DE3852310T2

DE3852310T2 - Ausgangsverstärker.

Info

Publication number: DE3852310T2
Application number: DE3852310T
Authority: DE
Inventors: William Johnson
Original assignee: Resistance Technology Inc
Current assignee: Resistance Technology Inc
Priority date: 1987-04-10
Filing date: 1988-04-05
Publication date: 1995-04-06
Anticipated expiration: 2008-04-06
Also published as: EP0362217B1; WO1988008224A1; DE3852310D1; CA1268826A; EP0362217A1; ATE114896T1; US4758798A; EP0362217A4

Description

Ausgangssituation der Erfindung

1. Technisches Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft Verstärker, die am Ende eines Verstärkungs-Signalweges eingesetzt werden, und insbesondere Verstärker, die zum Anschluß an ein Lastelement dienen, dessen elektrische Charakteristik Resonanzen aufweist.
Ein Verstärker, der am Ende eines Signalweges in einem Verstärkungsteil eines Analogsystems eingesetzt wird, ist gewöhnlich mit einem Lastelement verbunden, das durch Signale gesteuert werden soll, deren Betrag größer ist, die aber mehr oder weniger der Signalwellenform folgen, die am Anfang des speziellen Verstärkungsteils des Systems anliegt, in dem die Verstärkung ausgeführt wird. Bei einem einfachen Lastelement entsteht dadurch normalerweise kein Problem, außer daß am Verstärkerausgang eine ausreichende Leistung vorhanden sein muß, um dieses Lastelement entsprechend der Vorgabe durch das verstärkte Signal zu treiben. Bei komplexeren Lastelementen können jedoch wegen der komplexen elektrischen Impedanzcharakteristiken, die derartige Elemente aufweisen können, weitere Maßnahmen erforderlich sein.
Ein typisches komplexes Lastelement wäre ein Lautsprecher, der von einem Hörhilfe-Lautsprecher bis zum Lautsprecher einer Lautsprecheranlage variieren kann. Derartige Lautsprecher weisen elektrische Charakteristiken auf, die nicht nur von den vorhandenen Elektromaterialien, sondern auch von der mechanischen Konstruktion des Lastelements und von der akustischen Umgebung abhängen, in der ein solches Element angeordnet ist. Das heißt, in der elektrischen Impedanzcharakteristik des Elements spiegeln sich mechanisch-konstruktive Resonanzen wider, die durch Resonanzen modifiziert und vielleicht vermehrt werden, die als Ergebnis der akustischen Impedanz entstehen, welcher der Lautsprecher begegnet. Das Auftreten solcher Resonanzen führt zu einem ungleichmäßigen Betriebsverhalten innerhalb des Frequenzbereichs, in dem das System arbeiten soll.
Verbesserungen dieser Resonanzeigenschaften zur Verringerung der Unterschiede zwischen verschiedenen Teilen des Betriebsfrequenzspektrums des Systems erzielt man gewöhnlich durch Anwendung einer Gegenkopplung vom Verstärkerausgang zu einem früheren Punkt auf dem Verstärker-Signalweg. Gewöhnlich wird eine Spannungsgegenkopplung verwendet, die in einigen Systemen durch eine Stromgegenkopplung ergänzt worden ist. Letztere hat man jedoch durch Erfassen des Stromflusses durch die Last erreicht, wodurch sich der Ausgangsspannungsbereich verringert, über den die Last getrieben werden kann. Daher ist besonders in Situationen mit niedriger Versorgungsspannung ein Ausgangsverstärker erwünscht, der Resonanzen im Lastelement kontrollieren kann, ohne den Spannungsbereich zu begrenzen, über den ein derartiges Element getrieben werden kann.
Die GB-A-2 084 418 offenbart einen mehrstufigen Verstärker mit einer symmetrischen Differenzverstärkerschaltung als erster Stufe und einer Gegentakt-Ausgangsschaltung als Ausgangsverstärkerstufe mit einigen dazwischenliegenden Zwischenverstärkerstufen. Der Leistungsverstärker weist eine verminderte Leistungsaufnahme auf. Die EP-A-48 838 offenbart eine Schaltungsanordnung für die lastproportionale Regulierung des Steuerstroms in einem unsymmetrischen Ausgangsstufentransistor in Emitterschaltung eines Transistorverstärkers.
Die JP-59-165 506 offenbart einen Leistungsverstärker, bei dem die Stärke etwaiger Blindströme, die erzeugt werden, wenn der Verstärkerausgang auf null liegt, durch eine Mitkopplungsschaltung reduziert wird. Die JP-55-166 311 offenbart eine Verstärkerschaltung mit einer Rückkopplungsschaltung, die bei induktiver Last zu einer gleichbleibenden Symmetriegleichspannung führt.
Die Erfindung schafft einen Ausgangsverstärker gemäß Anspruch 1.
Der Ausgangsverstärker weist am Verstärkereingang einen ersten gesteuerten Stromregler auf, mit dessen Ausgang die Eingänge zweier weiterer gesteuerter Stromregler verbunden sind. Die Ausgänge dieser letzteren Regler sind jeweils über Impedanzen mit dem Eingang eines weiteren gesteuerten Stromreglers verbunden, dessen Ausgang mit dem Ausgang des ersten gesteuerten Stromreglers verbunden ist. Solche Regler werden zweckmäßigerweise mit Hilfe von Bipolartransistoren implementiert. Eine Einrichtung zur Begrenzung der Signalausschläge im Verstärker ist ebenfalls vorgesehen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt ein Prinzipschaltbild der vorliegenden Erfindung.

Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele

Fig. 1 zeigt ein Prinzipschaltbild eines Ausgangsverstärkers, der sich zur Verwendung mit einer Niederspannungs- Stromversorgung in Form eines monolithischen integrierten Schaltkreises eignet. Dieser Verstärker weist einen Eingang 10 mit Bezug auf einen Massebezugsspannungsanschluß 11 auf. Der Eingang 10 ist über einen Widerstand 12 mit der Basis eines Eingangs-npn-Bipolartransistors 13 verbunden. Der Emitter des Transistors 13 ist über einen Widerstand 14 elektrisch mit dem Massebezugsanschluß 11 verbunden. Folglich wird der am Kollektor des Transistors 13 gezogene Strom durch die Spannung am Eingang 10 und durch den noch zu beschreibenden, an der Basis des Transistors zugeführten Vorspannungsstrom eingestellt.
Der Vorspannungsstrom wird dem Transistor 13 an seiner Basis über den Widerstand 12 mit Hilfe einer Stromquelle und eines Bezugstransistors zugeführt. Die Stromquelle wird von zwei pnp-Bipolartransistoren 15 und 16 gebildet, deren jeder über einen Emitterwiderstand 17 bzw. 18 mit einem positiven Spannungsversorgungsanschluß 19 verbunden ist, der für den Anschluß an eine positive Spannungsquelle, wie z. B. eine Batterie, eingerichtet ist. Die Basis des Transistors 16 ist mit einer weiteren Anschlußeinrichtung 20 verbunden, die für den Anschluß an eine erste Stromsenke eingerichtet ist, welche einen gut geregelten Strom entnimmt. Die Basis des Transistors 15 ist über einen weiteren Widerstand 21, ebenso wie der Kollektor des Transistors 15, gleichfalls mit dem Anschluß 20 verbunden.
Die Transistoren 15 und 16 sind ebenso wie die Widerstände 17 und 18 genau aneinander angepaßt oder gepaart. Infolgedessen wird der Strom, welcher von der mit dem Anschluß 20 verbundenen geregelten Stromsenke entnommen wird, hauptsächlich durch den Kollektor des Transistors 15 zugeführt, obwohl ein geringer Anteil des Stroms von den Basen der verschiedenen Transistoren herrührt, die mit dem Anschluß 20 verbunden sind. Ein nahezu identischer Strom fließt vom Kollektor des Transistors 16, da die elektrischen Bedingungen an der Basis und am Emitter des Transistors 16 denen an der Basis und am Emitter des Transistors 15 sehr ähnlich sind. Die Widerstände 17 und 18 unterstützen die Stabilisierung der Ströme in jedem der Transistoren 15 und 16 über wechselnde Schaltungsbedingungen im Betrieb, mindern die Auswirkungen einer etwaigen Fehlanpassung zwischen den Transistoren 15 und 16 und erhöhen die am Kollektor des Transistors 16 auftretende effektive Ausgangsimpedanz.
Der Kollektorstrom des Transistors 16 wird dem Kollektor eines weiteren npn-Bipolartransistors 22 zugeführt. Ein geringer Anteil des Stromes vom Kollektor des Transistors 16 wird über einen weiteren Widerstand 23 der Basis des Transistors 22 zugeführt. Diese Ströme werden vom Transistor 22 durchgelassen, treten aus seinem Emitter aus und fließen dann über einen weiteren Widerstand 24 ab, der elektrisch mit dem Maßebezugsanschluß 11 verbunden ist. Der Widerstand 24 trägt zur Stabilisierung der Spannung am Kollektor des Transistors 22 bei. Dieser Kollektor ist über einen weiteren Widerstand 25 und über den Widerstand 12 mit der Basis des Transistors 13 verbunden, um dadurch einen Basisvorspannungsstrom zuzuführen.
Der Strom zum Kollektor des Transistors 13 wird von zwei Quellen geliefert, einer gesteuerten Stromquelle und dem Eingang der nächsten Verstärkerstufe. Die gesteuerte Stromquelle wird von einem Paar pnp-Bipolartransistoren 26 und 27 und einem entsprechenden Paar Widerstände 28 bzw. 29 gebildet, die jeweils die entsprechenden Emitter mit der Spannungsversorgungsanschlußeinrichtung 19 verbinden. Wie bei der früher beschriebenen Stromquelle sind Basis und Kollektor des Transistors 27 jeweils mit einer weiteren Anschlußeinrichtung 30 elektrisch verbunden, die mit einer weiteren Stromsenke verbunden ist, welche einen gut geregelten Strom entnimmt. Dieser Strom wird wieder hauptsächlich vom Kollektor des Transistors 27 zugeführt, wobei allerdings wiederum ein geringer Anteil von den Transistorbasen zugeführt wird, die mit dem Anschluß 30 verbunden sind. Da die Transistoren 26 und 27 ebenso wie die Widerstände 28 und 29 genau aneinander angepaßt sind, und da die Basis des Transistors 26 gleichfalls mit dem Anschluß 30 verbunden ist, liefert der Kollektor des Transistors 26 einen Strom, der im wesentlichen mit dem vom Kollektor des Transistors 27 gelieferten Strom identisch ist. Dieser Kollektorstrom des Transistors 26 kann wegen des Eingangsanschlusses an der Verbindungsstelle zwischen dem Transistor 27 und dem Widerstand 29 geändert werden, wie weiter unten beschrieben wird.
Die Widerstände 28 und 29 stabilisieren wiederum den Strom, der durch diese Stromquelle unter veränderlichen Schaltungsbedingungen zugeführt wird, mindern die Auswirkungen einer etwaigen Fehlanpassung zwischen den Transistoren 26 und 27 und erhöhen die effektive Impedanz am Kollektor des Transistors 26. Wenn außerdem die zum Aufbau dieser Stromquelle verwendeten Transistoren zufälligerweise niedrige Stromverstärkungen aufweisen, dann kann die Spannung an den Emittern der Transistoren 26 und 27 ansteigen. Die Widerstände 21 und 23 kompensieren diesen Effekt näherungsweise.
Der andere, am Kollektor des Transistors 13 gezogene Strom wird von der Basis eines pnp-Bipolartransistors 31 zugeführt, dessen Emitter über einen Widerstand 32 elektrisch mit dem positiven Spannungsversorgungsanschluß 19 verbunden ist. Die Kollektorlast des Transistors 31 wird von einem npn-Bipolartransistor 33 gebildet, der als Stromsenke dient. Der Wert des Stromes, der am Kollektor des Transistors 33 zu entnehmen und durch dessen Emitter zum Massebezugsanschluß 11 zu leiten ist, wird durch einen npn-Bipolartransistor 34 in Diodenschaltung eingestellt. Der Kollektor des Transistors 34 ist elektrisch mit dessen Basis und mit der Basis des Transistors 33 verbunden. Der Emitter des Transistors 34 ist elektrisch mit dem Massebezugsanschluß 11 verbunden.
