DE3108514C2 - "Verstärkerschaltung" - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Verstärkerschaltung mit einer Steuerschaltung, einer daran angeschlos-

senen Verstärkerstufe und zwei Speiseklemmen, die mit Speisequellen verbunden sind zum Zuführen unterschiedlicher Potentiale an die Speiseklemmen, wobei die Verstärkerstufe 2n (n=2,3,...) Transistoren enthält, die mit je einer Hauptstromstrecke und einor Steuerelektrode versehen sind, wobei die Hauptstromstrecken in Reihe zwischen den zwei Speiseklemmen liegen, und eine Ausgangsklemme enthält zum Anschließen einer Belastung, welche Ausgangsklemme an den Verbindungspunkt der n. mit der (n+\). Hauptstromstrecke der Reihenschaltung von Transistoren angeschlossen ist, wobei die η Transistoren, die zwischen einer ersten der zwei Speiseklemmen und der Ausgangsklemme liegen, von einem komplementären Leitungstyp sind gegenüber den π Transistoren, die zwischen der Ausgangsklemme und der zweiten der zwei Speiseklemmen liegen, und 2(n-1) weitere Speiseklemmen enthält, die über mindestens eine jeder Klemme einzeln zugeordnete Diode eins zu eins mit den nicht mit der Ausgangsklemme verbundenen Verbin iungspunkten aufeinanderfolgender Hauptstromstrecken der Reihenschaltung aus den Transistoren angeschlossen sind, welche weiteren Speiseklemmen zugleich an weitere Speisequellen angeschlossen sind zum Abgeben der zwischen den Potentialen der zwei Speisequellen liegender Speisespannungen an die sen Speiseklemmen, wobei die einzeln gespeisten Dioden derart geschaltet sind, daß die an einen bestimmten Verbindungspunkt angeschlossene Diode sperrt, wenn in absolutem Sinne das Potential dieses Verbindungspunktes das Potential der mit dieser Diode gekoppelten weiteren Speiseklemme übersteigt.

Eine derartige Verstärkerschaltung, bei der den jeweiligen 2(n-\) weiteren Speiseklemmen eine inkremental sinkende Reihe von Speisepotentialen von der ersten zu der zweiten Speiseklemme zugeführt wird, ist aus der US-Patentschrift 36 22 899 bekannt. Eine derartige Verstärket schaltung wird u. a. als Audioverstärker oder als Treiberstufe in den Leitungsstromlauf von Fernsprechsystemen verwendet.

Bei diesen Verstärkerschaltungen bestimmen die Größe der augenblicklichen Ausgangsspannung und die Richtung des Ausgangsstromes, welche der Transistoren der Reihenschaltung eingeschaltet und welche gesperrt sind. Weil die Größe der Speisespannung durch die Anzahl Transistoren, die eingeschaltet ist, bestimmt wird, bietet dies den Vorteil, daß bei diesen Verstärkern ein großes Spannungsgebiet des Ausgangssignals mit einer niedrigen inneren Verlustleistung einhergeht.

Eine derartige Verstärkerschaltung eignet sich jedoch nicht dazu mit Ausgangsspannungen zu arbeiten, die größer sind als die doppelte Kollektor-Emitter-Durchschlagspannung der verwendeten Transistoren. Dies verhindert insbesondere die Verwendung derartiger Verstärkerschaltungen in integrierter Form in Treiberstufen in Teilnehmerleitungskreisen oder Audio- und Videoverstärkeranwendungen mit hohen Arbeitsspannungen.

Weiterhin ist der Gewinn an Verlustleistung bei Anwendungen, bei denen das Vorzeichen des Ausgangsstromes der Ausgangsspannung entgegengesetzt ist, gering, wie es infolge einer nicht-ohmschen Belastung während eines Teiles jeder Periode des Ausgangssignals auftreten kann oder wie es beim Auftritt großer »common mode«-Signale an Teilnehmerleitungen in Fernsprechsystemen sich dartun kann.

Die Erfindung hat nun zur Aufgabe, eine Verstärkerschaltung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, wobei die genannten Nachteile vermieden werden und wobei die zulässige Ausgangsspannung dem halben Produkt der Anzahl verwendeter Transistoren in dem Reihenkreis und der Kollektor-Emitter-Durchschlagspannung eines einzigen Transistors dieses Kreises entspricht

Die Verstärkerschaltung nach der Erfindung weist dazu das Kennzeichen auf, daß die weiteren Spannungsquellen eine mindestens nahezu gleiche Reihe von

ic inkremental sinkenden Speisespannungen den jeweiligen (n—\) weiteren Speiseklemmen, gerechnet von derjenigen der zwei Speiseklemmen, die die höchste Polarität hat bis zu der Ausgangsklemme sowie den jeweiligen (n—\) weiteren Anschlußklemmen, gerechnet von der Ausgangsklemme bis zu der anderen der zwei Speiseklemmen zuführt

Diese Verstärkerschaltung bietet den Vorteil, daß mindestens die Verstärkerstufe dieser Verstärkerschaltung in integrierter Form verwirklicht werden kann und dennoch eine relativ hohe Ausgangsspannung abgeben kann, wodurch u. a. die Verwendung eines derartigen integrierten Verstärkers als Treiberstufe in einem Teilnehmerkreis eines Fernsprechsystems möglich ist.

Ein weiterer Vorteil ist, daß bei einem Ausgangsstrom, dessen Vorzeichen von dem der Ausgangsspannung abweicht, ein relativ größerer Verlustleistungsgewinn erhalten wird als bei der genannten bekannten Verstärkerschaltung.
Nach einem weiteren Kennzeichen ist die Verstärkerschaltung derart ausgebildet, daß die 2(n— 1) Transistoren derart bemessen sind, daß die Leckströme der Transistoren in jeder Gruppe (n—\) aufeinanderfolgender Transistoren, die auf beiden Seiten der Ausgangsklemme liegen, von jeder der Speiseklemmen zu der Ausgangsklemme gesehen, zunehmen.

Dies bietet den Vorteil, daß die Spannung an jedem Transistor in gesperrtem Zustand nur einem Schritt der inkremental sinkenden Reihe von Speisespannungen maximal entspricht.

Bei einer Verstärkerschaltung, bei der die Steuerschaltung mit einer zwischen den Speiseklemmen liegenden Reihenschaltung versehen ist, ist nach einem weiteren Kennzeichen die Verstärkerschaltung derart ausgebildet, daß die Reihenschaltung von der ersten Speiseklemme zu der zweiten Speiseklemme nacheinander π Impedanzschaltungen, gegebenenfalls eine Spannungsverschiebungsstufe und η Steuertransistoren enthält, daß der Steuerkreis einen jeder Impedanzschaltung und jedem Steuertransistor einzeln zugeordneten Abgriffpunkt enthält, daß die Abgriffpunkte eins zu eins und in Aufeinanderfolge an die Basisanschlußklemmen der Verstärkerstufe angeschlossen sind, daß die weiteren Speiseklemmen je über mindestens eine in der Durchlaßrichtung geschaltete Diode eins zu eins an die π aufeinanderfolgenden Abgriffpunkte, zugeordnet zu jeder Impedanzschaltung, angeschlossen sind und daß die weiteren Speiseklemmen je über mindestens eine in der Sperrichtung geschaltete Diode eins zu eins und in Aufeinanderfolge an die Basiselektroden der ersten n—1 Steuertransistoren angeschlossen sind und daß eine Eingangsklemme an die Basis des n. Steuertransistors angeschlossen ist.

Dies bietet den Vorteil, daß die ganze Verstärkerschaltung in derselben Technologie verwirklicht werden kann.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

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F i g. 1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Verstärkerschaltung,

F i g. 2 ein anderes Ausrührungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Verstärkerschaltung,

Fig. 3 eine Abwandlung des in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiels und

Fig.4 eine Ausführungsform einer Impedanzschaltung zum Gebrauch in den Ausführungsbeispielen der F i g. 2 und/oder 3.

Die in Fig. 1 dargestellte Verstärkerschaltung enthält eine Steuerschaltung 1 und eine Verstärkerstufe 2. Die Verstärkerstufe 2 enthält zwei Speiseklemmen 3, 4 zum Zuführen unterschiedlicher Potentiale von den Speisequellen 5 und 6 zu denselben.

