NL8300078A - Versterkerschakeling. - Google Patents

Description

* Ρ0Ν 10.546 1 N.V. Philips* Gloeilampenfabrieken te Eindhoven.

Versterkerschakeling.

De uitvinding heeft betrekking op een versterkerschakeling omvattende een eerste versterkertrap met een ingang en een uitgang, een tweede versterkertrap met een ingang die verbonden is met de uitgang van de eerste versterkertrap, een uitgang, tenminste een eerste uit-5 gangstransistor en een eerste die uitgangstransistor aansturende stuurtransistor, en een beveiligingsschakeling voor het beveiligen van die uitgangstransistor tegen overbelasting. Zulke versterkerscha-kelingen worden bijvoorbeeld als geïntegreerde vermogensversterkers voor audiosignalen gébruikt. De eindtransistoren moeten daarbij voor 10 overbelasting door te hoge spanning en/of stroom alsook tegen een combinatie van beide (zogenaamde SOAR-beveiliging) beschermd worden.

Versterkerschakelingen van het in de aanhef genoemde type zijn onder andere uit DE-PS 18.11.765 en het tijdschrift "Neues aus der Technik", no. 3, 01-07-1977, pagina 4, publikatieno. 406, 15 békend.

Bij deze versterkerschakelingen heeft de beveiligingsschakeling een relatief lage versterking doordat de beveiliging ingrijpt op de basiselectrode van de uitgangstransistor zelf.

Deze lage versterking heeft echter als nadeel dat de beveiligings-20 schakeling vervorming kan introduceren wanneer de beveiliging niet aktief is. Dit probleem is niet zonder meer op te lossen door de versterkingsfaktor van de beveiliging te verhogen omdat dan het gevaar van instabiliteiten tijdens het aktief zijn van de beveiligingsschakeling ontstaat.

25 De uitvinding beoogt een versterkerschakeling van het in de aanhef genoemde type met een beveiligingsschakeling die lage vervorming geeft zonder het nadeel van mogelijke instabiliteiten.

De uitvinding wordt daartoe gekenmerkt, doordat de beveiligingsschakeling ingrijpt aan de ingang van de tweede versterkertrap 30 on gen frequentiékarakteristiék vertoont met een binnen het frequen-tiebereik van de versterkerschakeling met de frequentie af vallend deel.

Doordat de beveiligingsschakeling ingrijpt op de ingang 8300078 V i EHN 10.546 2 van de tweede versterkertrap wordt extra versterking in de beveili-gingslus verkregen andat de versterking van de stuurtransistor benut wordt. Door het aanbrengen van een frequentie-afval wordt het gevaar van instabiliteiten vermeden.

5 Bij een versterkerschakeling volgens conclusie 1, waarbij de versterkerschakeling in de tweede versterkertrap frequentiegeccm-penseerd is zodat de versterking van de tweede versterkertrap een 6 dB/ octaaf frequentie-afval vertoont vanaf een eerste hoékfrequentie tot voorbij een tweede hoékfrequentie waar de openlus-versterking van de 10 versterkerschakeling gelijk is aan het inverse van de maximale faktor waarmee de versterkerschakeling nog stabiel tegenkoppelbaar is, is het nog niet voldoende dat de versterking van de beveiligingsschakeling met de frequentie afvalt omdat de tweede versterkertrap binnen het afvallende deel van de beveiligingskarakteristiék fasedraaiing ver-15 oorzaakt tengevolge .van de frequentiecompensatie.

In zo'n geval kan de versterkerschakeling volgens de uitvinding nader worden gekenmerkt, doordat de frequentiekarakteristiek van de beveiligingsschakeling na het met de frequentie-afvallend deel 'een frequentie-onafhankelijk deel vertoont 20 dat zich uitstrékt rond een derde hoékfrequentie die lager is dan de tweede hoékfrequentie, bij welke derde hoékfrequentie de modulus van de rondgaande versterking via de tweede versterkertrap bij het in werking zijn van de beveiligingsschakeling de waarde 1 bereikt.

