NL8400822A - Versterkerschakeling voorzien van beveiligingsschakeling. - Google Patents

Description

* i - i « * " - ...........

PHN 10.974 1 N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven.

Versterkerschakeling voorzien van beveiligingsschakeling.

De uitvinding heeft betrekking op een versterkerschakeling omvattende een eerste versterkertrap met een eerste, de inverterende ingang van de versterkertrap vormende ingang en een tweede, de niet-inverterende ingang van de versterkerschakeling vormende ingang en een 5 uitgang, een tweede versterkertrap met een ingang die is gekoppeld met de uitgang van de eerste versterkertrap, tenminste een eerste uitgangs-transistor en een met die transistor gekoppelde uitgang, een tegen-kcppelnetwerk bevattende een eerste weerstand tussen de uitgang van de tweede versterkertrap en de inverterende ingang van de versterkerschake-10 ling en de serieschakeling van een tweede weerstand en een condensator tussen de inverterende ingang en een referentiepotentiaal, en een van een uitgang voorziene beveiligingsschakeling voor het beveiligen van de eerste uitgangstransistor.

Een dergelijke versterkerschakeling kan worden toegepast bij 15 geïntegreerde vermogensversterkers voor audio-apparatuur. De eindtran-sistoren van dergelijke versterkerschakelingen moeten in het SQAR-gébied (Safe Operating Area Rating) bedreven worden cm beschadiging van de eindtransistoren door overbelasting ten gevolge van een te hoge strocm en/of een te hoge spanning te voorkomen.

20 Een dergelijke versterkerschakeling is beschreven in de niet-voorgëpubliceerde Nederlandse octrooiaanvragen 8300078 (PHN 10.546) en 8302197 (PHN 10.712). De uitgang van de beveiligingsschakeling grijpt daarbij niet zoals gewoonlijk in op de basiselektroden van de eindtransistoren maar op de ingang van de tweede versterkertrap. Hierdoor wordt 25 een grote rondgaande versterking van de beveiligingslus verkregen, zodat vervorming van het uitgangssignaal bij het nog niet volledig actief zijn van de beveiligingsschakeling wordt voorkomen. Bij een frequentie geccmpenseerde tweede versterkertrap vertoont de versterkerschakeling een open-lusversterking die als functie van de frequentie vanaf een 30 eerste hoekfrequentie met 6 dB/octaaf afvalt en boven een tweede hoek-frequentie met 12 dB/octaaf afvalt. Voor het verkrijgen-van een. goed gedefinieerde versterking wordt de versterker gewóonlijk tegengékoppeld door een uitwendig aan de geïntegreerde schakeling aangebracht tegenkoppel- 8400822 f t t PHN 10.974 2 netwerk tussen de uitgang van de versterkerschakeling en . de inverterende ingang van de versterkerschakeling. Dit tegenkoppelnetwerk is gewoonlijk voorzien van een weerstand tussen de uitgang en de inverterende ingang en de serieschakeling van een tweede weerstand en een condensator tussen g de inverterende ingang en een referentiepotentiaal. Voor de capaciteits-waarde van de condensator wordt een zodanige grootte gekozen, dat voor gelijkspanning een nagenoeg volledige tegenkoppeling aanwezig is.

Voor het frequentiebereik van de te versterken signalen is de reactantie van de condensator zo klein, dat in dit frequentiebereik de tegekoppeling 10 nagenoeg volledig door de eerste en tweede weerstand wordt bepaald.

De door deze weerstanden bepaalde tegenkoppelfactor dient' voor het verkrijgen van een stabiele versterking kleiner te zijn dan een bepaalde maximale waarde, opdat de derde hoekfrequentie, waarbij de open-iusver-sterking van de versterkerschakeling gelijk is aan de inverse van de 15 tegenkoppelfactor, gelijk of bij voorkeur kleiner dan en op enige afstand is gelegen van de tweede hoekfrequentie. De in de genoemde octrooiaanvragen beschreven beveiligingsschakeling vertoont binnen het frequentiebereik van de verstekerschakèling een met de frequentie afvallend deel en een f requentie-onafhankelijk deel. rond de maximale derde hoekfrequentie.

2Q Dit laatste dient cm een stabiele rondgaande versterking in de beveiligings-lus bij het inwerking zijn van de beveiligingsschakeling te verkrijgen.

Bij de maximale derde hoekfrequentie, waarbij de rondgaande versterking van de beveiligingslus gelijk aan één wordt, dient immers de fase-draaiing in de lus kleiner dan 180° en dus de frequentie-afval kleiner dan 2g 22 dB/octaaf te zijn.

