DE1124094B

DE1124094B - Thermal overload protection for the output stage of at least a two-stage transistor amplifier

Info

Publication number: DE1124094B
Application number: DES69182A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Erhard Steiner
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1960-06-30
Filing date: 1960-06-30
Publication date: 1962-02-22

Description

Thermischer Überlastungsschutz für die Endstufe eines mindestens zweistufigen Transistorverstärkers Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum überlastungssehutz der in B- oder C-Betrieb arbeitenden Endstufe eines mindestens zweistufigen Transistorverstärkers, bei dem eine selbsttätige Regelung auf konstante Ausgangsspannung dadurch erfolgt, daß ein von der Ausgangsspannung abgeleiteter Gleichstrom der Basis eines Vortransistors derart zugeführt wird, daß sein Arbeitspunkt auf der ICIUEe-Kennlinie verschoben wird, bis sich derjenige Wert der Verstärkung einstellt, der bei einer gegebenen Eingangsspannung und Belastung die erwünschte konstante Ausgangsspannung ergibt.Thermal overload protection for the output stage of at least two stages Transistor amplifier The invention relates to an arrangement for overload protection the output stage of an at least two-stage transistor amplifier operating in B or C mode, in which an automatic regulation to a constant output voltage takes place, that a direct current derived from the output voltage of the base of a pre-transistor is supplied in such a way that its operating point is shifted on the ICIUEe characteristic until that value of the gain adjusts itself for a given Input voltage and load results in the desired constant output voltage.

Zum Beispiel in der Trägerfrequenztechnik werden abgestimmte geregelte Transistorverstärker benötigt, um eine größere Zahl von Modulatoren mit Trägerleistung zu versorgen. Die von einem solchen Verstärker abgegebene Trägerspannung muß insbesondere bei Schwankungen der Belastung innerhalb gegebener Toleranzen bleiben. Man erreicht das durch selbsttätige Regelung der Ausgangsspannung, indem man z. B. einen von der Ausgangsspannung abhängigen Gleichstrom der Basis des Vortransistors zuführt. Die Regelung arbeitet in der Weise, daß der Regelgleichstrom beim Überschreiten des Sollwertes der Ausgangsspannung einsetzt und den Gleichstrom-Arbeitspunkt des Vortransistors so weit in Richtung des flacheren Teiles der Ic/UE$-Kennlinie verschiebt, bis sich jener Wert der Verstärkung einstellt, der bei gegebener Eingangsspannung und Belastung die gewünschte konstante Ausgangsspannung ergibt.For example, in the carrier frequency technology, tuned regulated Transistor amplifiers needed to accommodate a larger number of modulators with carrier power to supply. The carrier voltage output by such an amplifier must in particular stay within given tolerances in the event of load fluctuations. One achieves that by automatic regulation of the output voltage by z. B. one of the output voltage dependent direct current supplies the base of the pre-transistor. The regulation works in such a way that the regulating direct current when exceeded of the setpoint of the output voltage and the DC operating point of the Moves the pre-transistor so far in the direction of the flatter part of the Ic / UE $ characteristic curve, until the gain value is reached that is the same for the given input voltage and load gives the desired constant output voltage.

