DE3011933A1

DE3011933A1 - Leistungsverstaerkerschaltung

Info

Publication number: DE3011933A1
Application number: DE19803011933
Authority: DE
Inventors: Takashi Ishii; Hiroyasu Yamaguchi
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1979-03-31
Filing date: 1980-03-27
Publication date: 1980-10-09
Also published as: GB2047032B; JPS55132111A; FR2453540A1; DE3011933C2; GB2047032A; US4333059A; FR2453540B1; JPS6212691B2

Description

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Leistungsverstärkerschaltung Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Leistungsverstärkerschaltung gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Die Ausgangsstufe dieser Schaltung wird durch zwei in Gegentakt geschal-, tete Transistoren gebildet.

Bis jetzt sind Schwierigkeiten aufgetreten, wenn ein PNP-Transistor in einer integrierten Leistungsverstärkerschaltung.mit einer großen Stroinbelastbarkeit ausgebildet wurde. Die Ausgangsstufe der bekannten Leistungsverstärkerschaltung wird deshalb aus einem quasi komplementären unsymmetrischen Gegentaktverstärker gebildet. Der bei dieser Anwendung verwendete PNP-Lateraltransistor hat den Nachteil, daß er eine kleine Stroinbelastbarkeit, einen kleinen Stromverstärkungsfaktor und ein kleines Verstärkungsbandbreiteprodukt (fT) aufweist und demzufolge leicht Anlaß zum Schwingen gibt. Ein Lateraltransistor, der einen großen Strom verstärken kann, hat einen zu großen wirksamen Bereich, um in einer integrierten Schaltung verwendet werden zu können. Sind beide Transistoren der komplementären Transistoren der Ausgangsstufe in Emitterschaltung geschaltet, dann kann die Amplitude der Aus-

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gangsstufe in der Tat vergrößert werden, selbst ohne daß eine Bootstrap-Schaltung angewandt wird. Es treten jedoch Schwierigkeiten auf, einen Ruhestrom für die Ausgangsstufe der Leistungsverstärkerschaltung vorzusehen,für die thermische Stabilität und für die Beseitigung von Kreuzverzerrrungen bei einem AB- oder einem B-Verstärker. Wird die Ausgangsstufe der Leistungsverstärkerschaltung nur aus NPN-Transistoren einer großen Strombelastbarkeit gebildet statt komplementäre Transistoren vorzusehen, dann ist die erhaltene Leistungsverstärkerschaltung in der Tat für eine Integration geeignet, da es nicht erforderlich ist, einen Lateraltransistor einer großen Chipgröße zu benutzen. In diesem Fall entstehen auch Schwierigkeiten im Bereitstellen des Ruhestromes.

Aufgabe dieser Erfindung ist es, eine Leistungsverstärkerschaltung verfügbar zu machen, bei der der Ruhestrom von zwei in Gegentakt geschalteten Transistoren leicht auf einen vorgegebenen Pegel einstellbar ist und hierdurch das Auftreten von Kreuzverzerrungen,wie Kreuzmodulationen, eliminiert wird und ein stabiler und zuverlässiger Betrieb der Leistungsverstärkerschaltung gewährleistet wird und somit die Schaltung besser für eine Ausbildung als integrierte Schaltung geeignet gemacht wird.

Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

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Die Erfindung wird durch Ausführungsbeispiele anhand von drei Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine erste Ausfuhrungsform einer

erfindungsgemäßen Leistungsverstärkerschaltung;

Fig. 2 die Ausgangskennlinie der Leistungs-

verstärkerschaltung nach Fig. 1; und

Fig. 3 eine weitere erfindungsgemäße Aus

führungsform einer Leistungsverstärkerschaltung .

Es wird nun die Leistungsverstärkerschaltung der ersten Ausführungsform anhand von Fig. 1 beschrieben.

Eine Eingangsbuchse 10, deren äußerer Anschluß geerdet ist/ weist einen mit der Basis eines PNP-Transistors 14 über einen Kondensator 12 verbundenen inneren Anschluß auf. Der Emitter des Transistors 14 ist mit dem Emitter eines PNP-Transistors 16 verbunden. Die Verbindungsstelle der Emitter der beiden Transistoren 14 und 16 ist über einen Widerstand 18 an die positive Klemme einer Gleichspannungsquelle 20 angeschlossen. Die Basisanschlüsse der Transistoren 14 und

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sind jeweils über Widerstände 22 und 24 geerdet. Der Kollektor des Transistors 14 ist mit einem Ende eines Widerstandes 26 verbunden. Der Kollektor des Transistors 16 steht mit einem Ende eines Widerstandes 28 in Verbindung. Die anderen Enden der Widerstände 26 und 28 sind miteinander verbunden und außerdem über einen Widerstand 30 an die negative Klemme der Gleichspannungsquelle 20 angeschlossen. Die Transistoren 14 und 16 bilden zusammen in einer ersten Stufe einer Vorverstärkerstufe einen Dxfferentialverstärker.

