DE1283908B - UEberlastungsschutzschaltung fuer einen Transistorverstaerker in Emitterfolgerschaltung - Google Patents

Description

Wachst nun der Strom durch die Reihenschaltung der Transistoren 1 und 6, z. B. durch einen Kurzschluß im Lastkreis 3» über den zulässigen Maximalwert an, so verlagert sich die Spannung am Emitter 5 und damit auch die Spannung an der Basis des Transistors 6 so weit ins Negative, daß die Durchbruchspannung der Zenerdiode7 erreicht wird. Dadurch wird ein weiteres Anwachsen der Basisspannung verhindert, und der Transistor 6 gerät in seinen aktiven leistungen in den Bauelementen des Verstärkers ge- ίο Bereich und hat nun einen hohen differentiellen Auswährleistet. Bei der bekannten Verwendung eines gangswiderstand, jder den Kollektorstrom dös Tranohmschen Widerstandes als Überlastungsschutz in sistors 1 und damit auch den Laststrom begrenzt, der Kollektorleitung einer Emitterfolgerstufe werden Dabei ist dafür Sorge zu tragen, daß der Innenwiderdiese Forderungen nur unvollkommen erfüllt, was stand der an die Klemme 2 angeschlossenen Steuerdarauf beruth, daß bei Kurzschlüssen im Laststront- 15 Spannungsquelle nicht zu niedrig ist, da der Einkreis die in den Transistoren und Schutzwidefständen gangsstrom über die Basis-Emitter-Diode des Tranauftretenden maximalen. Verlustleistungen quadrav sistors 1 in den Lastwiderstand fließt und den getisch mit der Höhe der angeschlossenen Versorgungs- samten Laststrom daher erhöht. Spannung ansteigen. Das Prinzip der Schaltung besteht somit darin,

Das Problem des Überlastungsschutzes tritt be- ao daß im normalen Betriebsfalle der Transistor 6 in der sonders bei den Endstufen von Operationsverstär- Sättigung arbeitet und daher jeden beliebigen durch kern in der Analogrechentechnik auf. Durch die die Ansteuerung am Transistor 1 bestimmten Lastwechselnden Beschaltungen der Rechenverstärker sind strom liefern kann. Überschreitet der Laststrom je-Kurzschlüsse auf Masse oder auf eine Referenzspan- doch einen bestimmten vorgegebenen Wert, so nung durch Fehlschaltungen durchaus wahrschein- 25 wächst der Spannungsabfall am Widerstand 5 an, der Hch, so daß die Dimensionierung der Endstufen Emitter und damit auch die Basis des Transistors hauptsächlich durch diese extremen Belastungsfälle geraten auf ein negatives Potential, welches bei der bestimmt wird. Die Erfindung wird im folgenden da- Durchbruchspannung der Zenerdiode 7 liegt. Auf her am Beispiel einer Emitterfolger-Endstufe für diesem Potential wird die Basis des Transistors 6 einen Gleichstromverstärker erläutert, der als Opera- 30 festgehalten, so daß dieser nun als Quelle konstanten tionsverstärker für Analogrechner verwendet werden Stromes wirkt. Der Strom durch den Transistor 1

wird somit unabhängig von dem Spannungsabfall an seiner Emitter-Kollektor-Strecke, solange dieser sich innerhalb der zugelassenen Maximalwerte bewegt. 35 Auch Kurzschlüsse des Kollektors des Transistors 1 auf negative Potentiale können den Laststrom des Transistors somit nicht über den vorgegebenen Wert erhöhen.

Das beschriebene Prinzip ist naturgemäß auch für

Widerstand und den Kollektor des Transistors die 40 Emitterfolgertraflsistören des anderen Leitfähigkeits^· Kollektor-Emitter-Strecke eines weiteren zu dem typs, also npn-Transistoren anwendbar, wenn man Emitterfolgertransistor komplementären Transistors die Versorgungsspannungen umpolt und einen pnpeingeschaltet ist, dessen Basis über eine Zenerdiode Transistor zur Strombegrenzung verwendet. Während an ein festes Potential solcher Größe angeschlossen die Schaltung nach F i g. 1 für positive Ansteuerist, daß die Zenerdiode im Betriebsfalle unterhalb 45 signale geeignet ist, kann die angedeutete komple- und im Überlastungsfalle oberhalb ihrer Durchbruch- mentäre Schaltung mit negativen Signalen angespannung betrieben wird, so daß der weitere Tran- steuert werden. Für die Ansteuerung mit Signalen sistor im Betriebsfalle gesättigt ist, im Überlastungs- wechselnder Polarität können zwei derartige Schalfalle als Konstantstromquelle wirkt. tungen in an sich bekannter Weise zu einem komple-An Hand der Fig. 1 wird zunächst das Prinzip so mentären Emitterfolgerverstärker zusammengefaßt der Erfindung an Hand einer speziellen Schaltung werden, wie an Hand der F i g. 2 näher erläutert näher erläutert. Der pnp-Transistor 1 wird an seiner wird.