Basis und Kollektor des Transistors 34 werden von einem Mehrfachkollektor-pnp-Bipolartransistor 35 mit Strom versorgt, dessen Emitter über einen Widerstand 36 mit dem positiven Spannungsversorgungsanschluß 19 verbunden ist. Der Transistor 35 arbeitet als Stromquelle weitgehend auf die gleiche Weise wie die von den Transistoren 26 und 27 gebildete Stromquelle. Die Basis des Transistors 35 ist mit einer Anschlußeinrichtung 37 verbunden, die für den Anschluß an eine gut geregelte Stromsenke eingerichtet ist. Der Transistor 35 besitzt vier separate Kollektoren, von denen zwei elektrisch miteinander und mit der Basis des Transistors 35 verbunden sind. Bei dieser Anordnung liefern die anderen beiden Kollektoren jeweils annähernd den gleichen Strom wie einer der zur Basis des Transistors 35 kurzgeschlossenen Kollektoren, wobei jeder der Kollektoren konstruktiv an die anderen angepaßt ist.
Ein am Verstärkereingang 10 angelegtes Spannungssignal verändert dann den Stromwert, der am Kollektor des Transistors 13 zu entnehmen ist. Dieser Änderung des Stromwerts müssen Änderungen des vom Kollektor des Transistors 26 und von der Basis des Transistors 31 zugeführten Stroms entsprechen. Änderungen des Basisstroms des Transistors 31 werden durch die übrigen Teile des Verstärkers bis zu seinem Ausgang verstärkt, und Änderungen am Ausgang werden durch eine Rückkopplungsanordnung widergespiegelt, um Änderungen des vom Kollektor des Transistors 26 zugeführten Stroms zu bewirken, wie nachstehend erläutert wird.
Der Anteil des am Kollektor des Transistors 33 zu entnehmenden Stroms, der nicht vom Transistor 31 zugeführt wird, muß von der Basis eines weiteren pnp-Bipolartransistors 38 zugeführt werden, dessen Emitter elektrisch mit dem verbleibenden Kollektor des Transistors 35 verbunden ist. Außerdem sind mit dem Emitter des Transistors 38 die Basis eines weiteren npn-Bipolartransistors 39 und ein Kollektor eines weiteren Mehrfachkollektor-pnp-Bipolartransistors 40 verbunden, der als gesteuerte Stromquelle dient. Der Emitter des Transistors 39 ist über einen Widerstand 41 elektrisch mit dem Massebezugsanschluß 11 verbunden. Der Emitter des Transistors 40 ist mit dem positiven Spannungsversorgungsanschluß 19 direkt elektrisch verbunden. Der Kollektor des Transistors 39 ist mit einem der beiden Kollektoren des Transistors 40 elektrisch verbunden, wobei dieser Kollektor außerdem mit der Basis des Transistors 40 elektrisch verbunden ist. Schließlich ist die Basis des Transistors 39 über einen Widerstand 43 außerdem mit der Basis eines Ausgangs-npn-Bipolartransistors 42 verbunden.
Durch den letztgenannten Kollektor des Transistors 35 wird dem Emitter des Transistors 38, der Basis des Transistors 39 und über den Widerstand 43 der Basis des Transistors 42 Strom zugeführt. Der Strom in der Basis des Transistors 39, der als Antwort auf Eingangssignale variiert, bewirkt, daß von der Basis ein veränderlicher Kollektorstrom gezogen wird, der vom Kollektor des Transistors 40, mit dem die Basis verbunden ist, und in geringem Umfang von der Basis des Transistors 40 geliefert wird. Dadurch werden an dem anderen Kollektor des Transistors 40 weitgehend identische Ströme bereitgestellt, die, wie weiter oben angegeben, dem Emitter des Transistors 38, der Basis des Transistors 39 und über den Widerstand 43 der Basis des Transistors 42 zugeführt werden. Das Ausmaß dieser Mitkopplungswirkung wird jedoch durch das Vorhandensein des Widerstands 41 am Emitter des Transistors 39 begrenzt. Da wegen des ansteigenden Emitterstroms im Transistor 39 an diesem Widerstand ein zunehmender Spannungsabfall entsteht, wird an der Basis des Transistors 42 ein viel größerer Strom bereitgestellt, bis die Spannung an der Basis des Transistors 39 effektiv durch die Basis-Emitter-Spannung des Transistors 42 gedämpft wird. Ein stärkerer Strom, der vom Transistor 40 an die Basis des Transistors 39 angelegt wird, wird danach in zunehmenden Maße durch den Transistor 38 als Nebenschluß von der Basis des Transistors 39 abgeleitet.
Der viel größere Strom, der durch den Kollektor des Transistors 40 über den Widerstand 43 der Basis des Transistors 42 zugeführt wird, ist der Verstärkungsstrom, der zum Treiben des Transistors 42 dient, um den Verstärkerlaststrom bereitzustellen. Der Emitter des Transistors 42 ist mit dem Massebezugsanschluß 11 verbunden, während der Kollektor des Transistors 42 mit dem Anschluß des Verstärkers verbunden ist, der als Ausgang 44 dient. Es ist dargestellt worden, daß mit dem Anschluß 44 ein Lastelement elektrisch verbunden ist, dessen anderes Ende mit dem positiven Versorgungsanschluß 19 elektrisch verbunden ist.
Dieses Lastelement wird in Fig. 1 durch das dafür verwendete Symbol als überwiegend induktiv dargestellt, aber dies ist nicht notwendigerweise die Impedanzcharakteristik möglicher Lasten, sondern vielmehr eine typische Charakteristik. Zu beachten ist, daß zwischen dem Massebezugsanschluß 11 und der positiven Versorgungseinrichtung 19 keine andere Impedanzeinrichtung als dieses Lastelement und der Emitter-Kollektor-Abschnitt des Transistors 42 angeschlossen ist.
Der Anteil des Stroms vom Kollektor des Transistors 40, der die Basis des Transistors 42 treibt, wird durch die Werte der Widerstände 41 und 43 und durch das Verhältnis der Emitterfläche des Transistors 42 zu derjenigen des Transistors 39 bestimmt. Ein typisches Flächenverhältnis der Emitterfläche des Transistors 42 zu derjenigen des Transistors 39 wäre gleich 16 : 1. Der Widerstand 43 dient auch zur Erhöhung des Verhältnisses, falls der Transistor 42 eine relativ niedrige Stromverstärkung aufweisen sollte. Die Emitterfläche für den Transistor 38 muß so gewählt werden, daß der Basis-Emitter- Spannungsabfall des Transistors 33 den des Transistors 42 nicht übersteigt, so daß dieser immer von dem damit verbundenen Kollektor des Transistors 40 Strom ziehen kann. Dadurch kann dem Transistor 42 ein äußerst niedriger Strom zugeführt werden, um einen vollen Arbeitsbereich des Ausgangstransistors zu ermöglichen.
Die an dem Lastelement am Verstärkerausgang 44 abfallende Spannung wird über einen Widerstand 45 zur Verbindungsstelle zwischen dem Widerstand 29 und dem Emitter des Transistors 27 rückgekoppelt. Die Spannung am Verstärkerausgang 44 verändert infolgedessen den durch den Widerstand 29 gezogenen Strom und verändert dadurch die am Emitter des Transistors 27 anliegende Spannung. Da die Ströme durch den Transistor 27 durch die am Anschluß 30 angeschlossene geregelte Stromquelle eingestellt werden, muß sich die Spannung an der Basis und am Kollektor des Transistors 27 um einen ähnlichen Betrag ändern, welche Änderung auch an der Basis des Transistors 26 auftritt. Da die Emitter-Basis-Spannung des Transistors 26 relativ konstant ist, spiegelt sich die Spannungsänderung an der Basis des Transistors 26 in dem Spannungsabfall am Widerstand 28 wider, der sich hauptsächlich in der Änderung des Kollektorstroms des Transistors 26 widerspiegeln muß.
Folglich wird, wie oben angedeutet, ein Signal am Verstärkereingang 10, das zu einer Änderung der Stromentnahme am Kollektor des Transistors 13 führt, durch zwei Änderungen ausgeglichen. Es tritt eine Änderung des vom Eingang der Verstärkungsanordnung gezogenen Stroms zwischen dem Transistor 13 und dem Ausgang 44 auf, was dazu führt, daß diese Änderung am Verstärkerausgang 44 verstärkt wird- und wegen der Rückkopplung vom Verstärkerausgang 44, welche die dortige Änderung widerspiegelt, tritt eine Änderung des Stromes auf, der von der Stromquelle zugeführt wird, welche den Transistor 26 enthält.
Die durch den Widerstand 45 bewirkte Rückkopplung ist im wesentlichen eine Rückkopplung, die auf dem Spannungsabfall an dem Lastelement beruht, das zwischen dem Verstärkerausgang 44 und dem positiven Versorgungsspannungsanschluß 19 angeschlossen ist. Dieser Spannungsabfall dient im wesentlichen zur Einstellung der Stromentnahme über den Widerstand 45, um den am Kollektor des Transistors 26 zugeführten Strom zum Kollektor des Transistors 13 zu steuern.
Diese Spannungsrückkopplung ist jedoch häufig nicht ausreichend, um die Resonanzen zu verringern, die in der Schaltung gemäß Fig. 1 auftreten. Um die von derartigen Resonanzen herrührende Abweichung im Frequenzspektrum, das die Schaltung von Fig. 1 kennzeichnet, noch stärker zu vermindern, wird durch Verwendung eines weiteren npn-Bipolartransistors 46, dessen Emitter elektrisch mit dem Massebezugsanschluß 11 verbunden ist, und eines weiteren Rückkopplungswiderstandes 47 eine zusätzliche Stromrückkopplung vorgesehen. Der Transistor 46 entspricht weitgehend der beim Transistor 42 verwendeten Konstruktion, aber wie beim Transistor 39 beträgt seine Emitterfläche nur ein Sechzehntel der Emitterfläche des Transistors 42. Die Basis des Transistors 46 ist elektrisch mit der Basis des Transistors 42 verbunden, so daß er im wesentlichen den gleichen Steuerstrom aufnimmt wie der Transistor 42. Im Ergebnis ist der vom Transistor 46 gezogene Kollektorstrom im wesentlichen gleich einem festen Bruchteil des vom Transistor 42 gezogenen Stroms, so daß sein Strom den Laststrom darstellt, der vom Transistor 42 als Grundlage für die Stromrückkopplung gezogen wird. Eine solche Rückkopplung erfordert, daß vom Kollektor des Transistors 46 an einer zu diesem führenden Anschlußklemme 48 entweder zum Verstärkerausgang 44 oder zum positiven Spannungsversorgungsanschluß 19 ein Widerstand geschaltet wird. Solche Widerstände sind in Fig. 1 durch eine gestrichelte Linie dargestellt. Das Signal vom Anschluß 48 wird dann über den Widerstand 47 zur gleichen Verbindungsstelle zwischen dem Widerstand 29 und dem Emitter des Transistors 27 rückgekoppelt wie das Signal über den Widerstand 45.
Die Verwendung des Transistors 46, dessen Kollektorstrom den im Transistor 42 fließenden Laststrom darstellt, anstelle eines Meßwiderstands, der mit dem Transistor 42 und der Lastelementeinrichtung in Reihe geschaltet ist, ermöglicht das Anlegen des vollen Ausgangsspannungsbereichs an das Lastelement. Es gibt keine Beschränkung der Spannungsänderung für das an den Verstärkerausgang 44 angeschlossene Lastelement wegen irgendeines Reihenspannungsabfalls, der auf ein Meßelement zurückzuführen ist. So wird bei Niederspannungsanwendungen, wo die Spannung am positiven Versorgungsanschluß 19 ziemlich klein ist, so daß der Spannungsverlust an einem Meßwiderstand von Bedeutung wäre, durch die Anordnung gemäß Fig. 1 eine Verkleinerung des Ausgangsspannungsbereichs vermieden.
Die Signalausschlag-Begrenzungsschaltung ist in Fig. 1 links vom Transistor 13 dargestellt. Mit den Emittern eines pnp-Bipolartransistorpaares 49 und 50 ist jeweils ein Widerstand 51 bzw. 52 elektrisch verbunden. Die anderen Seiten jedes der Widerstände 51 und 52 sind elektrisch zusammengeschaltet und über einen weiteren Widerstand 53 mit dem positiven Spannungsversorgungsanschluß 19 verbunden. Die Transistoren 49 und 50 weisen jeweils einen npn-Bipolartransistor 54 bzw. 55 als Stromquellenlast auf. Die Elemente dieser Transistorpaare sind jeweils gut aneinander angepaßt. Die Basis jedes der Transistoren 54 und 55 ist mit dem Kollektor des Transistors 54 verbunden, so daß der Transistor 54 ein Transistor in Diodenschaltung ist. Da jeder der Transistoren 54 und 55 angepaßt ist und ihre Basen mit dem gleichen Punkt verbunden sind, entnimmt jeder Transistor im wesentlichen den gleichen Strom zum Massebezugsanschluß 11, der mit den Emittern jedes dieser Transistoren elektrisch verbunden ist.
