DE3106355A1

DE3106355A1 - Zweisignal-verstaerkersystem

Info

Publication number: DE3106355A1
Application number: DE19813106355
Authority: DE
Inventors: Seki Tokyo Kunio; Ritsuji Hino Tokyo Takeshita
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1980-02-20
Filing date: 1981-02-20
Publication date: 1982-01-14
Also published as: US4414514A; IT8119784A0; SG62784G; JPS6325527B2; JPS56116313A; MY8500838A; GB2070374A; HK38085A; IT1135489B; GB2070374B

Description

HITACHI, LTD., Tokyo,
Japan

Zweisignal-Verstärkersystem

Die Erfindung betrifft ein aus oinem symmetrischen Gegentaktverstärker ohne Ausgangstransformator (BTL, Balanced Transformerless) aufgebautes Zweisignal-Verstärkersystem und besonders ein Stereoverstärkersystem mit einer Gegentakt-Ausgangsschaltung der Klasse B, das insbesondere aus einem monolithischen IC bzw einer integrierten Halbleiterschaltung vom Ein- oder Zwei-Chip-Typ aufgebaut ist.

680-(16465-M857)-SF-Sl

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Sog. ASO (area of safe operation)-Begrenzer sind als Schutzschaltungen für Ausgangstransistoren in Verstärker sy steinen einschließlich Gegentakt-B-Ausgangsschaltungen auf diesem Fachgebiet geläufig.

Derartige Schutzschaltungen ermitteln den Betriebszustand von Ausgangstransistoren, um so den Begrenzertransistor in leitenden Zustand zu bringen, der zwischen den Eingang und den Ausgang der Ausgangstransistoren geschaltet ist, so daß auf diese Weise der Betrieb der Ausgangstransistoren begrenzt werden kann. Solche Ausgangstransistoren besitzen den Nachteil, daß sie schwingen, da sie eine unerwünschte positive Rückkopplungsschleife zwischen ihren Ein- und Ausgängen darstellen, wie im Rahmen der Erfindung festgestellt wurde.

In weiteren Untersuchungen wurde darüber hinaus festgestellt, daß aus symmetrischen Gegentaktverstärkern (BTL-Verstärkern) aufgebaute Stereoverstärkersysterne insofern problematisch sind, als der Aufbau der Schutzschaltung kompliziert wird, wenn der oben erwähnte ASO-Begrenzer für sämtliche Ausgangstransistoren (4 Stück χ 2) vorgesehen wird, die den BTL-Verstärker bilden, um eine Zerstörung der Ausgangstransistoren bei versehentlichem Kurzschließen der beiden Ausgangsanschlüsse durch falsche Verdrahtung, ungenügende Isolation udgl der Lautsprecheranschlüsse zu verhindern, da der Ausgangskreis sog. OCL-Aufbau (Output Condenserless) ohne Ausgangskondensator aufweist.

Wenn andererseits der ASO-Begrenzer für solche Ausgangstransistoren (die zwischen eine Stromquelle V_cc und einen Ausgang OUT geschaltet sind) auf der Stromversorgungsseite angeordnet wird, die die Gegentakt-B-Ausgangsschaltung

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mit einer einzigen Stromquelle bilden, werden diese Ausgangstransistoren für jeden Kurzschluß der Last oder Erdungsschluß nichtleitend, so daß die erdpotentialseitigen Ausgangstransistoren nicht mit Spannung und Strom versorgt werden und indirekt geschützt werden können. Aufgrund von Untersuchungen im Rahmen der Erfindung wurde allerdings festgestellt, daß Ausgangsspannung und Ausgangsstrom eines KanaJs bei unbeabsichtigtem Kurzschluß dieses Kanals über die Ausgangsanschlüsse zum anderen Kanal gelangen, so daß hierbei die Gefahr einer Zerstörung der Ausgangstransxstoren des anderen Kanals besteht.

Der Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe zugrunde, ein Zweisignal-Verstärkersystem wie etwa einen Stereoverstärker anzugeben, bei dem die Schutzwirkung unter Verwendung einer einfachen Schaltung gewährleistet ist. Ferner soll es möglich sein, bei entsprechenden Stereoverstärkern die Außenanschlüsse zu reduzieren, wenn dieser monolithisch integriert aufgebaut werden soll.

Die Aufgabe wird anspruchsgemäß gelöst.

Das erfindungsgemäße Zweisignal-Verstärkersystem ist aus zwei BTL-Verstärkern aufgebaut, die jeweils eine Gegentakt-B-Ausgangsschaltung mit einer einzigen Stromquelle (im folgenden kurz als Gegentakt-Ausgangsschaltung bezeichnet) aufweisen.

In dem Zweisignal-Verstärkersystem sind zwei Detektoren zur Ermittlung der Betriebszustände der Ausgangstransistoren der Gegentakt-Ausgangsschaltung jedes der beiden BTL-Verstärker vorgesehen. Diese beiden Detektoren bringen

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die oben erwähnten beiden Ausgangstransistoren, die das Zweisignal-Verstärkersystem aufbauen, nach Erfassung des Betriebszustande jedes der beiden Ausgangstransistoren unter Ansprechen auf den Detektorausgang, der dem Fall entspricht, daß die Ausgangstransistoren der Gegentakt-Ausgangsschaltung von einem vorgegebenen Arbeitsbereich abweichen, in. den nichtleitenden Zustand.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1: ein Blockdiagramm einer Ausführungsform des

erfindungsgemäßen Zweisignal-Verstärkersystems;

Fig. 2: ein Schaltbild eines BTL-Verstärkers zur Verstärkung eines Kanals, mit dem das Zweisignal-Verstärkersystem von Fig. 1 aufgebaut ist,

Fig. 3: ein Blockdiagramm einer anderen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Zweisignal-Verstärkersystems,

Fig. 4: eine vereinfachte Ausgangsschaltung eines BTL-Verstärkers vom OCL-Tyρ und