Zwischen diesen Speiseklemmen 3 und 4 liegt eine Reihenschaltung aus In Transistoren. In diesem Ausführungsbeispiel, wo η gleich drei gewählt ist, sind dies die Transistoren 7 bis einschließlich 12. Mit dem Verbindungspunkt der Hauptstromstrecken des n. Transistors und des (n+\). Transistors, in diesem Ausführungsbeispiel mit dem Verbindungspunkt der Hauptstromstrecke des Transistors 9 und der Hauptstromstrecke des Transistors 10, ist die Ausgangsklemme 55-1 verbunden. Zwischen der Ausgangsklemme 55-1 und einem Punkt 56 gemeinsamen Potentials liegt eine Belastung 55.

Die Transistoren 7, 8 und 9 sind den Transistoren 10, 11 bzw. 12 komplementär. Zum Speisen der Transistoren 8, 9, 10 und 11 sind weitere Speisequellen 13 bis einschließlich 16 vorgesehen, die einerseits mit dem Punkt gemeinsamen Potentials 56 verbunden sind und andererseits über weitere Anschlußklemmen 51 bis einschließlich 54 und Dioden 17 bis einschließlich 20 an die Verbindungspunkte 21 bis einschließlich 24 der Hauptstromstrecken der Transistoren 7 bis einschließlich 12 angeschlossen sind. Insbesondere sind die Spannungsquelle 13 über die weitere Anschlußklemme

51 und die Diode 17 an den Verbindungspunkt 21 der Hauptstromstrecken der Transistoren 7 und 8, die Spannungsquelle 14 über die weitere Anschlußklemme

52 und die Diode 18 an den Verbindungspunkt 22 der Hauptstromstrecken der Transistoren 8 und 9, die Spannungsquelle 15 über die weitere Anschlußklemme

53 und die Diode 19 an den Verbindungspunkt 23 der Hauptstromstrecken der Transistoren 10 und 11 angeschlossen und die Spannungsquelle 16 über die weitere Anschlußklemme 54 und die Diode 20 an den Verbindungspunkt 24 der Transistoren 11 und 12 angeschlossen. Die Durchlaßrichtung der Diode 17 entspricht dabei der Durchlaßrichtung des Basis-Emitter-Überganges des Transistors 7 und die Durchlaßrichtung der Diode 18 entspricht der Durchlaßrichtung des Basis-Emitter-Überganges des Transistors 8. In gleicher Weise entsprechen die Durchlaßrichtung der Diode 19 der Durchlaßrichtung des Basis-Emitter-Übergangs des Transistors 11 und die Durchlaßrichtung der Diode 20 der Durchlaßrichtung des Basis-Emitter-Überganges des Transistors 12.

Zum Steuern der Transistoren 7 bis einschließlich 12 sind die Basisanschlußklemmen 25 bis einschließlich 30 der genannten Transistoren an die Steuerschaltung 1 angeschlossen.

Die Steuerschaltung 1 enthält ein Eingangsklemmenpaar 31 und 32 zum Zuführen eines Eingangssignals, wobei in diesem Ausführungsbeispiel die Eingangsklemme 32 mit der zweiten Speiseklemme 4 verbunden ist

Die Steuerschaltung 1 ist weiterhin mit einer in diesem Ausführungsbeispiel zwischen der ersten Speiseklemme 3 und der Eingangsklemme 31 liegenden Reihenschaltung aus einem Widerstand, ausgebildet als Stromquelle 33, und einer Anzahl Spannungsverschiebungsstufen, ausgebildet als Dioden 34 bis einschließlich 41, versehen, welche Dioden, von der Stromquelle aus gesehen, in Durchlaßrichtung geschaltet sind. Die Basisanschlußklemmen 25 bis einschließlich 30 sind an Abgriffe dieser Reihenschaltung angeschlossen, und zwar sind der Abgriffpunkt 42, der zwischen der ίο Stromquelle 33 und der Diode 34 liegt, über eine Diode 43 an die Klemme 25, der Abgriffpunkt 44, der zwischen den Dioden 34 und 35 liegt, über eine Diode 45 an die Klemme 26, der Abgriffpunkt 46, der zwischen den Dioden 36 und 37 liegt, unmittelbar an die Klemme 27, der Abgriffpunkt 47, der zwischen der Diode 38 und der Diode 39 liegt, unmittelbar an die Klemme 28 und der Äbgriffpunkt 48, der zwischen der Diode 40 und der Diode 41 liegt, über eine Diode 49 an die Klemme 29 angeschlossen. Weiterhin ist die Eingangsklemme 31 über eine Diode 50 an die Klemme 30 angeschlossen.

Die Durchlaßrichtung der Dioden 43, 45, 49 und 50 entspricht der Durchlaßrichtung des Basis-Emitter-Überganges der Transistoren, an die sie angeschlossen sind.

Bevor näher auf die Wirkungsweise der Verstärkerschaltung eingegangen wird, ist in diesem Ausführungsbeispiel die Spannung der Speisequelle 6 gleich —100 Volt gewählt worden.

Es sei bemerkt, daß die Speisung für die Steuerschaltung auch anderen Speisequellen als den Quellen 5 und 6 entnommen werden kann.

Die weiteren Speisequellen 13 und 14 führen den weiteren Speiseklemmen 51 und 52 eine inkremental sinkende Reihe von Spannungen zu. Die weiteren Spannungsquellen 15 und 16 führen den weiteren Speiseklemmen 53 und 54 eine gleiche oder nahezu gleiche inkremental sinkende Reihe von Spannungen zu. In diesem Ausführungsbeispiel betragen die Spannungen der Quellen 13 und 15 V und der Quellen 14 und 16 —50 V. Wird den Eingangsklemmen 31 und 32 ein Eingangssignal mit einer Spannung kleiner als der Spannungsunterschied zwischen den Spannungsquellen 6 und 16, also kleiner als +50 V zugeführt, so wird der von der Stromquelle 33 abgegebene Strom zu der Eingangsklemme 31 fließen und bei einer ohmschen Belastung über die Belastung 55 Strom gezogen, welcher Strom über den Basis-Emitter-Übergang des Transistors 10, die Basisanschlußklemme 28 und die Dioden 39,40 und 41 zu der Eingangsklemme 31 fließt, wodurch der Transistor 10 leitend wird und der Belastungsstrom vorübergehend über die Diode 19 zu der Speisequelle 15 fließen wird.

Ein kleiner Teil des Stroms durch den Transistor i0 fließt über den Basis-Emitter-Übergang des Transistors 11, die Diode 49 und die Diode 41 zu der Anschlußklemme 31, wodurch der Transistor 11 leitend wird. Die Diode 19 wird dann gesperrt Der Belastungsstrom fließt außer über die Diode 20 zu der Speisequelle 16, auch über den Basis-Emitter-Übergang des Transistors 12 und die Diode 50 zu der Eingangsklemme, wodurch der Transistor 12 leitend wird. Die Diode 20 wird gesperrt und der Belastungsstrom fließt über die Hauptstromstrecken der Transistoren 10,11 und 12 zu der Speisequelle 6. Dies bedeutet, daß das in der Leistung verstärkte Eingangssignal an der Belastung 55 abgegeben wird.

Es sei bemerkt, daß die Spannung an dem Transistor 9 dadurch begrenzt ist, daß den weiteren Speiseklemmen