Die Basis des Transistors 49 ist elektrisch mit dem Anschluß 20 verbunden, der, wie weiter oben festgestellt, für den Anschluß an eine gut geregelte Stromsenke eingerichtet ist. Ebenso ist die Basis des Transistors 50 mit dem Anschluß 30 verbunden, der gleichfalls für den Anschluß an eine gut geregelte Stromsenke eingerichtet ist, welche eine Stromsenke ist, die den gleichen Strom zieht wie die mit dem Anschluß 20 verbundene Stromsenke. Daher treten an den Basen jedes der Transistoren 49 und 50 gleichartige Bedingungen auf, mit Ausnahme der Rückkopplungsschaltungen über die Widerstände 45 und 47, die Spannungsdifferenzen zwischen dem Anschluß 30 und dem Anschluß 20 verursachen. Solche Spannungsdifferenzen zwischen den Anschlüssen 20 und 30 führen zu einer Differenzspannung an den Basen der Transistoren 49 und 50, die eine Spannungsänderung am Kollektor des Transistors 50 ergibt.
Der Kollektor des Transistors 50 ist elektrisch mit den Basen zweier weiterer Transistoren 56 und 57 verbunden. Der Transistor 56 ist ein pnp-Bipolartransistor, der über einen Widerstand 58 mit einer elektrischen Anschlußeinrichtung 59 verbunden ist, die für den Anschluß an eine Quelle einer gut geregelten positiven Spannung eingerichtet ist. Der Emitter des Transistors 57 ist über einen weiteren Widerstand 60 mit dem Massebezugsanschluß 11 verbunden. Die Kollektoren der Transistoren 56 und 57 sind elektrisch zusammengeschaltet und mit der Basis des Transistors 13 verbunden.
Die Basen der Transistoren 56 und 57 sind außerdem mit einem Spannungsteilernetzwerk verbunden, daß von einem Paar Widerstände 61 und 62 gebildet wird, die zwischen dem geregelten positiven Spannungsanschluß 59 und dem Massebezugsanschluß 11 in Reihe geschaltet sind. An der Verbindungsstelle zwischen diesen beiden Widerständen ist ein weiterer Widerstand 63 mit den beiden Basen der Transistoren 56 und 57 elektrisch verbunden. Diese Widerstände 61, 62 und 63 stellen die Vorspannungsbedingungen an den Basen dieser Transistoren ein und werden zusammen mit dem Wert der geregelten Spannung am Anschluß 59 und den Schwellwerten der Transistoren 56 und 57 so gewählt, daß die Transistoren 56 und 57 im Ruhezustand nicht leitend sind. Eine ausreichende Spannungsverschiebung an den Kollektoren der Transistoren 50 und 55 führt jedoch zu ausreichenden Änderungen an den Basen der Transistoren 56 und 57, um zu bewirken, daß der eine oder der andere von ihnen leitend wird, um dadurch das Signal an der Basis des Transistors 13 zu vermindern.
Eine weitere Anschlußeinrichtung 64 ist mit der Verbindungsstelle der Widerstände 51, 52 und 53 verbunden, um die Signalbegrenzungsschaltung ganz unwirksam machen zu können, oder um veränderliche Signalbegrenzungspegel zu ermöglichen. Dies kann dadurch bewerkstelligt werden, daß der Anschluß 64 mit dem Massebezugsanschluß 11, dem positiven Spannungsversorgungsanschluß 19, oder über einen Widerstand mit einem der beiden Anschlüsse verbunden wird.
In der Schaltung von Fig. 1 werden konkret drei Kapazitäten 65, 66 und 67 verwendet. Die Kapazität 65 verhindert eine Übersteuerung während des Betriebs der gerade beschriebenen Signalbegrenzungsschaltung. Die Kapazität 66 bewirkt einen Abfall der Frequenzkennlinie für den gesamten Verstärker bei Frequenzen außerhalb des normalen Hörbereichs, wenn der Verstärker mit einem Lautsprecher als Lastelement verwendet wird. Die Kapazität 67 bewirkt einen Abfall der Frequenzcharakteristik für den Stromverstärkungsteil der oben beschriebenen Schaltung. Die Kapazitäten sind alle als Parallelplattenkondensatoren in dem monolithischen integrierten Schaltungsbaustein ausgebildet, in dem die Schaltung von Fig. 1 zusammengestellt wird (ausgenommen die Lasteinrichtung und möglicherweise mit Ausnahme eines Widerstands zwischen dem Anschluß 48 und einem der beiden Anschlüsse 44 oder 19).
Die npn-Bipolartransistoren, die in der Schaltung von Fig. 1 verwendet werden, weisen alle die gleiche konstruktive Gestaltung auf und sind ziemlich gut aneinander angepaßt, mit Ausnahme unterschiedlicher Emitterflächen, wie bereits beschrieben wurde. In ähnlicher Weise sind die pnp-Bipolartransistoren in dem monolithischen integrierten Schaltkreis alle gleich aufgebaut, mit Ausnahme der Anzahl der Kollektoren, wie bereits beschrieben wurde. So sind die npn-Bipolartransistoren, von der entsprechenden Ausnahme abgesehen, ziemlich gut aneinander angepaßt, und die pnp-Bipolartransistoren sind ebenfalls, von der entsprechenden Ausnahme abgesehen, ziemlich genau aneinander angepaßt. Die Widerstände in der Schaltung werden durch Ionenimplantation in den monolithischen integrierten Schaltungsbaustein ausgebildet. Für einen typischen Fertigungsprozeß des bipolaren integrierten Schaltkreises könnten die Kapazitäten Werte von 15 pF für die Kapazität 65 und jeweils 33 pF für die Kapazitäten 66 bzw. 67 haben. Für die Widerstände könnten die folgenden Widerstandswerte in Ohm gewählt werden:
Widerstände Widerstandswerte
12 16000
14 16000
17 16000
18 16000
21 6000
23 74000
24 16000
25 16000
28 16000
29 16000
32 32000
36 8000
41 2000
43 1500
45 160000
47 160000
51 32000
52 32000
53 64000
58 16000
60 16000
61 64000
62 64000
63 100900

