DE3136284A1

DE3136284A1 - Leistungsverstaerker/endverstaerker

Info

Publication number: DE3136284A1
Application number: DE19813136284
Authority: DE
Inventors: Yasuhiro Yokohama Kanagawa Kodera; Hiroyasu Yamaguchi
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1980-09-16
Filing date: 1981-09-12
Publication date: 1982-04-15
Also published as: GB2084418A; JPS5753110A; GB2084418B; DE3136284C2; US4471322A

Description

PATENTANWÄLTE F.W. HEMMERICH · GERD MOLLEp ·*D, ¹GRQSSE- R¹PpLLMEIBR 7 3

4.9.1981

Tokyo Shibaura Denki Kabushiki Kaisha, 72 Horikawacho, Saiwai-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa-ken (Japan)

Leistungsversfärker/Endverstärker

Gegenstand dieser Erfindung ist ein Leistungsverstärker oder Endverstärker, Gegenstand dieser Erfindung ist insbesondere aber ein für den Einsatz in Tonfrequenzschaltungen geeigneter Leistungsverstärker oder Endverstärker.

In der Tonfrequenz-Ausgangsstufe eines Tonfrequenzempfangssystemes, das beispielsweise in einem Fernsehempfangsgerät verwendet wird, wird das Tonfrequenzsignal von einem Leistungsverstärker oder Endverstärker derart "verstärkt, daß mit diesem Signal ein Lautsprecher ausgesteuert und betrieben werden kann. Zwecks Erzielung der besten Verstärkungsleistung besteht der Endverstärkerkreis für gewöhnlich aus einer Leistungsverstärkerschaltung/Endverstärkerschaltung der Klasse B, die ihrerseits wiederum aus einem Gegentakt-Transistorausgangskreis und einer Treiberstufenschaltung besteht, die den Lautsprecher ansteuert und aussteuert. Eine Leistungsverstärkerschaltung dieser Art wird ihrerseits wieder angesteuert und ausgesteuert von einem Vorverstärkerkreis, der für gewöhnlich aus einer Verstärkerschaltung der Klaase A besteht. Von der Vorverstärkungsschaltung aus wird zudem auch noch ein Verstärkungsstrom auf die zur Leistungsverstärkerschaltung gehörende Treiberstufe geführt. Was den Stand der Technik betrifft, so erzeugt der Vorverstärkungskreis für die Treiberstufe - ganz gleich, welchen Signalpegel das einfallende und herinkommende Tonfrequenzsignal auch hat - ein dem maximalen Vorverstärkungsstrom entsprechendes konstantes Signal

PATENTANWÄLTE F.W. HEMMERICH · GERD MÖLLÖH · D.'GflOSSiE'-.E¹: RdLl^EIEP 73

4.9.1981 - 2 -

- 3-

Das aber bedeutet, daß der Vorverstärkungskreis unnütz Strom und Energie verbraucht.

Die Erfindung stellt sich somit die Aufgabe, einen Leistungsverstärker oder Endverstärker zu schaffen, der bei einem geringeren Stromverbrauch "ein Eingangssignal zuverlässig verstärkt Bei einem Ausführungsbeispiel vorgesehen ist ein Verstärker, dem eine Schaltung zugeordnet ist, welche eine Zerstörung oder Beschädigung des LeistungsVerstärkers oder Endverstärkers durch zu starkem Strom verhindern soll.

Die Erfindung löst die ihr gestellte Aufgabe dadurch, daß sie einen Tonfrequenzverstärker oder Niederfrequenz vorsieht, zu welcher eine Leistungsverstärkerschaltung mit einer Treiberstufe gehört, die zum ansteuern und aussteuern einer Gegentakt-Ausgangsstufe ausgelegt und dadurch gekennzeichnet ist, daß sie eine Meßschaltung aufweist, die mit dem Leistungsverstärkerkreis verbunden und derart ausgelegt ist, daß sie im Ansprechen auf den Signalpegel des Treiberstufen-Ausgangssignales aufgrund eines Meßvorganges ein Stromsignal erzeugt; daß sie weiterhin auch noch aufweisteine Vorverstärkerschaltung, welcher das vorerwähnte Meßsignal aufgeschaltet wird und welche der vorerwähnten Treiberstufe ein solches Stromsignal aufschaltet, daß sich im Ansprechen auf das Meßsignal der vorerwähnten Meßschaltung verändert.

Gegenstand der Erfindung ist somit ein Leistungsverstärker oder Endverstärker mit geringer Stromaufnahme oder Energieaufnahme. Eine Vorverstärker-

PATENTANWÄLTE F.W. HEMMERICH · GERD MÜLLE? *D_^:GReSSE^: F.^:PpLLMEIE?i 73

4.9.1981 - 3 -

schaltung steuert im Ansprechen auf ein Eingangssignal eine Treiberstufe an oder aus Die Treiberstufe mißt und erfaßt den jeweils zutreffenden Signal pegel des Ausgangssignales der Treiberstufe.Das Ausgangssignal der Meßschaltung wird der Vorverstärkerschaltung aufgeschaltet, die ihrerseits wiederum der Treiberstufe ein Vorverstärkungs-Stromsignal zuführt, das sich im Ansprechen auf das Ausgangssignal der Meßschaltung verändert. Das aber bedeutet, daß das Stromsignal der Vorverstärkerschaltung im Ansprechen auf die Anforderungen geändert werden kann, d.h. das Stromsignal der Vorverstärkerschaltung kann schwach sein, wenn der Bedarf gering ist und kann stärker sein, wenn der Bedarf größer wi rd.