Will man nun den Verstärker bis zu jener Ausgangsleistung ausnutzen, bei der in den Transistoren der Endstufe die volle zulässige Verlustleistung auftritt, so besteht die Gefahr, daß die Transistoren bei Kurzschluß an den Ausgangsklemmen oder bei zu kleinem Belastungswiderstand thermisch überlastet und zerstört werden. Diese Überlastung bzw. Zerstörung könnte zwar in an sich bekannter Weise durch Anwendung einer Schmelzsicherung oder eines überstromrelais verhindert werden. Schmelzsicherungen haben aber den Nachteil, daß sie ungenau und träge ansprechen und nach jeder Überlastung ausgewechselt werden müssen, während überstromrelais bei Geräten in Kleinbauweise wegen ihrer räumlichen Abmessungen wenig geeignet sind. Weiter kann man einen Überlastungsschutz durch Begrenzung der Aussteuerung der Endstufe erreichen. Mit den bisher bekannten, insbesondere mit Dioden arbeitenden Begrenzerschaltungen könnte aber der Transistorverstärker im Normalbetrieb nicht bis an die oberste Grenze der Belastbarkeit ausgenutzt werden, weil hier aus Sicherheitsgründen die Aussteuerung auf jenen geringen Wert begrenzt werden muß, der bei Kurzschluß an den Ausgangsklemmen noch zulässig ist.If you want to use the amplifier up to the output power, in which the full permissible power loss occurs in the transistors of the output stage, so there is a risk that the transistors in the event of a short circuit at the output terminals or be thermally overloaded and destroyed if the load resistance is too low. This overload or destruction could be done in a manner known per se by application a fuse or an overcurrent relay. Fuses but have the disadvantage that they respond imprecisely and sluggishly and after each overload Must be replaced, while overcurrent relays in devices in small construction are not very suitable because of their spatial dimensions. You can also use overload protection by limiting the modulation of the output stage. With the previously known however, the transistor amplifier could in particular operate with diodes are not used up to the upper limit of the load capacity in normal operation, because here, for safety reasons, the modulation is limited to that low value which is still permissible in the event of a short circuit at the output terminals.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine überlastungsschutzschaltung zu schaffen, die die erwähnten Nachteile vermeidet und bei größtmöglicher Betriebssicherheit eine maximale Belastbarkeit des Verstärkers gewährleistet.The object of the invention is to provide an overload protection circuit create that avoids the disadvantages mentioned and with the greatest possible operational reliability guarantees a maximum load capacity of the amplifier.

Der Überlastungsschutz wird daher gemäß der Erfindung so ausgebildet; daß in die Zuleitung des Emittergleichstromes der geregelten Vorstufe die Parallelschaltung eines kapazitiv überbrückten Widerstandes mit der Emitter-Basis-Strecke eines Hilfstransistors eingefügt ist und zwei gegensinnig in Serie geschaltete Dioden parallel zum Kollektorschwingkreis der Vorstufe vom Kollektorstrom des Hilfstransistors über einen an der Mitte der beiden Dioden liegenden Widerstand derart durchflossen werden, daß eine vom Emittergleichstrom der geregelten Vorstufe abhängige Dämpfung ihres Kollektorschwingkreises entsteht.The overload protection is therefore designed according to the invention; that in the feed line of the emitter direct current of the regulated pre-stage the parallel connection a capacitively bridged resistor with the emitter-base path of an auxiliary transistor is inserted and two diodes connected in series in opposite directions parallel to the collector resonant circuit the preamp from the collector current of the auxiliary transistor via one at the middle of the two diodes lying resistor are traversed in such a way that one of the emitter direct current the regulated pre-stage dependent attenuation of its collector resonant circuit arises.

Eine solche Schutzschaltung hat gegenüber bekannten Begrenzerschaltungen den wesentlichen Vorteil, daß man den Einsatzpunkt der Begrenzung auf die für minimalen Belastungswiderstand gegebene Aussteuerung festlegen kann, weil diese Schaltung bereits bei geringer Unterschreitung dieses Belastungswiderstandes die Aussteuerung selbsttätig auf denjenigen kleineren Wert reduziert, der auch bei einem Belastungswiderstand gleich 0 noch zulässig ist. Nach einer Unterschreitung des zulässigen Lastwiderstandes kann der Betriebszustand zunächst durch Abtrennen der Last wiederhergestellt und der Verstärker dann wieder voll belastet werden. Durch Anbringen einer Taste parallel zur Emitter-Basis-Strecke des Hilfstransistors hat man die weitere Möglichkeit, bereits nach Abtrennung der Überlast durch Drücken dieser Taste den Betriebszustand schnell wiederherzustellen.Such a protective circuit has, compared to known, limiter circuits the main advantage that you can limit the application point to the for minimum Load resistance can set given modulation, because this circuit the modulation even if this load resistance is only slightly undershot automatically reduced to the smaller value that also applies to a load resistance equal to 0 is still permissible. After falling below the permissible load resistance the operating state can first be restored by disconnecting the load and the amplifier will then be fully loaded again. By attaching a button parallel to the emitter-base path of the auxiliary transistor one has the further possibility, the operating status after disconnecting the overload by pressing this button restore quickly.

Ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt.An embodiment according to the invention is shown schematically in the drawing shown.

Die Schaltung stellt einen zweistufigen, selbsttätig geregelten Transistorverstärker dar. Die Vorstufe mit dem Transistor T1 dient zur Verstärkung der am Eingang angelegten Spannung UL auf den zur Aussteuerung der Endstufe erforderlichen Wert. Die Endstufe mit den Transistoren T 2, T 3 arbeitet als Gegentakt-B-Verstärker. An der Meßwicklung M des Ausgangsübertragers ßA liegt eine der Ausgangsspannung proportionale Spannung, die mit Hilfe der Diode D gleichgerichtet wird. Überschreitet die am Kondensator C 2 entstehende Gleichspannung die Zenerspannung der Zenerdiode Z, so setzt der Regelstrom 1R ein, der den Arbeitspunkt des als Regelstufe dienenden Transistors T1 so weit in das Gebiet geringerer Steilheit der Ic/UEB Kennlinie verschiebt, bis sich derjenige Wert der Verstärkung eingestellt hat, der bei gegebener Eingangsspannung und Belastung die erwünschte konstante Ausgangsspannung ergibt. Die Größe der an der Meßwicklung abgegriffenen Spannung kann mit dem Potentiometer P eingestellt werden. Dadurch hat man eine Einstellmöglichkeit für die Größe der Ausgangsspannung.The circuit represents a two-stage, automatically controlled transistor amplifier. The preliminary stage with transistor T1 is used to amplify the voltage UL applied to the input to the value required to control the output stage. The output stage with the transistors T 2, T 3 works as a push-pull B amplifier. A voltage which is proportional to the output voltage and which is rectified with the aid of the diode D is applied to the measuring winding M of the output transformer βA. If the DC voltage generated at the capacitor C 2 exceeds the Zener voltage of the Zener diode Z, the control current 1R sets in, which shifts the operating point of the transistor T1, which is used as the control stage, into the area of lower steepness of the Ic / UEB characteristic until that value of the gain changes which gives the desired constant output voltage for a given input voltage and load. The size of the voltage tapped at the measuring winding can be adjusted with the potentiometer P. This gives you an option for setting the size of the output voltage.

