DE3011933C2

DE3011933C2 - Leistungsverstärker

Info

Publication number: DE3011933C2
Application number: DE3011933A
Authority: DE
Inventors: Takashi Fujisawa Kanagawa Ishii; Hiroyasu Yokohama Yamaguchi
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1979-03-31
Filing date: 1980-03-27
Publication date: 1982-09-23
Also published as: US4333059A; FR2453540A1; DE3011933A1; JPS6212691B2; GB2047032B; GB2047032A; FR2453540B1; JPS55132111A

Description

Die Erfindung betrifft einen Leistungsverstärker gemäß dem Oberbegrih des Anspruchs 1.
Ein Leistungsverstärker dieser Art ist aus der Druckschrift »IEEE Journal of Solid States Circuits«, Vol. SC-; 1, No. 2, April 1976, Seiten 323 bis 328, Fig. 5, bekannt.

Bei herkömmlichen integrierten Leistungsverstärkern treten Schwierigkeiten bei der Herstellung von PNP-Transistoren großer Leistung auf. Die Ausgangsstufe bekannter Leistungsverstärker wird deshalb als quasi-komplementäre Seriengegentaktschaltung ausgeführt. In solchen quasi-komplementären Schaltungen sind zwei komplementäre Transistoren und zwei Leistungstransistoren kombiniert. In solchen Gegentaktverstärkern benutzte laterale PNP-Transistoren besitzen jedoch eine geringe Strombelastbarkeit, einen kleinen Stromverstärkungsfaktor und eine geringe Breitbandverstärkung (fr). Ein solcher Transistor kann daher Anlaß zu Schwingungen sein, was wiederum die Herstellung eines Verstärkers großer Ausgangsleistung verhindert Sind die beiden komplementären Transistoren der Endstufe in der üblichen Emitterschaltung, dann kann die Amplitude des Ausgangssignals und damit die Leistung vergrößert werden, ohne daß eine gesonderte Bootstrapschaltung vorgesehen wird. Wegen der thermischen Stabilität entstehen hierbei jedoch Schwierigkeiten hinsichtlich der Festlegrng des Ruhestroms der Transistoren der Endstufe, und es lassen sich außerdem Übernahmeverzerrungen im AB- oder im B-Betrieb nur schwierig verhindern. Wird hingegen die Ausgangsstufe eines Leistungsverstärkers anstelle von komplementären Transistoren mit Transistoren gleichen Leitfähigkeitstyps, insbesondere mit NPN-Transistoren bestückt, die eine große Strombelastbarkeit besitzen, dann kann die Größe des Chips der integrierten Schaltung verkleinert werden, da es nicht erforderlich ist, einen lateralen Transistor einzusetzen, so der eine große Chipfläche benötigt. Auch in diesem Fall ist es aber schwierig, den Ruhestrom der Ausgangstransistoren geeignet einzustellen. Aus dem Buch »Transistor audio amplifiers« von D. Jones und R. Ghea, 1968, Seiten 176 bis 178, insbesondere Fig. 9.21, Seiten 190/191, insbesondere Fig. 933, und Seite 247, Fig. 13.11, sind Leistungsverstärkerschaltungen mit komplementären oder quasi-komplementären Gegentaktendstufen bekannt, bei denen eine Bootstrapschaltung zu dem Zweck eingesetzt ist, die vorhandene Unsymmetrie der Endstufe zu kompensieren und sicherzustellen, daß beide Endstufentransistoren voll ausgesteuert werden können. Gleiches ist aus der Firmendruckschrift Telefunken »Halbleitermitteilungen für die Industrie«, 6503 114 vom Oktober 1965, Seiten 2 und 3, bekannt.
Die DE-OS 27 11 912 offenbart eine Leistungsverstärkerschaltung mit komplementärer Endstufe und Differenzvorverstärkerstufe. Zwischen dem Ausgang der Endstufe und dem einen Eingang der Differenzvor-

vßrstärkerstufe besteht eine Gleichstromgegenkopplung. Diese sorgt für eine symmetrische Spannungsaufteilung zwischen den Endstufentransistoren.

