DE3307034A1

DE3307034A1 - Leistungsverstaerker der klasse bc

Info

Publication number: DE3307034A1
Application number: DE19833307034
Authority: DE
Inventors: Vassil Michajlov Dipl.-Ing. Sofija Sofianski; Dimitar Metodiev Dipl.-Ing. Stojanov; Boris Vassilev Dipl.-Ing. Vassilev; Vassil Borissov Dipl.-Ing. Vassilev
Original assignee: Vmei Lenin
Current assignee: Vmei Lenin
Priority date: 1982-03-01
Filing date: 1983-02-28
Publication date: 1983-09-15
Also published as: BG34745A1; FR2522450B3; HU189237B; RO83794A; RO83794B; FR2522450A1

Description

; ■ . 33Q7034

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Leistungsverstärker der Klasse BC

Die Erfirdung betrifft einen Leistungsverstärker der Klasse BC, der in Verstärkereinrichtungen eingesetzt werden kann, bei denen minimale Abmessungen, Gewicht, Selbstkosten und Energieverbrauch je Nutzleistungseinheit von allergrößter Bedeutung sind, sowie auch in den Fällen, bei denen es erforderlich ist, von einer Gleichstromspeisequelle mit niederer Spannung eine erhöhte Spannung an der Last, ohne Verwendung eines Transverters, zu erhalten.

Es ist ein Leistungsverstärker der Klasse BC bekannt (BuIg. Patentschrift Reg. Nr. 47170), der kettenförmig verbundene symmetrische Zweitakt-Vorverstärker, -Zwischenvorverstärker und -Leistungsverstärker enthält, dessen zwei Zweige mit entsprechenden nach Parametern gleichen Transistoren mit unterschiedlicher Leitungsart (Komplementärtransistoren) realisiert sind, und zwar entsprechend der Polarität der Speisequelle, und aufgebaut sind aus einer VerStärkungsstufe, die in B-Betrieb arbeitet, und mindestens einer Verstärkerstufe, die in C-Betrieb arbeitet, wobei diese in Reihe verbunden sind.

Der Emitter des entsprechenden Transistors, der in B-Betrieb arbeitet, ist mit dem entsprechenden Pol der Speisequelle über eine entsprechende Schutzdiode verbunden. Der gemeinsame Punkt der Kollektoren beider Transistoren, die in B-Betrieb arbeiten, ist mit dem einen Ende eines LastwiderStandes verbunden, dessen zweites Ende geerdet ist. Die Ausgänge des Zwischenvorverstärkers sind über einen entsprechenden Widerstandsteiler geerdet, dessen Zwischenpunkte mit den Basen der entsprechenden Vergleichstransistoren verbunden sind, deren Emitter über zweite Schutzdioden mit dem aktiven Ende des Lastwiderstandes verbunden sind, und deren Kollektoren mit den Basen der entsprechenden ersten Transistor-Verstärkerstufen, die in C-Betrieb arbeiten, verbunden sind.

Die Wirkungsweise dieses bekannten Verstärkers der Klasse BC ist wie folgt:

Im Ruhezustand stellt sich durch die Transistoren des Zwischenvorverstärkers ein maximaler Strom ein, der nahe dem Sättigungsstrom der Transistoren liegt. Durch die Transistoren, die in B-Betrieb arbeiten, fließt ein minimaler Strom, bis die Transistoren, die in C-Betrieb arbeiten, und auch die entsprechenden Vergleichstransistören gesperrt sind (Klasse C).

Beim Anliegen eines Signals am Eingang des Verstärkers wird der obere oder der untere Zweig entsprechend seiner Polarität betätigt. Bei schwachem Signal (bis etwa 50# des maximalen Wertes) wird der Strom durch die Last von den Transistoren, die in B-Betrieb arbeiten, gesteuert, wobei die Energie direkt von der Niederspannungsquelle gespeist wird. Bei starkem Signal betätigen die Vergleichstransistoren die Transistoren, die in C-Betrieb arbeiten und die durch die Quelle mit höherer Spannung gespeist werden.