De genoemdefrequentieafhankelijkheid van de beveiligingsschakeling wordt gerealiseerd met behulp van een frequentie-afhankelijk netwerk, dat de serieschakeling van een weerstand en een capaciteit onvat. Bij kortsluiting van de belasting van de versterkerschakeling blijkt de 30 versterkingsfrequentiekarakteristiek van de versterkerschakeling aanzien-? lijk naar lagere frequenties te verschuiven. Om de vesterkerschakeling met beveiligingsschakeling stabiel te houden, dient het frequentie-onafhankelijke deel van de versterking van de beveiligingsschakeling zich over een betrekkelijk groot frequentiebereik rond de maximale derde „ hoekfrequentie uit te strekken. Dit is mogelijk door de versterkings-frequentiekarakteristiek van de beveiligingsschakeling naar lagere frequenties te verschuiven. Hiervoor zijn echter grotere capaciteiten benodigd, die in geïntegreerde vorm een groot integratie-oppervlak 8400822 « i ΡΗΝ 10.974 3 Λ beslaan.,

Het is dan ook het doel van de uitvinding een versterkerschakeling voorzien van een beveiligingsschakeling aan te geven, die bij kortsluiting van de belasting stabiel is zonder dat daarvoor grote capaciteiten extra 5 benodigd zijn. Een versterkerschakeling van een in de aanhef genoemde soort wordt daartoe gekenmerkt, doordat de uitgang van de beveiligingsschakeling is verbonden met het verbindingspunt van de tweede weerstand en de condensator. Op de condensator verschijnt een spanning, die evenredig is met het uitgangssignaal van de beveiligingsschakeling.

10 Deze spanning wordt opgeteld bij de normale tegenkoppelspanning van de door de eerste en tweede weerstand gevormde spanningsdeler en toegevoerd aan de inverterende ingang van de versterkerschakeling, zodat bij het in werking zijn van de beveiligingsschakeling een sterf® tegenkcppeling en dientengevolge een grote versterkingsreductie wordt verkregen.

15 Hierbij wordt dus de totale versterking van de versterkerschakeling benut, zodat de beveiligingsschakeling snel volledig aktief is, waardoor vervorming van het uitgangssignaal door het niet-volledig actief zijn van de beveiligingsschakeling wordt voorkomen. Bij toenemende frequenties vermindert de tegenkoppelfaktor veroorzaakt door de beveiligingsschakeling ten 2q gevolge van de afname van de reactantie van de condensator, waardoor bij een betrekkelijk lage signaalfrequentie de tegenkoppeling overgaat in de normale tegenkoppeling die door de eerste en tweede weerstand wordt bewerkstelligd. Daar de versterkerschakeling bij normale tegenkoppeling ook bij kortsluiting stabiel blijft, wordt het optreden van instabiliteiten 25 in de beveiligingslus vermeden. Omdat gebruik wordt gemaakt vanc.een reeds aanwezige condensator zijn geen grote condensatoren extra benodigd.

Een uitvoeringsvorm van een versterkerschakeling volgens de uitvinding wordt gekenmerkt, doordat de beveiligingsschakeling zelf frequentie-onafhankelijk is. De beveiligingsschakeling behoeft in dit 3Q geval geheel geen geïntegreerde condensatoren te bevatten. Voor wat betreft de beveiligingsschakeling kan de versterkerschakeling volgens de uitvinding nader worden gekenmerkt, doordat de beveiligingsschakeling een detectieschakeling omvat voor het leveren van een uitgangsstrocxn die een maat is voor de belasting van de eerste uitgangstransistor, een 35 draipelschakeling: die bij overschrijding van een drempel door de uit- gangsstroon van de detektieschakeling een meetstroom levert, die wordt toegevoerd aan een uitgangsketen met een uitgang, dié met het verbindingspunt van de tweede weerstand en de condensator is verbonden.

8400822 tf * PHN 10.974 4 ί !

Een geschikte uitvoeringsvorm van een versterkerschakeling volgens de uitvinding kan nader worden gekenmerkt, doordat de uitgangs-keten is voorzien van een eerste transistor met een in de emitterleiding opgenomen derde weerstand, en doordat de spanning over de derde weerstand 5 of een daarvan gereproduceerde spanning wordt aangelegd tussen de basis van een tweede transistor en het van de emitter afgekeerde uiteinde van een in de emitterleiding opgenomen vierde weerstand en doordat de kol lektor van de tweede transistor is gekoppeld met het verbindingspunt tussen de tweede weerstand en de condensator. Deze uitvoeringsvorm kan 10 nader worden gekenmerkt, doordat in de kollektorleiding van de tweede transistor een stroombegrenzingsweerstand is opgenomen.

Een verdere uitvoeringsvorm van een versterkerschakeling volgens de uitvinding wordt gekenmerkt, doordat de drempelschakeling is voorzien van een stroombron en een klemschakeling, die de overtollige ig stroom van de stroombron opneemt zolang de uitgangsstroom van de detektieschakeling de stroom van die stroombron niet overschrijdt.