Die Kollektoren der Transistoren 14 und 16 sind jeweils mit den Basisanschlüssen von NPN-Transistoren 32 und 34 verbunden, die zusammen in einer Treiberstufe der Vorverstärkerstufe einen Differentialverstärker bilden. Die Emitter der Transistoren 32 und 34 sind miteinander verbunden und außerdem über einen Widerstand 35 an die negative Klemme der Gleichspannungsquelle 20 angeschlossen. Die Kollektoren der Transistoren 32 und 34 sind jeweils mit den Basisanschlüssen der NPN-Transistoren 36 und 38 verbunden. Die Emitter der Transistoren 36 und 38 sind jeweils mit den Basisanschlüssen der NPN-Transistoren 40 und 42 verbunden.'Der Kollektor des Transistors 38 ist über einen Widerstand 44 an die positive Klemme der Gleichspannungsquelle 20 angescnlossen. Der Kollektor des Transistors 40 ist an die positive Klemme der Gleichspannungsquelle 20 und außerdem an ein Ende des Widerstandes 46 angeschlossen, dessen anderes Ende mit dem Kollektor des

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Transistors 36 in Verbindung steht. Mit anderen Worten bilden die Transistoren 36 und 40 zusammen eine Darlington-Schaltung. Der Emitter des Transistors 40 ist mit dem Kollektor des Transistors 42 verbunden und außerdem über einen Widerstand 48 mit der Basis des Transistors 16. Der Emitter des Transistors 40 ist ferner mit einem Ende eines Kondensators 50 und dem inneren Anschluß einer Ausgangsbuchse 52 verbunden. Der äußere Anschluß der Ausgangsbuchse 52 ist über eine Last, z. B. einen Lautsprecher, geerdet. Der Emitter des Transistors 42 ist an die negative Klemme der Gleichspannungsquelle 20 angeschlossen.

Die Transistoren 36, 38, 40 und 42 bilden zusammen die Ausgangsstufe der Leistungsverstärkerschaltung gemäß dieser Ausführungsform. Diese Ausführungsform, deren Ausgangsstufe nur aus NPN-Transistoren gebildet ist, liefert ein Ausgangssignal einer großen Amplitude und ist für eine integrierte Schaltung geeignet gemacht.

Die Basisanschlüsse der Ausgangstransistoren 40 und 42 sind jeweils mit den Basisanschlüssen der-NPN-Transistoren 60 und 62 über entsprechende Kompensationswiderstände 56 und 58 verbunden. Die Transistoren 60 und 62 bilden zusammen die Meßstufe der Ausgangsstufe der Leistungsverstärkerschaltung. Der Emitter des Transistors 60 ist über einen Kompensationswiderstand 64 mit dem Emitter des Transistors 40 ver-

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bunden. Der Kollektor des Transistors 60 ist an den Kollektor eines PNP-Transistors 66 angeschlossen, der als Diode wirkt, wobei dessen Basis und Kollektor kurzgeschlossen sind, und ferner an die Basis eines NPN-Transistors 68. Der Emitter des Transistors 68 ist mit dem Kollektor des Transistors 62 und außerdem mit der Basis eines PNP-Transistors 70 verbunden. Der Emitter des Transistors 62 ist über einen Kompensationswiderstand 72 an die negative Klemme der Gleichspannungsquelle 20 angeschlossen. Der Kollektor des Transistors 70 ist mit der Verbindungsstelle der Widerstände 26, 28 und 30 verbunden. Der Emitter des Transistors 70 ist mit dem Emitter eines NPN-Transistors 74 verbunden, der als Diode wirkt und dessen Basis und Kollektor kurzgeschlossen sind. Der Kollektor des Transistors 74 ist mit dem Kollektor des Transistors 68, dem Emitter des Transistors 66, dem anderen Ende des Kondensators 50 und außerdem mit der Verbindungsstelle des Widerstandes 46 und des Kollektors des Transistors 36 sowie mit den Kollektoren der Transistoren 32 und 34 über entsprechende Widerstände 76 und 78 verbunden. Der Kondensator 50 ist ein Bootstrap-Kondensator. Die Transistoren 66, 68, 70 und 74 bilden zusammen eine Rückkopplungsstufe.