Die eigentliche überlastungsschutzschaltung besteht aus dem Hilfstransistor T4, dem Widerstand R 1 und der Kapazität C, sowie aus dem Widerstand R 2 und den beiden Dioden Gr 1, Gr 2. Da sich der Arbeitspunkt des geregelten Transistors T 1 mit steigender Belastung, d. h. mit abnehmendem Lastwiderstand RL in das Gebiet größerer Steilheit und damit größeren Emittergleichstromes IL, verschiebt, ist dieser Strom ein Maß für den Regelzustand und demnach auch für die Belastung des Verstärkers. Überschreitet der Emittergleichstrom I1,, einen bestimmten, mit Hilfe des Widerstandes R 1 einstellbaren kritischen Wert, so beginnt der Transistor T 4 Strom zu ziehen und öffnet die bisher gesperrten Dioden Gr 1 und Gr 2. Dadurch wird der Schwingkreis L 1, C 1 bedämpft, und die Verstärkung der Vorstufe sinkt. Das hat aber über die selbsttätige Regelung ein weiteres Ansteigen des Emitterstromes Il ,o zur Folge. Dieser Vorgang setzt sich so lange fort, bis sich schließlich ein Zustand einstellt, bei dem der Emitterstrom IL, den durch den Transistor T 1 gegebenen größtmöglichen Wert erreicht hat und gleichzeitig der Ausgangskreis L 1, C 1 so stark bedämpft ist, daß die Gegentaktendstufe nur mehr so wenig ausgesteuert wird, daß auch bei Kurzschluß an den Ausgangsklemmen 1, 2 keine Überlastung ihrer Transistoren eintreten kann. Der Widerstand R 2 ist so dimensioniert, daß die zulässige Verlustleistung des Hilfstransistors T4 nicht überschritten wird. Der Kondensator C verhindert, daß am Widerstand R 1 ein Wechselspannungsabfall durch den in der Emitterzuleitung des Transistors T 1 fließenden Wechselstrom entsteht.The actual overload protection circuit consists of the auxiliary transistor T4, the resistor R 1 and the capacitance C, as well as the resistor R 2 and the two diodes Gr 1, Gr 2 Load resistance RL shifts into the area of greater steepness and thus greater emitter direct current IL, this current is a measure of the control state and therefore also of the load on the amplifier. If the direct emitter current I1 ,, exceeds a certain critical value which can be set with the help of the resistor R 1, the transistor T 4 begins to draw current and opens the previously blocked diodes Gr 1 and Gr 2. This damps the resonant circuit L 1, C 1 , and the gain of the preamp will decrease. However, this results in a further increase in the emitter current II, o via the automatic control. This process continues until a state is finally set in which the emitter current IL has reached the maximum possible value given by the transistor T 1 and at the same time the output circuit L 1, C 1 is so strongly attenuated that the push-pull output stage only more is controlled so little that even with a short circuit at the output terminals 1, 2 no overloading of their transistors can occur. The resistor R 2 is dimensioned so that the permissible power loss of the auxiliary transistor T4 is not exceeded. The capacitor C prevents an alternating voltage drop from occurring at the resistor R 1 due to the alternating current flowing in the emitter lead of the transistor T 1.

Nach einer erfolgten Überlastung kann durch Abtrennen der Last zunächst der Betriebszustand wiederhergestellt und der Verstärker dann wieder belastet werden. Mit Hilfe der Taste T a parallel zum Kondensator C bzw. zur Emitter-Basis-Strecke des Hilfstransistors ist es weiterhin möglich, bereits nach Abtrennung der Überlast durch Drücken dieser Taste den Betriebszustand schnell wiederherzustellen.After an overload has occurred, the load can initially be disconnected the operating state is restored and the amplifier is then loaded again. With the help of the key T a parallel to the capacitor C or to the emitter-base path of the auxiliary transistor, it is still possible after the overload has been disconnected to quickly restore the operating status by pressing this button.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Thermal overload protection for the output stage of an at least two-stage transistor amplifier operating in B or C operation, in which automatic control to constant output voltage takes place by shifting the operating point of a pre-transistor by means of a direct current derived from the output voltage, characterized in that in the feed line of the emitter direct current of the regulated preliminary stage (T 1) the parallel connection of a capacitively bridged resistor (R 1) with the emitter-base path of an auxiliary transistor (T4) and two oppositely connected diodes (Gr 1, Gr 2) in parallel to the collector resonant circuit (L 1, C 1) of the pre-stage the collector current of the auxiliary transistor (T4) flows through a resistor (R 2) located in the middle of the two diodes in such a way that a damping of its collector resonant circuit is created depending on the emitter direct current of the regulated pre-stage.

2. Overload protection arrangement according to claim 1, characterized in that parallel to the emitter-base path of the auxiliary transistor (T 4) a button (T a) is connected with normally open contact, by means of which the normal operating state is quickly restored after an overload has been disconnected.