Een voorkeursuitvoeringsvorm van de versterkerschakeling volgens de uitvinding wordt gekenmerkt, doordat de tweede versterkertrap bevat een tweede uitgangstransistor, die complementair met de eerste uitgangs-2Q transistor wordt aangestuurd en een tweede beveiligingsschakeling voor het beveiligen”van de tweede uitgangstransistor en waarbij de uitgang van de tweede beveiligingsschakeling eveneens met het verbindingspunt tussen de. tweede weerstand en de condensator is verbonden.

De uitvinding wordt nader toegelicht aan de hand van bijgaande 25 tekening, waarin: figuur 1 het principeschema van een bekende versterkerschakeling toont, figuur 2 het blokschema van de versterkerschakeling volgens figuur 1 toont, 3g figuur 3 versterkings-frequentiekarakteristieken behorende bij de versterkerschakeling van figuur 2 toont, figuur 4 het blokschema van figuur 2 voorzien van een beveiligingsschakeling volgens de uitvinding toont, figuur 5 versterkings-frequentiekarakteristieken behorende bij de 3g versterkerschakeling van figuur 4 toont, en figuur 6 een uitvoeringsvorm van een versterkerschakeling voorzien van een beveiligingsschakeling volgens de uitvinding toont.

Figuur 1 toont het principeschema van een bekende 8400822 ΡΗΝ 10.974 5 λ. ·; versterkerschakeling, waarbij een beveiliging volgens de uitvinding kan worden toegepast. Deze versterkerschakeling is van hetzelfde type als de geïntegreerde operationele versterkers die onder type nummer uA 741 in de handel verkrijgbaar zijn. De versterkerschakeling bevat een eerste 5 versterkertrap 10 die het karakter van een spannings-stroamcmzetter bezit.

De trap 10 wordt gevormd door een als verschilversterker geschakeld paar transistoren en T2, waarbij de basis van transistor de niet-inver-terende ingang 1 en de basis van transistor de inverterende ingang 2 van de versterkerschakeling vormt. De emitters van de transistoren 10 en T2 zijn door middel van een stroombron 4 met de positieve voedings-aansluiting 5 verbonden. De kollektor van de transistor is door middel van een strocmspiegel met transistoren en met de uitgang 3 van de trap 10 verbonden. De kollektor van transistor is eveneens met deze uitgang 3 verbonden. Deze uitgang 3 vormt tevens de ingang van de tweede 1S versterkertrap 11, die het karakter van een strocm-sparmingsomzetter bezit. Deze trap 11 bevat een stuurtrap met een stuurtransistor Tdioden D^ en D^ en strooibron 7, die een klasse-B eindtrap met uitgangstransistoren en TB aanstuurt. Aan de uitgang 8 van de eindtrap is via een condensator een belasting R^ gekoppeld. De versterkerschakeling is frequentie 2Q gecompenseerd met een Miller condensator Cm, die is aangebracht tussen de basis van de stuurtransistor Tg en de uitgang 8. De versterkerschake-lings is verder uitwendig tegengekoppeld door een tegenkoppelnetwerk dat is aangebracht tussen de uitgang 8 en de inverterende ingang 2 van de versterkerschakeling. Dit tegerikoppelnetwerk wordt gevormd door een 25 frequentie-afhankelijke spanningsdeler met een weerstand tussen de uitgang 8 en de inverterende ingang 2 en een serieschakeling van een weerstand· en een condensator C2 tussen de ingang.-.2'en massa.

Figuur 2 toont het blokschema van de versterkerschakeling van figuur 1. In figuur 3 is de open-lusversterking A^(tO), dat wil 30 zeggen de versterking van de versterkerschakeling zonder tegenkoppeling weergegeven als functie van de frequentie. Voor lage frequenties is de versterking A^(ca) gelijk aan AQ. Vanaf een zekere hoekfrequentie die door de ccnpensatiecondensator Cm wordt vastgelegd, valt de versterking met 6 dB/octaaf af tot aan een frequentie <4,, waarboven door 35 een verdere tijdconstante van de versterker de versterking met 12 dB/octaaf afvalt.