Es wird nun die Arbeitsweise des Leistungsverstärkers dieser Ausfuhrungsform beschrieben. Es sei angenommen, daß der Eingangsbuchse 10 ein periodisches, sinusförmiges Signal zugeführt wird, dessen positive und negative Halbwellen sich ab-

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wechselnd wiederholen, wobei das Erdpotential als Bezugspotential dient. Das Eingangssignal wird über eine Zeitkonstantenschaltung aus dem Kondensator 12 und dem Widerstand 22 der Basis des Transistors 14 zugeführt, die einen der Eingangsanschlüsse des Differentialverstärkers bildet. Deshalb werden die Transistoren 14 und 16, die zusammen den Differentialverstärker bilden, abwechselnd in Abhängigkeit von der positiven oder negativen Halbwelle des Eingangssignals angesteuert. Der Kollektor des Transistors 14 liefert ein verstärktes, invertiertes Signal des Eingangssignals. Vom Transistor 16 wird ein nicht-invertiertes, verstärktes Signal des Eingangssignals abgegeben. Die Transistoren 32 und 34 werden abwechselnd durch die Kollektorströme der entsprechenden Transistoren 14 und 16 angesteuert. Deshalb wird vom Kollektor des Transistors 32 ein verstärktes,invertiertes Signal des Eingangssignals geliefert. Vom Kollektor des Transistors 34 wird ein verstärktes, nicht-invertiertes Signal des Eingangssignals ausgegeben. Die Kollektorströme der Transistoren 32 und 34 haben in den entsprechenden Widerständen 76 und 78 einen Spannungsfall zur Folge. Damit wird der Transistor 36 in den Betriebszustand versetzt, wenn das Eingangssignal eine positive Halbwelle ist. Der Transistor 38 wird in den Betriebszustand versetzt, wenn das Eingangssignal eine negative Halbwelle ist. Die Transistoren 40 bzw. 42 bilden mit den entsprechenden Transistoren 36 bzw. 38 eine Darlington-Schaltung. Deshalb wird vom Transistor 40 ein verstärkter Ausgangsstrom erzeugt in Form eines nicht-invertierten Sig-

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nals des Eingangssignals. Vom Transistor 42 wird ein verstärkter Ausgangsstrom erzeugt in Form eines invertierten Signals des Eingangssignals. Ein der Differenz zwischen den Ausgangsströmen der Transistoren 40 und 42 entsprechendes Signal wird der Last 54 über die Ausgangsbuchse 52 zugeleitet. Falls die Ausgangstransistoren 40 und 42 so vorgespannt sind, daß sie im B-Betrieb arbeiten, dann wirkt die Ausgangsstufe der Leistungsverstärkerschaltung als Gegentaktverstärker, der jeweils die positive und die negative Komponente der Eingangssignale verstärkt. Von den von den Transistoren 40 und 42 gelieferten Ausgangssignalen wird die gesamte Gleichspannungskomponente und ein Teil der Wechselspannungskomponente der Basis des Transistors 16 über einen Gegenkopplungszweig mit einem Widerstand 48 zugeführt.

Die Basisanschlüsse der Transistoren 60 und 62 sind jeweils mit den Basisanschlüssen der entsprechenden Transistoren 40 und 42 verbunden. Deshalb werden die Transistoren 60 und 62 ebenso wie die Transistoren 40 und 42 jeweils durch den Emitterstrom der Transistoren 36 und 38 gesteuert. Die Kollektorströme der Transistoren 60 und 62 werden jeweils den Transistoren 66 und 68 zugeführt. Damit wird durch die Transistoren 66, 68, 70 und 74 die im folgenden beschriebene arithmetische Operation ausgeführt. Der als Ergebnis dieser arithmetischen Operation erhaltene Strom wird über einen Gegenkopplungszweig an die Transistoren 14 und 16 geliefert, die in der Vorverstärkerstufe der Leistungsverstärkerschaltung

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den Differentialverstärker bilden. Die arithmetische Operation wird in der folgenden Weise ausgeführt.

Die Arbeitsströme der Transistoren 40, 42, 60, 62 und 70 (die Ströme, die durch die betreffenden Transistoren fließen) seien jeweils mit I.. , I₂^ I₃/ I^ und I bezeichnet. Ferner sei angenommen, daß die Emitterflachen der Transistoren 40 und 60 das Verhältnis N : 1 und die Emitterflächen der Transistoren 42 und 62 ebenfalls das Verhältnis N : 1 aufweisen. Dann besteht zwischen den Arbeitsströmen I₁ und I_ die durch die folgende Gleichung ausgedrückte Beziehung:

I₃ = I₁- / N

Die Arbeitsströme I„ und I. haben die durch die folgende Gleichung ausgedrückte Beziehung:

Das Potential der in Fig. 1 angezeigten Stelle A läßt sich als Summe der Basis-Emitter-Spannung ν_Ώ_66 des Transistors

Jd £1

und der Basis-Emitter-Spannung V_ßE68 des Transistors 68 oder als Summe der Basis-Emitter-Spannung V_D„74 des Transistors

Jö JCi

74 und der Basis-Emitter-Spannung V _£7O des Transistors 70 ausdrücken. Der Sättigungssperrstrom (Sättigungsstrom in Sperrichtung) des PNP-Transistors 66 sei mit Igp/ der Sätti-

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I 1 O ¹I

gungssperrstrom des NPN-Transistors 68 mit I_qw bezeichnet und es sei angenommen, daß die Emitterflächen der Transistoren 66 und 70 das Verhältnis K₁ : 1, die Emitterflächen der Transistoren 68 und 74 das Verhältnis K~ : 1 aufweisen und die Stromverstärkungsfaktoren dieser Transistoren groß genug sind, um die Basisströme zu vernachlässigen. Dann lassen sich die Basis-Emitter-Spannungen ν_ππ66, V_ni-,68, ν_ππ74 und

ühi ÜL· iifci

V „70 der Transistoren 66, 68, 74 und 70 jeweils wie folgt ausdrücken.

_ kT / 4

^BE * ¹SN

74 =^

q K₂

V„„70 = — I τι

^BE ί ^K2 ¹SP

wobei:

k = Boltzman-Konstante
T = absolute Temperatur
q = Elektronenladung

In vorliegendem Fall hat der Transistor 68 einen so großen Stromverstärkungsfaktor ß, daß der durch den Transistor 66

0 3 0 0 41/07S0

fließende Strom als Arbeitsstrom I_ des Transistors 60, der durch den Transistor 68 fließende Strom als Arbeitsstrom I. des Transistors 62 und der durch den Transistor 74 fließende Strom als Arbeitsstrom I„ des Transistors 70 betrachtet werden kann.

Aus den vier oben angegebenen Gleichungen folgt im Hinblick auf das Potential an der Stelle A von Fig. 1 die folgende Beziehung:

/ ^X3 / ^I4 / ¹F /¹F

in ~- + In —=— = In -—%— + in

τ · ν" -τ- 1? T If T

SP SN 2 SN 1 SP

=J Jc₁K₂

(wobei das Zeichen = etwa bedeutet und

Da der Arbeitsstrom I_F des Transistors 70 von dessen Kollektor über den Gegenkopplungsweg zur Vorverstärkerstufe der Leistungsverstärkerschaltung geliefert wird, kann die folgende Gleichung abgeleitet werden:

R30 (If + Ί14 - ^ψ + 116 - ^ψ) + R28

= ^VBE34 ^{+ R}35

R30 (If + ii4 + 116) ⁺ R28I16

= ^VBE34 + R35 (I32 + I34)

+ R35 (I₃₂ + I34) - (R28 + 2R₃₀)

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^VBE32 ⁼. ^VBE34

1 · ^τ

^VBE32 ^xmä ^VBE34 ⁼ J^eweil^s die Basis-Emitter-Spannungen

der Transistoren 32 und 34

¹14/ ¹Ig/ ¹O₂ U¹¹^ ^I34 ⁼ jeweils die Kollektorströme der

Transistoren 14, 16, 32 und 34

I = Strom, der durch den Widerstand 18 fließt 2Q/ R₃₀ und R₃₅ = Widerstandswerte der Widerstände 28, 30

und 35

ß = Stromverstärkung (sehr viel größer 1).

Deshalb ist der Arbeitsstrom I_p = y 1-I₂ des Transistors 70 im wesentlichen konstant. Mit anderen Worten haben die Werte der Arbeitsströme der Ausgangstransistoren 40 und 42 ein inverses Verhältnis, wie dies aus Fig. 2 hervorgeht. Weist die Eingangsspannung V einen positiven Wert auf, dann nimmt der Arbeitsstrom I₁ des Transistors 40 zu. Der Arbeitsstrom I» des Transistors 42 nimmt entsprechend ab. Das umgekehrte ist der Fall, wenn die Eingangsspannung V einen negativen Wert aufweist. Wie oben beschrieben arbeitet die Ausgangsstufe der Leistungsverstärkerschaltung im Gegentakt. Ist die Eingangsspannung V=O, dann ist I₁ = I-. Deshalb läßt sich der Ruhestrom I_n , der Transistoren 40 und 42 wie

Rune

folgt ausdrucken:

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⁼· ¹F

Bei der Leistungsverstärkerschaltung dieser Ausführungsform kann deshalb der Ruhestrom I_R . leicht auf einen geeigneten Wert eingestellt werden. Darüberhinaus kann der Wert konstant gehalten werden. Die in Fig. 2 eingezeichnete strichpunktierte Linie stellt I_F (= /"1I₃ ) dar. Bei der Eingangsspannung V = O zeigt die strichpunktierte Linie einen Wert an, der dem Ruhestrom I . entspricht. Die Definition des Ruhestromes I_R . ist jedoch Gegenstand einer bestimmten Bedingung. Diese Bedingung ist, daß die Transistoren 60 und 62 zum Erfassen bzw. Messen der Arbeitsströme der Transistoren 40 und 42 der Ausgangsstufe der Leistungsverstärkerschaltung stets im aktiven Zustand, d. h. im Arbeitszustand betrieben werden sollen, ohne daß sie gesättigt sind. Der Grund hierfür ist folgender.

Die Basis-Emitter-Spannungen der Transistoren 40 und 42 der Ausgangsstufe sind gleich den Basis-Emitter-Spannungen der Meßwiderstände 60 bzw. 62. Falls die Ausgangsstufe der Leistungsverstärkerschaltung nach Fig. 1 den Gegentaktbetrieb ausführt, nimmt das Potential des Ausgangsanschlusses 52, d. h. das Emitter-Potential des Ausgangstransistors 40 beträchtlich zu, wenn die Eingangsspannung einen positiven Wert aufweist. Es wird dann der Transisotr 40 bei hohen Strömen gesättigt. Das Emitter-Potential des Transistors 40 hebt das

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Potential 0,2 auf 0,5 (V) unterhalb des Potentials der po sitiven Klemme. Da der Transistor 60 am Kollektor mit der Diode 66 belastet ist, wird der Transistor 60 gesättigt. Der Arbeitsstrom des Transistors 60 wird auf 0 herabgesetzt. Der Rückkopplungsstrom (der Arbeitsstrom I„ des Transistors 70) fällt ebenfalls auf 0. Als Folge hiervon steigt der Arbeitsstrom, der durch den Ausgangstransistor 40 fließt plötzlich an oder gibt Anlaß zu Unregelmäßigkeiten wie das Auftreten einer Schwingung.

Um die erwähnten Mangel zu unterdrücken ist die Ausgangsstufe der Leistungsverstärkerschaltung gemäß dieser Erfindung mit der Gleichspannungsquelle 20 verbunden. Die Meß- und Rückkopplungsstufen der Leistungsverstärkerschaltung sind an eine Hilfsspannungsspeiseleitung 1 angeschlossen, deren Spannung von der der Gleichspannungsquelle 20 verschieden ist. Diese Hilfsspeisespannung weist eine Bezugsspannung eines Pegels auf, der etwas niedriger liegt als der der Spannung der Gleichspannungsquelle 20. Die Hilfsspeisespannung wird dadurch erhalten, daß man die von der Ausgangsstufe gelieferte Ausgangsspannung über den Bootstrap-Kondensator 50 zur Bezugsspannung addiert. Da die positive Spannung am Ausgangsanschluß 52 verfügbar ist und die Hilfsspeisespannung mittels des Kondensators 50 zunimmt, wenn die Eingangsspannung einen positiven Wert aufweist, bleibt der Meßtransistor 60 ungesättigt, selbst wenn der Transistor 40 in Sättigung geht.

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Als Folge hiervon kann der Ruhestrom I , des Ausgangstransistors 40 im wesentlichen konstant gehalten werden, ohne daß die Beziehung von I„ (Rückkopplungsstrom) = JTTrT unterbrochen wird.

Die in der Meßstufe der Leistungsverstärkerschaltung vorhandenen Kompensationswiderstände 56, 64, 58 und 72 dienen dazu, die Wirkung des parasitären Widerstandes auszugleichen, der in den Basis- und Emitter-Bereichen der Ausgangstransistoren 40 und 42 auftritt. Unter idealisierten Bedingungen haben die Arbeitsströme der Ausgangstransistoren 40 und 42 und die der Meßwiderstände 60 und 62 eine Beziehung, die durch die Gleichungen (1) und (2) ausgedrückt wird. Tatsächlich jedoch veranlassen die von den parasitären Widerständen herrührenden Spannungsfälle die Basis-Emitter-Spannungen der Ausgangstransistoren 40 und 42 über den theoretischen Wert anzusteigen. Als Folge hiervon steigen die Arbeitsströme der Meßwiderstände 60 und 62 über die Werte an, wie sie durch die Gleichungen (1) und (2) ausgedrückt werden. Der Ausgangstransistor wird außerhalb des Betriebszyklus durch den von dem parasitären Widerstand .herrührenden Spannungsfall nicht stark beeinflußt. Deshalb stimmt der durch die Meßstufe der Leistungsverstärkerschaltung erfaßte Strom selbst dann nicht mit dem Arbeitsstrom der Ausgangsstufe überein, wenn der Rückkopplungsstrom I„ konstant gehalten wird. Die Folge ist, daß das Produkt der Arbeitsströme I₁ und I- der Ausgangstransistoren AO und 42 instabil bleibt und verhindert wird, .daß die Arbeitsströme der

