DE2227762B2 - Verstärkerschaltung, insbesondere für Gegentaktverstärker - Google Patents

Description

spannungsklemme und mit seinem Emitter an io

eine Last angeschlossen ist, ferner mit einem drit-

ten Transistor, der vom entgegengesetzten Leitungstyp wie der erste und der zweite Transistor
ist und mit seiner Basis ebenfalls galvanisch an

den Eingangsanschluß und mit seinem Kollektor 15 Die Erfindung betrifft einen Verstärker mit einem an eine zweite Betriebsspannungsklemme sage- ersten Transistor, dessen Basis direkt mit einem Einschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, gangsanschluß, dessen Kollektor mit einer ersten Bedaß zwischen die Basis des zweiten Transistors triebsspannungsklemme und dessen Emitter mit der (32) und den Emitter des dritten Transistors (10) Basis eines zweiten Transistors verbunden ist, der ein Kondensator (72) eingefügt ist, welcher so be- 20 mit seinem Kollektor ebenfalls an die erste Betriebsmessen ist, daß er für die beschleunigte Ableitung spannungsklemme und mit seinem Emitter an eine der im Basis-Emitter-Übergang des zweiten Tran- Last angeschlossen ist, ferner mit einem dritten sistors (32) gespeicherten Ladung über die KoI- Transistor, der vom entgegengesetzten Leitungstyp lektor-Emitter-Strecke des dritten Transistors wie der erste und der zweite Transistor ist und mit (10) einen Entladeweg relativ niedriger Impedanz 25 seiner Basis ebenfalls galvanisch an den Eingangsangegenüber dem Widerstand der Kollektor-Emit- schluß und mit seinem Kollektor an eine zweite Beter-Strecke des ersten Transistors (30) bildet, triebsspannungsklemme angeschlosstn ist. Derartige wenn am Eingangsanschluß (42) ein derart ge- Schaltungen finden beispielsweise bei Gegentaktverrichtetes Signal anliegt, daß der Widerstand der stärkern Verwendung.

Kollektor-Emitter-Strecke des ersten Transistors 30 Wird ein Verstärkertransistor von einem Emitter-

(30) erhöht und des dritten Transistors (10) er- folger aus derart angesteuert, daß er zeitweilig ge-

niedrigt wird. sperrt wird, so kann es bei hohen Frequenzen oder

2. Verstärker nach Anspruch 1, dadurch ge- steilen Impulsflanken vorkommen, daß der ansteukennzeichnet, daß ein vierter Transistor (12) vom ernde Emitterfolgetransistor durch das Eingangssigleichen Leitungstyp wie der dritte Transistor 35 gna' schneller zugesteuert wird, als die Basiskapazität (10) mit seiner Basis an den Emitter des dritten des von ihm angesteuerten Transistors entladen wird. Transistors (10), mit seinem Emitter an die Last Die Entladung dieser Kapazität kann dann praktisch (60) und mit seinem Kollektor an die zweite Be- nur über den Emitterwiderstand des vorgeschalteten triebsspannungsklemme (14) angeschlossen ist, Transistors erfolgen, der normalerweise wesentlich und daß der Kondensator (72) ferner so bemes- 40 hochohmiger als der Innenwiderstand des vorgesen ist, daß die Entladezeit für die im Basis-Emit- schalteten Transistors in dessen Leitungszustand ist. ter-Übergang des vierten Transistors (12) gespei- Die Zeitkonstanten für die Aufladung und die Enllacherte Ladung bei Anliegen eines den ersten dung der an der Basis des nachgeschalteten Transi-Transistor (30) öffnenden und den dritten Transi- stors wirksamen Kapazität (Basis-Emitter-Kapazität stör (10) sperrenden Signals am Eingangsan- 45 zuzüglich Schaltkapazität) sind daher unterschiedschluß (42) verkürzt wird. lieh, so daß Signalverzerrungen auftreten. Dies macht

3. Verstärker nach Anspruch 1, dadurch ge- sich insbesondere dann bemerkbar, wenn der nachgekennzeichnet, daß die Entladeschaltung minde- schaltete Transistor ein Leistungstransistor mit relastens einen Widerstand (70) enthält. tiv großer Basiskapazität ist (und daher meist eine

4. Verstärker nach Anspruch 3, dadurch ge- 50 niedrigere Grenzfrequenz als der vorgeschaltete kennzeichnet, daß bei einer Auslegung des Transistor hat).