Die Erfindung wird nachstehend nun anhand des in Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles (der in Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele) näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:-

Fig. 1 Ein Schaltbild des Leistungsverstärkers oder Endverstärkers dieser Erfindung.

Fig. 2 WeIlenformen oder Signal-Zeit-Diagramme für die verschiedensten Punkte und Position der Schaltung nach Fig. 1.

Fig. 3 Ein Schaltbild betreffend ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Bei dem mit Fig. 1 dargestellten Leistungsverstärker oder Endverstärker handelt es sich um einen quasikompleinentären Gegentaktverstärker mit Eintaktausgang (SEPP = single-ended push-pull power amplifier). Dem Basisanschluß eines Transistors Q_n wird ein Ton-

* ^ra · ft O . (I * Oft ,

»*■■'* O * <ι* 4 ,j η.»

PATENTANWÄLTE F.W. HEMMERICH · GERD MÜLLEJR · D.*G£!ÖSS6 ·*Ε?»RDLlMEIEJR 7 3

4.9.1981 4

frequenz-Eingangssignal S. über einen Kondensator C-,-. auf geschal tet. Mit seinem Basisanschluß steht der Transistor Q-,-i über einen Widerstand R,. mit einer Erdungsleitung oder Masseleitung 100 in Verbindung, die ihrerseits wiederum auf den negativseitigen Anschluß einer Bezugsspannungsquelle E-,, geführt ist. Darüber hinaus ist der Basisanschluß des Transistors Q-,·, über einen Widerstand R„_g auch noch auf eine Stromversorgungsleitung 200 geführt, die ihrerseits wiederum an den positivseitigen Anschluß der Bezugsspannungsquelle E-,-, angeschlossen ist. Der zwischen den beiden Widerständen R₁₃ und R₂₆ liegende Verknüpfungspunkt ist über einen Kondensator C₁₂ an Erde oder Masse gelegt. Der zum Transistor Q,, gehörende Emitteranschluß ist über eine Konstantstromschaltung I ■. ·, auf den Verknüpfungspunkt zwischen dem Widerstand R,-. und dem Widerstand.-Rpfi geführt. Die Konstantstromquelle I,, steht mit dem Kollektoranschluß des Transistors Q₁- in Verbindung, dessen Emitteranschluß wiederum über einen Widerstand R-,, auf die Erdungsle'itung oder Masseleitung 100 geführt ist. Der Kollektoranschluß des Transistors Q-,- ist mit dem KoI lektoranschl 1 uß des Transistors Q-,- verbunden, wohingegen der Basisanschluß dieses Transistors Q,. auf den KoI lektoranschl uß dieses Transistors Q₁₄ geführt ist und zum anderen auch noch auf den Basisanschluß des Transistors Q-10· Emittersetig ist der Transistor Q₁₄ über einen Widerstand R,„ mit der Erdungsleitung oder Masseleitung 100 verbunden. Bei den Transistoren Q,, und Q-,- handelt

·_ ^ 313

PATENTANWÄLTE F.W. HEMMERICH - GERD MÜLLES " D. ¹Gg(SsSS' F.^:Ppi"tFviEIEä 73

4.9.1981 - 5 -

-i-

es sich um einen Different!al verstärker 11, der eine Primärstufe des Leistungsverstärkers oder Endverstärkers ist. Demgegenüber bilden die Transistoren Q₁^ und Q-,. eine Strromspiegelungsschaltung.

Das verstärkte Tonfrequenzsignal wird von dem Kollektoranschluß des Transistors Q-,-, aus dem Basisanschluß des Transistors Q₁₅ aufgeschaltet. Dieser Transistor Q₁₅ ist mit seinem Emitteranschluß zum einen auf den Basisanschluß eines Transistors Q₁,-

1 6

geführt und zum anderen über einen Widerstand R-,,-auf die Erdungsleitung oder Masseleitung 100. Der KoI lektoranschl uß des Transistors Q-,,- steht mit dem KoIlektoranschluß des Transistors Q,g in Verbindung. Was die Transistoren Q-|₅ und Q-,,- betrifft, so sind diese schaltungsmäßig als eine Darlington-Schaltung und ein Verstärker der Klasse A ausgeführt, sie bilden zudem auch noch einen Teil 12 einer Vorverstärkungsschal tung.

Vom KoI lektoranschluß des Transistors Q-jg aus gelangt die Tonfrequenzsignal-Ausgangsspannung auf den Basisanschluß des Transistors Q₂₁ sowie über die Dioden D-,-, und D-,- auch noch auf den zum Transistor Q-.Q gehörenden Basisanschluß, dessen Kollektoranschluß über einen Widerstand R_0n auf die

30

Stromversorgungsleitung 200 geführt ist und dessen Emitteranschluß mit dem Basisanschluß eines Transistors Q₁₇ in Verbindung steht. Mit seinem Kollektoranschluß steht der Transistor Q--, über einen Widerstand R_?q mit der Erdungsleitung oder Masseleitung 100 in Verbindung sowie auch noch mit dem Basisanschluß eines Transistors Q-,_Q, während der Emitter-

PATENTANWÄLTE F.W. HEMMERICH ■ GERD MüLLEfl · Di'GRÖSS&I *,^POLUVlEIEFi 7 3

4.9.1981 - 6 -

-V-

anschluß dieses Transistors Q₂-,auf den Emitteranschluß eines Transistors Q₂₀ geführt ist. Mit seinem Basisanschluß ist der Transistor Q₂Q über die Dioden D,₃ und D,- auf den Emitteranschluß des Transistors Q-|₇ geführt und mit seinem Köllektoranschluß auf die Stromversorgungsleitung 200.