51 und 52 nahezu dieselbe inkremental sinkende Reihe von Spannungen zugeführt wird wie zu den weiteren Speiseklemmen 53 und 54. Die Spannung am Transistor 9 entspricht dadurch maximal einem Schritt der genannten Reihe inkremental sinkender Spannungen. Die Spannung der Ausgangsklemme 55-1 entspricht nämlich mit Ausnahme von 4 Übergangsspannungen der Spannung der Eingangsklemme 31, die zwischen - 100 V und -50 V liegen, während die Spannung des Verbindungspunkts 22 -50 V beträgt, so daß an dem Transistor 9 maximal 50 V auftreten kann. Dies bietet den großen Vorteil, daß diese Verstärkerstufe, die Ausgangsspannungen über einen Bereich von 150 V liefert, in sogenannter Niederspannungstechnologie verwirklicht werden kann und folglich leicht in integrierter Form verwirklichbar ist. In dem Fall, wo bei der genannten Eingangsspannung von außen her ein Strom aufgeprägt wird, der der Ausgangsklemme 55-1 Strom entnimmt, wie dies bei einer »common mode«-(in-Phase-Signalen)-Störung bei Verwendung als Verstärker in einem Teilnehmerleitungskreis in der Fernmeldetechnik der Fall sein kann, welche Störung größer ist als der auf Grund des Eingangssignals zu liefernde Ausgangsstrom oder wenn die Belastung 55 zu dem Zeitpunkt, in dem der Strom und die Spannung infolge einer auftretenden Phasenverschiebung während eines Teiles einer Periode ein unterschiedliches Vorzeichen haben, nicht ohmisch ist, wird der Transistor 9 leitend, weil ein kleiner Teil des von der Stromquelle 33 abgegebenen Stromes über die Dioden 34,35,36 und den Basis-Emitter-Obergang des Transistors 9 zu der Ausgangsklemme 55-1 weggezogen wird. Der Belastungsstrom win! dann durch die Spannungsquelle 14 über die Diode 18 und die Hauptstromstrecke des Transistors 9 geliefert. Dies bietet den Vorteil, daß in diesem Fall der Belastungsstrom durch eine Spannungsquelle geliefert wird, die eine Spannung hat, die um einen inkrementalen Schritt der Reihe sinkender Speisespannung höher ist als die Spannung der Speisequelle 6. Dies führt dazu, daß es in der obenstehend beschriebenen Verstärkerstufe bei der genannten Eingangsspannung während des Entziehens des Belastungsstromes gegenüber dem Verstärker, wie dieser aus der eingangs erwähnten US-Patentschrift bekannt ist, ein Verlustleistungsgewinn erhalten wird.

Eine Erhöhung der Eingangsspannung auf einen Wert größer als oder gleich + 50 V, jedoch kleiner als +100 V führt dazu, daß die Diode 20 leitend wird und der durch den Transistor 11 fließende Strom über die Diode 20 zu der Spannungsquelle 16 von —50 V fließt. Der Transistor 12 wird dadurch gesperrt. Dies bietet den großen Vorteil, daß für niedrigere Ausgangsspannungen die Spannungsqueüe, aus der gespeist wird, ebenfalls eine niedrigere Spannung hat In diesem Ausführungsbeispiel sind dies —50 V statt —100 V. Damit wird bei Eingangssignalen, die in dem genannten Spannungsbereich von +50V bis +100V liegen, eine Verlustleistungsverringerung erhalten, die dem der Belastung 55 gelieferten Strom mal dem Spannungsschritt von 50 V entspricht. Das Entziehen von Strom von der Ausgangsklemme 12 liefert wieder denselben Verlustleistungsvorteil, wie obenstehend in bezug auf die genannte US-Patentschrift beschrieben wurde.

Eine weitere Erhöhung der Eingangsspannung bis größer als oder gleich +100 V und kleiner als +150 V führt dazu, daß die Spannungen der Verbindungspunkte 42 bis einschließlich 48 ein derart hohes Potential haben, daß bei einer ohmschen Belastung die Transistoren 10 und Il gesperrt werden und daß weiterhin ein kleiner Teil des von der Stromquelle 33 gelieferten Stromes über die Dioden 34,35 und 36, die Basisanschlußklemme 37 und den Basis-Emitter-Übergang des Transistors 9 zu ^r> der Belastung fließt, wodurch der Transistor 9 leitend wird und der Belastungsstrom über die Hauptstrecke des Transistors 9 und die Diode 18 von der Speisequelle 14 geliefert wird. Dadurch fließt ein kleiner Teil des von der Stromquelle 33 gelieferten Stromes über die Dioden

ίο 34 und 45, die Basis-Anschlußklemme 26, den Basislimitter-Übergang des Transistors 8 und den Kollektor-Emitter-Übergang des Transistors 9 zu der Belastung 55, wodurch der Transistor 8 leitend wird und der Belastungsstrom über die Hauptstromstrecken der

'5 Transistoren 8 und 9 und die Diode 17 von der Speisequelle 13 geliefert wird. Die Diode 18 wird dann gesperrt. Ein weiterer kleiner Teil des von der Stromquelle 33 gelieferten Stromes fließt dann über die Diode 43, die Basis-Anschlußklemme 25, den Basis-Emitter-Übergang des Transistors 7 und die Hauptstromstrecke der Transistoren 8 und 9 zu der Belastung 55. Der Transistor 7 wird dann leitend und der Belastungsstrom wird dann aus der Speisequelle 5 von + 50 V über die Hauptstromstrecken der Transistoren 7,8 und 9 der Belastung 55 geliefert. Die Diode 17 wird dadurch gesperrt.

Die Spannung an dem Transistor 10 ist durch die Maßnahme, daß eine inkremental sinkende Reihe von Speisespannungen für die Speisequellen 15 und 16

ίο gewählt worden ist, die der inkremental sinkenden Reihe von Speisespannungen der Speisequellen 13 und 14 entspricht oder nahezu entspricht, auf nur einen inkrementalen Schritt der genannten sinkenden Reihe von Speisespannungen begrenzt. Die Spannung an der Belastung 55 ist nämlich nahezu gleich der Spannung der Eingangsklemme 31, die + 100 bis + 150 V über der Spannung der Anschlußklemme 32 von —100 V liegt. Dies bedeutet 0 bis +50V über der Spannung des Punktes 56 gemeinsamen Potentials.

Die Spannung des Verbindungspunktes 23 entspricht der Spannung der Speisequelle 15 und beträgt folglich 0 V, so daß die Spannung an dem Kollektor-Emitter-Übergang des Transistors 10 maximal 50 V beträgt. Dies ermöglicht eine Verwirklichung dieser Leistungsverstärkerstufe mit hohen Ausgangsspannungen in sogenannten Niederspannungstechniken.

Wenn bei der genannten Eingangsspannung gegebenenfalls vorübergehend durch die Belastung 55 der Ausgangsklemme 55-1 ein Strom zugeführt statt derselben entnommen wird, wie dies bei »common mode«-SignaIen an Teilnehmerleitungen in Fernsprechsystemen auftreten kann und wie während Teilen der Periode des Ausgangssignais auftreten kann bei einer nicht-ohmschen Belastung, fließt von der Ausgangsklemme 55-1 über den Emitter-Basis-Übergang des Transistors 10 und die Dioden 49 und 41 zu der Eingangsklemme ein Strom, wodurch der Transistor 10 leitend wird. Der von der Belastung gelieferte Strom fließt dann über die Hauptstromstrecke des Transistors 10 und die Diode 19 zu der Speisequelle 15. Dies ergibt auf entsprechende Weise, wie für Eingangssignale zwischen 0 und 50 V beschrieben wurde, einen Verlustleistungsgewinn gegenüber der Verlustleistung in der Verstärkerschaltung nach der eingangs erwähnten US-Patentschrift

Aus dem Obenstehenden folgt, daß eine für Audio-Anwendung geeignete Verstärkerschaltung erhalten werden kann, wenn beispielsweise der Aussteuer-

ίο

bereich von +50V auf +100V vergrößert wird. Dies kann auf einfache Weise dadurch erhalten werden, daß eine Spannungsquelle von +100V hinzugefügt wird und daß in jeder Hälfte der Reihenschaltung der Transistoren 7 bis einschließlich 12 ein zusätzlicher Transistor hinzufügt wird, mit den dazugehörenden zusätzlichen Anschlüssen an die Speisequelle von +100 V in der oberen Hälfte der Reihenschaltung und dadurch, daß ein zusätzlicher Anschluß an die Spannungsquelle 5 von +50 V in der unteren Hälfte der Reihenschaltung gemacht wird. Die Speisequelle 5 muß dabei über eine Diode an den Transistor 7 sowie über eine weitere Diode an den zusätzlichen Transistor in der unteren Hälfte der Reihenschaltung angeschlossen werden. Die Steuerschaltung muß dabei mit zusätzlichen Abgriffen versehen werden, indem zusätzliche Spannungsverschiebungsstufen, wie Dioden, aufgenommen werden, wobei die Anzahl Dioden von. einem Verbindungspunkt zu dem Emitter des Transistors, dessen Basis mit dem Verbindungspunkt verbunden ist, gesehen, der Anzahl Dioden zu dem folgenden Verbindungspunkt in der genannten Reihenschaltung gesehen, entspricht Auch bei dieser symmetrischen Ausbildung der Verstärkerstufe, also auch für die in diesem Fall für Ausgangsspannungen von +100 V bis —100 V bemessene Verstärkerschaltung, beträgt die Spannung an dem Kollektor-Emitter-Übergang in Sperrichtung der Transistoren maximal einen inkrementalen Schritt, und zwar 50 V. Durch Stapelung mehrerer Transistoren kann auf diese Weise jede gewünschte Ausgangsspannung erzeugt werden, während die Spannung an jeder Stufe auf einen inkrementalen Schritt begrenzt wird.

Es sei bemerkt, daß ein anderer Wert des inkrementalen Schrittes der sinkenden Reihe von Spannungen gewählt werden kann bei einer gegebenen Ausgangsspannung. Bei einer Verringerung der Schrittgröße sind jedoch mehr Transistoren in der Reihenschaltung der Transistoren, ferner eine dazu gehörende Vergrößerung der Steuerschaltung und eine größere Anzahl Speisequellen erforderlich. Daher wird im allgemeinen das Bestreben sein, die Anzahl Transistoren in der Reihenschaltung derart zu wählen, daß an jedem der Transistoren in dieser Reihenschaltung die maximal zulässige Umkehrspannung vorhanden ist, die zu der Technologie gehört, in der die Verstärkerstufe verwirklicht wird.

Die Verteilung des gesamten Spannungsabfalles an den Transistoren, die bei einer bestimmten Eingangsspannung nicht leitend sind, kann auch einfache Weise dadurch gewährleistet werden, daß die Transistoren in jeder Hälfte der Reihenschaltung derart bemessen werden, daß dir Leckstrom jedes dieser Transistoren zunimmt, je nachdem der Transistor näher an der Ausgangsklemme 55-1 liegt Dies kann bei einer in einer integrierten Form verwirklichbaren Verstärkerschaltung dadurch verwirklicht werden, daß die Ränder der Basisoberflächen zu den Kollektoren der aufeinanderfolgenden Transistoren immer größer gewählt werden.

Dies bedeutet, daß der Leckstrom des Transistors 7 kleiner ist als der des Transistors 8 und daß der Leckstrom des Transistors 8 kleiner ist als der des Transistors 9. Auf gleiche Weise ist der Leckstrom des Transistors 12 kleiner als der des Transistors 11 und der Leckstrom des Transistors 11 kleiner als der des Transistors 10. Wenn die Transistoren 7, 8 und 9 gesperrt sind, wird der Leckstrom des Transistors 7 über den Transistor 8 abgeführt Weil dieser Transistor 8 jedoch einen größeren Leckstrom hat als der Transistor 7, wird der Unterschied dieser Leckströme durch die Speisequelle 13 über die Diode 17 dem Transistor 8 zugeführt. Dies bietet den Vorteil, daß die Spannung am Verbindungspunkt 21 definiert ist und der Spannung der Speisequelle 13, d. h. 0 V, nahezu entspricht. An dem Transistor 7 fällt daher ein inkrementaler Schritt der sinkenden Spannungsreihe an, und zwar 50 V. Weil der Leckstrom des Transistors 9 größer ist als der des Transistors 8, wird der Unterschied dieser Leckströme durch die Speisequelle 14 über die Diode 18 dem Transistor 9 geliefert. Dies ergibt, daß der Spannungsabfall an dem Transistor 8 ebenfalls auf 50 V begrenzt ist, dasselbe gilt auf entsprechende Weise für den Spannungsabfall an den Transistoren 11 und 12. Der begrenzte Spannungsabfall an den Transistoren 9 und 10 ist obenstehend bereits eingehend erläutert. Der auf diese einfache Weise zu gleichen Teilen aufgeteilte gesamte Spannungsabfall ermöglicht die Verwirklichung der Verstärkerstufe mit hoher Ausgangsspannung in Niederspannungstechnologie auf sehr einfache Weise.

Es ist auch möglich, statt der einfachen Transistoren 7 bis einschließlich 12 Darlington-Transistorpaare zu verwenden. Dabei muß zwischen jedem aufeinanderfolgenden Abgriffpunkt der Reihenschaltung in der Steuerschaltung 1 die Spannungsverschiebung vergrößert werden, beispielsweise dadurch, daß die Anzahl zwischen den Abgriffpunkten liegender Dioden um eins erhöht wird.

Um zu vermeiden, daß bei sehr kleiner Eingangsspannung an dem Basis-Emitter-Übergang der Transistoren 7 und 8 zu hohe Umkehrspannungen auftreten, enthält der Steuerkreis die Dioden 43 und 45. Auf gleiche Weise dienen die Dioden 49 und 50 zum Schutz der Basis-Emitter-Übergänge der Transistoren 11 und 12. Aber Leckströme der Dioden 43,45,49 und 50 können größer sein als die der Basis-Emitter-Übergänge der zugeordneten Transistoren 7,8,11 und 12, wodurch die genannten Spannungen zum größten Teil dennoch an den genannten Basis-Emitter-Übergängen vorhanden sind. Um dies zu vermeiden, sind die Übergänge durch die Dioden 57, 58, 59 und 60 überbrückt Die Durchlaßrichtung dieser Dioden ist der der zugeordneten Basis-Emitter-Übergänge entgegengesetzt wodurch die genannten Umkehrspannungen nahezu völlig an den Dioden 43,45,49 und 50 vorhanden sind.

Wenn höhere Ausgangsspannungen erwünscht sind, können diese Dioden vor zu hohen Spannungen in der Umkehrrichtung dadurch geschützt werden, daß statt einer einzigen Diode mehrere reihen-geschaltete Dioden verwendet werden. Dabei muß der Spannungsverschieber zwischen den Abgriffpunkten angepaßt werden, beispielsweise dadurch, daß die Anzahlen der in der Reihenschaltung der Steuerschaltung zwischen aufeinanderfolgenden Abgriffen liegenden Dioden vergrößert werden. Bei der bisher beschriebenen Leistungsverstärkerschaltung ist davon ausgegangen, daß die Steuerschaltung 1 in einer derartigen Technologie verwirklicht ist, daß insbesondere die Stromquelle 33 150 V bestehen kann, die bei einer Eingangsspannung von 0 V auftritt» und daß die hohen Eingangsspannungen zwischen den Eingangsklemmen 31 und 32 verfügbar sind. Um diese Nachteile auszuschalten und insbesondere um die Steuerschaltung 1 in derselben Niederspannungstechnologie verwirklichen zu können wie die Verstärkerstufe 2, kann die in F i g. 2 dargestellte Verstärkerschaltung verwendet werden.

Die in dieser F i g. 2 dargestellte Steuerschaltung 1 ist auf einer zwischen den Speiseklemmen 3 und 4 liegenden Reihenschaltung aufgebaut. Diese Reihenschaltung enthält im allgemeinen eine Anzahl Impedanzschaltungen entsprechend der Hälfte der Anzahl Transistoren In in der Verstärkerstufe 2, gegebenenfalls eine damit in Reihe geschaltete Spannungsverschiebungsstufe, die durch mindestens eine Diode und damit in Reihe geschaltete Hauptstromquellen einer Anzahl Steuertransistoren entsprechend der Hälfte der Anzahl Transistoren In in der Verstärkerstufe 2 verwirklicht wird. Weil die Anzahl Transistoren in der Verstärkerschaltung nach dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 2 sechs beträgt, enthält die Reihenschaltung drei Impedanzschaltungen 57,58 und 59, eine Spannungsverschiebungsstufe, ausgebildet mit einer oder gegebenenfalls zwei Dioden 60 und drei Steuertransistoren 6i, 62 und 63. Diese Reihenschaltung enthält einen zwischen jedem dieser Elemente liegenden Abgriffpunkt 64, 65, 66, 67, 68 und 69, die in Aufeinanderfolge und eins zu eins an die jeweiligen Basisanschlußklemmen 25 bis einschließlich 30 der Verstärkerstufe 2 angeschlossen sind. Für die Impedanzschaltungen 57 bis einschließlich 59 können Widerstände verwendet werden, aber es empfiehlt sich, diese als Stromquellen auszubilden insbesondere in der Form, wie dies an Hand der Fi g. 4 näher erläutert wird.

