D5a. Da durch die Diode D5a ein nicht so großer Strom während des Anfangsteils des Stroms der Spannungs/Stromcharakteristik der Diode D5a fließt, wenn die Neigung des Anstiegsstroms nicht so stark ist und die Trägerfrequenz des Impulsbreitenmodulierten Signals bis zu einigen 100 kHz hoch ist, wird die Diode D5a leitend, so daß der Strom während der Anfangsperiode über Sie Diode D5a fließt. Während der Anfangsperiode fließt daher der Strom aufgrund der in der Last Li gespeicherten Energie zum Kollektor des Transistors Q2a durch die

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Emitter-Basis-Strecke des Transistors Q'3b (dieser Strom ist als I¹ (Q'3b) in Fig. 3B gezeigt). Der Transistor Q¹3b, der zu diesem Zeitpunkt gesperrt sein soll, wird daher leitend. Eine Spannung, die die Summe der Absolutwerte der Spannungen an den Spannungsquellenanschlüssen +B1 und -B1 ist, wird daher zwischen dem Kollektor und dem Emitter des Transistors Q'3b zugeführt, und es wird eine erhebliche Leistung vom Transistor Q"3b nutzlos verbraucht. Nach einer bestimmten Zeitperiode von dem Zeitpunkt an, wenn die Spannung am Ausgang t2 von negativ nach positiv ansteigt, nimmt die Spannung, die auf die Diode D5a gegeben wird, allmählich zu, und der Strom aufgrund der gespeicherten Energie in der Last Li fließt hauptsächlich durch die Diode D5a (dieser Strom ist durch I (D5a) in Fig. 3B gezeigt). Nachdem der Strom infolge der in der Last Li gespeicherten Energie beendet ist, fließt ein Strom vom Spannungsquellenanschluß +BI durch die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors Q'3a zur Last Li (dieser Strom ist durch I (Q"3a) in Fig. 3B gezeigt).

Wenn der Transistor Q2b im folgenden negativen Zyklus öffnet, nimmt die Spannung am Ausgang t2 vom positiv nach negativ ab. Während der Anfangsperxode fließt der Strom aufgrund der in der Last Li gespeicherten Energie durch die Basis-Emitter-Strecke des Transistors Q'3a von der Kollektorseite des Transistors Q2b aus. Dieser Strom ist durch I¹ (Q'3a) in Fig. 3B gezeigt). Der Transistor Q¹3a, der gesperrt sein muß, wird daher leitend, und eine Spannung, die die Summe der Absolutwerte der Spannungen an den Spannungsquellenanschlüssen +B1 und -B1 ist, wird zwischen dem Kollektor und dem Emitter des Transistors Q°3a zugeführt. Von dem Transistor Q'3a wird daher eine erhebliche Leistung nutzlos verbraucht. Nach einer bestimmten Zeitperiode vom Zeitpunkt an, wenn die Spannung am Ausgang t2 vom positiv

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nach negativ fällt, nimmt die auf die Diode D5b gegebene Spannung allmählich zu, und der Strom aufgrund der in der Last Li gespeicherten Energie fließt hauptsächlich durch die Diode D5b (dieser Strom ist durch I (D5b) in Fig. 3B-,gezeigt. Nachdem der Strom aufgrund der in der Last Li gespeicherten Energie beendet ist, fließt ein Strom vom Spannungsquellenanschluß +B1 durch die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors Q"3b zur Last Li (dieser Strom ist durch I (Q¹3b) in Fig. 3B gezeigt).

Wie zuvor beschrieben, fließt in dem in der Emitterschaltung angeordneten komplementären Gegentaktverstärker in Fig. 2 während der jeweiligen positiven und negativen Perioden der in der Impulsbreite modulierten Spannung, die am Ausgang t2 auftritt, der Strom aufgrund der in der Last Li gespeicherten Energie nicht nur zu den Dioden D5a und D5b, sondern auch zu den Transistoren Q'3b und Q¹3a. Daher wird in dem Impulsverstärker der Fig. 2 nutzlos Leistung verbraucht.