Fig. 5: ein Diagramm zur Abhängigkeit des Kollektorstroms von der Kollektor-Emitter-Spannung des Ausgangstransistors.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Blockdiagramm einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Zweisignal-Verstärkersystems werden das erste und das zweite Eingangssignal IN und IN_R, dh die Signale des linken bzw rechten Stereokanals, zum Eingangsanschluß P₁ des ersten BTL-Verstärkers AMPj. bzw zum Eingangsanschluß P₁ des zweiten BTL-Verstärkers

AMP_n geleitet,
κ

Der Schaltungsaufbau des zweiten BTL-Verstärkers AMP-,

ist gleich wie beim ersten BTL-Verstärker AMP_T. Der erste

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BTL-Verstärker AMP₁. weist einen Phasenteiler 3 auf, der

JLl

auf das erste Eingangssignal IN anspricht und die nichtinvertierenden Ausgangssignale (+) und die invertierenden Ausgangssignale (-) liefert, die in Phase bzw in Gegenphase mit dem ersten Eingangssignal sind. Das nichtinvertierende Ausgangssignal (+) wird von der ersten Gegentakt-Ausgangsschaltung 1 des ersten BTL-Verstärkers AMP verstärkt und zu einem ersten Ausgangsanschluß P₇ geführt, während das oben erwähnte invertierende Ausgangssignal (-) von der zweiten Gegentakt-Ausgangsschaltung 1' des ersten BTL-Verstärkers AMP_L verstärkt und zu einem zweiten Ausgangsanschluß P₇ ¹ geleitet wird.

Der zweite BTL-Verstärker AMP_R umfaßt andererseits ebenfalls einen Phasenteiler 3, der auf das zweite Eingangssignal INj, anspricht und die nichtinvertierenden Ausgangssignale (+) bzw. die invertierenden Ausgangssignale (-) liefert, die mit dem zweiten Eingangssignal in Phase bzw Gegenphase sind.

Das nichtinvertierende Ausgangssignal (+) wird von der ersten Gegentakt-Ausgangsschaltung 1 des zweiten BTL-Verstärkers AMP_R verstärkt und 'gelangt zum ersten Ausgangsanschluß P-, während das oben erwähnte invertierende Ausgangssignal (-) von der zweiten Gegentakt-Ausgangsschaltung 1' des oben erwähnten zweiten BTL-Verstärkers AMP_R verstärkt und zum zweiten Ausgangsanschluß P₇ ¹ geleitet wird.

Die erste Gegentakt-Ausgangsschaltung 1 des ersten BTL-Verstärkers AMP_L sowie des zweiten BTL-Verstärkers AMP_R ist, wie aus Fig. 2 hervorgeht, mit einem Ausgangstransistor Q_1oa der zwischen eine Stromquelle V_cc und den ersten Ausgangsanschluß P- geschaltet ist, und dem anderen Ausgangstransistor Q₁O' ^^er zwischen den ersten Ausgangs-

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anschluß P₇ und einen Erdungspunkt GND geschaltet ist, ausgerüstet. Die zweite Gegentakt-Ausgangsschaltung 1' des ersten BTL-Verstärkers AMP₁. sowie des zweiten BTL-

JLj

Verstärkers AMP_R ist, wie aus Fig. 2 hervorgeht, ebenfalls sowohl mit einem Ausgangstransistor Q_1n ¹ ι der zwischen die Stromquelle V_C(-, und den zweiten Ausgangsanschluß P₇ ¹ eingeschaltet ist, als auch mit dem anderen Ausgangstransistor Q₁ j¹ ausgerüstet, der zwischen den zweiten Ausgangsanschluß P₇ ¹ und den Erdungspunkt GND eingeschaltet ist.

Mit den Ausgangstransistoren Q₁₀ der ersten Gegentakt-Ausgangsschaltungen 1 des ersten BTL-Verstärkers AMP_T

und des zweiten BTL-Verstärkers AMP_R ist ein erster Detektor 7 verbunden, der die Betriebszustände dieser Transistoren ermittelt. Die Ausgangstransistoren Q₁₀ der zweiten Gegentakt-Ausgangsschaltungen 2 des ersten BTL-Verstärkers AMP_T sowie des zweiten BTL-Verstärkers ΑΜΡ_Ώ ist in gleicher

Ju K

Weise ein zweiter Detektor 7¹ verbunden, der die Betriebszustände dieser Transistoren erfaßt.

Beim ersten BTL-Verstärker AMP_T und beim zweiten BTL-Verstärker AMP_R sind der Ausgang des ersten Detektors 7 und der Ausgang des zweiten Detektors 7' mit dem Eingang einer Halteschaltung 8 verbunden. Der Ausgang der Halteschaltung 8 des ersten BTL-Verstärkers AMP- ist als Außenanschluß Pr einer ersten integrierten Halbleiterschaltung ICj. aus dieser herausgeführt, während der Ausgang der Halteschaltung 8 des zweiten BTL-Verstärkers AMP_R als Außenanschluß Pj- einer zweiten integrierten Halbleiterschaltung IC_R aus dieser herausgeführt ist. Der Außenanschluß P_g der ersten integrierten Halbleiterschaltung IC- und der Außenanschluß der zweiten integrierten Halbleiterschaltung IC_R sind außerhalb der integrierten Schaltungen elektrisch angeschlossen.

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Beim ersten BTL-Verstärker AMP_T und beim zweiten

J-I

BTL-Verstärker AMP_R ist der Ausgang der Halteschaltung 8 mit dem Eingang einer Steuerschaltung 9 verbunden. Da die Steuerschaltung 9 so ausgelegt ist, daß sie auf die Ausgangssignale des ersten Detektors 7 und des zweiten Detektors 7¹ des ersten BTL-Verstärkers AMP_T sowie des

Il

zweiten BTL-Verstärkers AMP- anspricht, werden sämtliche

Ausgangstransistoren Q₁₀ und Q₁₀' ^^{er ersten} Gegentakt-Ausgangsschaltung 1 und der zweiten Gegentakt-Ausgangsschaltung 1' des ersten BTL-Verstärkers AMP_T sowie des zweiten BTL-Verstärkers AMP„ dann in nichtleitenden Zustand gesteuert, wenn zumindest einer der Ausgangstransistoren Q₁₀ oder Q₁₀ ¹ der ersten Gegentakt-Ausgangsschaltung 1 oder der zweiten Gegentakt-Ausgangsschaltung 1' des ersten BTL-Verstärkers AMP₁. oder des zweiten BTL-Verstärkers AMP- von dem vorgegebenen Arbeitsbereich abweicht.

Die oben angegebenen Abweichungen der Ausgangstransistoren Q₁₀ und Q₁₀ ¹ von ihrem vorgegebenen Arbeitsbereich resultieren nicht nur von Kurzschlüssen der Lautsprecheranschlüsse SP_T bzw SP₁, zum Anschluß einer entsprechenden

Li K

Last, die an die Ausgangsanschlüsse P₇ und P₇ ¹ der ersten Gegentakt-Ausgangsschaltung 1 und der zweiten Gegentakt-Ausgangsschaltung 1' im ersten BTL-Verstärker AMP₁ oder im zweiten BTL-Verstärker AMP_R angeschlossen wird, sondern auch aus einem Masseschluß, beispielsweise einem Kurzschluß mit dem Erdungspunkt GND, des ersten oder zweiten Ausgangsanschlusses P- bzw. P₇ ¹ oder aus einem Kurzschluß mit dem anderen Kanal.

Die Steuerschaltung 9 bringt die Ausgangstransistoren in der oben angegebenen Weise in ihren nichtleitenden Zustand, wenn zumindest einer der Ausgangstransistoren Q₁₀ und Q₁₀ ¹ der ersten Gegentakt-Ausgangsschaltung 1 oder der

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zweiten Gegentakt-Ausgangsschaltung 1' des ersten BTL-Verstärkers AMP₁. oder des zweiten BTL-Verstärkers AMP„

Ju K

aufgrund anomaler Lastverhältnisse zumindest eines Ausgangsanschlusses P₇ oder P₇ ¹ (erster bzw zweiter Ausgangsanschluß) des ersten BTL-Verstärkers AMP, oder des zweiten BTL-Verstärkers AMP_R vom vorgegebenen Arbeitsbereich abweicht.

Die oben erwähnte Halteschaltung 8 stellt eine automatische Rücklaufschaltung dar, die den Eingang zur Steuerschaltung 9 in der Weise steuert, daß der nichtleitende Zustand der Ausgangstransistoren der Steuerschaltung 9 unterbrochen wird, wenn kein anomaler Zustand hinsichtlich der oben erwähnten externen Last mehr vorliegt.

In Fig. 2 ist ein Schaltbild des Schaltungsaufbaus des ersten BTL-Verstärkers AMP_ bzw des zweiten BTL-Ver-

JLi

stärkers AMP_R dargestellt, die identischen Schaltungsaufbau besitzen.

Die ir it einer gestrichelten Linie eingerahmte SchalIG₁. bzw
ausgebildet.

tung IG₁. bzw IC_n ist als integrierte Halbleiterschaltung

Der Phasenteiler 3 ist aus einem Differenzverstärker aufgebaut, der die erwähnten gegenphasigen Signale (+) und (-) unter Ansprechen auf das Eingangssignal IN_T bzw IN_R erzeugt, das vom Außenanschluß P.. der integrierten Schaltung kommt, so daß es verstärkt werden kann.

Das nichtinvertierende Ausgangssignal (+) des so aufgebauten Phasenteilers 3 wird einem Vorverstärker 4 eingeprägt, dessen Ausgang einem aus den in Darlington-Schaltung verbundenen Transistoren Q_c und Q-, und einem mit den Kollek toren dieser Transistoren verbundenen Transistor Q. mit konstanter Strombelastung aufgebauten Spannungsverstärker

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der Klasse A eingeprägt wird.

Das Ausgangssignal des Kollektors des oben angegebenen Verstärkungstransistors Q₇ wird über einen Widerstand R₅ zur Verhinderung von Schwingungen der Basis eines pnp-Transistors Q₁-. eingeprägt, der so arbeitet, daß er den Ausgangstransistor Q₁₂ zur Erzeugung eines negativen Halbwellenausgangs der Gegentakt-Ausgangsschaltung ansteuert. Dieser Halbwellenausgang kann durch Ansteuerung des obigen Ausgangstransistors mit dem Kollektor-Ausgangssignal des Treibertransistors Q₁₁ erzeugt werden.

Der Emitter des obigen Treibertransistors Q₁ . wird über Emitter und Basis eines Transistors Q₁₃ und die aus einem Transistor Q₁₄/ einem zwischen Basis und Emitter dieses Transistors angeschlossenen Widerstand R_g und zwischen Basis und Kollektor dieses Transistors geschalteten Dioden Q₁₆ und Q₃₀ einschließlich damit verbundener Transistoren aufgebaute Konstantspannungsschaltung mit der Spannung am Ausgangsanschluß P- versorgt.

Das Kollektor-Ausgangssignal des oben erwähnten Verstärkertransistors Q₇ wird andererseits durch eine Vorspanndiode Q₁₅ und einen Transistor Qg der Basis eines pnp-Transistors Q_g eingeprägt, der als Treibertransistor für den Ausgangstransistor Q₁₀ zur Erzeugung des positiven Halbwellenausgangs der Gegentakt-Ausgangsschaltung dient. Das Kollektor-Ausgangssignal des Transistors Q₇ wird einmal vom Transistor Q₈ und dann vom Treibertransistor Q_g invertiert, so daß der oben angegebene positive Halbwellenausgang vom Ausgangstransistor Q₁ erzeugt werden kann.