Weiterhin ist die Steuerschaltung 1 mit Speiseklemmen 74, 75 und mit Speiseklemmen 76 und 77 versehen. Den Speiseklemmen 74 und 75 wird nahezu dieselbe inkremental sinkende Reihe von Spannungen zugeführt wie den weiteren Spannungsklemmen 51 und 52 der Verstärkerstufe 2 und den Speiseklemmen 76 und 77 wird nahezu dieselbe inkremental sinkende Reihe von Speisespannungen zugeführt wie den weiteren Speiseklemmen 53 und 54 des Verstärkers. In diesem Ausführungsbeispiel können die Speiseklemmen 51, 53, 74 und 76 miteinander verbunden werden. Auf gleiche Weise können die Speiseklemmen 52, 54, 75 und 77 miteinander verbunden werden. Die Transistoren 61 bis einschließlich 63 sind von demselben Leitungstyp wie die Transistoren 7 bis einschließlich 9, wobei die Kollektorelektroden der Steuertransistoren 61 bis einschließlich 63 an die Abgriffpunkte 67 bis einschließlich 69 angeschlossen sind.

Weiterhin sind die Speiseklemme 74 mittels einer in Durchlaßrichtung geschalteten Diode 78 an den Abgriffpunkt 64 und die Speiseklemme 75 mittels zweier in Durchlaßrichtung geschalteter Dioden 79-1 und 79-2 an den Abgriffpunkt 75 angeschlossen. Die Speiseklemme 76 ist mittels dreier in der Sperrichtung geschalteter Dioden 70-1, 70-2 und 70-3 an die Basis des Steuertransistors 61 angeschlossen. Die Speiseklemme 77 ist mittels zweier in der Sperrichtung geschalteter Dioden 71-1 und 71-2 an die Basis des Steuertransistors 62 angeschlossen und die Eingangskleinme 31 ist an die Basis des Steuertransistors 63 angeschlossen. Um die Steuertransistoren 61 und 62 mit Basisstrom zu versehen, liegt zwischen einer Speiseklemme 88 und der Basis des Steuertransistors 61 eine weitere Stromquelle 72 und zwischen einer Speiseklemme 89 und der Basis des Steuertransistors 62 eine weitere Stromquelle 73. Den Speiseklemmen 88 und 89 werden Spannungen zugeführt, die um einen inkrementellen Schritt größer sind als die Spannungen der Speiseklemmen 76 und 77, und zwar +50 V und 0 V.

Weiterhin ist in der Verstärkerstufe 2 die Diode 18 durch zwei Dioden 18-1 und 18-2 ersetzt worden und ist die Diode 19 durch zwei Dioden 19-1 und 19-2 ersetzt worden.

Die Wirkungsweise dieser Verstärkerschaltung ist wie folgt:

Bei einer Eingangsspannung, die um soviel höher ist als 0,7 V, daß dadurch ein so großer Basisstrom dem Steuertransistor 63 zugeführt wird, daß dieser in den gesättigten Zustand gelangt, ist die Spannung des Abgriffpunktes 69 etwas positiver als — 100 V. Dadurch fließt der von der Stromquelle 73 abgegebene Strom

ίο über den Basis-Emitter-Übergang des Steuertransistors

62 und die Hauptstromstrecke des Steuertransistors 63 zur Speiseklemme 4. Der Steuertransistor 62 ist dann gesättigt, so daß die Spannung des Abgriffpunktes 68 ebenfalls etwas positiver als —100 V ist. Der von der Stromquelle 72 abgegebene Strom fließt über den Basis-Emitter-Übergang des Steuertransistors 61 und die Hauptstromstreeken der Steueriransistoren 82 und

63 zu der Speiseklemme 4. Dieser Steuerstrom steuert den Transistor 61 in den gesättigten Zustand, wobei die Spannung des Abgriffpunktes 66 ebenfalls gegenüber -100 V etwas positiv ist. Der durch die Hauptstromstrecke des Transistors 61 fließende Strom wird zum größten Teil über die Diode 60 und die Reihenschaltung aus der als Stromquellen ausgebildeten Impedanzschaltung 57,58 und 59 aus der Speiseklemme 3 geliefert.

Die als Stromquellen verwirklichten Impedanzschaltungen 57 bis einschließlich 59 sind derart bemessen, daß der Strom, den die Stromquelle 59 liefert, etwas größer ist als der Strom, den die Stromquelle 58 Hefen und daß dieser Strom etwas größer ist als der Strom, den die Stromquelle 57 liefert. In einem praktischen Beispiel betragen die Werte dieser Ströme 1,2; 1,1 und 1 mA. Der Unterschied in der Stromstärke der Stromquelle 59 und der Stromquelle 58 wird von der Speiseklemme 75 über die Dioden 79-1 und 79-2 der Stromquelle 59 zugeführt. Auf gleiche Weise wird der Unterschied in Stromstärke der Stromquelle 58 und der Stromquelle 57 von der Speiseklemme 74 und über die Diode 78 der Stromquelle 58 zugeführt.

Die Spannungen der Abgriffpunkte 64 und 65 sind dadurch auf 0 V, verringert um nur eine Übergangsspannung, und —50 V, verringert um zwei Übergangsspannungen, fixiert. An jeder der Stromquellen 57 bis einschließlich 59 fällt dann maximal die Spannung eines Schrittes der inkremental sinkenden Reihe von Spannungen und daher 50 V ab. Dies bietet den Vorteil, daß diese Stromquellen in derselben Niederspannungstechnologie verwirklicht werden können wie die Elemente der Verstärkerstufe 2.

Ein kleiner Teil des durch den Steuertransistor 61 fließenden Stromes wird der Belastung 55 entnommen. Und zwar fließt bei dem genannten Eingangssignal nacheinander ein Strom von der Ausgangskiemme 55-i, dem Basis-Emitter-Übergang des Transistors 10 und den Hauptstromstreeken der Steuertransistoren 61 bis einschließlich 63 zu der Speiseklemme 4. Dieser Strom bringt den Transistor 10 in den leitenden Zustand, wodurch ein Belastungsstrom über die Hauptstromstrecke des Transistors 10 und die Dioden 19-1 und 19-2 zu der weiteren Speiseklemme 53 fließt Ein kleiner Teil dieses Stroms durch den Transistor 10 fließt über den Basis-Emitter-Übergang des Transistors 11 und die Hauptstromstreeken der Steuertransistoren 62 und 63 zu der Speiseklemme 4. Dieser Strom bringt den Transistor 11 in den leitenden Zustand, wodurch der Belastungsstrom über die Hauptstromstreeken der Transistoren 10 und 11 und die Diode 20 zu der weiteren Speiseklemme 54 fließt Wenn der Transistor 11 leitend

wird, werden die Dioden 19-1 und 19-2 gesperrt Ein kleiner Teil des durch die Hauptstromstrecke des Transistors U fließenden Stromes Hießt über den Basis-Emitter-Übergang des Transistors 1:2 und die Hauptsnromstrecke des Steuertransistors 63 zu der !speiseklemme. Dadurch wird der Transistor 12 leitend, wodurch einerseits die Diode 20 gesperrt wird und der Belastungsstrom über die Hauptstromstrecken der Transistoren 10,11 und 12 zu der Speiseklemme 4 fließt

Es sei bemerkt, daß die Spannung an den Dioden 19-1 und 19-2 dann —100 V beträgt Deswegen sind auch zwei Dioden angeordnet, mit denen der Spannungsabfall an jeder Diode maximal 50 V beträgt.

Auch in diesem Ausführungsbeispiel wird bei einer Umkehrung der Stromrichtung auf entsprechende Weise wie bei dem in F i g. 1 dargestellten Ausführungsbeispie! der Strom aus dem Transistor 9 gezogen werden unter Beibehaltung derselben Vorteile.

Bei Verringerung des Eingangssignals wird der Strom durch den Steuertransistor 63 abnehmen. Dadurch steigt die Spannung des Abgriffpunkts 69. Solange die Spannung nicht höher wird als —50 V vermehrt um eine Übergangsspannung, wird der von der Stromquelle 73 abgegebene Strom völlig über den Steuertransistor 63 abgeführt werden und die Steuertransistoren 61 und 62 bleiben im gesättigten Zustand.

Dadurch steigt die Spannung des Abgriffpunktes 66, abgesehen von dem Spannungsabfall an den gesättigten Transistoren 61 und 62 und an der Diode 60, ebenfalls nicht über die genannte Spannung und die Dioden 79-1 und 79-2 bleiben leitend.