Für den Transistor Q-|₇ gilt, daß dessen Kollektoranschluß auf die Stromversorgungsleitung 200 geführt ist und dessen Emitteranschluß auf eine Ausgangsleitung L·.-,. Diese Ausgangsleitung L-,-, steht zum einen über einen Kondensator C-.^ mit dem Lautsprecher SP in Verbindung und zum anderen über einen Kondensator C₁₄ und über einen Widerstand Ron mit der Stromversorgungsleitung 200. Verbunden ist die Ausgangsleitung ι·,-, weiterhin auch noch über einen Rückkopplungswiderstand oder Rückführungswiderstand Rp₇ mit dem Basisanschluß des Transistors Q-io> der mit seinem Basisanschluß über einen Kondensator C_1C und über einen Widerstand R„_R auch noch auf die Erdungsleitung oder Masseleitung 100 geführt ist.

Die Transistoren Q·.-, bis Q₂-] bilden eine Leistungsverstärkerschaltung oder Endverstärkerschaltung 13, und das ist die letzte Stufe des LeistungsVerstärkers oder Endverstärkers. Bei den zur Leistungsverstärkerschaltung 13 gehörenden Transistoren Q₁₇ und Q₁₈ handelt es sich um die im Gegentakt arbeitenden Ausgangstransistoren, während die Transistoren Q-igj Qp₀ und Q₂-I die Treibertransistoren für die Transistoren Q^und Q-,g sind.

Ein Transistor Q₂₂ ist mit seinem KoIlektoranschluß

3 Ί 3 b 2 8

PATENTANWÄLTE F.W. HEMMERICH · GERD MDLLE3 ·"D.^RQSSF - F^PpLbMElER 73 6Tl

4.9.1981 - 7 -

mit dem Basisanschluß des Transistors Q-,g verbunden, wohingegen er über einen Widerstand R,g und über einen Widerstand Ro_n auf die Stromversorgungsleitung 200 geführt ist. Der Basisanschluß des Transistors Q₂₂ liegt über einen Widerstand R-,ο ^an Erde/Masse. Für den Transistor Q₂₃ gilt, daß dieser Transistor mit seinem KoIlektoranschluß auf den Basisanschluß des Transistors Q₂₀ geführt ist, mit seinem Emitteranschluß über einen Widerstand R-,₇ und über einen Widerstand R₃₀ auf die Stromversorgungsleitung und mit seinem Basisanschluß auf den Basisanschluß des Transistors Qpo- Der Basisanschluß und der Kollektoranschluß des Transistors Q₂* stehen mit dem Basisanschluß des Transistors Q₂₂ in Verbindung, während der Emitteranschluß dieses Transistors über einen Widerstand R,_g und über einen Widerstand R₃₀ mit der Stromversorgungsleitung 200 verbunden ist. Die Transistoren Q₂₂ bis Q₂- stellen den anderen Teil 12' der Vorverstärkungsschaltung dar, von der aus ein Vorverstärkungsstrom Ip den Transistoren Q-jg bis Qo-ij die zur Lei stungsverstärkungsschal tung 13 gehören, auf geschal tet wird·.·

Für den Transistor Q₂^ trifft zu, daß sein Basisanschluß zum einen über einen Widerstand R₂Q mit dem Basisanschluß des Transistors Q,₇ verbunden ist und zum anderen über einen Widerstand R₂-, mit der Ausgangsleitung L-,,. Der Emi tter anschl uß des Transistors Q₂C ist über einen Widerstand R₂₂ auf die Ausgangsleitung L,, geführt, wohingegen der Kollektoranschluß dieses Transistors Q₂₅ in Verbindung steht mit dem Emitteranschluß des Transistors Q₂₄.

— fi -

313628A

• * B vf- at

PATENTANWÄLTE F.W. HEMMERICH ■ GLRO MÜLLER · D. GROSSE ·■{*. PÖLLMhiKH "/3 5

-3 -

Der Transistor Qp₆ ist mit seinem Basisanschluß zum einen über einen Widerstand R_?o mit dem Basisanschluß des Transistors Q-,„ verbunden und zum anderen über einen Widerstand R„. auf die Erdungsleitung oder Masseleitung 100 geführt. Der Emitteranschluß des Transistors Q₂₆ ist über einen Widerstand Rp₅ an die Erdungsleitung oder Masseleitung 100 angeschlossen, während der KoIlektoranschluß dieses Transistors mit dem Emitteranschluß des Transistors Q₂₄ in Verbindung steht. Die Transistoren Q₂₅ und Q₂₆ stellen eine Meßschaltung 14 dar, die den Pegel der Signale, welche dem Basisanschluß der Transistoren Q-J₇ und Q,g zugeführt werden, mißt und erfaßt und im Ansprechen auf den gemessenen und erfaßten Signalpegel die Ströme I. und I_g erzeugt.