Widerstandes (70) zur Begrenzung der Verlustlei- Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Überstung im ersten und dritten Transistor (30, 10) windung des Nachteils einer Verstärkerschaltung mit die Basiselektroden des zweiten und vierten einem als Emitterfolger geschalteten Eingangstransi-Transistors (32, 12) über den Kondensator (72) 55 stör, die im Basis-Emitter-Übergang des nachgemiteinander verbunden sind. schalteten Transistors gespeicherte Ladung über den

5. Verstärker nach einem der vorstehenden Eingangsemitterfolger schnell abzuführen, wenn der Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der er- Verstärker mit einem so gerichteten Signal angesteuste und der zweite Transistor (30, 32) pnp-Tran- ert wird, daß der Eingangsemitterfolgertransistor in sistoren und der dritte und der vierte Transistor 60 Richtung auf seinen Sperrzustand gesteuert wird und (10, 12) npn-Transistoren sind und daß die erste dabei seinen Innenwiderstand erhöht. Es steht dann Betriebsspannungsklemme (34) ein konstantes nur noch der Emitterwiderstand des Emitterfolgernegatives Potential und die zweite Betriebsspan- transistors für den Abfluß der im Basis-Emitternungsklemme (14) ein konstantes positives Po- Übergang des nachfolgenden Transistors gespeichertential liefert. 65 ten Ladung zur Verfügung, und wenn dieser Wider-

6. Verstärker nach einem der vorstehenden stand aus Gründen der Leistungsersparnis so groß Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ba- gewählt ist, daß in ihm im Ruhezustand nur eine gesis des dritien Transistors (10) über die Reihen- ringe Verlustleistung umgesetzt wird, dann ist dieser

Pntladeweg so hocholimig, daß die Abflußzeit für die oUoeicherte Ladung für ein gutes Hochfrequenzver-Sen zu lang wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anbruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Dadurch iJdefo zusätzlicher Entladeweg für den Abfluß der in der Basiskapazität des nachgeschalteten Transi-Sors gespeicherten Ladung gebildet, so daß diese fchneller abfließen kann, als es über den Emitterwiderstand des ansteuernden Transistors der Fall 3«. und keine signalverzerrenden Verzögerungen bd höheren Betriebsfrequenzen auftreten.

Bevorzugtes Anwendungsgebiet der Erfindung sind Gegentaktverstärker in Darlington-Schaltung. Efoe derartige Schaltung ist in der USA.-Patent- x₅ SSft 3 530395 beschrieben. Bei der bekannten Schaltung sind der ansteuernde und der angesteuerte Transistor jeder Hälfte des Gegentaktverstärker jeweils vom gleichen Leitungstyp, während die ent-Trecb-nden Transistoren der anderen Hälfte vom *o fngingesetzten Leitungstyp sind, so daß eine komplementärsymmetrische Schaltung vorliegt. Die feweils an den Emitter des zugehörigen ansteuernden Transistors angeschlossenen Basen der Endtransistoren sind über einen Widerstand miteinander verbunden dessen Größe so bemessen ist, daß ein möglichst Weiner Querstrom (Erwärmungsproblem bei integrierten Schaltungen) fließt. Bei dieser Dimension«- ning ist der Widerstand jedoch sehr hochohmig gegenüber dem Innenwiderstand der die Endtransistofen ansteuernden Transistoren, so daß die eingangs erwähnten Probleme der Ladungsabführung beim Abschalten der Endtransistoren auftreten und daher die Grenzfrequenz des Verstärkers durch auftretende Verzerrungen nicht so hoch liegt, wie es wunschens-^WeST/S^udung der erfindungsgemäßen Schaltung auf einen Gegentaktverstärker in Darlington-Schal- ?ung ergibt sich aus Anspruch 2. Fernere Weiterbildun⁸ _gen^gder Erfindung sind in den anderen Unteran-Stärkerschaltung ist ähnlich aufgebaut, er enthält jedoch zwei Transistoren 30 und 32 des t^nt&Z™fr setzten Leitungstyps, im vorliegenden Fall pnp-Iransistoren, deren Kollektoren beide mit einem run* 34 negativen (d.h. niedrigerem) Potentials J*> gemjf pdt sind. Widerstände 38 und 40 ^νε*"£^η° ! Emitter der Transistoren 30 und 32 mit aer gangsklemme 16, und die Basis des Tranjstou direkt mit dem Emitter des Transistors 30 gpk Die Basis des letztgenannten ^Tf^ß mit einer Eingangsklemme 4\^^ typischerweise sinusförmige Spsmnimgss«p führt werden. Ein fünfter Widerstand 50 und drei Halbleitergleichrichter 52, 54 und^ 56 sind.m_Keine zueinander zwischen die Basiselektrodenι der*Trana stören 10 und 30 geschaltet, wobei diiGjKhndgr gleichsinnig gepolt sind und die Kathode des Gleich^ richters 56 mit der Basis des Transistors 30 verbun

den ist.