Die Erfindung geht von einem Leistungsverstärker mit einer Vorverstärkerstufe und einer Endstufe aus, bei dem mittels einer Detektorstufe die Betriebsströme der Endstufentransistoren gemessen und mit Hilfe einer Rückkopplungsstufe auf die Vorverstärkerstufe zurückgekoppelt werden, um so eine Stabilisierung des Ruhestroms der Endstufe zu erreichen, wie es aus der eingangs zuerst genannten Druckschrift bekannt ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Leistungsverstärker der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art zu schaffen, bei dem der Ruhestrom der beiden Transistoren der Endstufe leicht auf einen vorgegebenen Pegel einstellbar ist und zugleich das Auftreten von später noch näher erläuterten Schwingungen oder Unregelmäßigkeiten vermieden wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst

Die Lösung umfaßt eine spezielle Ausführung der Detektorstufe und der Rückkopplungsstufe sowie die Verwendung einer Hilfs-Spannungsquelle, die mit der Funktion der aus dem oben erörterten Stand der Technik bekannten Bootstrapschaltung nichts zu tun hat.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert Es zeigt

Fig. 1 eine erste Ausführungsform eines Leistungsverstärkers gemäß der Erfindung,

Fig.2 die Ausgangskennlinie des Leistungsverstärkers nach Fig. 1 und

F i g. 3 eine weitere Ausführungsform des Leistungsverstärkers gemäß der Erfindung.

Es wird nun die Schaltung einer ersten Ausführungsform des Leistungsverstärkers anhand von F i g. 1 beschrieben.

Eine Einpangsbuchse 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 16 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 Vorveistärkerstufe einen Differentialverstärker.

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 Transistoien 32 'jnd 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 S8 ist über einen Widerstand 44 an die positive Klemme der Gleichspannungsquelle 20 angeschlossen. 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 Transistors 36 in

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

is 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 Gleichspannungsquelie 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 gebilde; 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 verbunden. 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 PN-Transistors 70 verbunden. Der Emitter des Transistors 62 ist über einen Kompensationswiderstand 72 an die negative Klemme der Gleichspanr.ungsquslle 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 Ti ansistors 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 H ein Bootsvrap-Kondensator. Die Transistoren 66, 68, 70 und 74 bilden zusammen eine Rückkopplungsstufe.

Es wird nun die Arbeitsweise des Leis'iungsverstärkers dieser Ausführungsform beschrieben. Es sei angenommen, daß der Eingangsbuchse 10 ein periodisches, sinusförmige, Signal zugeführt wird, dessen positive und negative Halbwellen sich abwechselnd wiederholen, wobei das Erdpotential als Bezugspotential dient. Das Eineanessienal wird über eine Zcitknn·

stantcnschaltiing 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 Uifferentialverstärker bilden, abwechselnd in Abhängigkeit von der positiven oder negativen Halbwolle des Eingangssignals angesteuert. Der Kollektor des Transistors 14 liefert ein verstärktes, invertiertes Signal des Eingangssignals. Vom Transistor 16 wird ein nichtinvertiertes, verstärktes Signal des Eingangssignal^ 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, nichtinvertiertes Signal des Eingangssignals ausgegeben. Die Kollektorströme der Transistoren 32 Uhu 34 iiitueii in den einsprechenden Widerständen 7b und 78 einen Spannungsabfall 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 !-!albwelle ist. Die Transistoren 40 bzw. 42 bilden mit den entsprechenden Transistoren 36 bzw. 38 eine Darlingtonschaltung. Deshalb wird vom Transistor 40 ein verstärkter Aiisgangsstrom erzeugt in Form eines nichtinvertierten Signals 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 Leistungsverstärkerschultung 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 Transistorer 60 und 62 ebenso wie die Transistoren 40 und 42 jeweils durch den Emitterstrom der Transistoren 36 und 38 ge_ieuert. 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 Leisiungsverstärkerschaltung 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], h. h. L und If bezeichnet. Ferner sei angenommen, daß die Emitterflächen 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 l\ und h die durch die folgende Gleichung ausgedrückte Beziehung:

Die Arbeitsströme h und U haben die durch die folgende Gleichung ausgedrückte Beziehung:

U = h/N

Das Potential der in F i g. 1 angezeigten Stelle A läßt sich als Summe der Basis-Emitter-Spannung V_nE(6 des Transistors 66 und der Basis-Emitter-Spannung V_HFNI des Transistors 68 oder als Summe der Basis-Emitter-Spannung Vet ?4 des Transistors 74 und der Basis-Emitter-Spannung Kß/r/odes Transistors 70 ausdrücken. Der Sättigungssperrstrom (Sättigtingsstrom in Sperrichtung) des PNP-Transistors 66 sei mit Isp, der Sättigungssperrstrom des NPN-Transistors 68 mit lg_N bezeichnet und es sei angenommen, daß die Emitterflä-LMtM lifi TiUMMälüi'cil SG üiiu 70 üdS Vcrnäiiiiiä K\ ; 1, die Emitterflächen der Transistoren 68 und 74 das Verhältnis Ki : 1 aufweisen und die Stromverstärkungsfaktoren dieser Transistoren groß genug sind, um die Basisströme zu vernachlässigen. Dann lassen sich die Basis-Emitter-Spannungen VrE₆₆, VbF₆₈, Vbf.-4 und Vflf /oder Transistoren 66,68, 74 und 70 jeweils wie folgt ausdrücken:

¹ hi f.i. ^m ~,— ·

'/ Kr

kr

q K₁ /_sv

I -^k7'\_n ^h

q K_: K₁.

wobei:

k = Boltzman-Konstante
ι Τ = absolute Temperatur
q = Elektronenladung

In vorliegendem Fall hat der Transistor 68 einen so großen Stromverstärkungsfaktor ß, daß der durch den ι Transistor 66 fließende Strom als Arbeitsstrom Λ des Transistors 60. der durch den Transistor 68 fliehende Strom als Arbeitsstrom U des Transistors 62 und der durch den Transistor 74 fließende Strom als Arbeitsstrom /fdes Transistors 70 betrachtet werden kann.

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

Hn-

If

i h

In -A. Hn-^- = In
Isr Iss

IF-VhK₂TU^VM'

(wobei K₁K₂ « 1).

Da der Arbeitsstrom /_fdes Transistors 70 von dessen Kollektor über den Gegenkopplungsweg zur Vorver-

■.t.irkerstule der LetslungsviTstarkerschalUing geliefert wird, k.iiiii die lolgende (ileicluing abgeleitet werden:

- I · ■· _n β

-2/i_:„) 4"

τ(

\'n, ..und I'm ■„. = jeweils die Basis-limitler-Spanniingen der Transistoren 32 und 34.
I₁ ,. /,,,. /·,- und Α., = jeweils die Kollektorströme der Transistoren 14.16.32 und 34.
/ ^ Strom, der durch den Widerstand 18 fließt.
R^. Κ-.,, Ltnti R;; ~ Widerstands«erte der Widerstände 28.30 und 35.
Ii - Stromverstärkung (sehr viel größer 1).

Deshalb ist der Arbeitsstrom h=\fhh 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 F i g. 2 hervorgeht. Weist die Eingangsspannung Veinen positiven Wert auf. dann nimmt der Arbeitsstrom I\ des Transistors 40 zu. Der Arbeitsstrom A> 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 A = /2- Deshalb läßt sich der Ruhestrom Irtuhe der Transistoren 40 und 42 wie folgt ausdrücken:

IRuhe» If

Bei der LeistungsverstärkerschaUung dieser Ausführungsform kann deshalb der Ruhestrom /r_u/,_c leicht auf einen geeigneten Wert eingestellt werden. Darüber hinaus kann der Wert konstant gehalten werden. Die in F i g. 2 eingezeichnete strichpunktierte Linie stellt If(=t/TJi) dar. Bei der Eingangsspannung V=O zeigt die strichpunktierte Linie einen Wert an, der dem Ruhestrom I_Ruhe entspricht Die Definition des Ruhestroms Iftuhe 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 Meßtransistoren 60 bzw. 62. Falls die Ausgangsstufe der Leistungsverstärkerschaltung nach F i g. 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 Transistor 40 bei hohen Strömen gesättigt. Das Emitter-Potential des Transistors 40 steigt auf 0,2 bis 0,5 (V) unterhalb des Potentials der positiven Klemme. Da der Transistor 60 am Kollektor mit der Diode 66 belastet ist. wird der Transistor 66 gesättigt. Der Arbeitsstrom des Transistors 60 wird auf 0 herabgesetzt. Der Rückkopplungsstrom (der Arbeitsstrom /; 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 1 'nregelmäßigkeitcn wie das Auftreten einer Schwingung.