Von der Meßschaltung 14 aus werden die Ströme I. und I_R dem Emitteranschluß des Transistors Q₂-im anderen Teil 12' der Treiberstufe aufgeschaltet. Wie noch ausführlich vorgebracht werden wird, führen die Transistoren Q₂₂ und Q₂-, den Vorverstärkungsstrom I„ auf die Transistoren Q₁₉. Q₂n ^unc* Q?9' und dieser Strom wird dann in seiner Stromstärke stärker, wenn den Transistoren Q-.^ und Q-,g ein strärkeres Tonfrequenzsignal auf geschaltet wird. Andererseits wiederum bewirkt eine Abschwächung des Tonfrequenzsignales, daß auch der Vorverstärkungsstrom I„ schwächer wird. Das aber bedeutet, daß der andere Teil 12' im Ansprechen auf den jeweils zutreffenden Signalpegel des der Leistungsverstärkerschaltung 13 auf geschalteten Tonfrequenzsignales einen Vorverstärkungsstrom I„ erzeugt,

4.9.1981

PATENTANWÄLTE F.W. HEMMERICH · GERD MÜLLER · D. GROSSE --F. CCLLMEiEB _73 '5 1 1:

4.9.1981 - 9 -

der in seiner Stromstärke so klein gehalten werden kann, daß er sich verringernd auf die Leistungsaufnehme und den Stromverbrauch auswirkt. Im Gegensatz dazu erzeugt bei den Leistungsverstärkern konventioneller Ausführung der Vorverstärkungskreis einen konstanten Vorverstärkungsstrom, welcher gleich dem maximalen Vorverstärkungsstrom für den maximalen Signalpegel des Tonfrequenzsignales ist, so daß gesagt werden kann, daß Vorverstärkungsschaltungen konventioneller Ausführung ganz unnütz Strom und Energie verschwenden.

Dem zum anderen Teil 12' der Vorverstärkungsschaltung gehörenden Widerstand R-,„ ist eine Diode D-,^ parallel geschaltet. Bei der Diode D,r handelt es sich um eine strombegrenzende Schaltung 15, die verhindert, daß der von den Transistoren Q₂₂ und Q_?3 erzeugte Vorverstärkungsstrom I- keine über einen vorgegebenen Sollwert hinausgehende Stromstärke annehmen kann, so daß als Folge davon die Transistoren Q-J₇ bis Q₂-. gegen Beschädigung und Zerstörung geschützt sind.

Nachstehend soll nun die Funktion und die Arbeitsweise des Leistungsverstärkers/Endverstärkers anhand der mit Fig. 2 gegebenen Signal-Zeit-Diagramme und Wellenformen beschrieben werden. Nachdem das als Eingangssignal aufgeschaltete Tonfrequenzsignal im Differential verstärker 11 und in dem einen Teil 12 der Vorverstärkungsschaltung verstärkt worden ist, wird dessen Wellenform der Leistungsverstärkerschaltung 13 aufgeschaltet. Während einer

λ * r. «ίο»«

PATENTANWÄLTE F.W. HEMMERICH · GERD MÜLLER · D. GROSSE · P. PQLLMEIER 73

-A4 -

positiven Halbperiode des Tonfrequenzsignales fließt der Vor Verstärkungsstrom I- vom Transistor Q₂₂ aus zum Basisanschluß des Transistors Q-ig» der dadurch in den Leitzustand oder Durchlaßzustand geschaltet wird. Vom Transistor Q-,g aus wird der Transistor Q-|₇ angesteuert, was wiederum zur Folge hat, daß durch den KoIlektoranschluß des Transistors Q₁₇ ein Strom fließt, welcher die mit Fig. 2a wiedergegebene Wellenform hat. Zu diesem Zeitpunkt befinden sich die Transistoren Q₂₀» Q₂i ^unc^ Qio ^^m Abschal tzustand oder Sperrzustand. Während der negativen Halbperiode des Tonfrequenzsignales gehen die Transistoren Q₂^ und Q„, in den Leitzustand und steuern ihrerseits wiederum den Transistor Q₁₀

I ο

an. Zu diesem Zeitpunkt fließt der Strom I- vom Transistor Q₂₂ in die Dioden D-,, und D,₂, was wiederum zur Folge hat, daß die Transistoren Q₁₉ und Q₂Q in den Sperrzustand geschaltet werden. Die Transistoren Q-,₇ und Q,„ arbeiten somit im Gegentakt und führen dabei ein verstärktes Tonfrequenz-Ausgangssi grial auf den Lautsprecher SP, das die mit Fig. 2c wiedergegebene Wellenform hat.