Basis von der Eingangsklemme 2 her mit positiven F i g. 2 zeigt ein Anwendungsbeispiel der Erfin-

Steuersignalen u_st angesteuert. Der Lastwiderstand 3 dung auf die Endstufe eines Operationsverstärkers ist an den Emitter des Transistors 1 angeschlossen. 55 für Analogrechner, wie er z. B. in dem Aufsatz »Ein Der Transistor! bezieht seinen Kollektorstrom von breitbandiger Operationsverstärker mit Silizintrander Batterieklemme 4 über die Reihenschaltung eines sistoren« in der Telefunken-Zeitung, Jg. 39 (1966),

kann. Die Erfindung ist jedoch nicht auf dieses Anwendungsgebiet beschränkt, sondern kann auch in vielen anderen Anwendungsfällen von Verstärkern zum Überlastungsschutz angewendet werden.

Gemäß der Erfindung ist ein Transistorverstärker in Emitterfolgerschaltung mit einem Widerstand in der Kollektorleitung des Emitterfolgertransistors derart ausgebildet, daß in die Verbindung zwischen den

Widerstandes 5 und die Kollektor-Emitter-Strecke eines npn-Transistors 6, dessen Basis an den Verbindungspunkt der Reihenschaltung einer Zener- 60 diode 7 und eines Widerstandes 8 angeschlossen ist. Dabei liegt die Kathode der Zenerdiode an der Batterieklemme^ und das freie Ende des Widerstandes 8 an Masse. Die Schaltelemente 5, 6, 7 und 8

H. 1, S. 16 bis 32, insbesondere Bild 23 auf S. 25, beschrieben ist.

Die Endstufe eines solchen Verstärkers enthält zwei komplementäre Transistoren 11 und 21, deren Emitter, gegebenenfalls über Gegenkopplungswiderstände 19 und 29, an die gemeinsame Last 3 angeschlossen sind. Die Eingangsklemme 2 ist direkt an

sind so bemessen, daß im normalen Betriebsfall des 65 die Basis des pnp-Transistors 11 und über zwei in

Emitterfolgertransistors 1 der Transistor 6 gesättigt Reihe geschaltete Dioden 10, 20 an die Basis des

ist und die Zenerdiode 7 im Sperrbereich betrieben npn-Transistors 21 angeschlossen. Die Dioden 10, 20

wird, also nur einen geringen Sperrstrom führt. verschieben die Eingangsspannung am Transistor 21

Claims (5)

1. 3 4

   entsprechend dem Spannungsabfall an den Basis- Transistor 11 MM 1711 (Motorola)

   Emitter-Strecken der Transistoren 11, 21 ins Negative Transistor 21 2 N 2905 (Texas Instr.)

   und bewirken damit eine Verminderung des Quer- Transistor 16 2 N 2904 (Texas Instr.)

   stromes durch diese Transistoren. Wählt man für die Transistor 26 MM 1613 (Motorola)

   Dioden 10 und 20 solche, die den gleichen Tempera- 5 Dioden 10, 20 IN 4009 (General Electric)

   turgang aufweisen wie die Basis-Emitter-Strecken Zenerdioden 17, 27 .. ZF 3,9 (Intermetall)

   der Transistoren 11 und 21 und ordnet sie in gutem Widerstände 15,25 .. 47 Ω

   thermischem Kontakt mit diesen an, so läßt sich da- Widerstände 19,29 .. 12 Ω

   mit in Zusammenwirken mit den Gegenkopplungs- Widerstand 8 8,2 kΩ

   widerständen 19 und 29 auch eine Kompensation des io Versorgungs-

   Temperaturganges dieses Querstromes erreichen. spannung 14, 24 ... ± 15 Volt

   Die Kollektoren der Transistoren 11 und 21 sind Aussteuerungsbereich ±11 Volt

   jeweils über eine Belastungsschutzschaltung 15, 16, Der maximale Laststrom, bei dem die Regelung

   17 bzw. 25, 26, 27, wie sie an Hand der F i g. 1 er- einsetzte, lag bei 55 mA.

   läutert worden ist, an die positive bzw. negative Ver- 15

   sorgungsspannung 14 bzw. 24 angeschlossen. Die an Patentansprüche:

   Hand der F i g. 2 beschriebene Operationsverstärker- 1. Überlastungsschutzschaltung für einen

   Endstufe gestattet die Ansteuerung mit Eingangs- Transistorverstärker in Emitterfolgerschaltung

   Signalen, die sowohl positive wie negative Werte an- mit einem Widerstand in der Kollektorleitung des

   nehmen können. Bei positiven Ansteuerungssignalen ao Emitterfolgertransistors, dadurch gekenn-

   ist der Transistor 11 aktiv, während der Transistor zeichnet, daß in die Verbindung zwischen den