Um die erwähnten Mängel zu unterdrücken, ist die Ausgangsstufe der Leistungsverstärkerschaltung gemäß einer Weiterbildung der Erfindung mit der Gleichspannungsquelle 20 verbunden. Die Meß- und Rückkoppl'iii'igjsiüfcn uei Leisiungsverstärkerschaitung sind an eine Hilfs-Spannungsspeiseleitung I angeschlossen, deren Spannung von der der Gleichspannungsqiielle 20 verschieden ist. Diese Hilfs-Speisespannung ist eine Bezugsspannung eines Pegels, der etwas niedriger liegt als der der Spannung der Gleichspannungsquelle 20. Die Hilfs-Speisespannung wird dadurch erhalten, daß man die von der Ausgangsstufe gelieferte Ausgangsspannung über den Rootstrap-Kondensator 50 zur Bezugsspannung addiert. Da die positive Spannung am Ausgangsanschluß 52 verfügbar ist und die Hilfs-Speisespannung 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. Als Folge hiervon kann der Ruhestrom /r_u/,_c des Ausgangstransistors 40 im wesentlichen konstant gehalten werden, ohne daß die Beziehung von /r(Rückkopplungsstrom) = \iTJ2 unterbrochen wird.

Die in der Meßstufe der Leistungsverstärkerschaitung 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 Meßtransistoren 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 Meßtransistoren 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 RückkopplungsstroiTi If konstant gehalten wird! Die Folge ist. daß das F'rodukt der Arbeitsströme U und h der Ausgangstransiütoren 40 und 42 instabil bleibt und verhindert wird, daß die Arbeitsströme der Ausgangstransistoren 40 und 42 ausreichend zunehmen bzw. der Arbeitsstrom des Ausgangstransistors im Ruhezyklus unzulässig verringert wird und es eventuell zu Schaltverzerrungen führt. Um diese Schwierigkeiten zu unterdrücken, wird vorgeschlagen, den Widerstands-

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ίο

wert des Kompensationswiderstandes /Vmal großer 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 /Vm a I größer als der Wert des parasitären Widerstandes gemacht, dann kann der Arbeitsstrom des Ausgangstransistors im Ruhezyklus erhöht werden, wie dies in F i g. 2 durch unterbrochene Linien dargestellt ist, wodurch das Auftreten von Kreuzbzw. 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.

Fs wird nun

von ρ i σ 3 eine

Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Leistungsverstärkerschaltung beschrieben.

Eine Eingangsbuchse 10 ist über einen Kondensator 12 mit der Basis eines NPN-Transistors 14 verbunden. Die Emitter des 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 20 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 118 verbunden. Der Kollektor des Transistors 118 ist mit den Basisanschlüssen von NPN-Transisloren 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 60 steht mit der Kathode einer Diode 66 und der Basis eines NPN-Transistors 68 in Verbindung. Die Emitter der Transistoren 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 Hilfs-Gleichspannungsquelle 124, die eine höhere Spannung als die Gleichspannungsquelle 20 a-ufweist, ist mit der negativen Klemme der Gleichspannungsquelle 20 verbunden. Die positive Klemme der Hilfs-Gleichspanmingsquellc 124 ist direkt an den Kollektor des Transistors 68, uie 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.

Fs wird nun die Arbeitsweise der zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Leistungsverstärkerschaltung nach F i g. 3 beschrieben.

Wenn der Eingangsbuchse 10 ein sinusförmiges Wellensignal zugeführt wird, dann gibt der Kollektor des Transistors 14 ein verstärktes Ausgangssignal weiter, das die gleiche Phase wie das Eingangssignal aufweist, und der Kollektor des Transistors 16 liefert ein verstärktes Ausgangssignal, das eine gegenüber dem Eingangssignal invertierte Phase aufweist. Der Transistor 116 wird durch das verstärkte Ausgangssignal des Kollektors des Transistors 14 angesteuert, wenn dis Eingangssignal einen positiven Wert hat, und der Transistor 118 wird durch dni verstärkte Αΰί3£ΓίΐΠκ35ί-gnal 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 Ausf ''hrungsform werden die Arbeitsströme der Transistoren 40 und 42, d. h. deren Ausgangsströme I\ bzw. I₂, jeweils durch die Transistoren 60 und 62 erfaßt bzw. gemessen. Die Arbeitsströme /3 und /4 der Transistoren 60 und 62 werden durch die Rückkopplungsstufe synthetisiert, die durch die Transistoren 68 und 70 und die Dioden 66 und 74 gebildet wird, so daß der Arbeitsstrom /f( = /Tsh) des Transistors 70 geliefert wird. Dieser Strom /fwird 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 I\ und /2, die von den Ausgangstransistoren 40 und 42 geliefert werden, eine inverse Beziehung, wie dies in F i g. 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. Sei der zweiten Ausführungsform wird die Ausgangsstufe alkine durch die Gleichspannungsquelle 20 getrieben, und die restliche Vorverstärkerstufe, Treiberstufe und Rückkopplungsstufe der Leistungsverstärkerschaltung