Claims

1. Verstärker mit einem Eingang (10) und einem Ausgang (Kollektor von 42), wobei der Verstärker aufweist:

einen ersten gesteuerten Stromregler (13, 14) mit einem Eingang (10) und einem Ausgang (Kollektor von 13), der so beschaffen ist, daß die Stärke eines am Ausgang des ersten gesteuerten Stromreglers fließenden Stroms durch Signale gesteuert wird, die am Eingang des ersten gesteuerten Stromreglers anliegen, wobei der Eingang (10) des ersten gesteuerten Stromreglers als der Verstärkereingang (10) dient;

einen zweiten gesteuerten Stromregler (42) mit einem Eingang (Basis von 42) und einem Ausgang (Kollektor von 42), der so beschaffen ist, daß die Stärke eines am Ausgang des zweiten gesteuerten Stromreglers fließenden Stroms durch Signale gesteuert wird, die am Eingang des zweiten gesteuerten Stromreglers anliegen, wobei der Eingang (Basis von 42) des zweiten gesteuerten Stromreglers mit dem Ausgang (Kollektor von 13) des ersten gesteuerten Stromreglers elektrisch verbunden ist und wobei der Ausgang (Kollektor von 42) des zweiten gesteuerten Stromreglers als der Verstärkerausgang (Kollektor von 42) dient;

einen dritten gesteuerten Stromregler (46) mit einem Eingang (Basis von 46) und einem Ausgang (Kollektor von 46), der so beschaffen ist, daß die Stärke eines am Ausgang des dritten gesteuerten Stromreglers fließenden Stroms durch Signale gesteuert wird, die am Eingang des dritten gesteuerten Stromreglers anliegen, wobei der Eingang (Basis von 46) des dritten gesteuerten Stromreglers mit dem Ausgang (Kollektor von 13) des ersten gesteuerten Stromreglers elektrisch verbunden ist;

einen vierten gesteuerten Stromregler (26, 27, 28, 29) mit einem Eingang (Emitter von 27) und einem Ausgang (Kollektor von 26), der so beschaffen ist, daß die Stärke eines am Ausgang des vierten gesteuerten Stromreglers fließenden Stroms durch Signale gesteuert wird, die am Eingang des vierten gesteuerten Stromreglers anliegen, wobei der Ausgang (Kollektor von 26) des vierten gesteuerten Stromreglers mit dem Ausgang (Kollektor von 13) des ersten gesteuerten Stromreglers elektrisch verbunden ist; und gekennzeichnet durch