Die Spannungsvergrößerung an dem Steuertransistor 63 infolge einer kleinen Verringerung des Kollektor-Stromes durch diesen Steuertransistor bei einer kleinen Verringerung des Eingangssignals gelangt als Spannungsverringerung an die Stromquelle 59. Abgesehen von den Basisströmen der Transistoren 10, 11 und 12 bildet die Stromquelle 59 die Belastung des Steuertransistors 63, wodurch ein verstärktes Ausgangssignal erhalten wird. Die Verringerung des Stromes durch den Steuertransistor 63 führt dazu, daß die Steuerströme der Transistoren 10,11 und 12 verringert werden, wodurch der Strom durch die Belastung abnimmt Die Spannung an der Belastung nimmt dadurch ab. Wenn die Spannung am Steuertransistor 53 soweit angestiegen ist, daß der Spannungsabfall an der Stromquelle 59 etwa 1,5 V beträgt, kann die Stromquelle 59 den Strom nicht völlig abgeben. Dies bedeutet, daß beim vorhandenen Spannungsabfall an der Stromquelle 59 diese in dsn gesättigten Zustand gesteuert wird und weniger Strom abgibt, bis dieser Strom dem Strom der Stromquelle 58 entspricht. In diesem Augenblick werden die Dioden 79-1 und 79-2 gesperrt, und die Stromquelle 58 liefert den Strom durch die Hauptstromstrecke des Transistors 61,62 und 63.

Bei einer weiteren Verringerung des Eingangssignals wird die Spannung des Abgriffpunktes 69 auf - 50 V, vermehrt um eine Übergangsspannung, ansteigen. Wenn die Spannung dieses Punktes weiter ansteigen will, fängt der Strom der Stromquelle 73 über die Dioden 71-1 und 71-2 zu der Speiseklemme 77 zu fließen an. Die Spannung an der Basis des Transistors 62 wird dadurch festgehalten und damit die Spannung des Emitters. Diese Emitter-Spannung bleibt daher auf die genannte Spannung begrenzt, die -50 V, vermehrt um eine Übergangsspannung, beträgt. Dies bietet den Vorteil, daß der Spannungsabfall an dem Steuertransistor 63 nie größer sein kann als - 50 V, und daher kann dieser Transistor in derselben Niederspannungstechnologie verwirklicht werden wie die, in der die Steuerstufe 2 verwirklicht wird.

Weiterhin führt die hohe Spannung des Abgriffpunktes 69 einerseits dazu, daß die Spannung an der Basis des Transistors 12 so hoch angestiegen ist, daß von der Hauptstromstrecke des Transistors 11 kein Strom mehr zu der Basis des Transistors 12 fließen kann, weil dieser über die Diode 20 zu der weiteren Speiseklemme 54 fließen wird. Der Transistor 12 ist dann gesperrt Um zu gewährleisten, daß der Transistor in diesem Fall immer gesperrt ist enthält der Basiskreis des Steuertransistors 62 nur eine Diode mehr als die in Reihe mit der Speiseklemme 54 aufgenommene Anzahl Dioden.

Der Vorteil der Speisung aus einer Quelle mit niedrigerer Spannung ist an Hand des in F i g. 1 dargestellten Ausführungsbeispiels bereits eingehend beschrieben worden.

Die Verringerung des Basistromes des Steuertransistors 62 führt dazu, daß der Steuertransistor aus dem gesättigten Zustand gesteuert wird und daß die Spannung der Kollektoren damit am Abgriffpunkt 68 zunimmt Bei einer weiteren Verringerung des Eingangssignals w.id die Spannung am Steuertransistor 62 weiter ansteigen, weil immer mehr Strom von der Stromquelle 73 über die Dioden 71-1 und 71-2 zu der Speiseklemme fließt Solange die Spannung am Abgriffpunkt 65 den Wert von 0 V, verringert um eine Übergangsspannung und eine Restspannung an der Stromquelle 58, nicht übersteigt wird eine Spannungszunahme an dem Steuertransistor 62 eine Spannungsverringerung an der Stromquelle 58 verursachen. Die Spannung des Abgriffpunktes 64 bleibt auf 0 V fixiert weil die Diode 78 noch immer den Differenzstrom der Stromquellen 58 und 57 liefert, wodurch der Spannungsabfall an der Stromquelle 57 auf 50 V fixiert bleibt Die Stromquelle 58 dient daher als Belastungswiderstand für den Steuertransistor 62 in dem Ausgangsspannungsbereich von etwa — 50 V bis etwa 0 V.

Was obenstehend über den Steuertransistor 63 und die Stromquelle 59 für den Ausgangsspannungsbereich von —100 V bis —50 V geschrieben wurde, gilt auf entsprechende Weise für den Steuertransistor 62 und die Stromquelle 58 für den Ausgangsspannungsbereich von -50 V bis OV.

Nimmt das Eingangssignal soweit ab, daß die Spannung des Abgriffpunktes 68 gleich 0 V, vermehrt um zwei Übergangsspannungen, ist, so wird die Spannung dieses Punktes nicht weiter ansteigen können, weil der von der Stromquelle 72 gelieferte Basisstrom dann über die Dioden 70-1, 70-2 und 70-3 zu der Speiseklemme 76 zu fließen anfängt wodurch der Steuertransistor 61 aus dem gesättigten Zustand gesteuert wird, was auf entsprechende Weise wie für den Steuertransistor 62 beschrieben wurde, ergibt daß die Spannung des Abgriffpunktes 68 auf 0 V, vermehrt um zwei Übergangsspannungen, fixiert wird. Dies bietet den Vorteil eines auf 50 V begrenzten Spannungsabfalles an dem Steuertransistor 62.

Infolge der hohen Spannung an dem Abgriffpunkt 68 wird der Transistor 11 gesperrt werden. Um zu gewährleisten, daß der Transistor 11 in diesem FaI! immer .gesperrt ist, ist die Anzahl Dioden in den· Steuerkreis des Steuertransistors 61 um eins größer al: die Anzahl Dioden zwischen dem Emitter de! Transistors 11 und der weiteren Speiseklemme 53. Aui obenstehend bereits angegebenen Gründen betruf diese Anzahl Dioden zwei, daher wird die Anzah

Dioden in dem Steuerkreis des Steuertransistors 61 drei.

Weiterhin wurde infolge der hohen Spannung des Abgriffpunktes 68 die Spannung des Abgriffpunktes 64 so groß, daß die Diode 78 gesperrt wurde. Der von dem Steuertransistor 63 bestimmte Strom wird dann von der Stromquelle 57 geliefert

Infolge der hohen Spannung des Abgriffpunktes 64 bis einschließlich 66 wird nacheinander ein Basisstrom für den Transistor 9 von dem Abgriffpunkt 66 zu der Belastung 55 fließen. Dadurch wird der Transistor 9 leitend. Dadurch kann von dem Abgriffpunkt 65 ein Basisstrom für den Transistor 8 über die Hauptstromstrecke des Transistors 9 zu der Belastung fließen, welcher Strom den Transistor 8 in den leitenden Zustand bringt. Dann kann von dem Abgriffpunkt 64 ein Basisstrom für den Transistor 7 über die Hauptstromstrecken der Transistoren 8 und 9 zu der Belastung fließen, wodurch der Transistor 7 leitend wird. Von der Speiseklemme 3 wird dann ein Belastungsstrom über die Hauptstromstrecken der Transistoren 7,8 und 9 zu der Belastung 55 fließen.

Es sei bemerkt, daß dann zwischen dem Emitter des Transistors 8 und der weiteren Speiseklemme 52 eine Spannung von fast 100 V vorhanden ist.

Daher liegen zwischen diesem Emitter und der weiteren Speiseklemme 52 zwei D'cden 18-1 und 18-2, um die Umkehrspannung an jeder dieser Dioden auf 50 V zu begrenzen.

Dies bringt mit sich, daß zwischen der Speiseklemme 75 und dem Abgriffpunkt 65, an den die Basis des Transistors 8 angeschlossen ist, auch zwei Dioden vorgesehen werden müssen, weil die Spannung der Basis des Transistors 8 mit Ausnahme einer einzigen Übergangsspannung der Emitterspannung entspricht, so daß an jeder Diode 79-1 und 79-2 maximal 50 V Umkehrspannung vorhanden ist. Weiterhin sind diese zwei Dioden 79-1 und 79-2 erforderlich, um eine Ausgangsspannung unterhalb - 50 V den Transistor 8 gesperrt zu halten.

Bei einer weiteren Verringerung der Eingangsspannung wird die Spannung des Steuertransistors 61 zunehmen und daher die Spannung an der Stromquelle 67 abnehmen. Die Stromquelle 57 ist dann für den signalverstärkenden Steuertransistor 61 als Belastung wirksam.

