DE2912433B2

DE2912433B2 - Linearer Verstärker

Info

Publication number: DE2912433B2
Application number: DE2912433A
Authority: DE
Inventors: Sergio S. Martino Di Ferrara Ferrara Palara (Italien)
Original assignee: SGS ATES Componenti Elettronici SpA
Current assignee: STMicroelectronics SRL
Priority date: 1978-03-30
Filing date: 1979-03-29
Publication date: 1981-01-22
Also published as: BR7901838A; JPS54145464A; FR2421509B1; US4268796A; IT7821744A0; FR2421509A1; GB2022952A; SE432858B; SE7902774L; DE2912433A1; DE2912433C3; IT1093723B; GB2022952B

Description

Die Erfindung betrifft lineare Verstärker mit mehreren mit Transistoren bestückten Stufen für Frequenzen einschließlich des Tonfrequenzbandes, wobei die Endstufen als symmetrisch komplementäre oder quasi komplementäre AB- und B-Endstufen betrieben werden.

Es ist bekannt, daß diese Verstärker an die Last eine Ausgangsleistung liefern, die hinsichtlich der Strom- und Spannungswerte begrenzt ist, und daß die aktiven Elemente immer einen Spannungsabfall aufweisen, der zumindest gleich der eigenen Sättigungsspannung ist, wenn sie übersteuert weiden und die Grenzspannung erreichen. Der Übersteuerungszustand erscheint am Ausgang wie eine Beschneidung oder Begrenzung einer oder beider Spitzen der beiden Halbwellen, welche die verstärkte Eingangswechselspannung bilden. Die Beschneidung ist symmetrisch, d. h. die Begrenzung erfolgt bei gleichen Werten einer maximalen Ausgangsamplitude, wenn die aktiven Elemente der Endstufe symmetrisch arbeiten. Bei gleichzeitiger Sättigung des aktiven Elements einer der Endstufe vorgeschalteten Vorstufe kann dies jedoch anders sein.

Bekanntlich speichern alle aktiven Elemente elektrische Ladungen, deren Abfluß Zeit erfordert, was im Sättigungszustand besonders gravierend ist und sich sowohl auf die Verlustleistung auswirkt als auch auf die Form der Ausgangswechselspannung, je nach deren Frequenz. Wegen dieser Verzögerungszeit nimmt die Verzerrung mit zunehmender Frequenz zu.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die beim Begrenzungspegel einer Halbwelle der Ausgangswechselspannung auftretenden Formänderungen zu kompensieren, welche von den Ladungen abhängen, die gleichzeitig im Sättigungszustand für diese Halbwelle vorhanden sind, sowohl in der aktiven Ausgangsstufe als auch in einer Vorstufe des Verstärkers.

Die Lösung dieser Aufgabe ist im Patentanspruch 1 angegeben und kann den weiteren Patentansprüchen entsprechend vorteilhaft weitergebildet werden.

Die Erfüllung dieser Aufgabe führt, wie nachstehend in Verbindung mit Fig. 1 näher erläutert wird, zur

^o Ausschaltung parasitärer Schwingungen, welche die Verzerrung einer Halbwelle begleiten, welche bei den von einer einzigen Batterie gespeisten Verstärkern der Speise- oder Versorgungsleitung näher ist und von dem oberen Abschnitt der Endstufe hervorgerufen wird.

Solche Schwingungen werden leicht abgestrahlt und können gegebenenfalls mit hoher Frequenz arbeitende Geräte stören.

Erfindungsgemäß ist es erforderlich, daß vom Beginn bis zum Ende der Begrenzung (nachfolgend als

so Begrenzungsintervall bezeichnet) der Spitze der Ausgangshalbwelle, bei der die Blockierung der Steuerstufe auftritt, die Steuerspannung dieser Stufe fest auf dem Schwellenwert des Leitungszustandes gehalten wird. Dies geschieht, indem die Gesamteingangskapazität der Steuerstufe durch einen Ladegenerator gespeist wird, welcher im wesentlichen eine Hilfsstromquelle oder eine Hilfsspannungsquelle ist, die so geschaltet ist, daß die Spannung an der erwähnten Gesamtkapazität konstant gehalten wird, wobei die eine oder die andere

■to nur in dem Begrenzungsintervall leitend gehalten wird und zwar mit einem beliebigen von der Ausgangsspannung abgeleiteten Wert. Die Lieferung der Ladungen kann unmittelbar an die Gesamtkapazität erfolgen oder indirekt über eine Stelle der Schaltung, die der Steuerstufe vorgeschaltet ist, was bei der Gesamtkapazität das gleiche Ergebnis herbeiführt.