Voor wat betreft de beveiligingsschakeling kan de versterker-25 schakeling volgens de uitvinding nader worden gekenmerkt, doordat de beveiligingsschakeling omvat een detectieschakeling voor het leveren van een signaal dat een maat is voor de belasting van de eerste uitgangstransistor, een frequentie-afhankelijk netwerk voor het realiseren van de gewenste frequentie-afhankelijkheid van de 30 overdracht van de beveiligingsschakeling en een bufferversterker, waarbij die versterkerschakeling voor wat betreft de uitvoering van het frequentie-afhankelijke netwerk nader kan worden gekenmerkt, doordat de detéktieschakeling is ingericht voor het leveren van een uitgangsstroom in een uitgangsstroomketen en dat het frequentie-35 afhankelijke netwerk de serieschakeling van een weerstand en een capaciteit in die uitgangsketen omvat, waarbij de spanning over die uitgangsketen via die hifferversterker in een stroom wordt omgezet 8300078 EHN 10.546 3 # -% die aan de ingang van een tweede versterkertrap wordt toegevoerd.

Teneinde een scherpe overgang tussen het aktieve- en het niet-aktieve bereik van de beveiligingsschakeling aan te brengen wordt een vcorkeursuitvoeringsvorm van de versterkerschakeling 5 volgens de uitvinding gekenmerkt, doordat parallel aan die serie-schakeling een stroombron is opgencmen en dat aan de uitgang van de detektieschakeling een uni-directionele klanschakeling is aangebracht die de ingang van de bufferversterker op een relatief vaste potentiaal vastklemt zolang de uitgangsstroom van de detektieschakeling de strocm 1ff van die stroanbron niet overschrijdt.

Daarnaast kan die voorkeursuitvoeringsvcra van de versterkerschakeling waarbij een tweede uitgangstransistor aanwezig is die complementair met de eerste uitgangstransistor wordt aangestuurd, waarbij naast de genoemde beveiligingsschakeling een tweede beveiligingsschakeling 15 is aangebracht voor het beveiligen van die tweede uitgangstransistor tegen overbelasting en waarbij de eerste versterkertrap een verschil-paar omvat waarvan de kollektors ignaalstremen onderling in tegenfase aan de tweede versterkertrap worden toegevoerd worden gekenmerkt, doordat de uitgang van de ene beveiligingsschakeling met de kollektor-20 keten van de ene transistor van het verschilpaar is gekoppeld en de uitgang van de andere beveiligingsschakeling met de kolléktorketen van de andere transistor het verschilpaar is gekoppeld.

De uitvinding zal nader worden toegelicht aan de hand van de tekening, waarin 25 figuur 1 een bekende versterkerschakeling waarbij de beveiligingsschakeling volgens de uitvinding kan worden toegepast, toont, figuur 2 een blokschema van de versterker volgens figuur 1 met tegenkoppeling, toont 30 figuur 3 eenfreguentiediagram behorende bij de versterker schakeling volgens figuur 2 toont, figuur 4 het blokschema volgens figuur 2, uitgébreid met een beveiligingsschakeling toont, figuur 5 een blokschana van een deel van de schakeling 35 volgens figuur 4 ter verduidelijking van de werking van die schakeling toont, figuur 6 enige frequentiediagranroen behorende bij de 8300078

+ V

PHN 10.546 4 versterkerschakeling volgens figuur 4 ter verduidelijking van de werking van de versterkerschakeling volgens de uitvinding toont, figuur 7 een uitvoeringsvorm van de beveiligingsschakeling 13 (figuur 4) toont, 5 figuur 8 een uitvoeringsvorm van de detéktieschakeling 12 volgens figuur 7 meer in detail toont, en figuur 9 een voorkeursuitvoeringsvorm van een versterkerschakeling volgens de uitvinding toont.

Figuur 1 toont een bekende uitvoering van een versterker 10 waarbij een beveiliging volgens de uitvinding kan worden toegepast.

De getoonde versterker is van hetzelfde type als de operationele versterkers die onder type nummer^ A 741 in de handel beschikbaar zijn. De versterker omvat een eerste trap 10 welke het karakter van een spannings-strocamcmzetter vertoont, met een als verschil versterker 15 geschakeld paar transistoren en T2 waarvan de basiselectroden de inverterende (1) en niet-inverterende (2) ingang van de versterker vormen. De emitters van die transistoren en T2 zijn via een stroombron 4 met de positieve voedingsaansluiting 5 verbonden.