Anhand der Fig. 4 wird nun ein Beispiel des Impulssignalverstärkers der Erfindung beschrieben, der die Nachteile des Standes der Technik nicht, aufweist. In Fig. 4 sind Elemente entsprechend Fig. 1 und 2 mit den gleichen Bezugsziffern und -buchstaben versehen und werden nicht mehr beschrieben.

Bei dem Beispiel der Fig. 4 ist eine Diode D6 zwischen die Basen der Transistoren Q¹3a und Q¹3b in der gleichen Richtung wie die Basis-Emitter-Strecke jedes der Transistoren Q'3a und Q'3b geschaltet. Die Anode der Diode D6 mit mit der Basis des NPN-Transistors Q'3a und ihre Kathode mit der Basis des PNP-Transistors Q'3b verbunden. Der übrige Schaltungsaufbau des Beispiels in Fig. 4 ist im wesentlichen gleich dem der Eig. 2,

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Bei dem Impulssignalverstärker der Fig. 4 wird, unmittelbar nach dem Zeitpunkt, wenn die impulsbreitenmodulierte Spannung,,. die am Ausgang t2 auftritt, von negativ oder positiv nach positiv oder negativ übergeht, wie anhand des Impulssignalverstärkers der Fig. 2 beschrieben wurde, wenn der Strom aufgrund der in der Last Li gespeicherten Energie durch die Emitter-Basis-Strecke des Transistors Q¹3b zur Kollektorseite des Transistors Q2a oder vom Kollektor des Transistors Q2b zur Basis-Emitter-Strecke des Transistors Q¹3a zu fließen bestrebt ist, von der Diode D6 das Auftreten jedes Stroms verhindert. Bei dem Beispiel in Fig. 4 fließt daher der gesamte Strom aufgrund der in der Last Li gespeicherten Energie durch die Diode D5a oder D5b und damit wird der nutzlose Leistungsverbrauch, der beim Stand der Technik auftritt, bei diesem Beispiel verhindert.

Bei dem obigen Beispiel wird eine Stufe des Ausgangstransistors verwendet, es ist jedoch möglich, daß zwei in Darlington-Schaltung angeordnete Transistoren anstelle der einen Stufe des Ausgangstransistors verwendet wird.

Fig. 5 zeigt ein weiteres Beispiel der Erfindung, bei dem die gleichen Elemente wie in Fig. 4 mit den gleichen Bezugsziffern und -buchstaben versehen sind. Bei diesem Beispiel ist ein weiterer NPN-Transistors Q"3a mit dem NPN-Ausgangstransistor Q¹3a in Darlington-Schaltung verbunden, und ein weiterer PNP-Transistor Q"3b ist mit dem PNP-Transistor Q'3b in Darlington-Schaltung verbunden. Dies bedeutet, daß der Emitter des Transistors Q"3a mit der Basis des Transistors Q¹3a, dessen Emitter mit dem Ausgang t2 und der Emitter des Transistors Q"3b mit der Basis des Transistors Q'3b verbunden ist, dessen Emitter mit dem Ausgang fc2 verbunden ist. Zusätzlich zur Diode D6, die zwischen die Basen der Transistoren Q"3a .und Q"3b geschaltet ist, ist eine Diode D7 zwischen

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die Basen der Transistoren Q¹3a und Q"3b geschaltet. Die Anode der Diode D7 ist mit der Basis des Transistors Q'3a und deren Kathode mit der Basis des Transistors Q¹3b verbunden.

Bei dem obigen Impulssignalverstärker wird somit, selbst wenn er als komplementärer Emitterfolger-Gegentaktimpulssignalverstärker ausgebildet ist, keine Leistung nutzlos verbraucht, und da er als komplementärer Emitterfolger-Gegentaktimpulsverstärker ausgebildet ist, ist sein Schaltungsaufbau im Vergleich zu dem in Emitterschaltung angeordneten komplementären Gegentaktimpulssignalverstärker einfach.