Es sei noch darauf hingewiesen, daß es aus der DE-OS 25 51 068 bei einer Verstärkerschaltung mit als Differenzverstärker geschalteten Transistoren bereits bekannt ist, die beim Aussetzen der Stromleitung auftretenden und durch die Entladung von Streukapazitäten auftretenden und durch die Entladung von Streukapazitäten bedingten Verzerrungen dadurch zu beseitigen, daß Hilfsspannungsquellen vorgesehen sind,

5^ welche dafür sorgen, daß die Verstärkerelemente immer in den leitenden Zustand vorgespannt bleiben.

Im Rahmen der Erfindung sind viele verschiedene Ausführungsformen möglich, von denen einige beispielsweise in den nachfolgenden F i g. 1 bis 6 dargestellt sind, und zwar zeigt

F i g. 1 in schematischer Darstellung, nicht maßstabgerecht, den Verlauf der Ausgangsspannung bei der Begrenzung der Spitze der betreffenden Halbwelle mit und ohne Anwendung der ErfindMng;

F i g. 2 teilweise als Blockschaltbild eine Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung mit einer Stromquelle, die in einer ersten Art gesteuert und mit dem Eingang der Steuerstufe unmittelbar verbunden ist:

F i g. 3 teilweise als Blockschaltbild eine Schaltungsanordnung zur Durchführung der Erfindung mittels einer Stromquelle, die in einer zweiten Art gesteuert und mit dem Eingang der Steuerstufe indirekt verbunden ist;

F i g. 4 teilweise als Blockschaltbild eine Schaltungsanordnung zur Durchführung der Erfindung mi'tels einer Spannungsquelle, die mit dem Eingang der Steuerstufe direkt verbunden ist;

Fig.5 teilweise das Schaltbild einer integrierten Schaltung zur Anwendung der Erfindung in ähnlicher Weise wie in F i g. 2 dargestellt;

Fig.6 ein teiiwe'ises Schaltbild einer integrierten Schaltung, bei welcher die Erfindung in ähnlicher Weise wie in F i g. 3 angegeben angewendet ist.

F i g. 1 zeigt eine nicht maßstabgerechte Darstellung dor oberen Halbwelle am Ausgang des Verstärkers. Der ebene Abschnitt mit dem Pegel Γ stellt zwischen den Augenblicken 1 und 2 das Begrenzungsintervall der Sinusform dar. Die voll ausgezogene Linie stellt den Verlauf dar Spannung dar, wenn die Hilfsquelle nicht eingeschaltet ist. Beim Einschalten der Hilfsquelle gemäß der Erfindung ist der Verlauf der Spannung zwischen den Zeitpunkten 2 und 3 gestrichelt dargestellt und bleibt die Form sinusförmig für die Zeitpunkte, die 1 vorausgehen und 2 folgen. Es ist klar ersichtlich daß die Schwingung in der Nähe des Zeitpunktes 3 verschwunden ist und die Sinuslinie in den Anstiegs- und Abstiegsflanken vollständig symmetrisch ist.

Fig. 2 zeigt das Prinzipschaltbild für eine Anwendung der Erfindung mittels einer Stromquelle G. Es ist am einfachsten, G durch einen einzigen Transistor zu bilden, dessen Kollektor Cunmittelbar mit der Basis der Steuerstufe Q₂, Q₃ verbunden ist. G benutzt zur Steuerung die Potentialdifferenz zwischen der Bootstrap-Leitung VB und der konstanten Speisespannung VS. Für die in der Schaltungsanordnung angegebenen Polaritäten soll G ein pnp-Transistor sein. Die Gesamtkapazität Cedes Steuerstufeneingangs ist wie in den folgenden F i g. 3 und 4 gestrichelt gezeichnet.

Fig.3 zeigt ein Prinzipschaltbild einer anderen Ausführungsform der Erfindung bei Verwendung einer Stromquelle G. G ist wieder ein einziger Transistor, der zur Steuerung zwei Punkte benutzt, die von den in F i g. 2 angegebenen verschieden sind. Wie in F i g. 2 nimmt der Punkt B mit Bezug auf den Punkt A ein Potential an, das G in dem Augenblick in den Leitungszustand versetzt, in welchem die Spitzenbegrenzung erfolgt (Zeitpunkt 1 in F i g. 1). Im Zeitpunkt 2 hört G zu leiten auf. Außerdem ist bei diesem Beispiel > eine indirekte Art der Regelung der Eingangsspannung der Steuerstufe zu sehen. Die über Cvon G kommenden Ladungen, die über R abfließen, bewirken eine Herabsetzung des Leitungszustandes des Transistors Q ' und damit des Transistors Qu was die mit der Basis

ίο des Transistors Qi verbundene Konstantstromquelle U veranlaßt, die Gesamtkapazität Gewährend des ganzen Begrenzungsintervalls aufzuladen.

Fig.4 zeigt das Prinzipschaltbild einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, und zwar mit einer

Ii Spannungsquelle H. Die Spannungsquelle H ist so bemessen, daß sie Strom an die Last (die Kapazität Cc) nur liefert, wenn die Spannung an deren Anschlüssen unter die Schwellenspannung für den Leitungszustand von Q2, Qi abfällt. Diese Lieferung geschieht, wenn die Spannung am Kollektor von ζ>ι unter diesen Schwellenwert absinkt, was entweder durch die Sättigung von Q₁ herbeigeführt wird oder durch eine Rückkopplung zwischen dem Ausgang und dem Emitter von Ci.
F i g. 5 zeigt einen Teil einer praktisch ausgeführten monolithisch integrierten Schaltung aus Silicium, die alle Elemente zur Ausführung der Erfindung gemäß dem Prinzipschaltbild der F i g. 2 zeigt.

Der Transistor Γ85 ist eine Hilfsstromquelle wie Gin den F i g. 2, 3 und hat analog die Bezugszeichen A, B, C, um die gleichen Funktionen anzuzeigen.

F i g. 6 zeigt einen Teil einer praktisch ausgeführten monolithisch integrierten Schaltung aus Silicium, die einen Stromgenerator Γ39 enthält, dessen Kollektor mit dem der Steuerstufe Γ27, Γ28.Γ32 vorgeschalteten

» Schaltungsteil verbunden ist, analog dem Prinzipschaltbild der F i g. 3. Das Steuersignal für 739 wird zwischen dem Speisungspunkt 2 und einem Punkt (Basis von Γ 40) entnommen, der unter der Wirkung des bei 4 angegeschlossenen Bootstrap-Kondensators mittels

to VcEcai von 7Ί4, V_BE von Γ38, R 35, /?36 auf eine Spannung gebracht wird, die positiver als die Speisespannung am Speisungspunkt 2 ist, und derart, daß Γ39 zu leiten beginnt, wenn die Spitzenbeschneidung stattfindet. Der Transistor T39 ist wie in den F i g. 2,3,5 ein Stromgenerator und hat analog die Bezugszeichen A, B, C, um die gleichen Funktionen anzuzeigen.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Linearer, mit Transistoren bestückter Wechselstromverstärker, bei welchem die Endstufe im B- oder im AB-Betrieb arbeitet, durch einen oberen und einen unteren Abschnitt mit komplementärer oder quasi komplementärer Symmetrie gebildet wird und durch eine im Α-Betrieb arbeitende Steuerstufe gesteuert wird, welche eine Sperrung durch Sättigung des oberen Abschnitts erreicht, gekennzeichnet durch eine Hilfsquelle für elektrische Ladungen, mit welcher die Eingangsspannung der Steuerstufe nur während der Sättigungszeit des oberen Abschnitts auf dem Schwellenwert für den Leitungszustand gehalten wird.

2. Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsquelle für elektrische Ladungen eine Stromquelle ist.

3. Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsquelle für elektrische Ladungen eine Spannungsquelle ist.

4. Verstärker nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromquelle durch die Veränderungen der Ausgangsspannung des Verstärkers derart gesteuert wird, daß sie nur während der Sättigungszeit des oberen Abschnitts Strom führt.

5. Verstärker nach den Ansprüchen I₁ 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromquelle direkt oder indirekt bewirkt, daß die Eingangskapazität der Steuerstufe während der Sättigungszeit des oberen Abschnitts aufgeladen wird.

6. Verstärker nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsquelle nur leitet, wenn die Spannung an ihrer Last niedriger als ein vorbestimmter Wert ist.

7. Verstärker nach den Ansprüchen I₁ 3 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsquelle in direkter oder indirekter Weise verhindert, daß die Eingangsspannung der Steuerstufe niedriger wird als der Schwellenwert des Leitungszustandes dieser Stufe.