DE3037528C2 - Als integrierter Schaltkreis aufgebauter Verstärker - Google Patents

Description

sistor sowie an die dynamische Belastung dieses ι ransislors angeschlossen sind, wobei die Zusammenschallungspunkte der Transistoren eines jeden Pärchens entsprechend mit den Basen der diesen einen entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp aufweisenden Endstufentransistoren verbunden sind, wobei die Basis-Emitier-Übergänge des ersten und des vierten Transisiors denen des Ausgangstransistors und des Transistors der dynamischen Belastung der Zwischenstufe parallel geschaltet sind, wobei die Basen des zweiten und des dritten Transistors miteinander verbunden und an den Ausgang der Zwischenstui-· angeschlossen sind, wobei deren Kollektoren mit den ihrem Leitfähigkeitstyp entsprechenden Speiseschienen verbunden sind, wobei die Basen und die Emitter der Transistoren der Überlasisehutzbauelemenie entsprechend miteinander gekoppelt sind und die Zusanimenschallungspunkle von deren Basen an den Ausgang des Verstärkers, die Zusammenschaliungspunkte der Emitter an den Ausgang der Zwischenstufe und die Zusammenschaltungspunkle der Kollektoren an die ihrem Leitfähigkeitstyp entsprechenden ipeiseschienen angeschlossen sind.

Eine solche schaltungstechnische Gestaltung des als integrierter Schaltkreis aufgebauten Verstärkers ermöglicht es. eine erhöhte Stabilität des Verbrauchsstromes und eine geringere Streuung dieses Stromes bei Einzelerzeugnissen zu erzielen und eine Reserve der Spannungsverstärkung zu sichern, wodurch die Anzahl der hergestellten gebrauchstauglichen Erzeugnisse bei deren Serienproduktion erhöht wird. Durch die Verwendung des erfindungsgemäßen Verstärkers wird es möglich, K.lirrverzerrungen sowohl im Bereich der Kleinst- \ls auch im Bereich der Maximalwerte der Signale zu verringern sowie die Maximalamplitude der Ausgangsspannung zu vergrößern.

Des weiteren wird das Wesen der Erfindung durch deren eingehender Beschreibung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. I das Funktionsschaltbild des als integrierter Schaltkreis ausgeführten Verstärkers gemäß der Erfindung;

Fig. 2 das Schaltbild eines der beiden Kanäle des Verstärkers gemäß der Erfindung.

Der Verstärker (Fig. 1) schließt zwei identisch aufgebaute Kanäle I und 2. welche die Verstärkung der Eingangssignale sichern, und eine Einrichtung 3 zur Sicherung des Glelchstromverstärkerbetriebes ein. Der jeweilige Kanal 1 bzw. 2 (in Fig. 2 Ist nur Kanal 1 dargestellt) weist eine Eingangs-, eine Zwischen- und eine Endstufe 4 bzw. 5 bzw. 6 auf, welche miteinander verbünden sind (herkömmlicherweise durch galvanische Verbindung).

Die Eingangsstufe 4 Ist mit In Differenz-Schaltung betriebenen Transistoren 7 und 8 vom pnp-Typ und mit einer durch Transistoren 9 und 10 (vom npn-Typ) gebildeten dynamischen Belastung sowie mit einem mit einem Transistor Il bestückten Stromquellengenerator versehen, wobei die Basis des Transistors 11 an den als eine Diode geschalteten Transistor 12 angeschlossen ist. Die Zwischenstufe 5 enthält einen mit einem Transistor 13 vom npn-Typ bestückten Eniitter^rolger, einen Ausgangstransistor 14 vom npn-Typ mit einem Transistor 15 vom pnp-Typ als dynamische Belastung, einen dem Eingang der Zwischenstufe parallel geschalteten Überlastschutztransistor 16 vom npn-Typ sowie eine zwischen dem Eingang und dem Ausgang der Zwischenstufe geschaltete Schutzdiode 17.

Die Endstufe 6 stellt eine Lelstungsverstärkungsstule dar. Sie ist mit in Zweitaktschaltung betriebenen Transistoren 18 und 19 vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp (Komplementärtransistorer) mit Widerständen 20 und 21 in deren Emitierstromkreisen bestückt, wobei als Kollektor des Transistors 19 vom pnp-Typ das Substrat der integrierten Schaltung dient.