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Claims

Ansprüche

Impulssignalverstärker, bestehend aus einer Gleichspannungsquelle mit einem ersten und einem zweiten Anschluß, einer Impulssignalquelle für die Zufuhr eines zu verstärkenden Impulssignals, einer Treibervorstufe mit einem komplementären ersten und zweiten Treibertransistor, deren Steuerelektroden das Impulssignal der Impulssignalquelle zugeführt wird, deren erste Ausgangselektroden miteinander und mit einem Bezugspunkt verbunden sind und deren zweite Ausgangselektroden mit dem ersten und zweiten Anschluß der Gleichspannungsquelle über eine erste bzw. zweite Last verbunden sind, einer Treiberstufe mit einem komplementären dritten und vierten Treibertransistor, deren Steuerelektroden mit den zweiten Ausgangselektroden des ersten und zweiten Treibertransistors verbunden sind, und deren erste Ausgangselektroden mit dem ersten bzw. zweiten Anschluß der Gleichspannungsquelle verbunden sind, einer Ausgangsstufe mit einem

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komplementären ersten und zweiten Transistor, deren Basen mit den zweiten Ausgangselektroden des dritten und vierten Treibertransistors verbunden sind und deren Kollektor- und Emitterkreise zwischen den ersten und zweiten Anschluß der Gleichspannungsquelle in Reihe geschaltet sind und deren Verbindungspunkt mit dem Ausgang verbunden ist, an den eine induktive Last angeschlossen ist, und einer ersten und zweiten Diode, die zwischen die Kollektoren und Emitter des ersten und zweiten Ausgangstransistors geschaltet ist, wobei über die erste Diode ein erster Nebenstrom von der induktiven Last während der ersten Viertelperiode des Impulssignals der Impulssignalquelle und über die zweite Diode ein zweiter Nebenstrom von der induktiven Last aus während der dritten Viertelperiode des Impulssignals der Impulssignalquelle fließt, gekennzeichnet durch eine Strombegrenzungseinrichtung, die zwischen die zweiten Ausgangselektroden des dritten und vierten Treibertransistors geschaltet ist, so daß verhindert wird, daß der erste und zweite Nebenstrom durch den Basisemitterkreis des ersten und zweiten Ausgangstransistors in die zweiten Ausgangselektroden des dritten und vierten Treibertransistors fließt.
2. Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strombegrenzungseinrichtung aus einer Diode besteht, deren Anode mit der zweiten Ausgangselektrode des dritten Treibertransistors und deren Kathode mit der zweiten Ausgangselektrode des vierten Treibertransistors verbunden ist.
3. Verstärker nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und zweite Ausgangstransistor in Emitterschaltung angeordnet sind.

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4. Verstärker nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß der erste und zweite Treibertransistor in Emitterschaltung angeordnet sind.
5. Verstärker nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte und vierte Treibertransistor in Emitterschaltung angeordnet sind.
6. Verstärker nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und vierte Treibertransistor und der erste Ausgangstransistor NPN-Transistoren und der zweite und dritte Treibertransi-^ stör und der zweite Ausgangstransistor PNP-Transistoren sind.-
7. Verstärker nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Impedanzumwandlungskreis, bestehend aus wenigstens einem fünften und sechsten Treibertransistor, deren Basen mit den zweiten Ausgangselektroden des dritten und vierten Treibertransistors, deren Emitter mit den Basen des ersten und zweiten Ausgangstransistors und dessen Kollektor mit dem ersten und zweiten Anschluß der Gleichspannungsquelle verbunden sind.
8. Verstärker nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine dritte und vierte Diode, um den dritten und vierten Treibertransistor nicht in den Sättigungsbereich zu steuern.
9. Verstärker nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Diode aus zwei Einzeldioden besteht, die zwischen die zweiten Ausgangselektroden des ersten Treibertransistors und die Steuerelektrode bzw. die zweite Ausgangselektrode des dritten Treibertransistors geschaltet ist.

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10. Verstärker nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die vierte Diode aus zwei Einzeldioden besteht, die zwischen die zweite Ausgangselektrode des zweiten Treibertransistors und die Steuerelektrode bzw. die zweite Ausgangselektrode des vierten Treibertransistors geschaltet ist.

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