Mit einem Nutzstromkreis 60, jder gangsklemme 16 geschaltet ist^ und * kopplungsnetewerk 64 mit JP" quelle 62 verbunden ^^

der «^8^/«*^

mit welcher fur den Fall ^

nisse beim Ein- ^bzw:_K ^Auss^_h ^en 12 und 32 im ^^

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miges Ausgangsignal
tude des zugefuhrten
werden kann

sichergestellt

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^El«₁^₁,^J^JSSSSSU und 32 gewöhnlich als ^Auf8^a"g^str^^tOr Hochleistungstrans.storen

niedriger ^ufJ^^^^^c 1^ als Jjfj^^ _werdenden Eingangssignal an der-Ktow 22 w^d.ta obere npn-Treibertransistor 10 lertend,: ™^e™ ^_{rf Der} -Treibertransistor 30 ^nic^^end ^

S^!nSgS Wnden an Hand der Dar-Stellungen, von Ausführungsbeispielen naher erlau-

DarUngton^egentaktverstärker get?Ä gegenüber der

Aus-

des erfin-

ff-

&LVJJ.3 iV loi wuvivv „ _ -. .

Stromes verbunden, die durch die Klemme 22 darge-Teil der in F i g. 1 gezeigten Ver- ^_n J°_d~_{usform des} Ausgangssignals bei honeni Frequenzen zu erhalten, als sie normale

für die Transistoren 12 und 32 vorgesehen sind, je- frequenzverhalten erreichen läßt, wenn man den doch sind diese Transistoren bei hochfrequentem Be- Widerstandswert des Widerstandes 70 ziemlich klein trieb beide gleichzeitig leitend. Daher stellt sich in macht. Bei einem derart gewählten Widerstand den Kollektor-Emitter-Strecken dieser Transistoren, wurde jedoch im Treiberstromkreis eine hohe Verd. h. zwischen den Anschlüssen 14 und 34 für positi- 5 lustleistung für Nullsignalbedingungen beobachtet, ves und negatives Potential, ein Strommittelwert ein, Andererseits hat sich herausgestellt, daß bei Überder eine unerwünschte statische Verlustleistung in brückung des Widerstands 70 durch den Kondensaden Transistoren 12 und 32 zur Folge hat. Diese tor 72 die bei einem Nullsignal auftretende Verlust-Verlustleistung ist so groß, daß bei hohen Frequen- leistung des Verstärkers geringer ist, während die zen die für den Nuizstromkreis verfügbare Leistung io Wirkung des schnelleren Ausschaltens der Ausgangsnicht mehr maximal ist, weil der leitende Transistor transistoren erhalten bleibt.

12 nicht schnell genug in seinen Sperrzustand umge- F i g. 3 zeigt die Anwendung der Erfindung bei

schaltet wird. Dies liegt daran, daß die an der Basis- einem bekannten 40-Watt-Verstärker. Die Transisto-

elektrode des Transistors 12 gesammelte Ladung nur ren Q₄ und Q₆ entsprechen den Transistoren 10 und

durch den Widerstand 18 abfließen kann. Es ist 15 12 aus den F i g. 1 und 2, während die Transistoren

leicht einzusehen, daß dieselben Bedingungen auch Q₅ und Q₇ den Transistoren 30 und 32 entsprechen,

für den negativen Teil des sinusförmigen Eingangs- Der Widerstand R_i0 und der Kondensator C_n ent-

signals gelten, wobei sich der Ausgangstransistor 32 sprechen den Bauelementen 70 und 72 in F i g. 2,

wegen seiner verhältnismäßig hohen Basis-Emitter- während die Widerstände R_i2 und R₂₁ den in dieser