Zwischen den Basen der Transistoren 18 und 19 und dem Ausgang der Zwischenstufe 5 sind erfindungsgemäß zwei Transistorpärchen 22, 23 und 24, 25 in Serienscha!- tung des ersten mit dem zweiten und des dritten mit ίο dem vierten Transitor geschaltet, wobei die zu dem jeweiligen Transistorpärchen gehörenden Transistoren von demselben Leiifähigkeitstyp sind (im ersten Pärchen sind die Transistoren 22, 23 vom pnp-Typ, und im zweiten Pärchen sind die Transistoren 24, 25 vom npn-Typ). Der Zusammenschaltungspunkt der Transistoren 22, 23 ist mit der Basis des Transisiors 18 und derjenige der Transistoren 24, 25 mit der Basis des Transistors 19 gekoppelt; die Kollektoren sind an entsprechende Speiseschienen 26 und 27 und die Basen des zweiten Transistors 23 und des dritten Transistors 24 an den Ausgang der Zwischenstufe 5 angeschlossen. Der Basis-Emittcr-Übergang des Transistors 22 ist dem Bas/s-Emüter-Übergang des Transistors 15, und derjenige des Transistors 25 dem des Transistors 14 parallel geschaltet. Die Emitter - 25 der Transistoren 14 und 25 sind über einen gemeinsamen Widerstand 28 an die Speiseschiene 26 angeschlossen.

Die Transistoren 22, 23 sind in ähnlicher Weise wie die Transistoren 24, 25 ausgeführt; dabei dient als Kollektor des Transistors 23 das Substrat der integrierten Schaltung. Darüber hinaus ist zwischen dem Ausgang des Verstärkers und dem Ausgang der Zwischenstufe 5 ein Transistorpärchen 29 und 30 vom npn- und pnp-Typ geschaltet, welche in ähnlicher Weise wie die Transistoren 18 und 19 der Endstufe ausgeführt sind. Die Basen und Emitter der Transistoren 29 und 30 sind miteinander entsprechend verbunden. Die Basen-Zusammenschaltungspunkte sind an den Ausgang des Verstärkers, die Emltter-Zusammenschaltungspunkle an den Ausgang der Zwischenstufe 5. und die Kollektoren sind an die entsprechenden Speiseschienen 26 und 27 angeschlossen. Die Wirkungswelse der Schaltung besteht im folgenden. Beim Anlegen der Speisespannung an die Schienen 26 (-Ef,,,) und 27 (+Es,.) erzeugt die Einrichtung 3 einen Konstantstrom, welcher den als Diode geschalteten Transistor 12 speist. Der Spannungsabfall an der Einrichtung 3 dient als Referenzspannung für die mit Transistoren M, 15 und 22 bestückten Slromquellengeneratoren. die den Verstärkerbetrieb der Differenzeingangsstufe. der Zwischen- und der Endstufe 4 bzw. 5 bzw. 6 sichern. Die Vorspannung der Ausgangstransistoren 18 und 19 wird durch die Ströme bestimmt, welche durch die Vorspannungstransistoren 23 und 24 fließen, ihrerseits durch die Transistoren 22 und 25 vorgegeben werden. Die Vorspannung der Transistoren 18 und 19 hängt sowohl von der Stromstärke an diesen Transistoren als auch von dem Verhältnis zwischen den Emitterflächen der Transistoren 15 und 22 sowie 14 und 25 ab.

Durch Veränderung der Stärke des durch diese Transistoren fließenden Stromes sowie durch Veränderung der Emitterflächen werden die Symmetrie und die hohe Linearität der Kennwerte des Verstärkers in Magnettonaufnahmegeräten sowie eine hohe Reproduzierbarkelt seiner Parameter bei Serienproduktion erreicht. Der Ruhestrom des Pärchens von Ausgangstransistoren 18 und 19 wiederholt mit dem Verhältnis m den Strom der Transistoren 23 und 24 des Vorspannungstranslstorpärchcns, wobei m das Verhältnis zwischen den Emitterflächen der Transistoren 18 und 19 sowie 23 und 24 dar-

stellt. Zusätzlich dienen die I ransistorcn 2.1 und 24 als
/wischen dem Ausgang der Zwisehensiulc 5 und dem
Hingang der lindslufe 6 geschaltete Lniitierlolucr.
wodurch die Linwirkung der Belastung aul ilen \ erstärkerbetrieb in der Zwischenslulc 5 liciahgeniiiKlcn und >
die Reserve der Spannungsverslärkung in dem gesamten
Verstärker vermehrt wird.

Oas Kingangssignal. welches an den nicht invertierenden I'lus-Kingang und/oder den inverlierenden Minustingang eines jeden der Kanäle 1 (2) des Verstärkers to
zugeführt wird, wird spannungsmäliig durch die DiIIercn/.eingungssiulc und die Zwischenstufe 4 b/w. 5 und
IcistungsniälJig durch die findsiuleo verstärkt. Hei einem
hohen l'cgelsl.md des /u verstärkenden Signals h/w. hei
Überlastungen der Zwischenslule 5 spricht das mit dem 15
Transistor !6 und dem Widersland 28 bestückte Überlaslschuizelcment an. Der zunehmende Spannungsabfall
an dem Widerstand 28 unier einen bestimmten Pegelstand führt das Öffnen des Transistors 16 herbei, welcher
den liingang der Zwischenstufe überbrückt. Beim Kurz- 20
schluü oder bei der am Verstärkerausgang auftretenden

überlastung wird der Strom in dem Stromkreis der I ransistorcn IX und 19 gröher. und dementsprechend nimmt der Spannungsahlall an ilen Widerstünden 20 und 21 in \hhiingjgkeil \on tier l'olariläl des /li verstärkenden Signals zu. Diesel Strom gelangt durch die geüllneleii Basis-l-.miiier-i bergaiige tier 'transistoren 18 und 23 h/u I·) und 24 an die I ransisloren 29 oder 311. Die Werte des SpaniHingsahlalis an den Basis-Kmiller-Übergüngen der 1 ransistoren 18 und 2.1 (19 und 24) sind für jeden 1 lansislor ungefähr gleich, dem Slroniartzeichen aber enigegengeset/i und gleichen einander fast aus, wodurch der Spannungsiiblall an den Widerständen 2(1 und 21. welcher dem Ausgangsstrom proportional ist, last ausschließlich an den Basis-limitler-Übergang der Überlastschutzlransisioren 29 und Mi angelegt wird. Die letzteren öffnen sich hei Überlastum'i'n und Kurzschlüssen im Belasiungsstromkreis. überbrücken die llauptsiromkreise der Transistoren 24 oder 23 und beugen somit der weiteren trregung der Transistoren 18 und 19 des Ausgangspärchens vor.

Hierzu 1 Blatt. Zeichnungen

Claims (2)

Patentanspruch: Integrierter Verstärkerschalikreis, der zwei identisch aufgebaute Kanäle enthält, die jeweils aufweisen: - eine mit Transistoren vom pnp-Typ bestückte DiI-ferenzeingangsstufe (4), - eine mit einem Eingangstransiirtor, einem Überlastschutztransistor und einem Ausgangstransistor vom npn-Typ und einer Überlastschutzdiode bestückte sowie mit einer dynamischen Belastung des Ausgangstransistors versehene Zwischenstufe (5) und - eine aus Komplementärtransistoren mit Widerstunden in den Emitierstromkreisen sowie aus einem Überlastschutz, der mit zwei Transistoren von unterschiedlichem Leitungstyp bestückt ist, ausgestattete Endstufe (6) sowie - eine an den jeweiligen Kanal angeschlossene Einrichtung zur Sicherung des Gleichstromverstärker-Bctriebes, dadurch gekennzeichnet, - daß zwischen der Zwischen- und Endstufe (5, 6) zusätzlich:

1. zwei Transistorpaare (22, 23 und 24, 25) geschaltet sind,

1.1. die denselben Lellfähigkcltstyp je Paar aufweisen, wobei

1.2. der erste Transistor (22) mit dem zweiten (23) und der dritte Transistor (24) mit dem vierten (25) hlntereinandergeschaltet sind, und

1.2.1. die Zusammenschaltungspunkte eines jeden Triinsistorpaares (22, 23 und 24, 25) jeweils an die Basen der Transistoren (18, 19) der Endstufe angeschlossen sind, die von entgegengeseutem Leltfählgkeltstyp sind,

1.3. die an den Ausgangstransistor (14) der Zwischenstufe (5) und an Jen als reine dynamische Last wirkenden Transistor (15) angeschlossen sind, wobei

1.3.1. der Transistor (15) von demselben Leitfähigkeitstyp wie die Transistoren (22, 23) und der Transistor (14) von demselben Leitfähigkeitstyp wie die Transistoren (24, 25) ist, und

1.3.2. die Basis-Emltter-Übergänge des vierten und des ersten Transistors (25, 22) den Basis-Emitter-Übergängen des Ausgangstransistors (14) und des als reine dynamische Last wirkenden Transistors (15) parallelgeschaltet sind,

1.4. deren zweite und dritte Transistoren (23, 24) mit Ihren Basen verbunden und an den Ausgang der Zwischenstufe (5) sowie mit ihren Kollektoren an die ihrem Leltfählgkeitsiyp entsprechenden Speiseschienen (26, 27) angeschlossen sind, und

2. daß die Basis end der Emitter der Transistoren (29, 30) der Überlastschutzbauelemente miteinander verbunden, der Verblndungspunkt Ihrer Basen an den Ausgang des Verstärkers, der Verbindungspunkt ihrer Emitter an den Ausgang der Zwischenstufe (5) und ihr Kollektor jeweils an die Ihrem Leltfählgkeltstyp entsprechenden Speiseschienen (26, 27) angeschlossen 1st.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen alt integrierter Schaltkreis aufgebauten Verstärker, insbesondere für die Magnetaufnahme und -wiedergabe von elektrischen Signalen.

> Besonders vorteilhaft kann der erfindungsgemäße Verstärker in radioelektronischen Geräten zur Aufnahme und Wiedergabe von Niederfrequenzsignalen, beispielsweise in Stereofonischen Tonbandgeräten, verwendet werden.

ίο Es sind als integrierter Schaltkreis aufgebaute Zweikanalverstärker bekannt (vgl. die Zeitschrift »IEEE Transactions on Broadcast and Television Receivers«, 1972, Heft 3, S. 201 bis 203). Solche Verstärker werden von der Firma »Raytheon Semiconductor« unter der Bezeichnung r, RC 4558 (RV 4558) hergestellt (s. auch den Katalog der Firma Raytheon »Linear Integrated Circuits«, USA. 1976).

Der bekannte, als integrierter Schaltkreis ausgeführte Zweikanalverstärkcr enthält zwei identisch aufgebaute -'« Kanäle, von welchen jeder eine mit Transistoren vom pnp-Typ bestückte und mit einer durch Transistoren von entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp gebildeten dynamischen Belastung versehene Differenzeingangsstufe, eine Zwischenstufe mit einem Eingangs- und einem Aus- -"> gangstransisior mit dynamischer Belastung sowie eine mit Komplementärtransistoren bestückte und mit Überlastschutzelementen ausgeführte Endstufe umfaßt. Darüber hinaus enthält dieser Verstärker eine Einrichtung zur Sicherung des Gleichstromverstärkerbetriebes, weli⁽) ehe mit dem jeweiligen Kanal gekoppelt Ist.

Unter den Bedingungen der Serienproduktion hängen die Betriebskenngrößen des erwähnten Verstärkers in einem bedeutenden Maße von technologischen Faktoren ab. So tritt beispielsweise eine Streuung des Verbrauchs- <"> Stroms sowie die des Verstärkungsfaktors auf. wodurch die Anzahl der hergestellten gebrauchstauglichen Erzeugnisse reduziert wird. Darüber hinaus sind dem erwähnten Verstärker erhöhte Klirrverzerrungen sowohl im Schwachsignalberelch als auch bei den Maximalbetriebswerten der Ausgangsspannung eigen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen solchen als integrierter Schaltkreis aufgebauten Zweikanalvcrstärker zu entwickeln, bei dem es möglich Ist, durch eine neue schaltungstechnische Gestaltung die Reprodu-¹^ zierbarkelt der Parameter zu erhöhen sowie die Anzahl der hergestellten gebrauchstauglichen Erzeugnisse bei deren Serienproduktion zu vergrößern.

Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß In einem als Integrierter Schaltkreis ausgeführten Verstär- ^V) ker, enthaltend zwei Identisch aufgebaute Kanäle, von welchen jeder eine mit Transistoren vom pnp-Typ bestückte Differenzeingangsstufe, eine mit einem Eingangs-, einem Ausgangs- und einem Überlastschutztransistor vom pnp-Typ und einer Überlastschutzdiode "'"' bestückte sowie mit einer dynamischen Belastung des Ausgangstransistors versehene Zwischenstufe und einem mit Komplementärtransistoren mit Widerständen In den Emitterstronikreisen und Überlastschutzelemenien aus Transistoren von unterschiedlichem Leltfählgkeltstyp '" bestückte Endstufe und eine an den jeweiligen Kanal angeschlossene Einrichtung zur Sicherung des Glelchstromverstärkerbetrlebes aufweist, zwischen die Zwischen- und die Endstufe erfindungsgemäß zwei Transistorpärchen zusätzlich geschaltet sind, welche densel- * ben Leltfählgkeltstyp je Pärchen aufweisen, in Serienschaltung des ersten mit dem zweiten und des dritten mit dem vierten Transistor geschaltet und an den den gleichen Leitfähigkeitstyp aufweisenden Ausgangstran-