Was für die Stromquellen 58 und 59 und die Steuertransistoren 62 und 63 über den Ausgangsspannungsbereich von —50 V bis 0 V bzw. von —100 V bis — 50 V geschrieben wurde, gilt auf entsprechende Weise für die Stromquelle 57 und den Steuertransistor 61 in dem Ausgangsspannungsbereich von 0 V bis 4- 50 V.

Weiterhin sei bemerkt, daß auf entsprechende Weise das, was für das Ausführungsbeispiel in F i g. 1 in bezug auf die Stromumkehrung beschrieben wurde, auch für diese in F i g. 2 dargestellte Verstärkerschaltung gilt. In dem in dieser Figur beschriebenen Ausführungsbeispiel sind die Spannungen an allen Elementen auf maximal 50 V begrenzt, mit Ausnahme der Stromquellen 72 und 73, an denen die Spannung bei gesättigtem Transistor 63 auf 150 bzw. 100 V ansteigen kann. Zwar kann die Spannung der Speiseklemmen 72 und 73 wesentlich verringert werden, aber mehr als 50 V ist nicht möglich, so daß an der Stromquelle 72 noch immer mehr als 100 V vorhanden sein kann.

Dieser Nachteil weist das in Fig. J dargestellte Ausführungsbeispiel jedoch nicht auf.

Dieses Ausführungsbeispiel zeigt eine Verstärkerschaltung, in der die Verstärkerstufe 2 sowie die Steuerschaltung 1 völlig in derselben Niederspannungstechnologie verwirklicht werden können.

Die in diesem Ausführungsbeispiel dargestellte Verstäikerstufe 2 entspricht der in Fi g. 2 dargestellten Verstärkerstufe, nur die Steuerschaltung 1 weicht etwas von der in F i g. 2 dargestellten Steuerschaltung ab.

Statt der nur an die Basiselektroden der Steuertransistoren 61 und 62 angeschlossenen Stromquellen sind teilweise mit diesen Steuertransistoren in Reihe in den

ίο Steuerkreis aufgenommene Stromspiegelschaltungen vorhanden. Dieser teilweise in Reihe mit der Hauptstromstrecke des Transistors 61 geschaltete Stromspiegel enthält eine zwischen dem Abgriffpunkt 67 und dom Kollektor des Steuertransistors 61 liegende Diode 80, deren Leitungsrichtung der des Steuertransistors 61 entspricht Diese Diode ist durch einen Widerstand 82 und den Basis-Emitter-Übergang eines Hilfstransistors 81 desselben Leitfähigkeitstyps wie die Transistoren 10 bis einschließlich 12, wobei der Kollektor an die Basis des Steuertransistors 61 angeschlossen ist überbrückt Auf gleiche Weise liegt zwischen dem Abgriffpunkt 68 und dem Kollektor des Steuertransistors 62 eine Diode 83, deren Leitungsrichtung der des Steuertransistors 62 entspricht Diese Diode ist durch einen

Widerstand 85 und den Basis-Emitter-Übergang eines Hilfstransistors 84 desselben Leitungstyps wie der des Hilfstransistors 81, dessen Kollektor an die Basis des Steuertransistors 62 angeschlossen ist, überbrückt. Aus dem durch die Diode 80 bzw. 83 fließenden Bezugsstrom wird durch den Widerstand 82 bzw. 85 und den Hilfstransistor 81 bzw. 84 ein gewünschter Basisstrom für den Steuertransistor 61 bzw. 62 abgeleitet. Für Eingangsspannungen, für die die Spannung des Abgriffpunktes 68 bzw. 69 positiver ist als OV bzw. -50 V,

fließt das Übermaß des von dem Hilfstransistor 81 bzw. 84 gelieferten Steuerstromes zu der Speiseklemme 76 bzw. 77. Für Eingangsspannungen, bei denen die Spannung des Abgriffpunktes 68 bzw. 69 negativer ist als 0 V bzw. - 50 V, wird der Steuertransistor 61 bzw. 62 in den gesättigten Zustand gesteuert.

Die Wirkungsweise der Verstärkerschaltung entspricht weiterhin der, die an Hand des in F i g. 2 dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert wurde. Es sei bemerkt, daß die Spannung zwischen den Abgriffpunkten 67 und 68 und die zwischen den Abgriffpunkten 68 und 69 auf bereits beschriebene Art und Weise auf maximal 50 V begrenzt ist, so daß an jedem der Elemente 80,81 und 82,83,84 und 85 eine Spannung von niemals höher als 50 V auftreten kann.

Das in F i g. 3 dargestellte Ausführungsbeispiel kann also völlig in derselben Niederspannungstechnik verwirklicht werden.

Die in den Fig. 1, 2 und 3 dargestellten Verstärkerschaltungen eignen sich insbesondere für Fernsprechschaltungen und insbesondere für Teilnehmerleitungen. Eine Teilnehmerleitung führt in einer der Adern eine Gleichspannung von 0 V und in der anderen Ader eine Gleichspannung von —50 V mit einem den beiden Spannungen überlagerten Wechselstromsignal in Form beispielsweise eines Sprachsignals.

Dadurch, daß den Eingangsklemmen 31 und 32 geeignete Eingangssignale zugeführt werden, kann an dem Ausgang unmittelbar eine Gleichspannung von 0 oder —50 V abgenommen werden. Für die Spannungen der Speiseklemmen 3 und 4 sind 50 V bzw. -100 V gewählt, um für die Ader mit einer Gleichspannung von 0 V einen Spannungshub von +50 V sowie für die Ader mit einer Gleichspannung von - 50 V einen Spannungs-

hub von —50 V verfügbar zu haben zum Abgeben eines Rufsignals ausreichender Amplitude an die Teilnehmerleitung A Die Ausbildung mit symmetrischen Speisespannungen zum Gebrauch als Audioverstärker wurde bereits beschrieben.

Eine Stromquelle für die Ausführungsbeispiele der F i g. 2 und 3 zur Verwirklichung jeder der Impedanzschaltungen 57, 58 und 59 in der Serienschaltung der Steuerschaltung 1 ist in F i g. 4 dargestellt Diese an sich bekannte Stromquelle enthält eine mit einer ersten Anschlußklemme verbundene Reihenschaltung aus zwei Dioden 93 und 94, eine an diese Dioden angeschlossene Reihenschaltung aus einem Widerstand 95 und dem Basis-Emitter-Übergang des Transistors 96. Der durch den Transistor 96 fließende Basisstrom wird dabei durch den Strom durch die zwei Dioden 93 und 94, die Größe des Widerstands 95 und den Strom durch den Basis-Emitter-Übergang des Transistors 96 bestimmt Der Zusammenhang zwischen dem Strom durch die Dioden 93 und 94 und dem Strom durch den Widerstand 95 ist nicht linear. Durch diesen Basisstrom ist der Kollektorstrom dieses Transistors bestimmt An den Kollektor des Transistors 96 ist die Reihenschaltung aus einer Diode 97 und einem Widerstand 98 angeschlossen. Weiterhin ist an die Diode 97 und an den Widerstand 98 ein Basis-Emitter-Übergang eines Transistors 99 und ein Widerstand 100 angeschlossen, wobei der Kollektor des Transistors 99 an die Diode 94 angeschlossen ist.

Der Basisstrom des Transistors 99 wird dabei durch den Strom durch die Diode 97 und durch das Verhältnis der Widerstände 98 und 100 bestimmt Der Zusammenhang zwischen den Strömen durch die Widerstände 98 und 99 ist nahezu linear. Der genannte Basisstrom bestimmt den Kollektorstrom de.« Transistors 99.

