NL8400634A - Balansversterker. - Google Patents

Description

* ΐ ί , ΡΗΝ 10.956 1 N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven.

. Balansversterker.

De uitvinding heeft betrekking op een balansversterker ......

omvattende: - een voorversterkertrap met een eerste en een tweede uitgang, - een eindversterkertrap bevattende een eerste en een tweede transistor 5 van onderling het tegengestelde geleidingstype waarvan de kollektor- emitterwegen in serie tussen twee voedingsaansluitpunten zijn geschakeld en waarvan de kol lektoren zijn gekoppeld met een uitgangs-aansluitpunt en waarbij de basis van de eerste en de tweede transistor worden aangestuurd doorrespektievelijk de eerste en tweede uitgang 10 van de voorversterkertrap, - en middelen voor het nagenoeg constant houden van de som van de basis-emitterspanningen van de eerste en tweede transistor, welke middelen omvatten een van een derde transistor voorziene spanningsstroomomzetter voor het omzetten van de basis-enitterspanning van de eerste transistor 15 in een stroom en een van een vierde, aan de derde transistor gelijke transistor voorziene strocmrspanningscmzetter voor het omzetten van . de stroom van de spanningsstroomozetter in de basis-emitterspanning, waarbij de basis van de vierde transistor met de basis van de tweede transistor is verbonden.

20 Een dergelijke balansversterker kan worden toegepast in audioversterkerschakelingen, bijvoorbeeld zoals beschreven in de gelijktijdige met deze aanvrage ingediende octrooiaanvrage (PHN 10.955).

Een dergelijke balansversterker is bekend uit het Amerikaanse octrooischrift 4,366,448, waarbij door de eindtransistoren van het 25 tegengestelde geleidingstype een kleine ruststrocm wordt gestuurd, zodat de versterker als een klasse AB versterker wordt bedreven. De eindtransistoren worden hierbij gedeeltelijk in geleiding gestuurd, waardoor overname-vervormingen sterk worden gereduceerd. Voor het verkrijgen van een goed overname gedrag is het nodig dat bij aansturing de son van 30 de basis-emitterspanningen van de eindtransistoren nagenoegconstant blijft. Een verandering van de basis-emitterspanning van de eerste eindtransistor - ten gevolge van het aansturen van deze transistor resulteert in dat geval in een even grote doch tegengestelde verandering 8400634 ............ ~ * ς t PHN 10.956 2 van de basis-ernitterspanning van de tweede eindtrans is tor. Bij de bekende schakeling wordt de basis-emitterspanning van de eerste eind-transistor met behulp van een derde transistor omgezet in een stroom die met behulp van een vierde transistor waarvan de basis is verbonden met 5 de basis van de tweede eindtransistor weer wordt omgezet in die basis-emitterspanning. De spanning tussen de emitter en kollektor van de: derde transistor is dan gelijk aan de som van de basis-emitterspanningen van de eerste en tweede eindtransistor. Deze spanning wordt toegevoerd aan de basis van een transistor waarvan in de emitterleiding een als jg diode geschakelde transistor is opgenomen. De kol lektors troom van deze transistor wordt onttrokken aan een stroombron, die is opgenomen in de gemeenschappelijke emitterleiding van een verschilversterker, die de voorversterker vormt. Hierdoor wordt een tegenkoppeling verkregen, die tot gevolg heeft dat door de eindtransistoren een bepaalde rusts troom 15 zal vloeien.

Deze bekende schakeling heeft echter het bezwaar, dat doordat naar de voorversterker wordt teruggekoppeld een betrekkelijk' grote regellus wordt verkregen, die gemakkelijk .tot stabiliteitsproblemen . aanleiding kan geven. Het is dan ook het doel ‘van de uitvinding een 2Q balansversterker met'stabi'eie klasse AB-instelling aan te geven, waarbij de door de eindtransistoren vloeiende rusts troom nauwkeurig bepaald is.