De kollektoren van de transistoren en T9 zijn via een stroomspiegel 20 met transistoren en met een uitgang 3 van die ver sterker trap 10 verbonden, welke uitgang tevens de ingang 3 van een volgende trap 11 vormt, welke het karakter van een strocm-spanningsomzetter vertoont. Deze trap omvat een stuurtransistor die een conventionele klasse- B eindtrap met uitgang 8, dioden D^ en D2, eindtransistoren en τβ 25 en stroombron 7 aanstuurt. De versterker is qua frequentie gecompenseerd doordat een Miller-condensator is aangebracht over versterkertrap 11.

Figuur 2 toont het blokschema van de versterker volgens figuur 1 en figuur 3 de frequentiekarakteristiek van die versterker ter verklaring van het frequentiegedrag van zo'n versterker.

30 Zoals uit figuur 2 blijkt wordt de versterker tegengékoppeld met een netwerk 12 tussen de uitgang 8 van de versterkertrap 11 en de inverterende ingang 1 van de versterkertrap 10, welk netwerk 12 een tegenkoppelfaktor k veroorzaakt.

De niet-tegengekoppelde, doch frequentiegeccmpenseerde 35 versterker volgens figuur 1 heeft de in figuur 3 getoonde frequentie-karakteristiek waarbij de versterking A (63) voor lage frequenties gelijk is aan Ag, vanaf een zékere hoekfrequentie die door de t 8300078 *- Λ ΡΗΝ 10.546 5 compensatie condensator vastgelegd wordt, af valt met 6 dB/octaaf tot aan een frequentie waar een verdere tijdconstante van de versterker de frequentie-afval doet overgaan in 12 dB/octaaf.

Wordt de versterker tegengekoppeld met tegenkoppelfaktor 5 k, dan wordt de versterking van de versterker gelijk aan ^ tot aan de hoékfrequentie ^ waar A( (Λ^) = i en vanwaar af voor de versterker verder dezelfde frequentiekarakteristiek geldt als voor de niet-tegengekoppelde versterker. Ctn stabiliteitsredenen moet hierbij gelden dat de frequentie-afval bij oj - de 6 dB/octaaf niet over-10 schrijdt en er bovendien een zékere afstand van verwijderd blijft.

Er moet dus gelden dat <£ Lü^r zodat voor k geldt dat: k <1 k „ (1) max ' 15 waarbij O) k^^ waarbij k^ en bijbehorende üJTTwy o.a. door de ligging van de hoékfrequentie C02 bepaald wordt. De voorwaarde 1) geldt dus algemeen voor de versterker zonder beveiliging en dus ook bij een versterker 20 met beveiliging zolang die beveiliging niet in werking treedt.

Wanneer gesteld wordt dat de trap 10 een transoonductantie g1 vertoont, dan is de versterking van trap 11 gelijk aan — — ^.

g-,

Voor de tegengékoppelde versterker geldt dan als versterkings-1 faktor vo/v^, met vo de uitgangsspanning op uitgang 8 en vi de 25 ingangsspanning op ingang 2: PuLud) q« IT/ ft C'uQ _ g» ° 3'

Hierbij valt op te merken dat de hoékfrequentie LOj door de tweede 30 trap bepaald wordt evenals in de regel de hoékfrequentie C02 zodat gesteld kan worden dat in het relevante deel van het frequentiespectrum de eerste versterking g^ frequentie-onafhankelijk is.

Figuur 4 toont het blokschana van een operationele versterker met een beveiliging volgens de uitvinding. Het schema komt overeen 35 met dat volgens figuur 2 met dien verstande dat een beveiligings-schakeling 13 is aangebracht die ingrijpt op het punt 3 tussen beide versterkertrappen, dit in tegenstelling tot békende beveiligings- 8300078 PHN 10.546 ’ 6 schakelingen die op de. basis-electroden van de eindtrans is toren ingrijpen. De beveiligingsschakeling betrekt zijn informatie van de eind-transistoren en vormt wanneer deze in werking treedt een transconduc-tantie versterker 13 met transconductantie gb tussen de uitgang van 5 versterker 11 en zijn ingang 3.