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Ausgangstransistoren 40 und 42 ausreichend zunehmen bzw. der Arbeitsstrom des Ausgangstransistors im Ruhezyklus unzulässig verringert wird und es evtl. zu Schaltverzerrungen führt. Um diese Schwierigkeiten zu unterdrücken, wird vorgeschlagen, den Widerstandswert des Kompensationswiderstandes N mal größer als den Widerstandswert des parasitären Widerstandes zu machen (N bezeichnet den Wert des Verhältnisses zwischen den Emitter-Flächen der Transistoren 40 und 60). Wird der Widerstandswert des Kompensationswiderstandes mehr als N mal größer als der Wert des parasitären Widerstandes gemacht, dann kann der Arbeitsstrom des Ausgangstransistors im Ruhezyklus erhöht werden, wie dies in Fig. 2 durch unterbrochene Linien dargestellt ist, wodurch das Auftreten von Kreuz- bzw. Schaltverzerrungen unterdrückt wird. Diese günstige Wirkung kann der Tatsache zugeschrieben werden, daß der Rückkopplungsstrom konstant gehalten wird und ein Ausgangstransistor im Arbeitszyklus durch einen Kompensationswiderstand mehr beeinflußt wird und gegebenenfalls im Arbeitsstrom reduziert wird. So steigt der Arbeitsstrom des Ausgangstransistors im Ruhezyklus ziemlich an.

Es wird nun anhand von Fig. 3 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Leistungsverstärkerschaltung beschrieben.

Eine Eingangsbuchse 10 ist über einen Kondensator 12 mit der Basis einen NPN-Transistors 14 verbunden. Die Emitter des

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Transistors 14 und eines NPN-Transistors 16 stehen miteinander in Verbindung. Die Emitter der beiden Transistoren 14 und 16 sind zum Kollektor eines NPN-Transistors 110 geführt. Die Basis des Transistors 110 ist an die positive Klemme einer Vorspannungsquelle 112 angeschlossen, deren negative Klemme mit der negativen Klemme der Gleichspannungsquelle in Verbindung steht. Der Emitter des Transistors 110 ist an die negative Klemme der Gleichspannungsquelle 20 über einen Widerstand 114 angeschlossen. Die Basisanschlüsse der Transistoren 14 und 16 sind über entsprechende Widerstände 22 und 24 geerdet. Die Kollektoren der Transistoren 14 und 16 sind jeweils mit den Basisanschlüssen von PNP-Transistoren 116 und verbunden. Der Kollektor des Transistors 118 ist mit den Basisanschlüssen von NPN-Transistoren 40 und 60 und außerdem mit dem Emitter des Transistors 40 über einen Widerstand 120 verbunden. Der Kollektor des Transistors 116 ist mit den Basisanschlüssen der NPN-Transistoren 42 und 62 und außerdem über einen Widerstand 122 mit dem Emitter des Transistors 42 verbunden. Der Kollektor des Transistors 40 ist an die positive Klemme der Gleichspannungsquelle 20 angeschlossen. Der Emitter des Transistors 40 ist mit dem Kollektor des Transistors 42 verbunden und über einen Widerstand 48 mit der Basis des Transistors 16 sowie ferner mit einer Ausgangsbuchse 52. Die Ausgangsbuchse 52 ist über eine Last 54 wie einen Lautsprecher geerdet. Der Emitter des Transistors 60 ist mit dem Emitter des Transistors 40 verbunden. Der Kollektor des Transistors steht mit der Kathode einer Diode 66 und der Basis eines NPN-

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Transistors 68 in Verbindung. Die Emitter derTransistoren 42 und 62 sind an die negative Klemme der Gleichspannungsquelle 20 angeschlossen. Der Kollektor des Transistors 62 ist mit dem Emitter des Transistors 68 und der Basis eines PNP-Transistors 70 verbunden. Der Kollektor des Transistors 70 ist mit dem Emitter des Transistors 110 verbunden. Der Emitter des Transistors 70 steht mit der Kathode einer Diode 74 in Verbindung. Die negative Klemme einer Hilfsgleichspannungsquelle 124, die eine höhere Spannung als die Gleichspannungsquelle 20 aufweist, ist mit der negativen Klemme der Gleichspannungsquelle 20 verbunden. Die positive Klemme der Hilfsgleichspannungsquelle 124 ist direkt an den Kollektor des Transistors 68, die Anoden der Dioden 74 und 66 und die Emitter der Transistoren 116 und 118 sowie ferner über entsprechende Widerstände 126 und 128 an die Kollektoren der Transistoren 14 und 16 angeschlossen.