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Ein Nachteil dieses Verstärkers und anderer ähnlicher Verstärker der Klasse BC liegt darin, daß für die Erzielung einer zweistufigen Wirkung zwei Speisespannungen erforderlich sind, für dreistufige Wirkung drei Speisespan nungen usw. Dies schränkt ihren Einsatzbereich ein und zwar nur bis zu den Verstärkern, die durch das Wechselstromnetz oder durch Gleichspannung mittels Umformer oder Transverter gespeist werden, die teuere, komplizierte und umfangreiche Einrichtungen sind. Ein weiterer Nachteil liegt darin, daß es bei einer Speisequelle mit höherer Spannung (z.B. 24 V Kraftfahrzeugbatterie) nicht möglich ist, eine hohe Ausgangsspannung, resp. Übereinstimmung mit der Last ohne Verwendung eines Aufwärts-Ausgangstransformators zu erzielen, was den Schaltungsaufbau zusätzlich kompliziert, die Kosten und das Gewicht erhöhen und eine Verschlechterung aller Kennwerte des Verstärkers zur Folge hat.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen vereinfachten Leistungsverstärker der Klasse BC mit erhöhter Ausgangsspannung vorzuschlagen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Leistungsverstärker der Klasse BC gelöst, der kettenförmig verbundene symmetrische Zweitakt-Vorverstärker, -Zwischen-Vorverstärker und -Leistungsverstärker enthält, dessen zwei Zweige mit entsprechenden, nach Parametern gleichen Transistoren mit unterschiedlicher Leitungsart realisiert sind und zwar entsprechend der Polarität der Speisequelle, und aufgebaut sind aus einer Verstärkerstufe, die in B-Betrieb arbeitet und mindestens einer Verstärkerstufe, die in C-Betrieb arbeitet, wobei diese in Reihe verbunden sind. Der Emitter des Transistors jedes Zweiges, der in B-Betrieb arbeitet, ist mit dem entsprechenden Pol der Speisequelle über eine entsprechende Diode verbunden.

Der gemeinsame Punkt der Kollektoren beider Transistoren, die in B-Betrieb arbeiten, sind mit dem einen Ende eines Lastwiderstandes verbunden, dessen zweites Ende geerdet ist. Die Ausgänge des Zwischenvorverstärkers sind geerdet über einen entsprechenden resistiven Ausgangsteiler, dessen Zwischenpunkte mit den Basen der entsprechenden Vergleichstransistoren verbunden sind, deren Emitter über eine entsprechende zweite Schutzdiode mit dem aktiven Ende des LastwiderStandes veΓΙΟ bunden ist» während deren Kollektoren mit den Basen der entsprechenden ersten Transistorverstärkerstufen, die in C-Betrieb arbeiten, verbunden sind. Die Kollektoren der entsprechenden Vergleichstransistoren sind mit den Basen des entsprechenden Transistors, der in C-Betrieb arbeitet, über einen entsprechenden Widerstand verbunden. Die Emitter der ersten Transistoren, die in C-Betrieb arbeiten, sind mit dem entsprechenden Speicherkondensator verbunden, dessen zweite Klemmen mit den Emittern der entsprechenden Transistoren, die in B-Betrieb arbeiten, verbunden sind. Die Kollektoren der entsprechenden Vergleichstransistoren sind auch mit den Emittern von zweiten Vergloichstransistoren über eine dritte entsprechende Schutzdiode verbunden, wobei die Basen aller zweiten Vergleichstransistoren mit den entsprechenden Polen der Speisequelle über eine entsprechende vierte Schutzdiode verbunden sind, sowie auch mit den Kollektoren der vorausgehenden Transistoren, die in C-Betrieb arbeiten, und mit den Emittern der nachfolgenden Transistoren, die in C-Betrieb arbeiten, über einen entsprechenden Speicherkondensator verbunden sind. Die Kollektoren der zweiten Vergleichstransistoren sind über entsprechende Widerstände mit den Basen der nachfolgenden Transistoren, die in C-Betrieb arbeiten, verbunden. Die Kollektoren der letzten Vergleichstransistoren beider Zweige sind mit den Basen der entsprechenden

letzten Transistoren, die in C-Betrieb arbeiten, verbunden, und zwar über eine entsprechende fünfte Schutzdiode. Das aktive Ende des Lastwiderstandes ist mit den Eingängen von entsprechenden Schaltstufen verbunden, dessen Ausgänge mit den Emittern der entsprechenden Transistoren, die in C-Betrieb arbeiten, verbunden sind.

Die Schaltstufen können mit Je zwei Transistoren gleicher Leitungsart realisiert werden, die der Polarität der Speisespannung entspricht. Die Basis der ersten Schalttransistoren ist über eine sechste Schutzdiode mit dem Zwischenpunkt eines aus zwei Widerständen bestehenden Spannungsteilers verbunden, während der Kollektor ü^er einen entsprechenden Lastwiderstand an den entsprechenden Pol der Speisequelle und mit der Basis des zweiten Schalttransistors verbunden ist, wobei der Emitter des letztgenannten Schalttransistors zusammen mit dem Emitter des ersten Schalttransistors und dem passiven Ende des Eingangs-Spannungsteilers geerdet ist, während die Kollektoren Ausgänge der Schaltstufen darstellen.

Die Schaltstufen können auch realisiert werden mit je einem Schalttransistor mit einer Leitungsart entsprechend der Polarität der Speisespannung, wobei der Kollektor geerdet ist, während die Basis mit dem Eingang der Schaltstufe Über einen Widerstand verbunden ist und der Emitter den Ausgang der Schaltstufe darstellt.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verstärkers der Klasse BC sind seine vereinfachte Herstellung und seine erhöhte Ausgangsspannung.

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:

— U —

Fig. 1 das Prinzipschema des erfindungsgemäßen Verstärkers;

Fig. 2 eine mögliche Ausführungsform der Schaltstufe;

Fig. 3 eine andere mögliche AusfUhrungsform der ^chaltstufe.

Der erfindungsgemäße Leistungsverstärker der Klasse BC enthält gemäß Fig. 1 kettenartig verbundene symmetrische Zweitakt-Vorverstärker 1, -Zwischenvorverstärker und -Leistungsverstärker. Beide Zweige 3 des Leistungsverstärkers sind mit Komplementärtransistoren realisiert, d,h. mit Transistoren, die gleiche Parameter, aber unterschiedliche Leitungsart aufweisen, wobei die Leitungsart der Polarität der Speisequelle entspricht.

Jeder Zweig 3 besteht aus einer Reihenschaltung einer Verstärkerstufe 4, die in B-Betrieb arbeitet, und mindestens einer Verstärkerstufe 5i, die in C-Betrieb arbeitet. Der Emitter des Transistors 4, der in B-Betrieb arbeitet, ist mit dem entsprechenden Pol der Speisequelle über eine entsprechende Schutzdiode 6 verbunden, Der gemeinsame Punkt der Kollektoren beider Transistoren 4, die in B-Betrieb arbeiten, sind mit dem einen Ende des Lastwiderständes 7 verbunden, dessen zweites Ende geerdet ist. Die Ausgänge des Zwischenverstärkers 2 sind über einen entsprechenden Ausgangs-Spannungsteiler 8 bzw. 9 geerdet, dessen Zwischenpunkte mit den Basen entsprechender Vergleichstransistoren 10 verbunden sind, deren Emitter über eine zweite Schutzdiode 11 mit dem aktiven Ende des Lastwiderstandes 7 verbunden sind. Die Kollektoren der Vergleichstransistoren 10 sind mit den Basen der entsprechenden ersten Transistor-Verstärkerstufen 5.1 verbunden, die in C-Betrieb arbeiten, und zwar über einen entsprechenden Widerstand 12.1. Die Emitter der ersten Transistoren 5.1, die in C-Betrieb arbeiten, der beiden Zweige 3 der Leistungsverstärkerstufe sind mit

einen entsprechenden Speicherkondensator 13.1 verbunden, dessen zweiter Anschluß mit dem Emitter des entsprechenden, in B-Betrieb arbeitenden Transistor verbunden ist. Die Kollektoren der entsprechenden Vergleichstransistoren 10 sind auch mit den Emittern der entsprechenden zweiten Vergleichstransistoren 14.1 über entsprechende dritte Schutzdioden 15.1 verbunden. Die Basen aller zweiten Vergleichstransistoren I4.i sind gleichzeitig über eine vierte Schutzdiode 16.i mit dem entsprechenden Pol der Speisequelle verbunden, sowie mit dem Kollektor des vorherigen Transistors 5.1-1, der in C-Betrieb arbeitet, und mit den Emittern der nachfolge !ilen Transistoren 5.i+1, die in C-Betrieb arbeiten, und zwar über einen entsprechenden Speicherkondensator 13.1+1. Die Kollektoren der zweiten Vergleichstransistoren 14.i sind mit den Basen der entsprechenden nachfolgenden Transistoren 5.i+1, die in C-Betrieb arbeiten, über einen entsprechenden Widerstand 12.1+1 verbunden. Die Kollektoren der letzten Vergleichstransistoren I4.n-1 der beiden Zweige 3 sind rait den Basen der letzten Transistoren 5«n, die in C-Betrieb arbeiten, über eine entsprechende fünfte Schutzdiode 15n verbunden. Das aktive Ende des Lastwiderstandes 7 ist mit den Eingängen von entsprechenden Schaltstufen 17-i verbunden, dessen Ausgänge mit den Emittern der entsprechenden Transistoren 5-i, die in C-Betrieb arbeiten, verbunden sind.

Die Schaltstufe 17-i kann realisiert werden mit zwei Transistoren mit gleicher Leitungsart (Fig. 2), und zwar entsprechend der Polarität der Speisespannung. Die Basis des ersten Schalttransistors 18.i ist über eine sechste Schutzdiode 19.1 mit dem Zwischenpunkt eines aus zwei Widerständen bestehenden zweiten Eingangs-Spannungsteilers 2o.i und 21.i verbunden. Der Kollektor des ersten Schalttransistors ist einerseits über einen entsprechenden

Lastwiderstand 22.1 mit dem entsprechenden Pol der Speisequelle und mit der Basis eines zweiten Schalttransistors 23.i verbunden, dessen Emitter zusammen mit dem Emitter des ersten Schalttransistors 18.i und dem passiven Ende des Eingangs-Zweiresitorteilers 20.i und at.i gferäet ist» Der Kollektor stellt den Ausgang der Schaltstufe 17,i dar.

Die Schaltstufe 17.i nach Fig. 3 kann auch mit einem Schalttransistor 24.i mit einer der Polarität der Spei-Bespannung entsprechenden Leitungsart realisiert werden, dessen Kollektor geerdet ist und dessen Basis mit dem Eingang der Schaltstufe 17.i über einen Widerstand 25.i verbunden ist und wobei der Emitter den Ausgang der Schaltstufe 17.1 darstellt.

Die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Leistungsverstärkers der Klasse BC ist wie folgt:

Im Ruhezustand stellt sich über die Transistoren des Zwischen-Vorverstärkers 2 ein maximaler Strom ein, der nahe dem Sättigungsstrom der Transistoren liegt. Durch die Transistoren 4 wird ein minimaler Strom eingestellt, bis die Transistoren 5.1, die in C-Betrieb arbeiten, und auch die Vergleichstransistoren 11 und I4.i gesperrt sind. Über die Schalttransistoren 23.i oder 24.i werden die Speicherkondensatoren 13.1 bis zu einer Spannung, die gleich der Speisespannung E ist, aufgeladen.

Liegt ein negatives Signal am Eingang des Zwischen-Vorverstärkers 2 an, so wird der obere Zweig 3 betätigt. Es wird ein Strom entsprechend der Speisespannung von +E über die Schutzdiode 6 gespeist. Beim Anwachsen des Signals über ein bestimmtes Niveau, das der Ausgangspsannung, naheliegend der Speisespannung E, entspricht, beginnt das erste KommutationsIntervall, der Vergleichstransistor 10 wird geöffnet und betätigt den Transistor 5.1, der in C-Betrieb arbeitet. Zu der bis dahin wirkenden

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Speisequelle +E wird über die Komrautierdiode 16-1 und den Kollektor-Emitterübergang des Transistors 5.1 in Reihe der bis zur Spannung E geladene Speicherkondensator 13.1 angeschlossen. Die gesamte Speisespannung ist 2E. Wenn die Ausgangsspannung dem Wert 2E nahekommt, wird die Potentialdifferenz zwischen dem Kollektor des Transistors 10 und dem Kollektor des Transistors 5.1 genügend groß, so daß Bedingungen für das Öffnen des ersten der zweiten Vergleichstransistoren 14.2. des Zweiges 3 entstehen. Dieser betätigt seinerseits die dritte Stufe des Verstärkers, den Transistor 5.2 und den Speicherkondensator 13.2, usw., und es beginnt ein zweites Kommutttionsintarvall mit einem zweiten Spitzenintervall. In der folgenden Halbperiode werden die Speicherkondensatoren 13.i dieses Zweiges mit Energie von der Speisequelle +E über entsprechende Schaltstufen 17.i nachgeladen. Die Wirkungsweise des unteren Zweiges ist ganz analog.
Das Verhältnis der Widerstände des Eingangsspannungsteilers 20.i, 21.i der Schaltstufe 17.i (Fig. 2) bestimmt den Anfang des entsprechenden KommutationsIntervalls und die Verteilung der zerstreuten Leistungen zwischen den Transistoren, die in B-Betrieb arbeiten, und den Transistoren, die in C-Betrieb arbeiten. Wenn die Kontrol-Ie dieser Verteilung nicht obligatorisch ist, kann der Eingang Jeder Schaltstufe 17.i anstatt an dem Ausgang des Verstärkers, an dem Kollektor des entsprechenden Vergleichstransistors 10 und 14.i angeschlossen werden. In Fällen, in denen es erforderlich ist, mit doppelt so hoher Spannung in einigen der Stufen (außer der ersten Klasse B) zu arbeiten, kann das geerdete Ende der entsprechenden Schaltstufe 17.i anstatt mit dem Mittelpunkt der Speisequelle, mit dem entgegengesetzten Pol der gleichen Quelle verbunden werden.

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Bei kleinen Leistungen ist es möglich, die Schaltstufe zu vereinfachen (Fig. 3). In diesem Fall müssen die Eingänge ^e zweier entsprechender Schaltstufen 17.i des oberen und unteren Zweiges 3 untereinander verbunden werden«

In Fallen, in denen ein Mittelpunkt der Speisequelle fehlt, kanjEi dieser nach bekannter Weise mit Hilfe von einem oder von zwei Kondensatoren großer Kapazität künstlich erzeugt werden.

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■ 28. Februar 1983

Leistungsverstärker der Klasse BC

PATENTANSPRÜCHE

Leistungsverstärker der Klasse BC, der kettenförmig verbundene symmetrische Zweitakt-Vorverstärker-, Zwischenvorverstärker und -Leistungsverstärker enthält, dessen zwei Zweige mit entsprechenden, nach Parametern gleichen Transistoren mit unterschiedlicher Leitungsart realisiert sind, und zwar entsprechend der Polarität der Speisequelle, und aufgebaut sind aus einer Reihenschaltung einer Verstärkerstufe, die in B-Betrieb arbeitet, und mindestens einer Verstärkerstufe, die in C-Betrieb arbeitet, wobei der Emitter des Transistors eines ^eden Zweiges, der in B-Betrieb arbeitet, mit dem entsprechenden Pol der Speisequelle über eine entsprechende Schutzdiode verbunden ist, und der gemeinsame Punkt der Kollektoren beider Transistoren, die in B-Betrieb arbeiten, mit dem einen Ende des Lastwiderstandes verbunden ist, dessen zweites Ende geerdet ist, wobei die Ausgänge des Zwischenvorverstärkers geerdet sind über