Met de beveiligingsschakeling in werking wordt de versterking van de operationele versterker volgens figuur 4:

Vo/dl , f Q,tOi- KiOcO- Ud J

%· L

10 oftewel na herrangschikking: φ . ή LiS> , _ '_ ' l + A6o)f=. I (3)

Deze versterking is de versterking volgens uitdrukking 2) dus de 15 versterking zonder beveiliging vermenigvuldigd met een faktor 1/f die de versterkingsreductie tengevolge van het in werking treden van de beveiliging geeft. Voor deze reductiefaktor f geldt: _i_ ~~ j -+ 9( ^ _ P L ui) 3

4 JT TTAÜ3JK

20 Voor A(£Ü ) 1 kan deze vergelijking herleid worden tot: gb = g1H(f-1)

Aangezien voor een goede beveiliging de reductiefaktor groot dient 25 te zijn volgt hieruit dat: gb^g1k (4)

Herschrijving van uitdrukking 3) geeft: 30 91 j ^ ftiLQ-p Ckc^ -f <| 6 ) (5)

Omdat ook na het in werking treden van de beveiligingsschakeling de versterker stabiel moet blijven moet uitdrukking 5 aan de stabili-35 teitskriteria voldoen. Dit betekent dat in het Nyquist-diagram het punt -1 niet omsloten mag worden. Voor wat betreft de stabiliteit kan de door uitdrukking 5) beschreven versterker af gezien van een constante 8300078 * J*.

PHN 10.546 7 versterkingsfaktor g^ gezien worden als een versterker met versterking die is teruggekoppeld met een faktor (kg1 + gfa), hetgeen in figuur 5 schematisch getoond is. Evenals dat in de situatie volgens figuren 2 en 3 de versterker maximaal met een faktor k en dus de max 5 versterkertrap 11 met maximaal een faktor k^^ g1 mocht worden teruggekoppeld in verband met de 12 dB/octaaf af val van de karakteristiek bij hoekfrequentie ü_) (zie ook figuur 6a) geldt ook hier de g- δ zelfde voorwaarde zodat gesteld kan worden: 10 kg, + gb< g, oftewel g, ^ (k -k) g. (6) 3b^· ' max ' y1 v ' 15

Het stabiliteitscriterium 6) eist dus een relatief kleine waarde van de versterking g^ terwijl het criterium 4), teneinde een voldoend grote versterkingsreduktie te bereiken, eist dat de versterking gfa voldoende groot is. Beide eisen lijken strijdig te zijn behalve voor 20 kleine waarden van k en dus te leiden tot de conclusie dat beveiliging op deze wijze alleen mogelijk is wanneer de versterker nauwelijks tegengekoppeld is.

Volgens de uitvinding kan echter wel aan beide eisen voldaan worden omdat de stabiliteitseis 6) voor hogere frequenties geldt en de eis 25 (4) van een voldoend hoge versterkingsreductie voor lage frequenties geld. Voldaan kan dus worden aan beide eisen wanneer g^ voor lage frequenties veel groter is dan g^k en bij de hoekfrequentie is afgencmen tot een waarde kleiner dan (k^ - k)g^.

Voldoen aan voorwaarde 6) betékent dat hetpunt waar de 30 modulus van de qpenlus-versterking ~~ ^ (kg, + gb) (zie uitdrukking 5) het punt 1 passeert ruim ligt voor ™aar A( een fasedraaiing van 180° gaat vertonen (12 dB/octaaf afval}. Deze voorwaarde is nog niet voldoende omdat ook de tem (kg^ + gb) fasedraaiing introduceert.

De versterker wordt echter stabiel als aan voorwaarde 6 is voldaan 35 én als rond het punt waar de modulus van de openlus-versterking 1 wordt de tem (kg^ + g^) geen noemenswaardige fasedraaiing toevoegt aan de fasedraaiing van aan welke tweede eis voldaan wordt 8300078 * PHN 10.546 8 door rond dat punt de term g^ frequentie-onafhankelijk te kiezen.

Ter verduidelijking toont figuur 6 enige frequentiediagraromen en wel in figuur 6a de modulus van de versterking als funktie van de hoèkfrequentie ü-), in figuur 6b de modulus van^de versterking 5 g^ van de beveiligingstrap en figuur 6c de modulus van de rondgaande versterking (kg^ + g^) van de versterkertrap 11 wanneer de beveiliging in werking is getreden.