Bei dem abgeflachten Teil der Wellenformen nach Fig. 2a und Fig. 2b handelt es sich um den Kollekttorstrom eines jeden der Transistoren Q-,₇ und Q-ij, der dann erforderlich ist, wenn das Tonfrequenzsignal gleich Null ist, (d.h. um Ruhestrom I^i_e)·

Wie nunmehr aus Fig. 2d zu erkennen ist, entspricht der durch den KoIlektoranschluß des zur Meßschaltung 14 gehörenden Transistors Q₂,- fließende Strom I

4.9.1981 - 10 ■ -

.31.30284,

PATENTANWÄLTE F.W. HEMMERICH · GERD MÜLLER · D. GROSSE --F. PCLLBIEJE^ 7 J-6l"t

"- ---- '--" --■ -Mm -■:■. 4.9.1981 - 11 -

dem Potential, das zwischen dem Basisanschluß und dem Emitteranschluß des Transistors Q-,-, ansteht, (d.h. dem positiven Signalpegel des Tonfrequenzsignales). Eine Abschwächung des zwischen dem Basisanschluß und dem Emitteranschluß des Transistors Q-|-, anstehenden Potentials bewirkt auch eine Abschwächung und Verringerung des gemessenen Stromes I.. Fig. 3e läßt nun erkennen, daß in ähnlicher Weise im Ansprechen auf das zwischen dem Basisanschluß und dem Emitteranschluß des Transistors Q₁₈ anstehende Potential -(und das ist der negative Signalpegel des Tonfrequenzsignales)-ein Meßstrom I_R durch den Kollektoranschluß des Transistors Q_oc.

Beide Meßströme I. und I_R fließen auch durch den Widerstand R-Ig₅ der zum anderen Teil 12' der Vorverstärkungsschaltung gehört. Ein Stärkerwerden der Meßströme I. und I„ bewirkt ein Anwachsen des Spannungsabfalles am Widerstand R,g und damit auch eine Abschwächung des an den Transistoren Q₂₂ ^unc· Qp., anstehenden Basi spotenti ales. Das wiederum hat zur Folge, daß - wie dies mit Fig. 2f veranschaulicht ist - bei den Transistoren Q₂₂ und Q₂^ der KoI1ektorstrom, (d.h. der Vorverstärkungsstrom Ip), stärker wird. Das wiederum bewirkt, daß der Ansteuerungsstrom, der von den Transistoren Q-ig> Q₂₀ und Q_?, abgegeben wird ansteigt, was wiederum auch ein Ansteigen der zwischen den Basisanschlüssen und den Emi tteranschl iissen der Transistoren Q, ^ und Q₁O anstehenden Spannung zur Folge hat. Andererseits wiederum bewirkt ein Abfallen der Meßströme I. und

PATENTANWÄLTE F.W. HEMMERICH · GERD MÜLLER ■ D. GROSSE _: >F. PQLLMEiER -73

4.9.1981 - 12 -

-/3

Ig, wobei als Folge davon der Spannungsabfall am Widerstand R-,g sich abschwächt und sich das Potential, welches an der Basis der Transistoren Q„_? und Q₂₃ ansteht, verstärkt. Dies wiederum bewirkt auch ein Abschwächen des Kollektorstromes Ip der Transistoren Q„2 und Qp3> wie dies mit Fig. 2f dargestellt ist. Das führt zu einer Abschwächung des von den Transistoren Q,_g, Q~q und Qp-, abgegebenen Ansteuerungsstromes und damit auch zu einer Abschwächung der Spannung, die zwischen den Basisanschlüssen und den Emitteranschlüssen der Transistoren Q-,₇ und Q₁₀ ansteht. Das bedeutet, daß dann, wenn zwischen

den Basisanschlüssen und den Emitteranschlüssen der

Transistoren Q₁-, und Q₁₀ eine hohe Spannung ansteht, ι / Io

was ein Anzeichen dafür ist, daß auch der Signalpegel des Tonfrequenzsignales hoch ist, dann gilt, daß auch der Vorverstärkungsstrom I~ aus dem Transistor Q₂₂ ^upd aus dem Transistor Q-g groß ist, daß weiterhin auch die Verstärkungsleistung der Transistoren Q-J₇ und Q,g groß ist. Steht zwischen den Basi sanschl iissen und den Emi tteranschlüssen der Transistoren Q-|₇ und Q-J₀ demgegenüber eine schwache Spannung an, was bedeutet, daß der Signalpegel des Tonfrequenzsignales klein oder gleich Null ist, dann ist als Folge davon auch der Vorverstärkungsstrom Ι« klein, dann ist weiterhin auch die Verstärkungsleistung der Transistoren klein und schwach.

Der Vorverstärkungsstrom I_r verändert sich somit im Ansprechen auf die Belastung, und dieser Strom braucht nicht konstant und stark zu sein. Die Vor-

PATENTANWÄLTE F.W. HEMMER ICH · GERD MÜLLER - D. GROSSE r'F. fCLLN/lETE* -7;5'j51 r

4.9.1981 - 13 -

Verstärkungsschaltungen 12 und 12' können dementsprechend die Stromaufnahme oder Leistungsaufnahdann verringern, wenn das Tonfrequenzsignal einen niedrigen Signalpegel aufzuweisen hat oder wenn überhaupt kein Tonfrequenzsignal vorhanden ist. Darüber hinaus ist der Leistungsverstärker oder Endverstärker in der Lage, das Tonfrequenzsignal in zuverlässiger Weise zu verstärken und dem Lautsprecher SP zuzuführen. Demgegenüber muß bei Leistungsverstärkern konventioneller Ausführung die Vorverstärkungsschaltung einen konstanten Vorverstärkungsstrom erzeugen, wie dies mit der gestrichelten Linie in Fig. 2f dargestellt ist. Diese Vorverstärkungsschaltungen konventioneller Ausführung sind somit ganz bedeutende Strom-und Energieverschwender.