Een balansversterker van een in de aanhef genoemde soort wordt volgens de uitvinding gekenmerkt, doordat de middelen voorts zijn voorzien van een als verschilpaar geschakelde vijfde en zesde transistor met in 25 de gemeenschappelijke emitterleiding een eerste stroombron, waarbij de basis van de vijfde transistor is gekoppeld met de ingang van de stroom-spanningsomzetter en waarbij de basis van de zesde transistor een referentiespanning voert, die gelijk is aan een door een constante stroom over twee diodes opgewekte spanning en dat de kol lektoren van nagenoeg de vijfde en zesde transistor elk zijn belast met een onderling /gelijke

wU

stroombron, waarbij de scan van de stromen nagenoeg gelijk is aan de stroom van de eerste stroombron. Volgens de uitvinding wordt met behulp van een verschilversterker de son van de basis-emitterspanningen van de eerste en tweede eindtransistor die aanwezig is op de ingang van de 35 stroom-spanningsomzetter, nauwkeurig gelijk genaakt aan een referentiespanning, die gelijk is aan de spanning over twee dioden waardoor een bepaalde constante strocm vloeit. Omdat de son van de basis-emitterspanningen nauwkeurig gelijk is aan de referentiespanning ligt tevens de 8400634 4 PHN 10.956 3 waarde van de rusts troon door de eindtransistoren naus&eurig vast.

Doordat de verschilverstefker een tussentrap is, die voor de eindver-sterker is geschakeld blijft de regellus klein, zodat het optreden van stabiliteitsproblernen wordt vermeden.

5 Ben uitvoeringsvorm van een balansversterker volgens de uitvinding wordt gekenmerkt, doordat het emitteroppervlak van de derde en vierde transistor kleiner is dan dat van de eerste f transistor.

Deze uitvoeringsvorm kan nader worden gekenmerkt, doordat in de emitter-leiding van de derde en vierde transistor een weerstand is opgencmen.

Door elk van deze maatregelen wordt bewerkstelligd dat door de derde en vierde transistor slechts een factie van de stroom door de eerste eindtransistor vloeit, waardoor de dissipatie in deze transistoren gering blijft.

Een verder uitvoeringsvorm van een balansversterker volgens 15 de uitvinding wordt gekenmerkt, doordat de tweede diodes worden gevormd door twee als diodes geschakelde transistoren van onderling het tegengestelde geleidingstype. Hierdoor treden in de referentiespahning dezelfde variaties, zoals temperatuurvariaties, qp als in de scan van de basis-emitterspanningen van de eerste en tweede transistor, zodat deze 2q variaties geen invloed hebben op de ruststrocminstelling.

Nog weer een verdere uitvoeringsvorm wordt gekenmerkt, doordat in de emitterleiding van de vijfde en zesde transistor een weerstand is opgencmen. Door deze maatregel wordt een kleinere versterking verkregen, hetgeen gunstig is met betrekking tot de stabiliteit van 2g de regeling.

De uitvinding wordt nader toegelicht aan de hand van bijgaande tekening, waarin: figuur 1 een uitvoeringsvorm van een balansversterker volgens de uitvinding weergeeft, en figuur 2 een nadere uitwerking van de schakeling uit figuur 1 weergeeft.