Es wird nun die Arbeitsweise der zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Leistungsverstärkerschaltung nach Fig. 3 beschrieben.

Wenn der Eingangsbuchse 10 ein sinusförmiges Wellensignal zugeführt wird, dann gibt der Kollektor das Transistors 14 ein verstärktes Ausgangssignal weiter, das die gleich:: Phase

wie das Eingangssignal aufweise, und dar Kollektor des Transistors 16 liefert ein verstärktes Ausgangssignal, das eine gegenüber dem Eingangssignal invertierte Phase aufweist. Der Transistor

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116 wird durch das verstärkte Ausgangssignal des Kollektors des Transistors 14 angesteuert, wenn das Eingangssignal einen positiven Wert hat und der Transistor 118 wird durch das verstärkte Ausgangssignal des Kollektors des Transistors 16 angesteuert, wenn das Eingangssignal einen negativen Wert aufweist. Die Ausgangstransistoren 40 und 42 werden jeweils durch die Ausgangsströme der Kollektoren der Transistoren 118 und 116 gesteuert. Deshalb ist der verstärkte Ausgangsstrom des Transistors 40 in der Phase invertiert gegenüber dem Eingangsstrom und der verstärkte Ausgangsstrom des Transistors 42 hat die gleiche Phase wie der Eingangsstrom. Ein der Differenz zwischen den beiden verstärkten Ausgangsströmen der Transistoren 40 und 42 entsprechendes Signal wird der Last 54 wie einem Lautsprecher über die Ausgangsbuchse 52 zugeführt. Werden bei der erwähnten Ausführungsform die Ausgangstransistoren 40 und 42 im B-Betrieb vorgespannt, dann arbeitet die Ausgangsstufe -der Leistungsverstärkerschaltung in einem Gegentakt B-Betrieb.

Von den Ausgangssignalen werden die gesamte Gleichspannungskomponente und ein Teil der Wechselspannungskomponente der Basis des Transistors 16 über einen Gegenkopplungszweig mit einem Widerstand 48 zugeführt. Wie bei der ersten Ausführungsform werden die Arbeitsströme der Transistoren 40 und ^2„ d. h. deren Ausgangsströme I₁ bzw. I₀ jeweils durch dii ren 60 und 62 erfaßt bzw. gemessen. Die Arbeitsströme I-, und 1_A der Transistoren 60 und 62 v/erden durch die Rückkopplung»

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stufe synthetisiert, die durch die Transistoren 68 und 70 und die Dioden 66 und 74 gebildet wird, so daß der Arbeitsstrom Ip ( = ,/I₃I₄) des Transistors 70 geliefert wird. Dieser Strom Ip wird über einen Gegenkopplungszweig zu einer Konstantschaltung geführt, die aus dem Transistor 110, der Vorspannungsquelle 112 und dem Widerstand 114 gebildet wird, die in der Vorverstärkerstufe enthalten sind und wird im wesentlichen konstant gehalten. Deshalb haben die Ausgangsströme I₁ und I_, die von den Ausgangstransistoren 4O und 42 geliefert werden, eine inverse Beziehung, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist. Steigt der Ruhestrom der Ausgangstransistoren 40 und 42 an, dann steigen auch die Rückkopplungsströme an. Als Folge hiervon wird die Vorverstärkerstufe der Leistungsverstärkerschaltung durch die Konstantstromschaltung so gesteuert, daß der Ruhestrom der Ausgangstransistoren 40 und 42 auf einen im wesentlichen konstanten Pegel herabgesetzt wird. Bei der zweiten Ausführungsform wird die Ausgangsstufe alleine durch die Gleichspannungsquelle 20 getrieben und die restliche Vorverstärkerstufe, Treiberstufe und Rückkopplungsstufe der Leistungsverstärkerschaltung werden durch die Hilfsspeisespannung getrieben, die höher ist als die Spannung der Gleichspannungsquelle. Wenn deshalb die Ausgangstransistoren 40 und 42 in den Sättigungszustand gelangen, bleibt die Rückkopplungsstufe im ungesättigten Zustand. Hierdurch wird der gleiche Effekt wie bei der ersten Ausführungsform erzielt. Bei der zweiten Ausführungsform fehlt der Kompensationswiderstand, der dazu dient, den Effekt des parasitären Widerstandes der in

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der Ausgangsstufe auftritt, auszugleichen. Selbstverständlich ist es wesentlich besser, diesen Kompensationswiderstand vorzusehen.

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■IS-

Leerseite

Claims

BLUMBACH - WESER . BERGEN · KRAMER ZWIRNER . HOFFMANN PATENTANWÄLTE IN MÜNCHEN UND WIESBADEN 301 1933 Patentconsult Radeckestraße 43 8000 München 60 Telefon (089) 8836Oi/833604 Telex 05-212313 Telegramme Patentconsult Patentconsult Sonnenberger Straße 43 6200 Wiesbaden Telefon (06121) 562943/561998 Telex 04-186237 Telegramme Patentconsul! Tokyo Shibaura Denki Kabushiki Kaisha 80/8731 Horikawa-cho, Saiwai-ku, Kawasaki-shi- Patentansprüche

1. Leistungsverstärkerschaltung mit

einem Vorverstärkerkreis zum Verstärken eines Eingangssignals;

einem Ausgangskreis aus einem ersten und einem zweiten im Gegentakt geschalteten Transistor, die in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des Vorverstärkerkreises gesteuert werden;

einem Rückkopplungskreis zum Erfassen der Ströme des ersten und des zweiten Transistors und zum Zuführen eines Signals, das dem Produkt der erfaßten Ströme entspricht, zum Vorverstärkerkreis über einen Gegenkopplungszweig, um die Ruheströme des ersten und des zweiten Transistors zu regeln,
dadurch gekennzeichnet,

München: R. Kramer Dipl.-Ing. · W. Weser Dipl.-Phys. Dr. rer. nat. ■ E. Hoffmann Dipl.-Ing. Wiesbaden: P. G. Blumbach Dipl.-Ing. > P. Bergen Prof. Dr. jur. Dipl.-Ing., Pat.-Ass., Pat.-Anw.bis 1979 · G. Zwirner Dipl.-Ing. Dipl.-W.-Ing.

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daß der Ausgangskreis mit einem Anschluß (20) einer Spannungsquelle verbunden ist, dem ein vorgegebener Spannungspegel aufgedrückt wird und daß der Rückkopplungskreis und der Vorverstarkerkreis mit einem Vorspannungsanschluß (1) verbunden sind, dem in wenigstens einem Teil der aktiven Periode des Ausgangskreises eine höhere Spannung aufgedrückt wird, als es dem Wert der vorgegebenen Spannung entspricht, die dem Anschluß der Spannungsquelle aufgedrückt wird.

2. Leistungsverstärkerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß der erste und der zweite Transistor als NPN-Transistoren ausgebildet sind;

daß der Rückkopplungskreis einen dritten und einen vierten Transistor enthält, deren Basisanschlüsse jeweils mit denen des ersten und des zweiten Transistors verbunden sind, einen fünften und einen sechsten Transistor, die jeweils durch die Ausgangsströme an den Kollektoranschlüssen des dritten und des vierten Transistors gesteuert werden und deren Basisanschlüsse miteinander in Verbindung stehen, einen siebten und einen achten Transistor, deren Basis-Emitter-Spannungen zu einer Summe addiert werden, die gleich der Summe der Basis-Emitter-Spannungen des fünften und des sechsten Transistors ist und daß von einem

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Kollektor des siebenten und achten Transistors der Ausgangsstrom im Vorverstärkerkreis über den Gegenkopplungszweig zugeführt wird;

und daß der Vorspannungsanschluß mit dem Anschluß der Spannungsquelle über einen Widerstand verbunden ist und außerdem mit dem Ausgangsanschluß des Ausgangskreises über eine Bootstrap-Schaltung.

3. Leistungsverstärkerschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der fünfte und der sechste Transistor als Dioden wirken und Basis und Kollektor jeweils kurzgeschlossen sind;

und daß der Vorspannungsanschluß mit einer Spannungsquelle in Verbindung steht, die eine höhere Spannung aufweist, als die dem Anschluß der Spannungsquelle aufgedrückte vorgegebene Spannung.

4. Leistungsverstärkerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rückkopplungskreis dem Vorverstärkerkreis über einen Gegenkopplungszweig ein Signal zuführt, das der Differenz zwischen dem Produkt der Ausgangsströme des ersten und des zweiten Transistors und einem konstanten Strom entspricht, der durch eine Konstantstromquelle erzeugt wird.

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