eine erste und eine zweite Rückkopplungsimpedanz (45, 47) mit je einem ersten und einem zweiten Abschlußbereich, zwischen denen jede Rückkopplungsimpedanz eine ausgewählte Impedanz aufweist, wobei die ersten Abschlußbereiche der ersten und der zweiten Rückkopplungsimpedanz jeweils mit dem Eingang (Emitter von 27) des vierten gesteuerten Stromreglers elektrisch verbunden sind, wobei der zweite Abschlußbereich der ersten Rückkopplungsimpedanz mit dem Ausgang (Kollektor von 42) des zweiten gesteuerten Stromreglers elektrisch verbunden ist, und wobei der zweite Abschlußbereich der zweiten Rückkopplungsimpedanz mit dem Ausgang (Kollektor von 46) des dritten gesteuerten Stromreglers elektrisch verbunden ist; sowie durch

eine Zusatzimpedanzeinrichtung (Impedanz zwischen 48 und entweder 44 oder 19) mit einem ersten und einem zweiten Abschlußbereich, zwischen denen sie eine ausgewählte- Impedanz aufweist, wobei der erste Abschlußbereich der Zusatzimpedanz entweder mit dem Ausgang (Kollektor von 42) des zweiten gesteuerten Stromreglers oder mit einer ersten, für den Anschluß an eine erste Spannungsquelle eingerichteten Anschlußeinrichtung (19) elektrisch verbunden ist und wobei der zweite Abschlußbereich der Zusatzimpedanz mit dem Ausgang (Kollektor von 46) des dritten gesteuerten Stromreglers elektrisch verbunden ist.

2. Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste gesteuerte Stromregler (13, 14) eine spannungsgesteuerte Stromsenke ist.

3. Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite und der dritte gesteuerte Stromregler (42, 46) jeweils eine Stromsenke sind, und daß der vierte gesteuerte Stromregler (26, 27, 28, 29) eine Stromquelle ist.

4. Verstärker nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste gesteuerte Stromregler (13, 14) eine Transistoreinrichtung (13) mit einem ersten und einem zweiten Abschlußbereich (Kollektor und Emitter von 13) und einem Steuerbereich (Basis von 13) aufweist, durch den die Transistoreinrichtung des ersten gesteuerten Stromreglers durch elektrische Aktivierung veranlaßt werden kann, effektiv eine Strombahn von ausgewählter Leitfähigkeit zwischen dem ersten und dem zweiten Abschlußbereich der Transistoreinrichtung des ersten gesteuerten Stromreglers zu schaffen, wobei der Steuerbereich (Basis von 13) der Transistoreinrichtung des ersten gesteuerten Stromreglers mit dem Eingang (10) des ersten gesteuerten Stromreglers elektrisch verbunden ist und wobei der erste Abschlußbereich (Kollektor von 13) der Transistoreinrichtung des ersten gesteuerten Stromreglers mit dem Ausgang (Kollektor von 13) des ersten gesteuerten Stromreglers elektrisch verbunden ist und wobei der erste gesteuerte Stromregler (13, 14) ferner eine erste Impedanz (14) mit einem ersten und einem zweiten Abschlußbereich aufweist, zwischen denen sie eine ausgewählte Impedanz aufweist, wobei der erste Abschlußbereich der ersten Impedanz des ersten gesteuerten Stromreglers mit dem zweiten Abschlußbereich (Emitter von 13) der Transistoreinrichtung des ersten gesteuerten Stromreglers elektrisch verbunden ist und wobei der zweite Abschlußbereich der ersten Impedanz des ersten gesteuerten Stromreglers mit einer zweiten; für den Anschluß an eine zweite Spannungsquelle eingerichteten Anschlußeinrichtung (11) elektrisch verbunden ist.

5. Verstärker nach einem der Ansprüche 1, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der vierte gesteuerte Stromregler (26, 27, 28, 29) eine erste und eine zweite Transistoreinrichtung (27, 26) mit je einem ersten und einem zweiten Abschlußbereich (Emitter und Kollektor der jeweiligen Transistoreinrichtung) und mit einem Steuerbereich (Basisbereich der jeweiligen Transistoreinrichtung) aufweist, durch den jede Transistoreinrichtung durch elektrische Aktivierung veranlaßt werden kann, effektiv eine Strombahn von ausgewählter Leitfähigkeit zwischen ihrem ersten und zweiten Abschlußbereich zu schaffen, wobei der Steuerbereich (Basis von 27) der ersten Transistoreinrichtung des vierten gesteuerten Stromreglers und der zweite Abschlußbereich (Kollektor von 27) miteinander und mit einer dritten Anschlußeinrichtung (30), die für den Anschluß an eine erste Stromflußeinrichtung eingerichtet ist, elektrisch verbunden sind, wobei der Steuerbereich (Basis von 26) der zweiten Transistoreinrichtung des vierten gesteuerten Stromreglers mit der dritten Anschlußeinrichtung (30) elektrisch verbunden ist, wobei der zweite Abschlußbereich (Kollektor von 26) der zweiten Transistoreinrichtung des vierten gesteuerten Stromreglers als Ausgang (Kollektor von 26) des vierten gesteuerten Stromreglers dient, und wobei der vierte gesteuerte Stromregler ferner eine erste und eine zweite Impedanzeinrichtung (29, 28) mit je einem ersten und zweiten Abschlußbereich aufweist, zwischen denen jede Impedanzeinrichtung eine ausgewählte elektrische Impedanz aufweist, wobei die ersten Abschlußbereiche der ersten und der zweiten Impedanzeinrichtung des vierten gesteuerten Stromreglers jeweils miteinander und mit der ersten Anschlußeinrichtung (19) verbunden sind, die für den Anschluß an eine erste Spannungsquelle eingerichtet ist, wobei der zweite Abschlußbereich der ersten Impedanzeinrichtung (29) des vierten gesteuerten Stromreglers mit dem als Eingang (Emitter von 27) des vierten gesteuerten Stromreglers dienenden ersten Abschlußbereich (Emitter von 27) der ersten Transistoreinrichtung des vierten gesteuerten Stromreglers elektrisch verbunden ist, wobei der zweite Abschlußbereich der zweiten Impedanzeinrichtung (28) des vierten gesteuerten Stromreglers mit dem ersten Abschlußbereich (Emitter von 26) der zweiten Transistoreinrichtung des vierten gesteuerten Stromreglers elektrisch verbunden ist.