Die Verwendung des pnp-Transistors als Treibertransistor Qg zur Ansteuerung des Ausgangstransistors Q₁₀ zur Erzeugung des obigen positiven Halbwellenausgangs dient

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zur Symmetrierung mit der negativseitigen Schaltung unü zur Verringerung der verbleibenden positiven Seitenspannung auf einen Pegel V^ +

Die Widerstände R_c und R- sind andererseits mit dem

b /

Emitter und dem Kollektor des phaseninvertierenden Transistors Qo verbunden, der vor dem obigen Treibertransistor Q₉ vorgesehen ist; zwischen dem Emitter dieses Transistors und der Basis des Ausgangstransistors Q₁₀ ist ferner eine Kopplungsdiode Q₃₉ eingeschaltet.

(Q₁₄/ R₉/ Q₁₆/ Q₃₀) Die oben angegebene Konstantspannungsschaltung/und

der Transistor Q₁₃ werden ferner von einem Konstantstromtransistor Q₅ mit einem Konstantstrom, dh dem konstanten Kollektorstrom des Transistors Q₅, versorgt.

Dementsprechend wird am ersten Ausgangsanschluß P-für das Eingangssignal INj. bzw IN_R ein damit in Phase stehendes Ausgangssignal OUT erzeugt.

Der invertierende Ausgang (-) des oben erläuterten Phasenteilers 3 erzeugt unter Ansprechen auf das Eingangssignal mit Hilfe des Vorverstärkers 4', der gleich aufgebaut ist wie der Vorverstärker 4, des A-Spannungsverstärkers und der Gegentakt-B-Ausgangsschaltung 1 * ein Ausgangssignal OUT¹ mit entgegengesetzter Phase am Ausgangsanschluß P-¹; bei dem so aufgebauten BTL-Verstärker ist die Last SP₁. bzw SP_ des Lautsprechers an den ersten und zweiten

Li K

Ausgangsanschluß P₇ und P₇ ¹ angeschlossen.

Die Außenanschlüsse P- und P₃'/ die mit dem invertierenden Eingang (-) der oben erwähnten Vorverstärker 4 und verbunden sind, werden für eine (nicht dargestellte) negative Rückkopplungsschaltung zur Einstellung dor AC-Verstärkung zwischen dem ersten und dem zweiten Ausgangsanschluß P₇ bzw. P₇ ¹ herangezogen.

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Die stabilisierte Stromversorgungsschaltung 2 stellt andererseits eine Schaltung für eine Konstantspannungsquelle mit hoher Brummunterdrückung dar, bei der ein Konstantspannungselement wie etwa eine Zener-Diode verwendet ist, um den Phasenteiler 3 und die Vorverstärker 4 und 4' mit einer konstanten Spannung zu versorgen.

Diese konstante Spannung wird auch zu der Schaltung zur Erzeugung einer konstanten Spannung geführt, die aus einem Widerstand R₁ und einem diodenartig geschalteten Transistor Q- aufgebaut ist.

Die konstante Spannung, die an der Basis des Transistors Q₁ erzeugt wird, wird den Basen der Transistoren Q₂ und Q₂ ¹ eingeprägt, um so einen konstanten Strom zu erzeugen, der durch das Verhältnis der Widerstände R₂* R₃ und R₃ ¹/ die mit den Emittern der entsprechenden Transistoren verbunden sind, das Emitter-Flächenverhältnis udgl bestimmt ist; der so erzeugte konstante Strom fließt durch die Transistoren Q₃ und Q₃ ¹/ die zusammen mit den oben erläuterten Konstantstromtransistoren Q₄ und Q₅ eine Stromspiegelschaltung bilden.

Bei dieser Ausführungsform wird für den BTL-Verstärker mit dem oben erläuterten Aufbau folgende Schaltung als ASO-Schutzschaltung verwendet:

Mit dem Kollektor des Transistors Q₁₀ zur Erzeugung des positiven Halbwellenausgangs ist der Detektor 7 zur Ermittlung des Betriebszustands· dieses Transistors Q₁₀ verbunden. Der Detektor 7 ist mit einem Widerstand R₁₁ zur Erfassung des Kollektorstroms sowie mit Spannungsteilerwiderständen R₁₂ und R₁₃/ die zwischen Kollektor und Emitter dieses Transistors geschaltet sind, zur Er-

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fassung der Kollektor-Emitter-Spannung ausgerüstet. Die obigen Widerstände R₁₁/ R₁₂ ^un<^ ^Ri3 ^erfasser* Strom und Spannung des Ausgangstransistors Q₁₀ in der Weise, daß der erfaßte Ausgang dem Emitter eines pnp-Transistors

Q₁- eingeprägt wird. Der Kollektor dieses Transistors Q_1n ι y ι y

ist mit einem Widerstand R₁₄ und einer Konstantstromschaltung I₀ versehen und mit der Basis eines Transistors Q₂₀ verbunden. Die Spannung V-, der Stromquelle wird ferner

dem Emitter des Transistors Q₂₀ aufgeprägt, von dessen Kollektor der ASO-erfaßte Ausgang erzeugt wird.

Bei dem so aufgebauten Detektor 7 vom ASO-Typ kann

die Spannung V_n--. , die an Basis und Emitter des Transi-

^BEQ2O
stors Q₂₀ anzulegen ist, nach folgender Gleichung (1) berechnet v/erden, wenn die Werte der Widerstände R₁₁ und R₁- in der Weise vorgegeben sind, daß die Beziehung R₁₁ « R₁₃ gilt:

Die mit dem Widerstand R₁₃ in Reihe geschalteten Seriendioden Q₁₇ und Q₁Q sind hierbei vernachlässigt, da sie zur Temperaturkompensation dienen.