werden durch die Hilfs-Speisespannung getrieben, die höher ist als die Spannung der Gieichspannungsquelle. Wenn deshalb die Ausgangstransistoren 40 und 42 in den Sättigungszustand gelangen, bleibt die Rückkoppkingsstufe im ungesättigten Zustand. Hierdurch .vird der gleiche Effekt wie bei der ersten Ausführungsforni

erzielt. Bei der zweiten Ausführungsform fehlt der Kompensationswidersland, der dazu dient, den Effekt des parasitären Widerstandes, der in der Ausgangsstufe auftritt, auszugleichen. Selbstverständlich ist es wesentlich besser, diesen Kompensationswiderstand vorzusehen.

2 Blau /.eiehiiimuen

Claims

Patentansprüche:

1. Leistungsverstärker, umfassend

eine Vorverstärkerstufe mit einer Konstantstromquelle und einem an eine Signalquelle anschließbaren Eingang,

eine mit der Vorverstärkerstufe verbundene Endstufe mit zwei in Gegentaktschaltung angeordneten Transistoren und einem Ausgang, an den eine Last anschließbar ist,

eine Detektorstufe, die mil der Endstufe verbunden ist und deren Ausgangsströme mißt, eine Rückkopplungsstufe zwischen einem Ausgang der Detektorstufe und der Vorverstärkerstufe und eine an die Vorverstärkerstufe und die Endstufe angeschlossene Haupt-Spannungsquelle, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektorstufe einem dritten, einen vierten, einen fünften und einen sechsten Transistor (60, 62, 66,68) aufweist.

daß der dritte Transistor (60) mit einem ersten Transistor (40) der beiden Transistoren der Endstufe eine Stromspiegelschaltung bildet, daß die Basis des dritten Transistors (60) mit der Basis des ersten Transistors (40) verbunden ist, daß der Kollektor des dritten Transistors (60) über die Basis-Eniitter-Strecke des sechsten Transistors (68) mit dem Kollektor des vierten Transistors (62) verbunden ist,

daß der Kollektor des dritten Transistors ferner über den fünften Transistor (66), der in Rückwärtsrichtung als Diode geschaltet ist, mit einer Hilfs-Spannungsquelle (1,124) verwunden ist, daß die Basis des vierten Tra .sistors (62) mit der Basis des zweiten Transistors (42) der Endstufe verbunden ist,

daß die Rückkopplungsstufe einen siebten und einen achten Transistor (70,74) enthält, daß die Basis des siebten Transistors (70) mit dem Emitter des sechsten Transistors (68) verbunden ist, daß der Emitter des siebten Transistors (70) über den achten Transistor (74), der in Rückwärtsrichtung als Diode geschaltet ist, mit der Hilfs-Spannungsquelle (1,124) verbunden ist und

daß der Kollektor des siebten Transistors (70) mit der Vorverstärkerstufe verbunden ist.

2. Leistungsverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe aus der Basis-Emitter-Spannung des fünften Transistors (66) und der Basis-Emitter-Spannung des sechsten Transistors (68) gleich ist der Summe aus der Basis-Emitter-Spannung des siebten Transistors (70) und derjenigen des achten Transistors (74) und daß die Rückkopplungsstufe einen dem Produkt der Beiriebsströme von erstem und zweitem Transistor (40, 42) entsprechenden Strom erzeugt.

3. Leistungsverstärker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfs-Spannungsquelle (1) über einen Widerstand (46) an die Haup'-Spannungsquelle (20) und über einen Kondensator (50) an den Ausgang (52) der Endstufe angeschlossen ist.

4. Leistungsverstärker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfs-Spannungsquelle (124) eine Spannung liefert, die höher als die der Hauptspannungsquelie (20) ist.

5. Leistungsverstärker nach Anspruch 1, dadurch

gekennzeichnet, daß die Rückkopplungsstufe einen Strom erzeugt, der der Differenz zwischen dem Produkt der Betriebsströme von erstem und zweitem Transistor (40, 42) und einem von der Konstantstromquelle (110) erzeugten konstanten Strom entspricht.