Nachstehend sollen nun Funktion und Arbeitsweise der Strombegrenzungsschaltung 15 in aller Ausführlichkeit beschrieben und erläutert werden. Ist der Spannungsabfall am Widerstand R-,_g größer als die Durchlaßspannung oder Vorwärtsspannung der Diode D₁₅ - und zwar im Ansprechen auf die erhöhten Meßströme I, und I_R , dann geht die Diode in den Leitzustand (läßt den Strom durch) und die Meßströme fließen durch den Widerstand R,_g und durch die Diode D,^· Der Spannungsabfall am Widerstand R,« ist auf die Vorwärtsspannung oder auf die Durchlaßspannung fixiert und festgelegt. Das bedeutet wiederum, daß das Basispotential der Transistoren Q_?2 ^ur)d Q₂₃ nicht unter einen vorgegebenen Sollwert abfallen kann und daß auch die

PATENTANWÄLTE F.W. HEMMERICH · GEPD MÜLLER ■ D. GROSSE ;-F*. PQLLI^EiER - 7:3 ~ f> 1 \

4.9.1981 - 14 -

Stromstärke des Vorverstärkungsstromes Ip nicht ansteigen kann, so daß auch die Transistoren Q,₇ bis Q_?1 nicht beschädigt und zerstört werden können. Die Strombegrenzungschaltung 15 arbeitet 2uverlässig dann, wenn der Pegel des Tonfrequenzsignales sehr groß ist und wenn der Verbraucher, (d.h. der Lautsprecher SP) kurzgeschlossen ist.

Es kommt noch hinzu, daß die Widerstände R_?p und R_?r, die sowohl mit den Emitteranschlüssen der Transistoren Q_?(- und Q~_fi als auch mit der Strombegrenzungsschaltung 15 verbunden sind, selber strombegrenzend wirken. Die Widerstände R_?? und R_?[- ermöglichen eine positive Rückkopplung oder positive Rückführung und verhindern, daß Ströme mit extrem großen Stromstärken in die Basi sa.nschlüsse der Transistoren Q₂₅ und Q₂₆ fließen können. Das hat wiederum zur Folge, daß der Vorverstärkungsstrom I_r keine zu große Stromstärke annimmt und daß die Transistoren Q₁₇ bis Q„i nicht beschädigt und zerstört werden.

Es ist möglich, die zuvor beschriebene Schaltung zu ändern und zu modifizieren. Der Transistor Q~» kann weggelassen werden, statt der Diode D-,,- können zwei Dioden dem Widerstand R-,η parallel geschaltet werden. Ein in dieser Weise geänderte und modifizier te Schaltung würde genauso funktionieren wie die zuvor beschriebene Schaltung.

Fig. 3 zeigt nun ein anderes Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes. Zwecks Vereinfachung der Beschreibung sollen Teile der Schaltung, die jenen der Schaltung nach Fig. 1 ähnlich oder gleich sind, auch die gleichen Hinweiszahlen erhalten.

.β 1.362.84.

PATENTANWÄLTE F.W. HEMMERICH · GERD MDLLER · D. GROSSE -F. f&LLWIEiEfl -7-3' j6 1 Ϊ

■^:- ·^:" "-" --" --bh — 4.9.1981 - 15 -

Diese Teile werden auch nicht näher erläutert. Ein als Eingangssignal zugeführtes.Tonfrequenzsignal wird nach Verstärkung im Different!al verstärker 11 - dieser Differential verstärker 11 entspricht genau dem Differential verstärker 11 aus Fig. 1 - dem Basisanschluß eines Transistors Q₃₄ auf geschaltet, bei welchem es sich um den Teil 12 einer Vorverstärkungsschaltung handelt. Mit seinem KoIlektoranschluß ist dieser Transistor Q.,, auf eine Erdungsleitung oder Masseleitung 100 geführt und mit seinem Emitteranschluß zum einen über eine Diode D,,- auf den Basisanschluß eines Transistors Q-._g und zum anderen auf den Basisanschluß eines Transistors Qo-i · Darüber hinaus steht der Emitteranschluß dieses Transistors Q.,. über einen Kondensator C-,_fi auch noch mit seinem Basisanschluß in Verbindung.

Vo mTransistor Q₃, aus wird die Spannungs-Wellenform des Tonfrequenzsignales auf die Transistoren Q-iq» Q„_Q und Ο«-, übertragen, und diese Transistoren Q-jg Q_?o und Qp-, steuern. ihrerseits wiederum die Ausgangstransistoren oder Endtransistoren Q₁₇ und Q-,g an. Wies dies auch bei der Leistungsverstärkerschaltung 13 nach Fig. 1 der Fall ist, stellen auch die Transistoren Q-|₇ bis Q₂-] eine Leistungsverstärkerschaltung dar. Die Leistungsverstärkerschaltung 13 ist im wesentlichen so ausgeführt, wie dies bei der Leistungsverstärkerschaltung 13 nach Fig. 1 der Fall ist, anders als bei der Leistunsverstärkerschaltung 13 aus Fig. 1 ist jedich der Transistor Q^q mit seinem Basisanschluß über die Dioden D-j ^, D,g und D_1q auf den Emitteranschluß des Transistors Q₁₇ ge-

PATENTANWÄLTE F.W. HEMMERICH · GERD MÜLLER · D. GROSSE -P. POtLÖEHF.ft 75 -61 ^

4.9.1981 - 16 -

führt, steht weiterhin der KoIlektoranschluß des Transistors Q·,-, über die Widerstände R₃Q und R₃₃ mit der Stromversorgungsleitung 200 in Verbindung.

Eine Meßschal.tung 14, die schaltungsmäßig zwischen den Basisanschlüssen der Transistoren Q-,-, und Q,„ angeordnet ist entspricht in ihrer Ausführung der Meßschaltung 14 aus Fig. 1 und arbeitet auch wie die Meßschaltung aus Fig. 1. Die Kollektoranschlüsse der zur Meßsehaltung 14 gehörenden Transistoren Q₂₅ und Q₂₆ sind mit dem Emitteranschluß eines Transistors Q₃₂ verbunden.

Mit seinem Emitteranschluß ist der Transistor Q₃₂ ebenfalls über die Widerstände R₃₃ und R„_n auf die Stromversorgungsleitung 200 geführt, mit seinem KoI1ektoranschluß steht dieser Transistor über eine Konstantstromquelle I₁₂ "¹^ der Erdungsleitung oder Masseleitung 100 in Verbindung , während der Basisanschluß dieses Transistors über einen Widerstand R₃» auf den Emitteranschluß eines Transistors Q₃₃ geführt ist. Für den Transistor Q₃₃ gilt weiterhin, daß er mit seinem KoIlektoranschluß auf die Erdungsleitung/Masseleitung 100 geführt ist und mit seinem Basisanschluß auf den Kollektoranschluß des Transistors Q₃₂- Die Basisanschlüsse der Transistoren Q₂₂ und Q₂₃ sind mit dem Basisanschluß des Transistors Q₃₂ verbunden. Der Tansistor Q₂₂ ist mit seinem Emitteranschluß über die Widerstände Ro« und R_3n auf die Stromversorgungsieitung 200 geführt und mit seinem KoIlektoranschluß auf den Basisanschluß des Transistors Q-ig- Für den Tran

PATENTANWÄLTE F.W. HEMMERICH · GERD MÜLLER · D. GROSSE-.P. PGLL^£iM 7'3-"6Π

4.9.1981 - 17 -

sistor Q^3 trifft zu, daß dieser Transistor mit seinem Emitteranschluß über die Widerstände R_oc und R__n mit der Stromversorgungsleitung 200 in Verbindung steht, während er über seinen KoIlektoranschluß verbunden ist mit dem Basisanschluß des Transistors Qo₀-Bei den Transistoren Q₂₂, Q₂₃ und Q₃₂ handelt es sich um den anderen Teil 12' der Vorverstärkungsschaltung, und diese Transistoren übertragen einen Vorverstärkungsstrom I- auf die Leistungsverstärkerschaltung 13.

Bei der dem Widerstand R₃₃ parallel gecchalteten Diode D-,,- handelt es sich um eine Strombegrenzungsschaltung 15. Darüber hinaus findet, wie dies im weiteren Verlaufe der Patentanmeldung noch ausführlich vorgetragen wird, ein zweiter Strombegrenzungskreis 16 Anwendung. Der KoIlektorascnhluß des Transistors Qo-i ist verbunden mit dem Basisanschluß des Transistors Q-ig» während der Emitteranschluß dieses Transistors Q₃-, mit dem Emitteranschluß des Transistors Q₁₇ in Verbindung steht. Mit seinem Basisanschluß ist der Transistor Q₃₁ zum einen über einen Widerstand R₃-, auf den Emitteranschluß des Transistors Q-.Q geführt und zum anderen über einen Widerstand R₃₂ ^aiJf den Emitteranschluß des Transistors Q₁₇.

Nachstehend sollen nun die Funktion und die Arbeitsweise des zur Vorverstärkungsschaltung gehörenden anderen Teiles 12' beschrieben werden. Weil die meisten der Basisströme der Transistoren Q₂₂₉ Q03 ^und Q_3? durch den Transistor Q₃₃ fließen, ist der Kollektor strom des Transistors Q₃₃ im wesentlichen konstant

PATENTANWÄLTE F.W. HEMMERICH · GERD MÜLLER · D. GROSSE · *F. POLLMEiER -7 S 6M

4.9.1981 - 18 -

und gleich dem Strom Ip der Konstantstromquelle I η ρ. Das wiederum bedeutet, daß auch die Spannung, die zwischen dem Basisanschluß und dem Emitteranschluß des Transistors Q₃₃ ansteht, im wesentlichen konstant ist. Die Meßströme I_n und I_D die von der Meßschaltung 14 her zugeführt werden, fließen durch den Widerstand R₃₃.Wird im Ansprechen auf stärkere Meßströme I_n und I der Spannungsabfall am Widerstand R,~ größer, dann wird dadurch eine Abschwächung des Basispotentiales des Transistors Q₃^ hervorgerufen, die dem Anwachsen des SpannungsabfalTes am Widerstand R₃₃ proportional ist. Das bewirkt aber auch eine Abschwächung des Basispotentiales sowohl am Transistor Q_?? als auch am Transistor Q?o> wobei als Folge davon wiederum deren Kollektorstrom (d.h. der Vorverstärkungsstrom I~) größer und stärker wird. Demgegenüber wird bei einem Abschwächen der Meßströme I» un In auch der Vorverstärkungsstrom schwächer.

Das aber bedeutet, daß sich der Vorverstärkungsstrom mit der Belastung verändert und aus diesem Grunde nicht groß und konstant zu sein braucht. Damit hat auch dieser Leistungsverstärker oder Endverstärker die gleichen Vorteile aufzuweisen, wie auch das mit Fig. 1 beschriebene Ausführun gsbeispiel.

Die Strombegrenzungsschaltung 15 arbeitet so, wie die auch die Strombegrenzungsschaltung 15 aus Fig. tut. Nachstehend soll aber die Funktion der Strombegrenzungsschaltung 16 beschrieben werden. Ist das zwischen dem Basisanschluß und dem Emitteranschluß des Transistors Q₃-, anstehende Potential

PATENTANWÄLTE F.W. HEMMERICH · GERD MÖLLER · D. GROSSE _:-F. POLLMBEÖ -7-3"-6ΐΊ

größer als der für die positive Halbperiode des Tonfrequenzsignales vorgegebene Sollwert, dann geht der Transistor Q^-, in den Leitzustand oder Durchlaßzustand, wobei dann ein Teil des vom Transistor Q₂₂ her zugeführten Vorverstärkungsstromes Ip durch den Transistor Q₃-, fließt, was wiederum verhindert, daß durch die Transistoren (Kq und Q-,-, ein übermäßig starker Strom fließen kann. Zwischen den Widerständen Ron, R?l' ^31 ^υη<^ ^R32 ^^st ^^e nachstehend angeführte Zuordnung gegeben:-

Rb Rd

Ra Rc

(mit Ra, Rb, Rc und Rd ist der jeweils zutreffende Widerstandswert der Widerstände Ron* ^?i> ^31 und Ro₂ gegeben), kann der Transistor Qo-, noch vor dem Transistor Q₂₅ in den Durchlaßzustand/Leitzustand gebracht werden. Vorzugsweise sollte eine Schaltung, wie sie die zweite Strombegrenzungsschaltung darstellt, auch für die Transistoren Q₂₀ und Q₂₂ für die negative Halbperiode des Tonfrequenzsignales vorgesehen und vorhanden sein.

Die mit Fig. 1 und mit Fig. 3 wiedergegebenen Leistungsverstärker oder Endverstärker können in der nachstehend angeführten Weise geändert und modifiziert werden. Um ein schnelleres Arbeiten der Meßschaltung 14 zu erreichen können die Widerstände R₂-, und R₂₄ entfernt werden. WEiterhin können die Meßströme L und Ig nach dem Ausfiltern der Wechselstromkomponente dem anderen Teil 12' der Vorverstärkungsschaltung auf geschaltet werden. Statt der Transistoren Q-^»

4.9.1981 - 19 -

PATENTANWÄLTE F.W. HEMMERICH - GERD MÜLLER · D. GROSSE -.F". BÖLLMEIRÖ ■ 73' 61

9.4.1981 - 20 -

Qio> Qoc» Qdc ^unci Qoi können Feldef f ekttrans i sto-

Io co CO Jl

ren verwendet werden.

Wenn die Erfindung auch anhand der beiliegenden Zeichnungen ausführlich erläutert und beschrieben worden ist, so sollte sie jedoch nicht nur auf die angeführten Ausführungsbeispiele beschränkt sein, sondern vielmehr auch die Änderungen und Modifikationen erfassen, die in den Rahmen der beiliegenden Patentansprüche fallen.

Leerseite

Claims

PATENTANWÄLTE F.W. HEMMERICH · GERD MÜLLER · D. GRO^E.-F. POLl^EIER 73

gr.th »- ι, ί ::;■>■· μ — 21 —

Tokyo Shibaura Denki Kabushiki Kaisha, 72 Horikawacho, Saiwai-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa-ken (Japan)

Patentansprüche

y. Niederfrequenz-Verstärker mit einem Leistungsverstärker, der eine Treiberstufe zum Steuern einer Gegentakt-Endstufe aufweist,

gekennzeichnet durch eine mit dem Leistungsverstärker (13) verbundene Detektorschaltung (14) die in Bezug auf den Ausgangspegel der Treiberstufe ein Detektorsignal erzeugt, und eine vorgeschaltete Treiberstufe (12,12') die das Detektorsignal von der Detektorschaltung übernimmt und der Treiberstufe einen Vortreibers trom zuführt, der sich in Bezug auf das Detektorsignal der Detektorschaltung verändert.
2. Niederfrequenz-Verstärker nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch

eine Begrenzerschaltung, die die vorgeschaltete Treiberstufe derart zu begrenzen hat, daß der von dieser erzeugte Vortreiberstrom einen vorgegebenen Sollwert nicht überschreitet.
3. Niederfrequenz-Verstärker nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine zweite Begrenzerschaltung, welche den Ausgangspegel der Treiberstufe derart begrenzt, daß dieser einen vorgegebenen Sollwert nicht überschreitet.