Bei dem oben erläuterten Detektor 7 wird andererseits, wenn die Transistoren Q_{1 g} und Q₂₀ zusammengefaßt werden, der Transistor Q₀₁ leitend, wenn V_OT?r. - V_Dr,_ >

•el ^Btö2O ^BEQ

ist. Der ASO-Erfassungspegel kann demgemäß aus folgender Ungleichung (2) abgeleitet w'erden:

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'10

Die Ungleichung (2) kann in folgende Ungleichung (3) umgewandelt werden:

^R14 - ^R12 . ^R12
> R_n ¹O R₁₁R₁₃ ^VCEQ₁₀

CC Wenn andererseits die Beziehungen I_ = =—

13 und R-i4 = 2R₁^ vorgegeben sind, kann die Ungleichung (3) zu folgender Ungleichung (4) vereinfacht werden:

"¹² ty -V) ⁽⁴⁾-

-V

ty V

«u»u ^{cc CEQ}i°

Aus der obigen Erläuterung geht hervor, daß der ASO-Detektor 7 der vorliegenden Ausführungsform mit hoher Genauigkeit arbeitet, da der ASO-Erfassungspegel lediglich durch das Widerstandsverhältnis der Widerstände R-₁, R₁2 ^und R-IO unabhängig von der Basis-Emitter-Spannung V_BE der Detektortransistoren Q_1g und Q_2Q eingestellt werden kann. Da ferner in einem monolithischen IC ein Widerstandsverhältnis mit hoher Genauigkeit erzielt werden kann, folgt daraus, daß diese Ausführungsform für integrierte monolithische Schaltungen geeignet ist.

- 17a -

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In Fig. 4 ist zur Erläuterung eine einfache Ausgangsschaltung eines BTL-Verstärkers vom OCL-Typ dargestellt.

In Fig. 5 ist die Abhängigkeit des Kollektorstroms

I__n (A) von der Kollektor-Emitter-Spannung V₁^₀ (V) CQ CEQ

des Transistors Q₁₀ dargestellt (Gerade L₁), die sich aus

der Gleichung I = —^ = (V - V ) ergibt.

CQ₁₀ R₁₁-R₁₃ CC CEQ

Diese Gerade L₁ schneidet die Ordinate im Punkt P₁ R

(0(V)/ ■—■—5— V_nn (A)) und die Abszisse im Punkt P₀ R₁₁ .R₁₃ CC 2

(V_cc (V)/O (A)). Der schraffierte Bereich entspricht dem Bereich, in dem der Transistor Q₂₁ der Halteschaltung in Betrieb ist.

Im eingeschalteten Zustand des Transistors Q_1n liegt

Vr>c '^u

sein Betriebspunkt bei P₇ (0(V)/ —^ (A)), der I_nn

ο -K— ^,u ₁ «max

entspricht; im ausgeschalteten Zustand liegt sein Betriebspunkt bei P₂ (^v _Cp (V)/0 (A)), wie aus Fig. 5 hervorgeht. Die Betriebspunkte des Transistors Q₁₀ liegen im Dauerbetrieb folglich auf der Geraden L₃. Wenn daher der Minimalwert R^ . des Lastwiderstands R₇ der Beziehung

■jLmin	des	Lastwiderstands
^R12
^R11 *	^R13	Lmin

genügt, liegt die Gerade L₂ unter der Geraden L₁, wie aus Fig. 5 hervorgeht, wobei dann bei Dauerbetrieb bzw normalem Betrieb des Transistors Q₁₀ kein Störungsfall eintritt, bei dem ein ASO-Detektorausgang erzeugt wird.

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Aus der Ungleichung (4) geht folglich hervor, daß der ASO-Detektorausgang, bei dem der Transistor Q₂₁ eingeschaltet wird, auftritt, wenn die Beziehung zwischen dem Kollektorstrom I _ und der Kollektor-Emitter-Spannung

10
V_rpo des Ausgangsferansistors Q₁ die Gerade über-

^t£lU0 - ¹⁰

^R12 schreitet, die den Punkt (O(V), =—-^—V_nn (A)) und den

^R11^R13 ^c Punkt ( V_CC(V), 0(A)) verbindet. ■

Hinsichtlich des Betriebspunkts des Ausgangstransistors Q₁₀ im stetigen Betrieb überschreiten andererseits auch dann, wenn die Linearität des Stromverstärkungsfaktors unbegrenzt und der Sättigungsstrom Null ist, der Kollektorstrom und die Kollektor-Emitter-Spannung für einen Lastwiderstand R im Fall des BTL-Verstärkers vom OCL-Typ theoretisch niemals die gerade Linie, die den Punkt (0 (V), V_CC/R_L (A)) und den Punkt ( V_cc(V),0 (A)) verbindet. Wenn der Minimalwert des Lastwiderstand R_L. dementsprechend mit R- . bezeichnet wird, wird kein gestörter Betriebszustand, in dem der ASO-Detektorausgang im stetigen Betrieb (R > R . ) erzeugt wird, hervorgerufen, wenn die Schaltung so ausgelegt ist, daß die Beziehung

^R12 ν 1

erfüllt ist.

Der ASO-Detektor 7', der gleich wie der oben erläuterte ASO-Detektor 7 aufgebaut ist, ist in der Gegentakt-Ausgangsschaltung 1' vorgesehen, die den anderen Ausgang OUT₂ erzeugt.

Der Kollektorerfassungsausgang des Transistors Q₂₀ wird ferner den Transistoren Q₂₁ und Q₂₁' eingeprägt,

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deren Kollektoren und Emitter so zusammengeschaltet sind, daß die Entladung eines Kondensators C, der am Außenanschluß P₄ angeschlossen ist, vom Transistor Q₂₂ der Halteschaltung 8 gesteuert wird, der in Darlington-Schaltung dem Transistor Q₂₁ bzw Q₂₁' verbunden ist.

Die Halteschaltung 8 ist durch Einschaltung hoher Widerstände R₁,- und R₁C¹ zwischen den ersten Ausgangsanschluß P₇ und den zweiten Ausgangsanschluß P₇ ¹ und die Spannung V_cc von der Stromquelle, Anschluß hoher Widerstände R₁₆ und R₁₆' am ersten Ausgangsanschluß P₇ und am zweiten Ausgangsanschluß P₇ ¹ und durch eine Schaltung zur Einspeisung eines Ladestroms in den Kondensator C über einen hohen Widerstand R₁₈ aufgebaut.

Die Ladespannung des Kondensators C der Halteschaltung 8 wird den einen Transistor Q₂₃ der Differentialtransistoren Q₂₃ und Q₂₄ aufgeprägt, deren gemeinsame Emitter mit einem Widerstand R₃₁ verbunden sind. Der Kollektor des einen Transistors Q₃₃ ist mit der Basis des anderen Transistors Q₂₄ und einem Lastwiderstand R₂₂ verbunden; der Kollektor des anderen Transistors Q₃₄ ist mit einem Ausgangstransistor 25 verbunden, wodurch eine Schmi.tt-Trigger-Schaltung erzeugt wird.

Der Ausgang dieser Schmitt-Trigger-Schaltung wird andererseits durch die Widerstände R₃₃ und R₂₄ in der Weise geteilt, daß die geteilte Spannung dem Transistor Q₂₇ der Steuerschaltung 9 eingeprägt wird, die die Transistoren Q₁ und Q₂ bzw. Q₂' zur Erzeugung des oben erläuterten Konstantstroms in nichtleitenden Zustand bringt.

Der Ausgang der oben angegebenen Schmitt-Trigger-Schaltung wird andererseits vom Außenanschluß P₅ zur Außenseite des monolithischen ICs geführt.

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Bei der Steuerschaltung 9 ist der Transistor Q₃₃ mit dem oben erläuterten Transistor Q₂₇ in Reihe geschaltet; zwischen die Basis dieses Transistors Q₂₈ und den Anschluß für die Spannung V_c_ der Stromquelle sind ferner eine Zener-Diode D und ein Widerstand R₃₅ eingeschaltet. Der Transistor Q₂₈ und die Zener-Diode D . dienen dazu, den Betrieb der Steuerschaltung 9 zu verhindern, da der Schutzbetrieb des Ausgangstransistors nicht erforderlich ist, wenn die Spannung V_cc der Stromquelle auf einen niedrigeren Wert als die Basis-Emitter-Spannung V„ des Transistors Q₃₈ und die Zener-Spannung V eingestellt ist. Die Zener-Spannung wird andererseits dazu verwendet, eine stabilisierte Spannung über den Transistor Q_2ß an die oben erläuterte Schmitt-Trigger-Schaltung zu liefern.

Wenn bei den in dieser Weise aufgebauten erfindungsgemäßen BTL-Verstärkern ein Strom oder eine Spannung über dem ASO-Betriebspegel dem Ausgangstransistor Q₁₀ oder Q₁₀ ¹ zur Erzeugung des positiven Halbwellenausgangs des Ausgangs OUT bzw. OUT¹ eingeprägt wird (dh im Fall einer Abweichung des Ausgangstransistors Q₁₀ oder Q₁₀ ¹ vom vorgegebenen Betriebsbereich), wird der Transistor Q₃₃ durch den Transistor Q₃₁ oder Q₂₁' leitend, so daß der Kondensator C zur Invertierung der Schmitt-Trigger-Schaltung entladen wird, durch deren Ausgang der Transistor Q₃₇ leitend wird, wodurch wiederum die Transistoren Q₂ und Q₃' zur Erzeugung des Konstantstroms in nichtleitenden Zustand kommen. Als Ergebnis davon werden die Konstantstromtransistoren Q₄ und Q₅ nichtleitend.

Da den Transistoren Q₈, Q_g und Q₁₀ der Gegentakt-Aus gangs schaltung 1 kein Basisstrom zugeführt wird, wenn der oben erwähnte Transistor Q. in nichtleitendem Zustand ist, können diese Transistoren in den nichtleitenden Zu-

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stand gelangen. Da ferner den Transistoren Q₁₁ und Q₁-der Gegentakt-Ausgangsschaltung 1 kein Basisstrom zugeführt wird, da der Transistor Q₅ nichtleitend ist, können auch diese Transistoren in nichtleitenden Zustand gelangen. Gleichzeitig werden die Transistoren Q₈, Q_g, Q₁₀/ Q₁₁ und Q₁₂ der Gegentakt-Ausgangsschaltungen 1 und 1' des zweiten BTL-Verstärkers AMP_ ebenfalls nichtleitend.

Da kein Ladestrom in den Kondensator C fließt, während der Kurzschluß mit Erde andauert, wenn die Bedingung für den erwähnten ASO-Schutzbetrieb durch Kurzschluß mit Erde an den Ausgangsanschlüssen P₇ und P₇ ¹ hervorgerufen ist, bleibt die Schmitt-Trigger-Schaltung invertiert, so daß der Vorspannungsstrom der Ausgangsschaltung 1 aufgrund des leitenden Zustande des Transistors Q₅₇ noch unterbrochen bleibt, wodurch der Schutzbetrieb andauert.

Wenn der Kurzschluß gegen Erde entfällt, wird der Kondensator C über die Widerstände R₁C/ ^15'' ^i fi ^un(^ R ' aufgeladen. Wenn die Spannung zur Schaltung der Schmitt-Triger-Schaltung erreicht ist, wird der Transistor Q₂₇ nichtleitend und liefert wieder einen Vorspannungsstrom an die Ausgangsschaltung 1, so daß der Verstärkungsbetrieb automatisch wieder beginnt.

Bei Kurzschlüssen odgl an den Ausgangsanschlüssen des anderen Kanals werden ferner die äußeren Ausgangsanschlüsse Pr der Halteschaltungen 8 der entsprechenden BTL-Verstärker IC_T und IC-, des aus gleichen BTL-Verstär-

LR _/

kern IC_T und IC_R aufgebauten Stereoverstärkersystems verbunden, wie aus Fig. 1 hervorgeht. Als Ergebnis davon wird ein Kurzschluß zwischen den Ausgangsanschlüssen des oben erwähnten anderen Kanals durch den ASO-Detektor 7

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bzw 7¹ erfaßt, wodurch die Halteschaltungen 8 invertiert werden, deren Ausgänge die Transistoren zur Unterbrechung des Vorspannungsstroms des anderen BTL-Verstärkers ansteuern, wodurch sämtliche Ausgangstransistoren in nichtleitenden Zustand kommen. Der Schutzbetrieb kann auf diese Weise auch bei Kurzschluß zwischen den Ausgängen des anderen Kanals erzielt werden.

Bei Kurzschluß zwischen den Ausgängen des einen Kanals und des anderen Kanals kommen die Ausgangsanschlüsse P₇ und Pt¹ der BTL-Verstärker IC_T und IC_n nicht auf Erd-

/ Li K

potential. Als Ergebnis davon wird der Kondensator C durch die Widerstände R-jgr R-ig' ^{und R}iß ^auf9^eladen' ^{so daß die} Schmitt-Trigger-Schaltung automatisch ihren Betrieb wieder aufnimmt. Wenn zu diesem Zeitpunkt der obige Kurzschluß zwischen den Ausgängen andauert, wiederholen sich die Schritte der Entladung des Kondensators, der Invertierung der Schmitt-Trigger-Schaltung und der Unterbrechung des Vorspannungsstroms, wenn der ASO-Erfassungspegel überschritten wird. Als Ergebnis davon wiederholt sich, wenn der obige Kurzschlußfall entfällt, der intermittierende Verstärkungsbetrxeb entsprechend der Hysteresespannung der Schmitt-Trigger-Schaltung und der durch den Kondensator C, den Widerstand R₁₈ usw vorqegebenen Zeitkonstante.

Der intermittierende Betrieb dieses Stereoverstärkersystems und die Unterbrechung der Ausgänge beider Kanäle können zur Anzeige anomaler Betriebsbedingungen des Stereoverstärkersystems herangezogen werden, um den Benutzer auf eine überprüfung der Verdrahtung aufmerksam zu machen, und eigenen sich ferner zur Gewährleistung des Betriebs von Stereoverstärkersystemen unter optimalen Betriebsbedingungen.

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Im Gegensatz zu Fällen, in denen sämtlichen Äusgangstransistoren ASO-Begrenzer zugeordnet sind, sind die ASO-Detektoren erfindungsgemäß lediglich den Ausgangstransistoren zur Erzeugung der positiven Halbwellenausgänge zugeordnet, so daß die Schutzschaltungen zur Steuerung der Vorspannungsströme zusammengelegt werden können, wodurch sich ein vereinfachter Schaltungsaufbau ergibt und der Schutzbetrieb über eine Unterbrechung des Vorspannungsstroms erzielt wird. Dementsprechend treten keine Schwingungen auf, so daß eine entsprechende Schutzschaltung entfällt.

Die ASO-Detektoren können erfindungsgemäß ferner mit den Ausgangstransistoren zur Erzeugung der negativen Halbwellenausgänge verbunden sein.

Bei Stereoverstärkersystemen, die mit einem IC mit zwei Chips aufgebaut sind, genügt es ferner, lediglich einen Außenanschluß zur Ausführung des ASO-Erfassungsausgangs anzubringen. Auf diese Weise läßt sich die Anzahl der anzubringenden Außenanschlüsse auf ein Minimum reduzieren und zugleich der Schutzbetrieb für sämtliche unbeabsichtigten Kurzschlüsse der Ausgangsanschlüsse sicherstellen.

Die Erfindung ist nicht auf die oben erläuterte Ausführungsform beschränkt; das Verstärkersystem kann auch so modifiziert sein, daß es aus zwei BTL-Verstärkerη mit einem integrierten Halbleiterchip aufgebaut ist, wie aus Fig. 3 hervorgeht. Bei dieser Ausführungsform ist die aus der Schmitt-Trigger-Schaltung oder einer ähnlichen Schaltung aufgebaute Halteschaltung 8 für die beiden BTL-Verstärker gemeinsam vorgesehen, wodurch sich erwünschtenfalls eine Vergrößerung der Anzahl der Außenanschlüsse verhindern und

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zugleich eine Vereinfachung des Schaltungsaufbaus erzielen läßt.

Alternativ kann ferner eine Halteschaltung (Latch) vom ASO-Detektorausgang zur Steuerung des Vorspannungsstroms betrieben werden.

Bei dieser modifizierten Ausführungsform ist es, obgleich der Ableitungswiderstand udgl entbehrlich sind, erforderlich, daß die Schaltung durch Unterbrechung der Stromversorgung zur Abschaltung des Schutzbetriebs zurückgestellt werden kann.

Der konkrete Schaltungsaufbau des Leistungsverstärkers, der aus dem die BTL-Verstärker bildenden Vorverstärker, dem A-Spannungsverstärker und dem Gegentakt-B-Verstärker besteht, kann im Rahmen des Erfindungskonzepts ggf auf verschiedenste Weise modifiziert werden.

Die ASO-Detektoren können ferner von beliebigem Typ sein, einschließlich solcher Detektoren, die aus einfachen Schaltungen aufgebaut sind, bei denen die Basis-Emitter-Schaltung des Transistors als ASO-Erfassungspegel herangezogen wird.

Das Erfindungskonzept kann dementsprechend in einem sehr weiten Rahmen für Stereoverstärker auf der Basis von BTL-Verstärkern angewandt werden.

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Leerseite

Claims

Ansprüche

einem ersten BTL-Verstärker zur Verstärkung eines ersten Eingangssignals und einem zweiten BTL-Verstärker zur Verstärkung eines zweiten Eingangssignals, dadurch gekennzeichnet, daß

- der erste BTL-Verstärker (AMP_T) und der zweite BTL-

Verstärker (AMP₀) jeweils einen auf das erste Eingangssignal (IN_T) bzw das zweite Eingangssignal (IN-) an-

Ij K

sprechenden Phasenteiler (3) zur Erzeugung eines nichtinvertierenden Ausgangssignals (+) und eines invertierenden Ausgangssignals (-),

eine erste Gegentakt-Äusgangsschaltung (1) zur Verstärkung des nichtinvertierenden Ausgangssignals (+) und eine zweite Gegentakt-Ausgangsschaltung (1¹) zur Verstärkung des invertierenden Ausgangssignals (-) aufweisen;

- ein erster Lautsprecher (SP_T) als Last mit dem ersten

Ausgangsanschluß (P₇) der ersten Gegentakt-Ausgangsschaltung (1) und dem zweiten Ausgangsanschluß (P₇ ¹) der zweiten Gegentakt-Ausgangsschaltung (1") des ersten BTL-Verstärkers (AMP₁.) verbunden ist;

68O-(16465-M857)-SF-S1

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■■ ο —

ein zweiter Lautsprecher (SP_R) als Last mit dem ersten Ausgangsanschluß (PO der ersten Gegentakt-Aus gangs schaltung (1) und dem zweiten Ausgangsanschluß (P-,') der zweiten Gegentakt-Ausgangsschaltung (1¹) des zweiten BTL-Verstärkers (AMP_n) verbunden ist;

die erste Gegentakt-Ausgangsschaltung (1) des ersten BTL-Verstärkers (AMP_T) sowie des zweiten BTL-Verstär-

L·

kers (AMPp) einen ersten Ausgangstransistor (Q₁₀) aufweist, der mit einer Stromquelle (V_cc) und dem ersten Ausgangsanschluß (P-) verbunden ist; die zweite Gegentakt-Ausgangsschaltung (1¹) des ersten BTL-Verstärkers (AMP_T) sowie des zweiten BTL-Verstärkers (AMP-) einen zweiten Ausgangstransistör (Q₁₀') aufweist, der mit der Stromquelle (V_cc) und dem zweiten Aus gangs ans chluß (P.,¹) verbunden ist; mit dem ersten Ausgangstransistor (Q₁₀) und dem zweiten Ausgangstränsistor (Q₁₀') ein erster Detektor (7) bzw ein zweiter Detektor (7¹) zur Erfassung des jeweiligen Betriebszustands der Transistoren verbunden sind;

eine Steuerschaltung (9) vorgesehen ist, deren Eingang auf den Ausgang des ersten Detektors (7) und den Ausgang des zweiten Detektors (7¹) des ersten BTL-Verstärkers (AMP₇.) sowie des zweiten BTL-Verstärkers (AMP₀)

J-i K

anspricht,
und

der Ausgang der Steuerschaltung (9) die ersten Ausgangstransistoren (Q₁₀) und die zweiten Ausgangstransistoren (Q_1r.') des ersten BTL-Verstärkers (AMP-) sowie des zweiten BTL-Verstärkers (AMP-J dann in nichtleitenden Zustand bringt, wenn zumindest einer von ihnen von einem vorgegebenen Arbeitsbereich abweicht.

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2. Zweisignal-Verstärkersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß das erste Eingangssignal (IN.) das Stereosignal des linken Kanals und das zweite Eingangssignal (IN_R) das Stereosignal des rechten Kanals sind.
3. Zweisignal-Verstärkersystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,

daß die Ausgänge des ersten Detektors (7) und des zweiten Detektors (7¹) über eine Halteschaltung (8) mit dem Eingang der Steuerschaltung (9) verbunden sind.
4. Zweisignal-Verstärkersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß

- der erste BTL-Verstärker (AMP_) und der zweite BTL-

L·

Verstärker (AMP_R) als erste bzw zweite integrierte Halbleiterschaltung (IC bzw IC_R) ausgebildet und

- die beiden Ausgänge der beiden Halteschaltungen (8), die im ersten BTL-Verstärker (AMP_) und im zweiten BTL-Verstärker (AMP₀) vorgesehen sind, als Außenanschlüsse (P,-) aus beiden integrierten Halbleiterschaltungen (IC- und IC_R) herausgeführt und zur elektrischen Verbindung der Eingänge der im ersten BTL-Verstärker (AMP₁.) und im zweiten BTL-Verstärker (AMP_R) vorgesehenen entsprechenden Steuerschaltungen (9) elektrisch miteinander verbunden sind.
5. Zweisignal-Verstärkersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4,

dadurch gekennzeichnet,

daß der erste Detektor (7) den Kollektorstrom und die Kollektor-Emitter-Spannung des ersten Ausgangstransistors (Q₁₀) bzw. der zweite Detektor (7¹) den Kollektorstrom

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und die Kollektor-Emitter-Spannung des zweiten Ausgangs-transistors (Q₁₀ ¹) erfassen.
6. Zweisignal-Verstärkersystem nach einem der Ansprüche bis 5,
dadurch gekennzeichnet/ daß

- die erste Gegentakt-Ausgangsschaltung (1) des ersten BTL-Verstärkers (AMP_L) sowie des zweiten BTL-Verstärkers (AMP_R) einen dritten Ausgangstransistor (Q₁„) aufweisen,

der mit ihrem ersten Ausgangsanschluß (P₇) und einem Erdungspunkt (GND) verbunden ist,

- die zweite Gegentakt-Ausgangsschaltung (T) des ersten BTL-Verstärkers (AMP₁) sowie des zweiten BTL-Verstärkers (AMP-,) einen vierten Ausgangs trans is tor (Q₁₀ ¹)

κ ι δ

aufweisen,

der mit ihrem zweiten Ausgangsanschluß (P₇ ¹) und dem Erdungspunkt (GND) verbunden ist, und

- der Ausgang der Steuerschaltung (9) ebenfalls den dritten Transistor (Q-19^ ^un<-* ^^en vi^erten Transistor (Q₁₂ ¹) iⁿ nichtleitenden Zustand bringt, wenn zumindest der erste Ausgangstransistor (QirO °der der zweite Ausgangstransistor (Q₁₀') des ersten BTL-Verstärkers (AMP_) bzw des zweiten BTL-Verstärkers (AMP-) von einem vorgegebenen Arbeitsbereich abweicht.

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