Omdat de term g^ constant verondersteld is verloopt de karakteristiek —^ ^ gelijkvormig aan de karakteristiek A(C^) 10 volgens figuur 3. ie versterker is tegengekoppeld met een faktor k die zodanig is dat ^ voor tO = gelijk is aan grk en voor

Voor Jg^J wordt een verloop^figuur 6b) gekozen waarbij g^ voor U3= 0 gelijk is aan g^ en voor hoèkfrequentie rondO = 15 gelijk aan (k^ - k) g^, dit is de maximale waarde die volgens uitdrukking 6) toegelaten is. De af val daarbuiten is niet erg van belang en is in dit voorbeeld een vlak verloop tot ^ en daarna een af val van 6 dB/octaaf tot aan een hoèkfrequentie ^ = daarboven verloopt die karakteristiek vlak tot aan hoèkfrequentie 20 ω = (ϋ3 waar de karakteristiek | g^J weer verder af valt.

De gecombineerde karakteristiek (figuur 6c) verloopt aanvankelijk vlak en gaat via één of twee knikpunten afhankelijk van de ligging van de hoekfrequentie OJ ten opzichte van de hoèkfrequentie over in een afval van maximaal 12 dB/octaaf afhankelijk van de 25 afval van de term kg^ + g^ ten opzichte van de 6 dB/octaaf afval van de term alleen, waarna na de hoekfrequentie ^ de ' karakteristiek overgaat in een 6 dB/octaaf afval tengevolge van het bij die frequentie vlak gaan verlopen van de karakteristiek voor g^. Duidelijk zal zijn dat de hoèkfrequentie waarbij deze 30 grafiek de lijn 1 doorsnijdt moet liggen binnen een deel van de grafiek waar de helling aanmerkelijk minder is dan 12 dB/octaaf dus in het deel waar die helling 6 dB/octaaf is, waaraan in deze situatie is voldaan.

In de geschetste situatie is uitgegaan van g^ = (k^^- k)g^, 35 bij ^ Dit is echter de maximale waarde van g^ volgens uitdrukking 6. Omdat diverse parameters kunnen spreiden alsook min of meer vrij gekozen kunnen worden (bijvoorbeeld de parameter k) 8300078 #· ^ EHN 10.546 9 zal in de praktijk kleiner zijn dan de waarde (k^ - k)g^ hetgeen tot gevolg heeft dat de waarde van j g^ j afneeot (gestippelde karakteristiek in figuur 6b) waardoor ook de waarde van j ^ (kg^ + g^) | afneemt (gestippelde karakteristiek in figuur 6c) waardoor de lijn 5 J (kg^ + g^) J = 1 gesneden wordt bij een hoekfrequentie die lager is dan de hoekfrequentie .

Het vlakke deel van de karakteristiek g^ dient dus voldoende breed te zijn om dit te ondervangen. Afname van g^ ten opzichte van de waarde (kmax t k)g^ voor hoge frequenties kan zowel ontstaan doordat de 10 term kg^ toeneemt of de tena ) (¾ voor waarde ί-0 =^^) afneaot oftewel doordat de invloed van de tegenkoppeling via de beveiligingsschakeling 13 afneemt ten opzichte van de invloed van de tegenkoppeling via tegenkoppeling 12. In de tena kg^ + g^ betekent dit een afname van de invloed van de faseverdraaiing van de frequentie-15 afhankelijke tena g^. Wanneer die daling van g^ (w^) ten opzichte van (k - k)g1 zo veel is dat g^<< kg., dan valt het punt waar | ψ·κ,. 'v I -, . <3.

Wanneer dis het vlakke deel van de karakteristiek voor g^ zich uitstrekt tot voorbij de hoekfrequentie zijn geen stabili-20 teitsproblemen te*-verwachten. De hoekfrequentie hangt echter af van de tegenkoppelfaktor k. In de praktijk zal echter voor de tegen-koppelfaktor k een vrij nauwkeurig gedefinieerde waarde voorgeschreven worden, zodat aan de stabiliteitseisen voldaan kan worden.

In een praktisch uitvoeringsvoorbeeld werd gekozen voor 3 ^ w]<Inax 25 éz V3 ^¾.