uil

In figuur 1 is een uitvoeringsvorm van een versterkerschakeling volgens de uitvinding weergegeven. Deze bevat een schematisch weergegeven voorversterkertrap 10, waarvan de aansluitpunten 11 en 12 zijn verbonden met respektievelijk het positieve voedingsaansluitpunt 2 en het negatieve 35 voedingsaansluitpunt 3, in dit geval massa. De versterkertrap 10 kan van bekende ophouw zijn of kan zijn opgebouwd zoals beschreven in de gelijktijdig met deze octrooiaanvrage ingediende aanvrage PHN 10.955 De versterkertrap 10 is voorzien van twee uitgangen, die zijn aangesloten 8400634 , 3 ^ PHN 10.956 4 op de ingangen 13 en 14 van een eindversterkertrap 20. Deze trap 20 bevat een PNP-eindtransistor en een NPN-eindtransistor , waarvan de kollektor-emitterwegen in serie 'tassen bet positieve en negatieve voedingsaansluitpunt 2 en 3 zijn geschakeld. De kol lektoren van de g transistoren en T2 zijn' verbonden met de uitgang 4 van de versterker- schakeling, waarop een belasting kan worden aangesloten. De basis van transistor is met de ingangrJJB en de basis van transistor T2 is met de ingang 14 van de eindversterkertrap 20 verbonden. Parallel aan de basis-emitterovergang van transistor is een weerstand en de basis-10 emitterovergang van een transistor Tg geschakeld, waarvan de kollektor is verbonden met het ene uiteinde 5 van een weerstand R2 waarvan het andere uiteinde is verbonden met de emitter van een'transistor T^, waarvan de basis met de basis van transistor Tg en de kollektor met het voedingsaansluitpunt 3; is verbonden. De weerstand R2 en de transistor zijn 15 daarbij gelijk aan respektievelijk de weerstand R1 en transistor T3·

De eindtrap bevat verder een verschilversterker met transistoren Tg en Tg, waarbij in de emitter leidingen een weerstand Rg is opgenomen.

Het gemeenschappelijke emitteraansluitpunt is door middel van een stroomr-bron 1^ = 21 met het negatieve voedingsaansluitpunt 3 verbonden. De kollek-20 tor van de transistor Tg is via een stroombron I2 = I met het positieve voedingspunt 2 en verder met de basis van transistor Tg verbonden. Evenzo is de kollektor van transistor T- via een stroombron I. = X met het 6 3 aansluitpunt 2 en verder met de basis van transistor verbonden.

De basis van transistor T_ is verbonden met het uiteinde 5 van weerstand 5 25 R2V terwijl de basis van transistor Tg een referentiespanning voert, die gelijk is aan de som van de basis-emitterspanningen van een als diode geschakelde PNP-transistor T? en een als diode geschakelde NPN-transistor Tg. Door de transistoren T^ ,Tg vloeit een van stroombron 1^ afkomstige stroom, die bijvoorbeeld een grootte I4 =· 1/3 bezit.

30 De werking van de schakeling is als volgt. Beschouw de toestand, dat op de ingangen 13 en 14 geen staring plaatsvindt en veronderstel, dat de* spanning op het punt 6 hoger is*'dan op het punt 5.

Dan is de kol lektorstroom van transistor Tg groter dan I en de kollektor- stroom van transistor T_ eenzelfde bedrag kleiner dan I. Diéntengevolge 5 35 zal zowel de basisstroom van transistor als de basissttoom van transistor Tg toenemen, hetgeen resulteert in een toename, van de basis-emitterspanning van transistor T^ en transistor T2· De basis-emitterspanning van transistor T^ wordt via de spanningsstroomomzetter Tg, m 8400634 5 5 PHN 10.956 5 omgezet in een stroom, die door de stroomr-spanningscmzetter Rg, weer in die basis-emitterspanning wordt omgezet tussen het punt 5 en de basis van transistor T^. Tussen de basis en kol lektor van transistor T^ is de basis-emitterspanning van transistor Tg aanwezig. Door de toename 5 van de basis-emitterspanningen van transistor en Tg zal dan ook de spanning op de basis van transistor Tg toenemen. Op deze wijze wordt de spanning op punt 5 gelijk aan de spanning op punt 6 geregeld, waarbij door de transistoren T^ en Tg een kleine ruststrocm vloeit en dus een klasse AB-instel ling wordt verkregen. In de evenwichtssituatie worden 10 de stromen van de stroombronnen Ig en Ig volledig door de transistoren en Tg qpgencmen. De basisstromen van de transistoren T^ en T2 worden dan geleverd door de voorversterkertrap 10, hetgeen resulteert in een kleine offset van deze trap.

Neemt bij de aansturing van de eindtrap bijvoorbeeld de 15 basisstrocm van transistor T^ toe en die van transistor T2 af, dan zal de basis-emitterspanning van transistor T^ toenemen en de basis-emitterspanning van transistor T2 af nemen. Is de toename van de basis-emitterspanning van transistor T^ groter dan de afname van de basis-emitterspanning van transistor T2 dan zal de spanning op de basis van transistor 20 Tg toenemen ten opzichte van de spanning op de basis van transistor Tg. Hierdoor neemt de basisstrocm van transistor T2 en van transistor Τχ af, hetgeen resulteert in een verdere afname van de basis-emitterspanning van transistor T2 en in een mindere toename van de basis-emitterspanning van de transistor T^. Op deze wijze zal de spanning op punt 5 weer gelijk 25 geregeld worden aan de spanning op punt 6, waarbij de toename van de basis-emitterspanning van transistor T^ dan even groot zal zijn als de afname van de basis-emitterspanning van transistor T2· Bij uitsturing kunnen in transistor T^ grote stromen lopen. Het is gewenst dat in transistor Tg dan een veel kleinere stroom loopt. Hiertoe wordt het 30 emitteroppervlak van transistor Tg veel kleiner gekozen dan dat van transistor T^. Om de stromen door deze transistor nog verder te verkleinen is in het getoonde uitvoeringsvoorbeeld in de emitterleiding van transistor Tg een weerstand opgenomen. Indien niet vereist kan deze weerstand echter ook worden weggelaten. De referentiespanning op de 35 bagfe van transistor Tg wordt bij voorkeur opgewekt over een als diode geschakelde PNP-transistor en een als diode geschakeld NPN-transistor Tg, die van hetzelfde t^pe.:.zijn. als respektievelijk PNP-transistor T^ en NPN-transistor Tg. Dit heeft het voordeel, dat de. karakteristieken van 8400634 - 7 © PHN 10.956 6 deze transistoren gelijk zijn, waardoor eventueel optredende variaties zoals tenperatuurvariaties, in dezelfde mate op de spanning qp de bai's van transistor Tc en T- doorwerken.

Zoals reeds vernield kan de voorversterkertrap 10 elke bekende 5 opbouw bezitten. In figuur 2 is de balansversterker volgens de uitvinding echter weergegeven met een nieuw type voorversterker, dat uitvoerig is beschreven in de gelijktijdig met deze aanvrage ingediende octrooiaanvrage (PHN 10.955). Overeenkomstige onderdelen zijn met dezelfde verwijzingscijfers als in figuur 1 weergegeven. De voorversterker 10 10 bevat een verschilversterkermet:transistoren T^ en T10' waarvan de emitters via respektievelijk een stroombron Ig = I en een stroom Ig = I met het positieve voedingsaansluitpunt 2 zijn verbonden. Tussen de emitters van de transistoren TQ enT . is verder een weerstand R_ opgenomen.

y iu f o

De kol lektor van transistor Tg is direkt ennde kollektor van transistor 15 T^q is door middel· met'een stroombron Iy met bijvoorbeeld Iy = 3,51 met het negatieve voedingsaansluitpunt 3 verbonden. De stroombron Iy is verder is cascode geschakeld met transistor T^ en T^/ waarvan de gemeenschappelijke basis een referentiespanning VR voert. Deze referentie-spanning VR is voldoende groot om de strocmbronlly werkend te houden.

20 De kol lektoren van de transistoren T^, T^ zijn respektievelijk met de stroombronnen'. en I^ die nu elk een stroomsterkte 21 bezitten met het positieve voedingsaansluitpunt 2 verbonden. De kollektor van transistor T^q is verder door middel van een weerstand met de uitgang 4 verbonden. In de rusttoestand nemen de transistoren Tg en Tg de helft van de stroom 25 van respektievelijk stroombron I2 en stroombron I^ op. De andere helft van de stroom van deze stroombronnen wordt evenals de stroom van stroombron Ig, die door transistor T^ vloeit, opgenomen door stroombron Iy.