Kapazität ebenfalls den Versuchen zu seiner Sper- 20 Figur gezeigten Widerständen 20 und 40 entspre-

rung widersetzt. chen. Der Nutzstromkreis 60 und das Rückkopp-

Die hi F · g. 2 gezeigte Anordnung bringt hingegen lungsnetzwerk 64 (F i g. 1 und 2) enthalten bei dem

zusätzliche Ausschaltsteuerung für den Ausgangs- in Fig.3 gezeigten Verstärker den Lautsprecher8

transistor, welche die Bemühungen zu seiner Sper- und den Transistor Q₂, während die dort gezeigte

rung unterstützt. Diese Anordnung gleicht im we- as Kopplungsanordnung mit den Gleichrichtern D₂, D₈,

sentlichen der Fig. 1, nur daß die Widerstände 18 D₄ und dem Widerstand R_10A den Teilen 50 bis 56

und 38 für die Treibertransistoren fortgelassen sind der F i g. 2 äquivalent ist.

und statt dessen eine Widerstands-Kondensatorkom- Wenn man eine Rückkopplung vorsieht, welche binaiion eingefügt ist. Dabei verbindet ein Wider- die Amplitude eineT angelegten Sinuswelle ändert, star*d 70 den Emitter des npn-Treibertransistors 10 30 wenn das erzeugte Ausgangssignal von dieser Sinusmit dem Emitter des pnp-Treibertransistors 30, und welle abweicht, weil die Einschalt- und die Ausgleichzeitig liegt ein Kondensator 72 zwischen diesen Schaltverhältnisse der Ausgangstransistoren unterbdden Elektrouv-ii. Wenn auf Grund des Signals aus schiedlich sind, können mit der Widerstands-Konder tineangssignalquelle und des Signals vom Nutz- densatoranordnung Gegentaktverstärker gebaut werstromkreis 60 und von der Rückkopplung 64, welche 35 den, deren Leistungsbandbreite bis mindestens die Abweichung des Ausgangssignals von der bevor- 12OkHz reicht. Hiermit liegt die obere Frequenzzugten Sinusform fühlen, der Transistor 30 leitend grenze wesentlich höher als bei den bishei bekannten wird, gelangt ein Teil der hierauf negativ werdenden komplementärsymmetrischen Verstärkern.
Steuergröße am Emitter dieses Transistors über Die vorstehend beschriebene Anordnung ist als beden Widerstand 70 zusätzlich zur Basis des npn-Aus- 40 vorzugte Ausführungsform der Erfindung anzusehen, gangstransistors 12. Diese zugeführte negative Span- d. h., es sind auch andere Ausgestaltungen möglich, nung bildet ein weiteres Ausschaltesignal für den ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Bei der Transistor 12, gerade bevor sie groß genug ist, Auslegung der beigefügten Ansprüche ist somit zu außerdem den pnp-Ausgangstransistor 32 durchzu- berücksichtigen, daß die Verwendung des einzigartischalten. 45 gen Ausschalt-Steuerkreises mit der Widerstands-

Die Folge ist eine wesentliche Verminderung der und Kondensatorverbindung zwischen den Basiselek-LeitFähigkeit des Transistors 12 zu dem Zeitpunkt, troden der getrennten Ausgangstransistoren dazu wo das zugeführte Eingangssignal den Transistor 32 dient, eine hervorragende Stabilität der Ausgangsteile gerade »einschaltet«. Durch die zusätzliche Steue- voll komplementärsymmetrischer Verstärker zu errung über den Widerstand 70 wird der Ausgangs- 50 halten (infolge der besseren Ausschaltung bei hohen transistor 12 schneller gesperrt, so daß bei hohen Frequenzen). Eine solche Widerstands-Kondensator-Frequenzen keine übermäßige Verlustleistung mehr Technik erlaubt die Verwendung von homotaxialen auftritt. (hometaxial) npn-Transistoren oder epitaxialen npn-

Bei einer praktischen Ausführungsform der Erfin- Transistoren als Ausgangstransistoren und einen Be-

dung wurde festgestellt, daß sich ein optimales Hoch- 55 trieb mit gleicher Leistungsbandbreite.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

schaltung eines Widerstandes (50) mit mehreren Patentansprüche: gleichsinnig gepolten Halbleitergleichrichtern (52, 54, 56) an die Basis des ersten Transistors

1. Verstärker mit einem ersten Transistor, des- (30) angeschlossen ist.

sen Basis direkt mit einem Eingangsanschluß, S 7. Verstärker nach einem der vorstehenden

dessen Kollektor mit einer ersten Betriebsspan- Ansprüche, gekennzeichnet durch ein vom Aus-

nungsklemme und dessen Emitter mit der Basis gangsanschluß (16) auf den Eingangsanschluß

eines zweiten Transistors verbunden ist, der mit (42) gekoppeltes Rückführungsnetzwerk (64).
seinem Kollektor ebenfalls an die erste Betriebs-