Figuur 7 toont een uitvoeringsvorm van een beveiligingsschakeling 12 waarbij de frequentiekarakteristiéken volgens figuur 6b gerealiseerd is. De beveiligingsschakeling omvat een in eerste instantie frequentie-onafhankelijk deel 12a, dat behalve van uitgang 30 8 ook andere ingangssignalen kan ontvangen en een de fre cpentie-karakteristiek bepalend deel 12b. Het deel 12a levert met een transconductantie gm een meetstroom i^. Deze wordt over een RC-netwerk met een weerstand 15 met weerstandswaarde R en een Λ condensator met capaciteitswaarde C in een spanning omgezet die

A

35 via een hufferversterker 14, bijvoorbeeld een emittervolger in een stroon over een weerstand 17 met een waarde Ro wordt cmgezet.

Verder is in de schakeling een parasitaire capaciteit 17 met 8300078 PHN 10.546 10 capaciteitswaarde Cp en een lekweerstand 18 met een waarde 1¾) aanwezig welke verantwoordelijk zijn voor de knopen ^ en03= GO ^ karakteristiek van figuur 6b.

Voor de overdracht geldt: 5 ib _ o + jor 2) vo % (1 + jiri'tD π + joC'j) -^i =ep (cx + cP>

Ιί r2 - \ (CX + V

r3 = Rxcp

Voor de diverse parameters in de karakteristiek volgens figuur 15 6b geldt dan: ^ g, = g Ro ^bo ^m

20 = ^(Cx + V

= VCx + V

(O, = JL-

3 RXCP

25

Figuur 8 toont een practisch uitvoeringsvoorbeeld van de beveiligingsschakeling 13 volgens figuur 7. Een te beveiligen eindtransistor is met zijn kollektor via een meetweerstand 23 (bijvoorbeeld 0,03groot) met weerstandswaarde verbonden met het positieve voedingsaansluitpunt 5 en de emitter met uitgang 8 30 waaraan een afsluitlmpedantie 26 met waarde R^ is verbonden.

De transistor moet zowel tegen te hoge stroom als tegen te hoge spanning en een combinatie van beide (zgn. SOAR - protectie) beveiligd worden. Hiertoe wordt de kollëktorstroom Ic met weerstand 23 genet en. Weerstand 23 is tevens deel van het ingangscircuit 35 van een stroomspiegel met transistoren enT^, weerstand 25 en ingangsstrcombron 26.

Wanneer de stromen door transistoren en en/of de 8300078 PHN 10.546 11 spanning over weerstanden 23 en 25 zodanig zijn dat het verschil tussen de basis-emitterspanningen van transistoren en van ondergeschikt belang is, dan geldt dat de uitgangsstroom zodanig is dat de spanning over weerstanden 23 en 25 nagenoeg gelijk zijn 5 hetgeen over een voldoend groot bereik van de te beveiligen stroom Iq realiseerbaar is. Dan geldt voor de stroom IC15=^rC+I1 <« 10 met R23 de waarde van weerstand 23, de waarde van weerstand 25 en I1 een gelij ks troarrterm tengevolge van de instelstrocm van stroombron 26.

Ter meting van de kollëktorspanning van transistor is een weerstandsdeler met weerstanden 19 (met waarde R19) en 20 15 (met weerstandswaarde R2q) tussen het voedingsaansluitpunt 5 en de uitgang 8 opgenanen. Weerstand 20 is tevens de weerstand in het ingangscircuit van een stroomspiegel met transistoren en T^/ weerstanden 20 en 24 (met waarde R24) en gelijkstrocmbran 27.

.De spanning op het punt tussen weerstanden 19 en 20 wordt met een 20 als zenerdiode geschakelde transistor ^ begrensd.

Ook bij deze stroomspiegel geldt dat wanneer gesteld wordt dat het verschil tussen de bas is-onitterspanningen van de beide transistoren sn T.^ een ondergeschikte rol speelt dat de spanningen over weerstanden 20 en 24 nagenoeg gelijk zullen zijn.

25 Dan geldt voor de kollektorstroom van transistor ! =I--^0_vb (9) 013 2 («!9 + V *24 met I2 een gelijkstrocmterm tengevolge van de instelling door ingangs- stroombron 27.