entsprechende Spannungsteiler, dessen Zwischenpunkte mit den Basen des entsprechenden Vergleichstransistors verbunden sind, dessen Emitter über eine entsprechende zweite Schutzdiode mit dem aktiven Ende des Lastwiderstandes verbunden sind, während sein Kollektor mit der Basis der entsprechenden ersten Transistorverstärkerstufe, die in C-Betrieb arbeitet, verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollektor des entsprechenden Vergleichstransistors (10) mit der Basis des entsprechenden ersten Transistors (5.1), der in C-Betrieb arbeitet, über einen entsprechenden Widerstand (12.1)verbunden ist, wobei der Emitter des entsprechen'len ersten Transistors (5.1), der in C-Betrieb arbeitet, mit einem entsprechenden Speicherkondensator (13.1 ) verbunden ist, dessen zweite Klemme mit dem Emitter des entsprechenden Transistors (4), der in B-Betrieb arbeitet, verbunden ist, wobei der Kollektor des entsprechenden Vergleichstransistors (10) auch mit dem Emitter eines zweiten Vergleichstransistors (14.1) über eine dritte entsprechende Schutzdiode (15-1) verbunden ist, wobei die Basis eines jeden zweiten Vergleichstransistors (14.i) gleichzeitig mit dem entsprechenden Pol der Speisequelle über eine vierte Schutzdiode (16.1), dem Kollektor des entsprechenden vorausgehenden Transistors (5-i), der in C-Betrieb arbeitet, und mit dem Emitter des entsprechenden nachfolgenden Transistors (5·ί+1), der in C-Betrieb arbeitet, über einen entsprechenden Speicherkondensator (13.i+1) verbunden ist, während der Kollektor eines jeden der zweiten Vergleichstransistören (14.1) mit der Basis des entsprechenden nachfolgenden Transistors (5.i+1), der in C-Betrieb arbeitet, über einen entsprechenden Widerstand (12.Ϊ+1) verbunden ist, wobei der Kollektor des entsprechenden letzten Vergleichstransistors (I4.n) mit der

Basis des entsprechenden letzten Transistors (5.n), der in C-Betrieb arbeitet, über eine entsprechende fün·"-te Vergleichs diode (15.η) verbunden 1st, während das al·:- tive Ende des Lastwiderstandes (7) mit den Eingängen von entsprechenden Schaltstufen (17.i) verbunden ist, dessen Ausgänge mit den Emittern der entsprechenden Transistoren (5.1), die in C-Betrieb arbeiten, verbunden sind,
2. Leistungsverstärker der Klasse BC nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltstufen (17.i) mit je zwei Transistoren gleicher Leitungsart realisiert sind, entsprechend der Polarität der Speisespannung, wobei die Basis des ersten Schalttransistors (18.i) über eine sechste Diode (19.i) mit dem Mittelpunkt des aus zwei Widerständen bestehenden Eingangsspannungsteilers (20.i und 21.i) verbunden ist, während sein Kollektor über einen entsprechenden Lastwiderstand (22.i) mit dem entsprechenden Pol der Speisequelle und der Basis eines zweiten Schalttransistors (2J.i) verbunden ist, dessen Emitter zusammen mit dem Emitter des ersten Schalttransistors (18.i) und dem passiven Ende des Eingangsspannungsteilers (20.i und 21.i) geerdet ist und sein Kollektor einen Ausgang der Schaltstufe (17.i) darstellt.

3· Leistungsverstärker der Klasse BC nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Schaltstufe (17.i) mit einem Schalttransistor (21.i) mit einer Leitungsart entsprechend der Polarität der Speisespannung realisiert ist, dessen Kollektor geerdet ist und dessen Basis über einen Widerstand (25.i) mit dem Eingang der Schaltstufe (17.i) verbunden ist, wobei sein Emitter einen Ausgang der Schaltstufe (17.i) darstellt.