Wordt de versterkerschakeling tegengekoppeld door het netwerk Rj, R2, dan wordt voor K2>1 de gesloten lusversterking gelijk aan 8400822

V V

PHN 10.974 6 A2 = K2~^,· waarbij de tegenkoppelfaktor gegeven wordt door: h± (jtóq f1 K2 = Rx + R2 + (juX^)”1 (1) g Voor zeer lage frequenties is de reactantie van de condensator C2 erg groot, waardoor volgens vergelijking 1 de tegenkoppelfaktor nagenoeg gelijk is aan een, zodat voor gelijkspanning een nagenoeg volledige tegenkoppeling aanwezig is. Hierdoor is de gelijkspanning op de inverterende ingang van de versterkerschakeling gelijk aan de gelijkspanning 10 op de niet-inverterende ingang, die gewoonlijk met behulp van een spanningsdeler op de halve voedingsspanning wordt ingesteld. Voor lage frequenties waarbij de reactantie van de condensator C2 groot is t.o.v. de weerstand wordt de tegenkoppelfaktor K2 nagenoeg geheel bepaald door R2 en C2· Voor hoekfrequenties boven de kantelfrequentie =%<ν 15 neemt de reactantie van de condensator C2 af. Voor audioversterkers wordt deze hoekfrequentie gewoonlijk bij een frequentie van f^ = ^5/2 ^ 20 Hz gekozen. De waarde van de condensator C2 is daarbij in de orde van 10 a 20^uF?/Voor hoekfrequenties boven de 3 dB kantelfrequentie^ = (R^)”1 is de reactantie van de condensator C2 zo klein, dat deze als een 2g kortsluiting kan worden beschouwd. De gesloten lusversterking wordt dan gelijk aan A2 = K^' > waarbij de tegenkoppelfaktor wordt gegeven door: „ K1 ϋ-τις (2) 25 Voor' een frequentie wordt de open-lusversterking A^ <>j) = ^-1.

Boven deze frequentie heeft de tegengekoppelde versterker verder •dezelfde frequentiekarakteristiek alsrde niet-tegengekqppelde versterker. Opdat de tegengekoppelde versterker stabiel blijft, dient bij de hoekfrequentie ^ de frequentie-afval xoiet groter dan 6 dB/octaaf te zijn. 3£J De tegenkoppelf actor mag daarom een bepaalde maximale waarde niet overschrijden. Bij laagohmige of nagenoeg kortgesloten belasting verschuift de versterkingsfrequentiekarakteristiek naar lagere frequenties, zoals in de figmr/(^) is aangegeven, waardoor ook de hoekfrequentie ^ naar lagere frequenties verschuift. De maximale tegenkoppelfaktor wordt 3g dan bepaald doordat de frequentie waarbij de open-lusversterking A^‘ (cO) = k”^· kleiner dan dient te zijn.*

Figuur 4 toont het blokschema van een versterkerschakeling die is voorzien van een beveiligingsschakeling volgens de uitvinding.

8400822 EHN 10.974 7

De beveiligingsschakeling betrekt zijn informatie uit de emitter- of kollektorstroom en de kollektor-emitterspanning van een eindtransistor. Wanneer de beveiligingsschakeling in werking is vormt deze een trans-conductantie-versterker 12 met een transconductantie G^ tassen de 5 uitgang 8 van de versterkerschakeling en bet verbindingspunt 13 tussen de weerstand R1 en de condensator C2· De uitgangsspanning V^ van de versterkerschakeling 1 vormt de ingangsspanning van de transconductantie versterker 12, die deze spanning onzet in een uitgangsstrccm G^V^.

De transconductantie van de versterker 12 bevat een door de stroom 10 door de eindtransistor bepaalde term, die aangezien deze stroom gelijk is aan het quotiënt van de uitgangsspanning VQ en de belastingsweerstand omgekeerd evenredig is met deze belastingsweerstand en een door de kollektor-emitterspanning bepaalde term, die onafhankelijk is van de belastingsweerstand. De uitgangsstrocm G^V^ wordt in de condensator 15 C2 geïntegreerd en resulteert in een spanning, die samen met de tegen-koppelspanning van de door de weerstanden R^ en R2 gevormde spannings-deler aan de inverterende ingang van de versterkerschakeling wordt toegevoerd. Bij het in werking zijn van de beveiligingsschakeling bedraagt voor frequenties groter dan ^ (z^e figuur 3) de totale 20 tegenkoppelfaktor nagenoeg: v I _K +_^_ (3) ¾ ~ T. + j«C2

Qndat de transconductantie G^ omgekeerd evenredig is met de belastingsweerstand R, is de transconductantie bij kortsluiting van de belasting 25 " groot. Voor lage frequenties éh bij kortsluiting is dan de tegenkoppelfaktor K7' erg groot, zodat de versterker sterk wordt tegengekoppeld.

* -^1

De gesloten lusversterking A^' = K2' is dan klein, zodat door de beveiligingsschakeling een grote versterkingsreductie en dus een goede beveiliging wordt bewerkstelligd. Hierbij wordt de totale versterking 30 van de versterkerschakeling benut, zodat de beveiliging nauwkeurig werkt waardoor vervorming van het uitgangssignaal door het niet-vol ledig aktief zijn van de beveiligingsschakeling wordt vermeden. Bij toenemende frequenties neemt de tegenkoppelfaktor ten gevolge van de beveiligingsschakeling af. Voor hoékfrequenties boven de 3 dB kantelfrequentie 35 ^k ~ te9’en^OK3ei^ci:or Gelijk aan K21 = en dus de gesloten lusversterking gelijk aan A21 = Dat vooral bij lage frequenties een grote versterkingsreductie noodzakelijk is, wordt ver- 8400822- PHN 10.974 · 8

w V

§ oorzaakt, doordat bij deze frequenties de eindtransistoren bij piekbelas-tingen plaatselijk zo warm kunnen worden dat·: deze beschadigd worden.

Bij hogere frequenties vindt een meer gelijke verwarming van de geïntegreerde schakeling plaats, waardoor bij te grote belastingen de bij 5 versterkerschakelingen op de geïntegreerde schakeling aanwezige thermische beveiliging aanspreekt. In figuur 5 zijn de versterkingsfrequentiekarak-teristieken weergegeven, waarbij en A^' (tü) de open-lusversterking bij normale en bij laagohmige of bijna kortgesloten belasting voorstellen en A^' (6J) de gesloten lusversterking bij nagenoeg volledige kortslui-10 ting voorstelt, waarbij de ligging van de hoekfrequentie ^ afhankelijk is van de mate van kortsluiting. Bij een kortsluiting van de belasting dient de hoekfrequentie kleiner te zijn dan de -3 dB hoekfrequentie a)41 van de gesloten lusversterking. Voor audioversterkers kan deze frequentie ongeveer gelijk aanOk/2TC= 500 Hz gekozen worden. Bij gegeven * 15 grootte van de condensator C2 en de weerstanden R-^ en en daarmede de tegenkoppe lf aktor wordt daardoor de gootte van de transconductantie bij kortsluiting vastgelegd. Doordat de tegenkoppe ling al bij betrekkelijk lage frequenties overgaat in de normale tegenkoppeling en doordat de versterker met normale tegenkoppeling ook bij kortsluiting 2Q van de belasting stabiel blijft, worden instabiliteiten, die anders;-, zouden optreden rond.de frequentie waar de rondgaande versterking in de beveiligingsslus gelijk aan één zou worden, vermeden.

In figuur 6 is een praktisch uitvoeringsvoorbeeld van een versterkerschakeling volgens de uitvinding weergegeven. De versterker-25 schakeling omvat een eerste trap 30, welke het karakter van een spannings-stroamomzetter vertoont met een als verschilversterker geschakeld paar transistoren en T^g, waarvan de basis-elektroden de niet-inverterende en inverterende ingang.vormen. De emitters van de t transistoren en T^g zijn via een stroombron 31 met het positieve 3Q voedingsaansluitpunt 32 verbonden. De kollektoren van de transistoren T^, T16 zijn via een stroomspiegel T,^, T^g, Tl9 met weerstanden 33 en 34 en stroombron 35 verbonden met de uitgang 36 van deze trap 30.

De uitgang-36 vormt tevens de ingang 36 van een tweede trap 40, die het karakter van een stroom-spanningsomzetter vertoont. De ingang 36 35 is door middel van een ccmpensatie-capaciteit 46 met uitgang 8 verbonden. Deze trap 40 bevat een stuurtransistor T^q met emitterweerstand 42, die door middel van de emittervolgerconfiguratifi bestaande uit transistor en stroombron 41 wordt aangestuurd en waarvan de kollektor via .84 0 0 8 2 2 * s PHN 10.974 9

de dioden 42, 43 en 44 en stroombron 45 met het positieve voedingsaansluit- I

punt 32 is verbonden. De eindtrap is uitgevoerd als een quasi-conplemen-taire eindtrap met NPN-eindtransistoren en Tgg, die met NPN-transistoren Tgg respektievelijk als Darlington-transistoren zijn uitgevoerd. g Het quasi-cotplementaire gedrag wordt verkregen door toevoeging van de ENP-transistoren T^g 611 T29 20als ^ is aangegeven.

Aan de uitgang 8 van de versterkerschakeling is door middel van een condensator een belasting R^ gekoppeld. Tussen de uitgang 8 en de inverterende ingang van trap 30 is verder een tegenkoppelnetwerk 10 aangebracht, dat wordt gevormd door een weerstand Rg tussen de uitgang 8 en inverterende ingang en de serieschakeling van een weerstand en een . condensator Cg tussen de inverterende ingang en het negatieve voedingsaansluitpunt 33, in dit geval massa.

De beveiligingsschakeling voor de te beveiligen transistor T 15 wordt gevormd door een detektieschakeling 50, die bij het in werking treden van de beveiligingsschakeling eenuitgangsstroom levert, die een neat is voor de overbelasting. Deze stroom wordt via de op de uitgang van de detektieschakeling aanwezige weerstand omgezet in een : ; .

spanning, die m.b.v. een spannings-stroomomzetter 60 weer wordt omgezet 20 in ©en uitgangsstrocm, die aan het verbindingspunt 37 tussen de weerstand en de condensator Cg wordt toegevoerd. In de emitterleiding van transistor T^ is een weerstand Ry opgenomen. Van de spanning over deze I

weerstand wordt een eerste signaal afgeleid dat dus evenredig is met de stroom door transistor T^. De weerstand Ry maakt deel uit van een 25 strocmspiegelschakeling, die een spannings-strocmcmzetter vormt.

De strocmspiegelschakeling bevat een eerste keten met een stroombron 20, een als diode geschakelde transistor Tg, een transistor Tg en weerstand Ry en een tweede keten met transistoren en Tg en weerstand Rg.

De transistoren T2 en T^ bezitten een gemeenschappelijke basis, terwijl 30 de basis van transistor Tg met de kolléktor van transistor Tg en de basis van transistor Tg met de kolléktor van transistor Tg is verbonden.

Doordat de kol lektors trocsm van transistor T^ nagenoeg gelijk is aan die I

van transistor Tg en doordat de kollektorstroom van transistor Tg nagenoeg gelijk is aan die van transistor Tg, is de som van de 35 basisemitterspanningen van transistoren Tg en T^ gelijk aan dié van transistoren Tn en T_. De kollektorstroom. van transistor T. is dan zodanig, dat de spanning over de weerstanden Ry en Rg nagenoeg gelijk is.

Ten gevolge van de emitterstrocm 1^ van transistor T^ zou in de kolléktor- 8400822 v v PHN 10.974 10 keten van transistor afgezien van een instelgelijkstroamterm ten gevolge van stroombron 20 en afgezien van de kollektorstroom van transistor Tg een stroom vloeien, die gelijk is aan: 5 ¢-¾ (4)

De gelijkstroomterm wordt gekorrpenseerd door een even grote term in de sterkte van stroombron 25, die voor de werking van de beveiliging echter geen rol speelt en in de verdere berekeningen dan ook is 10 weggelaten.

De kollektor van transistor is döor middel van een weerstand Rq en een diode 21 gekoppeld met de ingang van een stroomspiegel, die wordt gevormd door de transistoren T^, ..Tg en Tg. Met de ingang van de stroomspiegel is verder een stroombron 22 met strocmsterkte kip gekoppeld. De gemeenschappelijke emitter van de transistoren T^, Tg is verbonden met de emitter van een transistor T^q, waarvan de basis een referentie-spanning voert. De uitgangsstroom van de stroomspiegel T^, Tg, Tg wordt toegevoerd aan de weerstand Rg.

De spanning op de kathode van diode 21 bedraag nagenoeg 20 V_ - 3Vot, waarbij de V„„-s de basis-emitterspanningen van transistoren Tg, Tg en TlQoZijn. Voor spanningen op de uitgang 8 kleiner Vz - 2νβΕ is de diode 21 dan gesperd. In dat geval wordt de stroom kip van stroombron 22 volledig gespiegeld naar weerstand Rg. De totale kollektorstrocm 1^ van transistor T^ is dan gelijk aan: 25 T =!z ^ ®8 ' V “d (5)

Deze stroom wordt nu eerste met behulp van een stroomspiegel met 30 transistoren T^q en T^^ met weerstanden 51 en 52 gespiegeld en vervolgens vergeleken met de stroom Ιβ van een stroombron 25. Wordt de meetstroom 1^ groter dan de stroom lp dan treedt de beveiliging in werking. Het verschil van de stromen 1^- 1^ wordt door de weerstand Rq, die aanwezig is op de ingang 61, omgezet in een spanning, die wordt toegevoerd aan 35 de ingang 61 van de spannings-strocmcmzetter 60. De weerstand Rq die * aanwezig is op de ingang 61 wordt gevormd door de parallelschakeling van de uitgangsweerstand van de stroombron IQ en ^ en de irxgangsweer-stand van de schakeling 60. Indien de uitgangsweerstand veel kleiner is 8400822 •e 5HN 10.974 11 dan de ingangsweerstand dan is de weerstand Rq nagenoeg gelijk aan de uitgangsweerstand van de stroombronnen. De ingang 61 is verbonden met een transistor waarvan de basis een referentiespanning V voert.

Deze maatregel dient om te voorkomen, dat de beveiligingsschakeling 50 5 aktief wordt terwijl de beveiliging niet behoeft te werken. De stroom 1^ is dan kleiner dan de stroom van stroombron 25. De transistor T33 wordt dan in geleiding gehouden door de overtollige stroom van stroombron 25. De spanning V_ is daarbij zodanig, dat diode 62 niet geleidt wanneer de beveiliging niet aktief: is. Transistor T33 spert op het 10 moment dat de beveiliging in werking treedt en diode 62 gaat geleiden.

De kathode van diode 62 is verbonden met de basis van een als emitter-volger geschakelde transistor waarbij in de emitterleiding een weerstand is opgenomen en waarvan de emitter is verbonden met de basis van een transistor waarbij in de emitterleiding een weerstand 15 is opgenomen. In de kollektorleiding van transistor is een weerstand Rg opgenomen, die decmaximale stroom door deze transistor begrenst.

De uitgang 64 van de spannings-stracmcmzetter 60 is gekoppeld met het verbindingspunt 37 tussen de weerstand en de condensator C2·

De uitgangsstrocm die aan het verbindingspunt 37 wordt 2o geleverd is gelijk aan G^V waarbij de transconductantie wordt gegeven door: 2g Dit laatste is eenvoudig als volgt in te zien. Een variatie in de stroom van transistor heeft een variatie in de stroom 1^ tot gevolg die bij gelijke weerstanden 51 en 52 alleen wordt bepaald door dè verhouding van weerstanden Rj en Rg. Deze stroomvariatie wordt over Rq omgezet in een spanningsvariatie, die via de emittervolgerschakeling T60' ¾ bijna 3Q volledig over de weerstand R^ verschijnt en resulteert in een met deze veerstand omgekeerd evenredige stroomvariatie. Een stroomvariatie in de stroom van transistor heeft eveneens een spanningsvariatie in de spanning aan de uitgang 8 tot gevolg, die evenredig is met de belasting R^. Uit de stroomvariatie aan uitgang 64 en de spanningsvariatie aan de 35 uitgang 8 volgt de transconductantie van vergelijking 6.

Bij een door de waarden van R^, R2, C2 en*^ (zie figuur 5) vastgelegde waarden van bij kortsluiting van de belasting, waarbij R^ een bepaalde kleine waarde bezit, en een gegeven verhouding van de 8400822 V ^ PHN 10.974 12 weerstand R_, en Rg volgt uit vergelijking 6 de gewenste verhouding van de weerstandswaarden Rq en' R^. Bij bekende Rq volgt daaruit de waarde voor de weerstand R^. Transistor T^ wordt aangestuurd bij een spanning op de niet-inverterende ingang van versterkertrap 30 die lager is dan 5 de spanning op de inverterende ingang. Bij toenemende stroom door transistor neemt de spanning op de uitgang 8 af. Bij het in werking treden van de beveiligingsschakeling wordt de uitgangsstrocm G VQ van de spannings-stroomemzetter 60 aan de condensator onttrokken-/ waardoor de spanning hierover af neemt. Samen met de tegenkoppeling van de spannings-10 deler R^, R^ zorgt dit voor een sterke afname van de spanning op de inverterende ingang. Door deze tegenkoppeling wordt de stroom door transistor begrensd waardoor de spanning qp de uitgang 8 weer toeneemt. De begrenzing van de stroom door transistor T^ is zodanig, dat de stroom gelijk wordt aan de stroom lp. De stroom 1^, wordt daardoor begrensd 1§ op de maximale waardes ^ (i + k) lp (7)·.

Voor spanningen op de uitgang 8 hoger dan Vz - 27^ gaat 2o diode 21 geleiden, zodat bij toenemende kollektor-emitterspanning een gedeelte van de stroom ka^ door de weerstand zal vloeien. De grenswaarde· van de emitterstrocm 1^ zal daardoor lineair afnemen met toenemende kollektor-emitterspanningen VCE1

Bereikt de spanning op de uitgang 8 de waarde van de knik-25 spanning \ ~ “ 2¾ + dan vloeit de stroom kl^ van stroombron 22 volledig door weerstand R^ en wordt de strocmspiegel T^, Tg, Tg stroomloos. De stroom IM wordt dan gelijk aan: R_ (8) o 30 zodat de stroom IE begrensd wordt op een restwaarde, die gelijk is aan: 8400822 E -.¾ · % (9) · 35 Deze reststroom zorgt ervoor dat de schakeling in staat is omde benodigde stroom te leveren voor de rustinstelling wanneer de voeding wordt inge=-schakeld. Hiertoe is het onder meer nodig, dat bij het inschakelen van dé voedingsspanning een kleine stroom vloeit cm de condensator te laden.

PHN 10.974 13

Een. kleine reststroom dient tevens te vloeien cm bij grote uitsturing vervorming te voorkomen, die anders op zou treden ..door het stroomloos worden van de transistor T^. Eindtransistor wordt qp gelijke wijze beveiligd met een detektieschakeling 50A en spamings-strocmcmzetter 60A, § waarvan overeenkomstige onderdelen onder toevoeging van de index a overeenkomstig zijn genummerd. De schakeling 5QA werkt hetzelfde alsschakeling 50, waarbij echter de transistoren van de strocmspiegels T3A tót en met en T7A tot en met T1Qa complementair zijn uitgevoerd. Als gevolg hiervan behoeft de stroom 1^ niet eerst met een strocmspiegel te 10 worden geïnverteerd alvorens deze aan de ingang 61A van de spannings-strocmomzetter 60A wordt toegevoerd. Vanwege de complementaire werking van transistor en dient bij het in werking treden van de beveili-gingsschakeling van transistor 25 de uitgangsstrocm G^VQ van de spannings-strocmcmzetter 6QA geïnverteerd te zijn ten opzichte van die van de 15 spannings-süxxarcmzetter 60. Hiertoe wordt de stroom door weerstand eerst net behulp van een strocmspiegel met transistoren en ge spiegeld en vervolgens over een identieke weerstand in een spanning omgezet, die wordt aangelegd tussen de basis van transistor en het van deze transistor afgekeerde uiteinde van Weerstand R^. De werking van 2o de spannings-strocmcmzetter is verder hetzelfde als die van de spannings-strocmcmzetter 60.

In bovengenoemd uitvoeringsvoorbeeld is een asymmetrische voedingssspanning gebruikt. De uitvinding kan ook toegepast worden bij synmetrische voedingsspanningen, waarbij de koppelcondensator voor de 25 belasting dan overbodig is.

Het zal duidelijk zijn dat de uiitvinding niet is beperkt tot de getoonde uitvoeringsvorm, maar dat binnen het kader vele uitvoeringsvormen mogelijk zijn waarmee de gewenste beveiliging gerealiseerd kan worden. Zo zijn er voor de vakman vele variaties te bedenken voor de 3Q spannings-stroamomzetters en de detektieschakeling.

* 35 8400822

Claims (6)

1. 2. Versterkerschakeling volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de beveiligingsschakeling frequentie-onafhankelijk is.
2. 3. Versterkerschakeling volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de beveiligingsschakeling omvat een detektieschakeling voor het leveren van een uitgangsstroom die een maat is voor de belasting van de 20 eerste uitgangstransistor, een drempelschakeling die bij overschrijding van een drempel door de uitgangsstroom van de detektieschakeling eerrmeet-stroom levert, die wordt toegevoerd aan een uitgangsketen met een uitgang, die met het verbindingspunt van de tweede weerstand en de condensator is verbonden.
3. 4. Versterkerschakeling volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat de uitgangsketen is voorzien van een eerste transistor met een in de emitterleiding opgenonen derde weerstand, dat de spanning over de derde weerstand of een daarvan gereproduceerde spanning wordt aangelegd tussen de basis van een tweede transistor "en het van de emitter af gekeerde 30 uiteinde van een in de emitterleiding opgenonen vierde weerstand en dat de kollektor van de tweede transistor is gekoppeld met het verbindingspunt tussen de tweede weerstand en de condensator.
4. 5. Versterkerschakeling volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat in de kollekborleiding van de tweede transistor een strocmbegrenzings-35 weerstand is opgenonen.
5. 6. Versterkerschakeling volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat de drempelschakeling is voorzien van een stroombron en een klem-schakeling, die de overtollige stroom van de stroombron opneemt, zolang 8400822 e ï- < * EHN 10.974 15 de uitgangsstrocm van de detektieschakeling de stroom.· van die stroaribrori niet overschrijdt.
6. 7. Versterkerschakeling volgens een. der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de tweede versterkertrap een- -tweede uitgangs-g transistor bevat, die complementair met de eerste uitgangstransistor wordt aangestuurd en een tweede beveiligingsschakeling bevat voor het beveiligen van de tweede uitgangstransistor waarbij de uitgang van de tweede beveiligingsschakeling eveneens met het verbindingspunt tussen de tweede weerstand en de condensator is verbonden. jq 8; Geïntegreerde versterkerschakeling omvattende een eerste versterkertrap met een eerste, de inverterende ingang van de versterkerschakeling vormende ingang en een tweede, de niet-inverterende ingang van de versterkerschakeling vormende ingang en een uitgang, een tweede versterkertrap met een ingang die is gekoppeld met de uitgang van de 15 eerste versterkertrap, tenminste een eerste uitgangstransistor en een met die transistor gekoppelde uitgang, eerste aans luitmiddelen voor het tussen de uitgang van de tweede versterkertrap en de inverterende ingang aansluiten van een tegenkoppelnetwerk bevattende een eerste weerstand,·, tussen die uitgang en de inverterende ingang en de serie-20 schakeling van een tweede weerstand en een condensator tussen de inverterende ingang en een referentiepotentiaal, en een van een uitgang voorziene beveiligingsschakeling voor het beveiligen van de eerste uitgangstransistor, met het kenmerk, dat de versterkerschakeling is voorzien van tweede aansluitmiddelen voor het aansluiten van de uitgang 25 van de beveiligingsschakeling met het verbindingspunt van de tweede weerstand en de condensator* 30 35 8400822