   21 gesperrt ist; bei negativen Ansteuerungssignalen Widerstand und den Kollektor des Transistors

   ist der Transistor 21 aktiv, während der Transistor 11 die Kollektor-Emitter-Strecke eines weiteren zu

   gesperrt ist. Entsprechend fließt im Lastkreis 3 ein dem Emitterfolgertransistor komplementären

   positiver bzw. ein negativer Strom. 95 Transistors eingeschaltet ist, dessen Basis über

   Der Verbindungspunkt der Diode 20 mit der Basis eine Zenerdiode an ein festes Potential solcher des Transistors 21 ist in dem Ausführungsbeispiel Größe angeschlossen ist, daß die Zenerdiode im der F i g. 2 über einen Widerstand 35 mit der nega- Betriebsfalle unterhalb und im Überlastungsfalle tiven Betriebsspannung 24 verbunden. Es ist vorteil- oberhalb ihrer Durchbruchspannung betrieben haft, diesen Widerstand durch einen als Konstant- 30 wird, so daß der weitere Transistor im Betriebsstromsystem arbeitenden Transistor zu ersetzen, um falle gesättigt ist, im Überlastungsfalle als Kondie Spreizdioden 10, 20 mit einem definierten Quer- stantstromquelle wirkt.

   strom auch für große Aussteuerbereiche zu versehen.
2. 2. Überlastungsschutzschaltung nach AnWenn auf die Kompensation der Umgebungstempe- spruchl, dadurch gekennzeichnet, daß dieZenerratureinflüsse verzichtet werden kann, können dann 35 diode parallel zu der Reihenschaltung des Widerdie Dioden auch durch einen Widerstand ersetzt wer- Standes mit der Basis-Emitter-Strecke des weiteden. ren Transistors geschaltet ist.

   Zur Verbesserung des Hochfrequenzverhaltens
3. 3. Überlastungsschutzschaltung mit zwei komkönnen die in der Fig. 2 punktiert eingezeichneten plementären Transistoren in Emitterfolgerschal-Kondensatoren 31, 32 zur Überbrückung der Wider- 40 tung, die auf einen gemeinsamen Lastwiderstand stände 19 bzw. 29 und die Kondensatoren 33, 34 arbeiten und von einer gemeinsamen Eingangszwischen den Emitter des Transistors 11 bzw. 21 steuerquelle angesteuert werden und die jeder und Masse gesehen sein. mit einer Überlastungsschutzschaltung nach An-

   Der Hauptvorteil der beschriebenen Überlastungs- sprach 2 versehen sind, dadurch gekennzeichnet,

   schutzschaltungen liegt in der erheblichen Verminde- 45 daß die Basen der beiden weiteren Transistoren

   rung der im Kurzschlußfall in der Verstärker-End- (16, 26) über einen Widerstand (8) miteinander

   stufe auftretenden Verlustleistung. Da der Laststrom verbunden sind, der den gesamten Basisstrom

   nicht über den vorgegebenen Maximalwert ansteigen dieser Transistoren führt.

   kann, nimmt die Verlustleistung im Kurzschlußfall
4. 4. Überlastungsschutzschaltung nach Annur noch linear mit der Höhe der kurzgeschlossenen 50 sprach 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Basen Spannungsquelle zu. Da bei Übersteuerungen der der beiden Emitterfolgertransistoren (11, 21) Emitterfolgertransistor jeweils gestättigt ist, tritt der über einen temperaturabhängigen Widerstand Hauptteil der Verlustleistung im Transistor der Über- gleichen Temperaturganges wie die Basis-Emitlastungsschutzschaltung auf. Die bei Breitbandver- ter-Strecken dieser Transistoren miteinander verstärkern verwendeten hochwertigen Emitterfolger- 55 bunden sind.

   transistoren werden also weitgehend entlastet. Die
5. 5. Überlastungsschutzschaltung nach Anmaximale Verlustleistung der Emitterfolgertransisto- sprach 4, dadurch gekennzeichnet, daß der temren 11 und 21 wird erreicht, wenn bei Kurzschluß peraturabhängige Widerstand durch zwei in Reihe auf eine Versorgungsspannung der Laststrom gerade liegende Dioden (10, 20) gebildet ist und daß die den maximalen Wert angenommen hat und damit 60 Basis des einen Emitterfolgertransistors (11) mit der Transistor noch nicht gesättigt ist. der Steuerstromquelle (2) die des anderen (21)

   Eine Schaltung nach F i g. 2 mit folgender Dirnen- über eine Konstantstromquelle, insbesondere

   sionierung hat sich als Endstufe für einen Opera- einen Widerstand (35), mit der diesem Transistor

   tionsverstärker mit einem Lastwiderstand 3 von zugeordnete Versorgungsstromquelle (24) ver-

   200 Ω bewährt. 65 bunden ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen