DE3409417C2 - Niederfrequenz-Verstärker - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Niederfrequenz-Verstärker für niedere Betriebsspannungen nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.

In jüngster Zeit ist man bestrebt, integrierte Schaltungen so auszulegen, daß sie mit möglichst niedrigen Betriebsspannungen betrieben werden können. Dies gilt insbesondere für Geräte mit geringer Leistungsaufnahme aus der Batterie wie z. B. für tragbare Rundfunkgeräte, tragbare Stereorekorder und ähnliche Kleingeräte. Übliche Niederfrequenz-Verstärker in integrierter Technik sind im allgemeinen für einen Betriebsspannungsbereich von 3—15 Volt ausgelegt. Für diese Art von Geräten wird im allgemeinen eine Funktionsfähigkeit bis zur halben Betriebsspannung verlangt, so daß diese Geräte Batterien mit mindestens 6 Volt erfordern. Es besteht nun der Wunsch nach Geräten, die mit 4,5 oder auch mit 3-Volt-Batterien betrieben werden können, so daß die untere Betriebsspannungsgrenze weiter reduziert werden muß.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Verstärker anzugeben, der mit sehr niederen Betriebsspannungen betrieben werden kann. Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst. Mit der erfindungsgemäßen Schaltung wird eine untere Betriebsspannungsgrenze von ca. 1,8 Volt erreicht, so daß ein Batteriebetrieb mit 3 oder 4,5 Volt möglich ist. Die Erfindung und ihre weitere vorteilhafte Ausgestaltung soll nachstehend an Hand eines Ausführungsbeispiels noch erläutert werden. Zum besseren Verständnis der Erfindung zeigt die F i g. 1 eine bekannte Niederfrequenz-Verstärkerschaltung, wie sie in Schaltkreisen der Firma Telefunken electronic GmbH eingesetzt wird. Die F i g. 2 zeigt im Vergleich hierzu die erfindungsgemäße Schaltung.

Die Schaltung gemäß F i g. 1 enthält den Treibertransistor Ti, in dessen Kollektorkreis die Reihenschaltung aus einer in Durchlaßrichtung beanspruchten Diode D_{ und der Stromquelle Q_s liegt Die Endstufe besteht aus den Transistoren Ts und T& gleichen Leitungstyps, so daß der untere Endstufenzweig mit dem Transistor Te über einen Komplementärtransistor T₂, der gleichzeitig die Phasenumkehr vornimmt, angesteuert wird. Lie Basis des Komplementärtransistors T₂ ist an den Kollektor des Treibertransistors Ti angeschlossen. Durch eine nicht dargestellte Regelschaltung wird die sogenannte Mittenspannung am Punkt Mdes Niederfrequenz-Verstärkers etwa auf halbe Batteriespannung eingestellt, damit eine maximale Aussteuerung der Endstufe gewährleistet ist Der Punkt M, der zugleich die Verbindung des Emitters vom Transistor T₅ mit dem Kollektor des Transistors T$ darstellt, wird über den Widerstand /?van die genannte Regelschaltung angeschlossen. In den Transistoren der Gegentakt-B-Endstufe muß eine Ruhestromeinstellung für den Betrieb ohne Signalansteuerung vorgenommen werden. Hierbei wird angestrebt, daß dieser Ruhestrom möglichst klein bleibt Zur Einstellung des Ruhestroms wird im allgemeinen der Gleichspannungsabfall an in Flußrichtung betriebenen Dioden ausgenutzt. Diese Ruhestromschaltung besteht gemäß Fig. 1 aus dei bereits erwähnten Diode D\, an der ein Spannungsabfall U\ erzeugt wird, sowie aus den Dioden Dz und D^. an denen entsprechende Spannungsabfälle Uz und Ua erzeugt werden. Der Anodenanschluß der Diodenreihenschaltung aus den Dioden Dz und Da liegt an der Basiselektrode des Transistors T₁ und ist ferner über eine Stromquelle Q₂ mit dem positiven Pol der Versorgungsspannungsquelle verbunden. Die Anode der Diodenreihenschaltung liegt am Punkt M und damit am Ausgang des Endstufenverstärkers. Die Emitterelektrode des Transistors T₁ ist mit der Emitterelektrode des komplementären Transistors T₂ verbunden, während der Kollektor des Transistor? T₁ an das positive Potential der Versorgungsspannungsquelle angeschlossen ist. Der Knotenpunkt zwischen der Quelle Q\ und der Diode D\ ist mit der Basiselektrode eines Transistors Tz verbunden, dessen Emitter an dem Punkt M angeschlossen ist und in dessen Kollektorzweig die Diode D₂ liegt. Diese in Durchlaßrichtung betriebene Diode D₂ liegt parallel zur Emitterbasisstrecke eines Transistors Ta, in dessen Kollektorzweig der Widerstand R liegt, an dem die Basisemitterspannung des Endstufentransistors T-, abgegriffen wird. Die Dioden D\, D^ und Da bilden zusammen mit den Basisemitterstrecken der Transistoren Tz, T₁ und T₂ eine Spannungsschleife, für die RiIt:

U₁ + Uz+Ua=Ube3+Uebj+

Durch entsprechende Wahl der Ströme der Stromquellen Q\ und Q2 kann der Spannungsabfall an den Dioden D], Dz und Da so eingestellt werden, daß im Transistor Ti bzw. im Transistor Tj der gewünschte Strom fließt, durch den dann der Ruhestrom der Endstufentransistoren vorgegeben ist. Am Punkt M liegt, wie bereits erläutert wurde, etwa die halbe Betriebsspannung Us. Aus Fig. 1 ist ersichtlich, das auf diese halbe Betriebsspannung U_sn zwei Diodenflußspannungen Ui und Ua bis zur Basisspannung des Transistors T₁ aufgestockt werden. Ander Basis des Transistors T₁ gilt dann:

Ubi = -ψ + U, + U₄.

Wenn die Spannung £Λ f> Volt beträgt und beispielsweise auf den halben Betriebsspannungswert von 3 Volt abgesunken ist, liegt am Punkt UM eine Spannung von 1,5 VolL Hinzu kommen die Diodenspannungen t/₃ und Ua von ca. 1,4 Volt, so daß Übt 2,9 Volt beträgL Damit beträgt die Spannung an der Stromquelle Qi nur noch 0,1 VolL Die Stromquellen bestehen in der Regel aus Transistorstromquellen, so daß eine weitere Reduzierung der Versorgungsspannung bei dieser Schaltungsart nicht mehr möglich isL

Bei der erfindungsgemäßen Schaltung nach Fig.2 kann dagegen eine weitere Reduzierung der Versorgungsspannung vorgenommen werden. Die Schaltungsteile der F i g. 2, die mit denen der F i g. 1 übereinstimmen, wurden gleich bezeichnet Bei der erfindungsge- is mäßen Schaltung gemäß F i g. 2 entfällt der Transistor Tj, und die Diodenkette aus den Dioden D₃ und D₄ wird durch eine einzige Diode D₃ ersetzt. Die Anode dieser Diode D₃ ist mit dem Emitter des Komplementärtransistors Ti direkt verbunden, dessen Koüektor die Basiselektrode des Endstufentransistors Tt anstvuen. Die Mittenspannung am Punkt M wird somit nur noch um eine Diodendurchlaßspannung t/₃ aufgestockt, so daß für die Spannung am Emitter des Transistors Ti gilt:

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Uei = -£- + lh-2

Diese Spannung ist um ca. 0,7 Volt niedriger als die vergleichbare Spannung Übt in der Schaltung gemäß F i g. 1. Die Spannungsschleife wird nun von den Dioden Di und D₃ sowie von den Basisemitterstrecken der Transistoren T3 und Ti gebildet Daraus ergibt sich, daß die erzeugten Spannungen nur noch aus den Spannungsabfällen an 2 Dioden und an 2 parallelgeschalteten Transistoren bestehen. Es gilt dann:

damit auch der Strom durch die Diode Eh relativ groß im Vergkich zum Emitterstrom des Transistors T₂ gewählt werden. Damit wird dafür gesorgt, daß bei maximaler Aussteuerung der Endstufe, d. h. bei großem Strom in den Endstufentransistoren noch ein Mindeststrom durch die Diode D₃ fließt, der zur Aufrechttrhaltung der Durchlaßspannung an der Diode D₃ ausreicht. Durch entsprechende Dimensionierung der Flächen Verhältnisse in den Stromquellentransistoren kann der erforderliche Strom durch die Diode D₃ und den Ernitter des Transistors Ti zur Verfugung gestellt werden.

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Die Spannung U₁ kann somit auf Werte bis zu 1,8 Volt absinken, da dann am Emitter des Transistors Ti eine Spannung von ca. 1,6 Volt anliegt und die Restspannung von 0,2 Volt für den Betrieb der Stromquelle Qi ausreicht. Durch die Wahl der Ströme in den Stromquellen Q\ und Qi wird der Spannungsabfai: an den Dioden D\ und D3 bei der Schaltung nach Fig. 2 so gewählt, daß wiederum die Ströme in den Transistoren Ti und T3 die richtige Größe zur Erzeugung des Ruhestroms in den Endstufentransistoren Γ, und Te aufweisen. Bei der Schaltung gemäß F i g. 2 handelt es sich bei den Transi sloren Ti. Te. Ts und T) um npn-Transistoren, während dann die Transistoren Ta und Tj pnp-Transistoren sind. Die Emitter der Transistoren Ti und Τβ liegen auf Bezugspotential, während der Emitter von Ta und der Kollektor von Ts direkt an dem positiven Potential der Versorgungsspannungsquelie anliegen.

Die Funktion der erfindungsgemäßen Schaltung wurde nunmehr im Vergleich zur bekannten Schaltung für die Ruhestromeinstellung erläutert. Bei Ansteuerung dieser Schaltung mit einem Signal treten andere Verhältnisse auf. Es fließt dann in den Endstufentransistoren T, und T₆ ein mit steigendem Signal ansteigender Strom. Damit steigt auch der Basisstrom des Transistors T₆ und folglich der Emitterstrom des Transistors Ti an. Damit diese Änderung des Emitterstroms durch den Transistor T₂, der ebenso wie der Strom durch die Diode D₃ von der Stromquelle Qi geliefert wird, bereit gestellt werden kann, muß der Strom durch die Stromquelle Q2 und Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Niederfrequenz-Verstärker für niedere Betriebsspannungen mit einer quasi-komplementären Endstufe, wobei einem Endstufentransistor (Te) zur Erzeugung der Phasenumkehr ein komplementärer Transistor (T₂) vorgeschaltet ist und mit einer Schaltung zur Erzeugung des Ruhestroms in den Endstufentransistoren (T₅, T₆), wobei diese Ruheströme durch Spannungsabfälle an in Durchlaßrichtung vorgespannten Dioden (D₂, D₃) eingestellt werden, d a durch gekennzeichnet, daß der Phasenumkehrtransistor (T₂) direkt mit einer spannungserzeugsnden, an eine Stromquelle (Q₂) angeschlossenen Diode (D₃) verbunden ist, und daß der Strom durch diese Diode derart groß gewählt ist, daß bei Vollaussteuerung der Endstufe der Diodenstrom noch ausreicht, um dh. Durchlaßspannung der Diode aufrechtzuerhaken.

2. Niederfrequenz-Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Phasenumkehrtransistor (T₂) mit seinem Emitter an die Anode der spannungserzeugenden Diode (D3) angeschlossen ist, deren Kathode mit dem Ausgangsanschluß der Endstufe verbunden ist

3. Niederfrequenz-Verstärker nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch ihre Verwendung für Betriebsspannungen bis zu minimal 1,8 Volt