6. Verstärker nach einem der Ansprüche 1, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite und der dritte gesteuerte Stromregler (42, 46) jeweils eine Transistoreinrichtung mit einem ersten und einem zweiten Abschlußbereich (Kollektor und Emitter der jeweiligen Transistoreinrichtung) und mit einem Steuerbereich (Basis der jeweiligen Transistoreinrichtung) aufweisen, durch den jede Transistoreinrichtung durch elektrische Aktivierung veranlaßt werden kann, effektiv eine Strombahn von ausgewählter Leitfähigkeit zwischen ihrem ersten und zweiten Abschlußbereich zu schaffen, wobei die Transistoreinrichtung des zweiten gesteuerten Stromreglers im wesentlichen identisch mit der Transistoreinrichtung des dritten gesteuerten Stromreglers ausgebildet ist, wobei der Steuerbereich (Basis von 42) der Transistoreinrichtung des zweiten gesteuerten Stromreglers als Eingang (Basis von 42) des zweiten gesteuerten Stromreglers dient, wobei der Steuerbereich (Basis von 46) der Transistoreinrichtung des dritten gesteuerten Stromreglers als Eingang (Basis von 46) des dritten gesteuerten Stromreglers dient, wobei der erste Abschlußbereich (Kollektor von 42) der Transistoreinrichtung des zweiten gesteuerten Stromreglers als Ausgang (Kollektor von 42) des zweiten gesteuerten Stromreglers dient, und wobei der erste Abschlußbereich (Kollektor von 46) der Transistoreinrichtung des dritten gesteuerten Stromreglers als Ausgang (Kollektor von 46) des dritten gesteuerten Stromreglers dient, wobei der zweite Abschlußbereich (Emitter von 42) der Transistoreinrichtung des zweiten gesteuerten Stromreglers und der zweite Abschlußbereich (Emitter von 46) der Transistoreinrichtung des dritten gesteuerten Stromreglers jeweils mit der zweiten Anschlußeinrichtung (11) elektrisch verbunden sind, die für den elektrischen Anschluß an eine zweite Spannungsquelle eingerichtet ist.

7. Verstärker nach Anspruch 1 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingänge (Basen von 42 und 46) des zweiten und des dritten gesteuerten Stromreglers jeweils über eine Verstärkungseinrichtung (31, 32, 33, 34, 35, 36, 38, 39, 40, 41, 43) mit dem Ausgang (Kollektor von 13) des ersten gesteuerten Stromreglers elektrisch verbunden sind, wobei die Verstärkungseinrichtung einen Eingang (Basis von 31), der mit dem Ausgang (Kollektor von 13) des ersten gesteuerten Stromreglers elektrisch verbunden ist, und einen Ausgang (43) aufweist, der mit jedem der Eingänge (Basen von 42 und 46) des zweiten und des dritten gesteuerten Stromreglers elektrisch verbunden ist, wobei die Verstärkungseinrichtung Signale am Ausgang der Verstärkungseinrichtung bereitstellen kann, die den am Eingang der Verstärkungseinrichtung anliegenden Signalen im wesentlichen ähnlich, aber größer sind.

8. Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Lastelement (Spule bei 44) zwischen den Verstärkerausgang (Kollektor von 42) und die erste Anschlußeinrichtung (19) geschaltet ist.

9. Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ferner eine Signalausschlag-Steuereinrichtung (49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 60, 61, 62, 63) vorgesehen ist, die am Eingang (Emitter von 27) des vierten gesteuerten Stromreglers anliegende Signalpegel erfaßt und bei Signalen, die einen ausgewählten Pegel übersteigen, die elektrischen Bedingungen am Eingang (10) des ersten gesteuerten Stromreglers verändert.

10. Vorrichtung nach Anspruch 5 in Abhängigkeit von Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingänge (Basen von 42 und 46) des zweiten und des dritten gesteuerten Stromreglers jeweils über eine Verstärkungseinrichtung (31, 32, 33, 34, 35, 36, 38, 39, 40, 41, 43) mit dem Ausgang (Kollektor von 13) des ersten gesteuerten Stromreglers elektrisch verbunden sind, wobei die Verstärkungseinrichtung einen Eingang (Basis von 31), der mit dem Ausgang (Kollektor von 13) des ersten gesteuerten Stromreglers elektrisch verbunden ist, und einen Ausgang (43) aufweist, der mit jedem der Eingänge (Basen von 42 und 46) des zweiten und des dritten gesteuerten Stromreglers elektrisch verbunden ist, wobei die Verstärkungseinrichtung Signale am Ausgang der Verstärkungseinrichtung bereitstellen kann, die den am Eingang der Verstärkungseinrichtung anliegenden Signalen im wesentlichen ähnlich, aber größer sind.