30

Met de uitdrukkingen 8) en 9) en het verband Ic = Vo/R^ (Rl is de waarde van de aan uitgang 8 aangesloten belasting) kan voor i^ = IC13 + IC15 gevonden worden: 35 =11+12 {ik, · (¾+wl)*1 (10> --- — 8300078

P

PHN 10.546 12

Voor de steilheid gm in vergelijking 7) geldt dus: = **23 - ^20__ m ^25¾ ^19 + Κ20^4 5 Hierbij wordt opgemerkt dat doordat de belasting hier in de overdrachtskarakteristiék verschijnt, ervoor gezorgt moet worden dat deze, althans in het relevante frequentiegebied rond in hoofdzaak een ohms karakter heeft. Op deze stroom 1^ wordt de stroom lR van stroombron 28 in mindering gebracht, waarmee het aan-10 spreekpunt van de beveiliging wordt ingesteld. Wanneer de stroom IM groter is dan de stroom IR vloeit het verschil i^ evenals bij figuur 6 over de serieschakeling van weerstand 15 en condensator 16 en wordt de aldus gevonden spanning via versterker 14, die door emittervolger-transistor T.|6 wordt gevormd, aangelegd over weerstand 17, die tussen 15 de emitter van transistor en het punt 3 tussen de versterker-trappen 10 en 11 is aangebracht. De basis-emitterovergang die tussen punt 3 en massa aanwezig is beïnvloedt de stroomspanningsomzetting over weerstand 17 nauwelijks.

In de beveiligingsschakeling 13 is de basis van transistor 20 T^g met behulp van een transistor T17 geklemd op een punt dat refe-rentiespanning VR voert. Deze maatregel dient om te voorkomen dat de beveiligingsschakeling 13 aktief kan worden terwijl de beveiliging niet behoeft te werken en de stroom IM een zékere waarde IR niet overschrijdt. De klemtransistor wordt in geleiding gehouden door de 25 overtollige stroom van stroombron 28. Inmers wanneer de stroom I_

V

of de spanning Vo zodanig is dat over de weerstanden 20 en 23 onvoldoende spanning valt, dan zal de som van de uitgangsstromen van de bijbehorende stroomspiegels T14, T15 jen T12, T13 minder zijn dan de stroon IR zodat stroombron 28 een stroom door transistor kan 3Q leveren. De spanning VR is zodanig dat transistor daarbij niet geleidt wanneer de beveiliging niet aktief is. Wordt de beveiliging aktief, dan spert transistor omdat de stroom IM de waarde IR overschrijdt, en gaat transistor geleiden. Op deze wijze wordt een bijzonder scherpe overgang tussen beide bereiken (aktief 35 en niet-aktief) verkregen.

Figuur 9 toont een voorkeursuitvoeringsvorm van een versterker volgens de uitvinding. De eerste (10) en tweede (11) 8300078

P

PHN 10.546 13 versterkertrap zijn in wezen hetzelfde als bij de schakeling in figuur 1 en overeenkomstige onderdelen zijn dan ook overeenkomstig genummerd. Bij de transconductantie versterker 10 is de kolléktor basis-koppeling over transistor Tg door de basis-emitterovergang van 5 een transistor Tg gevormd. Bij de eindversterker 11 is stuurtransis-tor T5 door middel van transistor en stroombron 29 als Darlington-trap uitgevoerd terwijl de eindtrap zelf als quasi-ccmplementaire eindtrap met darlington eindtransistoren is uitgevoerd doordat eindtransistoren en Τβ hetzelfde geleidingstype hebben en met 10 transistoren Tg respektievelijk Tg als darlington transistor en zijn uitgevoerd. Het quasi-ccmplanentaire gedrag wordt verkregen door toevoeging van de pnp-transistoren en zoals in de figuur is weergegeven. Eindtransistor T^ wordt beveiligd met een schakeling 13 die identiek is aan de schakeling volgens figuur 7 en waarvan de 15 diverse onderdelen gelijk genummerd zijn. Eindtransistor ΤΏ wordt op soortgelijke wijze beveiligd met een schakeling 13a die in hoge mate met schakeling 13 overeenkomt en waarvan de overeenkomstige delen onder toevoeging van de index a overeenkomstig genummerd zijn. Deze schakeling werkt hetzelfde als de schakeling volgens figuur 7 20 waarbij echter de strocmspiegels met transistoren T^a tot en met T^4a canplenentair zijn uitgevoerd, als gevolg waarvan de stroom im met behulp van een strocmspiegel met transistoren T22 en T2g, en weerstanden 30 en 31 gespiegeld wordt naar de basis van transistoren T.j6a.