De resterende 0,51 die stroombron Iy vraagt, wordt geleverd via weerstand R_. Deze weerstand heeft een zodanige weerstandswaarde , dat de spanning y 30 op de uitgang 4 gelijk is aan de halve voedingsspanning. Neemt door het aanleggen van een verschilsignaal tussen de inverterende en niet-inverterende ingang de kol lektorstroom van transistor T10 bijvoorbeeld af, dan zal de extra stroom die stroombron Iy vraagt in eerste instantie resulteren in een toename van de stroom door de transistoren T^ en T^/ 35 waardoor de basisstroom van transistor T^ toeneemt en van transistor T2: afneemt. Op de bij figuur 1 beschreven wijze wordttdaarbij met behulp van de'verschilversterker Tg, Tg de som van de basis-emitterspanningen van de transistoren T^ en T^ gelijk gehouden aan de referentiespanning 8400634 PHN 10.956 7 S· over de als diode geschakelde transistoren T^, Tg.

De uitvinding is niet beperkt tot de getoonde uitvoeringsvoor-beelden. Zo kan ook de basis-eraitterspanning van transistor T2 via een spannings-strocm- en een stroomrspanningscnizetter worden opgeteld bij 5 de basis-esaitterspanning van transistor T^. Daarbij kan de verdere schakeling geïnverteerd worden door de transistoren te vervangen door transistoren van het tegengestelde geleidingstype.

10 15 20 25 30 35 8400634

Claims (5)

1. Balansversterker omvattende: - een voorversterkertrap met een eerste en een tweede uitgang, - een eindversterkertrap bevattende een eerste en een tweede transistor van onderling het tegengestelde geleidingstype waarvan de kollektor- 5 emitterwegen in serie tussen twee voedingsaansluitpunten zijn geschakeld en waarvan de kolléktoren zijn gekoppeld met een uitgangs-aansluitpunty waarbij de basis van de eerste en tweede transistor worden aangestuurd door respektievelijke de eerste en tweede uitgang van de voorversterkertrap, 10. en middelen voor het 'nagenoeg constant houden van de som van de basis-emitterspanningen van de eerste en tweede transistor, welke middelen omvatten een van de derde transistor voorziene spannings-stroomomzetter voor het omzetten van de basis-emitterspanning van de eerste transistor in éen stroom eri, een van een vierde, aan de 15 derder transistor gelijke transistor voorziene stroom-spanningsomzetter voor het omzetten van de stroom van de spanningsstroomomzetter in de basis-emitterspanning, waarbij de basis van de vierde transistor met de basis van de tweede transistor is verbonden, met het kenmerk, dat de middelen voorts zijn voorzien van een als verschilpaar geschakelde 20 vijfde en zesde transistor met in de gemeeenschappelijke emitter leiding een eerste stroombron, waarbij de basis van de vijfde transistor is gekoppeld met de ingang van de stroom-spanningsomzetter en waarbij de basis van de zesde transistor een referentiespanning voert, die gelijk is aan een door een constante stroom over twee diodes opgewekte 25 spanning én.dat de kollektoren van de vijfde en zesde transistor elk zijn belast met een onderling/gelijke stroombron, waarbij de son van de stromen nagenoeg gelijk is aan de stroom van de eerste stroombron.

2. Balansversterker volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat 30 het emitteroppervlak van de derde en vierde transistor kleiner is dan dat van de eerste transistor.

3. Balans versterker volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat in de emitterleiding van de derde en vierde transistor een weerstand is opgenomen.

4. Balansversterker volgens conclusie 1, 2 of 3, met het kenmerk, dat de twee diodes worden gevormd door twee als diodes / geschakelde trans is torei\ai onderling het tegengestelde geleidingstype.

5. Balans versterker volgens één der voorgaande conclusies, met 8400634 * -> i EHN 10.956 9 het kenmerk, dat in de emitterleidng van de vijfde en zesde transistor een weerstand is qpgenomen. 5 10 15 20 25 30 35 8400634