Der durch den Kollektor des Transistors 99 fließende Strom fließt über die Dioden 93 und 94 zu der Klemme 90, woraus auf die obenstehend beschriebene Art und Weise der durch den Transistor 96 fließende Strom abgeleitet werden kann, der über rtie Diode 97 und den Widerstand 98 fließt woraus der durch den Transistor 99 fließende Strom abgeleitet wird Wenn dieser dem Strom, von dem ausgegangen ist, nicht entspricht wird durch den genannten nicht linearen Zusammenhang eine bessere Anpassung der Ströme erhalten werden. Diese Einstellung führt daher zu einem Gleichgewicht Von dieser Stromquelle ist der Verstärkungsfaktor des Transistors 96 größer als eins. Dies ergibt eine umlaufende Verstärkung größer als eins in der Schleife, die durch den Transistor 96, die Diode 91 und den Transistor 99 und die Widerstände 98 und 100 gebildet wird, wodurch diese Stromquelle beim Anschließen einer Spannung an die Klemmen 90 und 91 selber startet

Wenn der Strom dieser Stromquelle nicht völlig abgenommen werden kann, gelangen die Transistoren 96 und 99 in den gesättigten Zustand. Dadurch nimmt der Verstärkungsfaktor dieser Transistoren ab, wodurch das Stromverhältnis zwischen den Strömen durch den Widerstand 95 und die Dioden 93 und 94 sowie zwischen denen durch die Widerstände 98 und 100 sich ändern wird und die Stromquelle sich auf ein neues Gleichgewicht bei dem kleineren abgegebenen Strom einstellen kann.

Die Spannung zwischen den Anschlußklemmen kann über einen großen Spannungsbereich variieren, weil die untere und die obere Hälfte der Stromquelle mit Hilfe der Kollektorelektroden der Transistoren 97 und 99 aneinander angeschlossen sind.

Von einer Spannung von 50 V bis zu einer Spannung, die etwas größer ist als zwei Übergangsspannungen, bleibt die Schaltungsanordnung als Stromquelle wirksam. Danach stellt sich diese Impedanzschaltung auf die genannte Art und Weise auf einen niedrigeren Strom ein.

Durch die genannten Eigenschaften eignet sich diese Stromquelle dazu, in den Ausführungsbeispielen, wie diese in den F i g. 2 und 3 dargestellt sind, als Impedanzschaltung verwendet zu werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Verstärkerschaltung mit einer Steuerschaltung, einer daran angeschlossenen Verstärkerstufe und zwei Speiseklemmen mit Speisequellen zum Zuführen unterschiedlicher Potentiale an die Speiseklemmen, wobei die Verstärkerstufe 2n (n=2, 3, ...) Transistoren enthält, die mit je einer Hauptstromstrecke und einer Steuerelektrode versehen sind, wobei die Hauptstromstrecken in Reihe zwischen den zwei Speiseklemmen liegen, sowie eine Ausgangsklemme enthält zum Anschließen einer Belastung, welche Ausgangsklemme an den Verbindungspunkt der n. mit der (n+1). Hauptstromstrecke der Reihenschaltung von Transistoren angeschlossen ist, wobei die η Transistoren, die zwischen einer ersten der zwei Speiseklemmen und der Ausgangsklemme .'iegen, vom komplementären Letiungstyp sind gegenüber den η Transistoren, die zwischen der Ausgangsklemme und der zweiten der zwei Speiseklemmen liegen, und 2(n—\) weitere Speiseklemmen enthält, die über mindestens eine jeder Klemme einzeln zugeordnete Diode eins zu eins mit den nicht mit der Ausgangsklemme verbundenen Verbindungspunkten aufeinanderfolgender Hauptstromstrecken der Reihenschaltung aus den Transistoren angeschlossen sind, welche weiteren Speiseklemmen zugleich an weitere Speisequellen angeschlossen sind, um diesen Speiseklemmen Speisespannungen zu liefern, die zwischen den Potentialen der zwei Speisequellen liegen, wobei die einzeln gespeisten Dioden derart geschaltet sind, daß die an einen bestimmten Verbindungspunkt angeschlossene Diode sperrt, wenn Ln absolutem Sinne das Potential dieses Verbindungspunktes das Potential der mit dieser Diode gekoppelten weiteren Speiseklemme übersteigt, dadurch gekennzeichnet, daß die weiteren Spannungsquellen eine wenigstens nahezu gleich? Reihe inkremenial sinkender Speisespannungen den jeweiligen (n—\) weiteren Speiseklemmen, gerechnet von derjenigen der zwei Speiseklemmen, die die höchste Polarität hat, bis zu der Ausgangsklemme sowie den jeweiligen (n— 1) weiteren Anschlußklemmen, gerechnet von der Ausgangsklemme bis zu der anderen der zwei Speiseklemmen, zuführt.

2. Verstärkerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die 2(n-I) Transistoren derart bemessen sind, daß die Leckströme der Transistoren in jeder Gruppe (n-\) aufeinanderfolgender Transistören, die auf beiden Seiten der Ausgangsklemme liegen, von jeder der Speiseklemmen zu der Ausgangsklemme gesehen, zunehmen.

3. Verstärkerschaltung nach Anspruch 1, wobei die Steuerschaltung eine zwischen den Speiseklemmen liegende Reihenschaltung enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Reihenschaltung von der ersten Speiseklemme zu der zweiten Speiseklemme nacheinander η Impedanzschaltungen, gegebenenfalls eine Spannungsverschiebungsstufe und η Steuertransistoren enthält, daß der Steuerkreis einen jeder Impedanzschaltung und jedem Steuertransistor einzeln zugeordneten Abgriffpunkt enthält, daß die Abgriffpunkte eins zu eins und in Aufeinanderfolge an die Basisanschlußklemmen der Verstärkerstufe angeschlossen sind, daß die weiteren Speiseklemmen je über mindestens eine in der Durchlaßrichtung geschaltete Diode eins zu eins an die η aufeinanderfolgenden Abgriffpunkte, jeder Impedanzschaltung zugeordnet, angeschlossen sind, und daß die weiteren Speiseklemmen je über mindestens eine in Sperrichtung geschaltete Diode eins zu eins und in Aufeinanderfolge an die Basiselektroden der ersten n—l Steuertransistoren angeschlossen sind.

4. Verstärkerschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuertransistoren desselben Leitungstyps sind wie die π zwischen der ersten Anschlußklemme und der Ausgangsklemme liegenden Transistoren in der Verstärkerstufe, daß die Kollektorelektroden der letzten n— 1 Steuertransistoren mit den Emitterelektroden der ersten n—l Steuertransistoren verbunden sind, und daß der Kollektor des ersten Steuertransistors mit der unteren Impedanzschaltung gegebenenfalls über eine Spannungsverschiebungsstufe verbunden ist und die Basiselektroden der n— 1 ersten Steuertransistoren Ober eigene Stromquellen eins zu eins und in einer Aufeinanderfolge an die erste Speiseklemme bis einschließlich die (n—2). weiteren Speiseklemmen angeschlossen sind.

5. Verstärkerschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die n. Impedanzschaltung gegebenenfalls über eine Spannungsverschiebungsstufe und über eine in Durchlaßrichtung geschaltete Diode an den Kollektor des ersten Steuertransistors angeschlossen ist und daß der Emitter des m. Steuertransistors mit m= 1,2,.. _n (n—2) über eine in Durchlaßrichtung geschaltete Diode an den (m+1). Steuertransistor angeschlossen ist, daß an jeder dieser Dioden ein Widerstand in Reihe mit einem Emitter-Basis-Übergang eines Hilfstransistors liegt, dessen Kollektor an die Basis dieses Steuertransistors angeschlossen ist, von welchem Steuertransistor der Kollektor an die Basis des Hilfstransistors angeschlossen ist.

6. Verstärkerschaltung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl Dioden zwischen jeder der Speiseklemmen der Verstärkerstufe und den damit verbundenen Verbindungspunkten der Hauptstromstrecken der Transistoren der Anzahl Hauptstromstrecken der Transistoren in der Reihenschaltung, die zwischen der weiteren Speiseklemme und der nächsten Speiseklemme liegen, entspricht und daß die Anzahl Dioden, die zwischen den weiteren Speiseklemmen und den Abgriffpunkten des Reihenkreises der Steuerschaltung liegen, die den Impedanzschaltungen zugeordnet sind, der Anzahl Impedanzschaltungen, die zwischen jeder dieser weiteren Speiseklemmen und der ersten Speiseklemme liegen, entspricht, und daß die Anzahl Dioden zwischen den weiteren Speiseklemmen und den Steuereingängen der Steuertransistoren der Anzahl Hauptstromstrecken der Steuertransistoren zwischen jeder der weiteren Speiseklemmen und der zweiten Speiseklemme, vermehrt um eins, entspricht.

7. Verstärkerschaltung nach einem der Ansprüche 3 bis einschließlich 5, dadurch gekennzeichnet, daß jede Impedanzschaltung als Stromquelle ausgebildet werden kann.