25 De emitter van transistor is via weerstand 17 recht streeks met punt 3 verbonden. De emitterstroom van transistor T^ga moet echter vanwege de complementaire aansturing van transistor TB vanuit punt 3 nog geïnverteerd worden. Dit geschiedt door de emitter van transistor T^ga via weerstand 17a met de ingang van de 30 stroomspiegel Tg, T^ te verbinden waardoor die stroomspiegel de snitterstroam van die transistor inverteert naar uitgang 3.

35 8300078

Claims (6)

1. Versterkerschakeling omvattende een eerste versterkertrap met een ingang en een uitgang, een tweede versterkertrap met een ingang die verbonden is met de uitgang van de eerste versterkertrap, een uitgang, tenminste een eerste uitgangstransistor en een eerste S die uitgangstransistor aansturende stuurtransistor, en een beveili-gingsschakeling voor het beveiligen van die uitgangstransistor tegen overbelasting, met het kenmerk, dat de beveiligingsschakeling ingrijpt aan de ingang van de tweede versterkertrap en een frequentiekarakteris-tiék vertoont met een binnen het frequentiebereik van de versterker-10 schakeling met de frequentie af vallend deel.

2. Versterkerschakeling volgens conclusie 1, waarbij de versterkerschakeling in de tweede versterkertrap frequentiegecompenseerd is zodat de versterking van de tweede versterkertrap een 6 dB/octaaf frequentie afval vertoont vanaf een eerste hoekfrequentie tot voorbij 15 een tweede hoekfrequentie waar de openlus-versterking van de versterkerschakeling gelijk is aan het inverse van de maximale faktor waarmee de versterkerschakeling nog stabiel tegenkoppelbaar is, met het kenmerk, dat de frequentiekarakteristiek van de beveiligingsschakeling na het met de frequentie-afvallend deel een frequentie-20 onafhankelijk deel vertoont dat zich uitstrekt rond een derde hoekfrequentie die lager is dan de tweede hoekfrequentie, bij welke derde hoekfrequentie de modulus van de rondgaande versterking via de tweede versterkertrap bij het in werking zijn van de beveiligingsschakeling de waarde 1 bereikt.

3. Versterkerschakeling volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de beveiligingsschakeling omvat een detectieschakeling voor het leveren van een signaal dat een maat is voor de belasting van de eerste uitgangstransistor, een frequentie-afhankelijk netwerk voor het realiseren van de gewenste frequentie-afhankëlijkheid van de over-30 dracht van de beveiligingsschakeling en een bufferversterker.

4. Versterkerschakeling volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat de detectieschakeling is ingericht voor het leveren van een uitgangsstroom in een uitgangsstrooriketen en dat het frequentie-afhankelijke netwerk de serieschakeling van een weerstand en een 35 capaciteit in die uitgangsketen omvat, waarbij de spanning over die uitgangsketen via die hifferversterker in een stroom wordt omgezet die aan de ingang van een tweede versterkertrap wordt 8300078 ΕΉΝ 10.546 15 toegevoerd.

5. Versterkerschakeling volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat parallel aan die serieschakeling een stroombron is opgenomen en dat aan de uitgang van de detectieschakeling een uni-directionele 5 klanschakeling is aangebracht die de ingang van de bufferversterker op een relatief vaste potentiaal vastklemt zolang de uitgangsstroom van de detectieschakeling de stroom van die stroombron niet overschrijdt.

6. Versterkerschakeling volgens één of meer der voorgaande conclusies, waarbij een tweede uitgangstransistor aanwezig is die 10 complementair met de eerste uitgangstransistor wordt aangestuurd, waarbij. naast de genoemde beveiligingsschakeling een tweede beveiligings-schakeling is aangebracht voor het beveiligen van die tweede uitgangstransistor tegen overbelasting en waarbij de eerste versterkertrap een verschilpaar anvat waarvan de kollektorsignaalstromen onderling 15 in tegenfase aan de tweede versterkertrap worden toegevoerd, met het kenmerk, dat de uitgang van de. ene beveiligingsschakeling met de kolléktorketen van de ene transistor van het verschilpaar is gekoppeld en de uitgang van de andere beveiligingsschakeling met de kollek-torketen van de andere transistor van het verschilpaar is gekoppeld. 20 25 30 35 8300078