DE1277349B - Verfahren und Schaltungsanordnung zur Beseitigung der UEbergangsverzerrung im Ausgangssignal eines Transistorleistungsverstaerkers - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES ^V^ PATENTAMT Int. Cl.:

H03f

AUSLEGESCHRIFT

Deutsche Kl.: 21 a2-18/08

Nummer: 1277 349

Aktenzeichen: P 12 77 349.8-31 (M 64032)

Anmeldetag: 4. Februar 1965

Auslegetag: 12. September 1968

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beseitigung der Übergangsverzerrung im Ausgangssignal eines Transistorleistungsverstärkers, bei dem zusätzlich zum Leistungsverstärker ein zweiter Verstärker verwendet wird.

Verstärker für höhere Leistungen arbeiten im allgemeinen in Gegentaktschaltung. Da der Transistor erst schaltet, wenn eine vorgegebene als Schwellwert bezeichnete Spannungsdifferenz an der Basis-Emitter-Strecke anliegt, ist es allgemein üblich, den Transistor in Durchlaßrichtung besonders vorzuspannen, uin ihn auch bei Abwesenheit eines Signals zum Schwellwert oder Arbeitspunkt zu bringen. Geschieht dies nicht, wird der als Übergangsverzerrung bezeichnete Zustand im Ausgangssignal eines Transistor-Gegentakt-Verstärkers hervorgerufen. Wenn man Transistoren eines Transistorleistungsverstärkers in Gegentaktschaltung in Durchlaßrichtung vorspannt, um ihn zu seinem Schwellwert oder Arbeitspunkt zu bringen, führt dies zu einem schwerwiegen- den Problem, wenn nicht Korrekturmaßnahmen angewendet werden. Dieses Problem wird allgemein als thermische Drift bezeichnet. Es handelt sich dabei um einen Selbstaufschaukelungsvorgang, bei welchem eine Zunahme der Transistortemperatur zu einer Zu- as nähme des Kollektorableitstromes führt, was wiederum zu einer zusätzlichen Erwärmung des Transistors und/oder einer Änderung des Spannungsverhältnisses im Vorspannungsteiler führt, so daß der Transistor weiter ausgesteuert wird usf. Das Endergebnis einer solchen thermischen Drift ist eine Beschädigung der Bauteile. Um die thermische Drift zu verhindern, werden bei Leistungsverstärkern zusätzliche Schaltelemente und Schaltungsanordnungen verwendet. Wenngleich diese das Problem lösen, so erhöhen sie auf der anderen Seite die Kompliziertheit und die Kosten und vermindern den Leistungsausgang bei gegebener Leistungszufuhr.

Es ist eine Schaltungsanordnung bekannt, bei der zusätzlich zu einem Leistungsverstärker ein zweiter Verstärker verwendet wird (USA.-Patentschrift 2 994 832). Dort ist ein Vergleichsverstärker vorgesehen, dem zwei Signale zugeführt werden. Eines ist das ursprüngliche Eingangssignal und das zweite ist das Ausgangssignal des Leistungsverstärkers. Die Differenz zwischen diesen beiden Signalen wird der Last über einen zweiten Leistungsverstärker zugeführt. Bei dieser bekannten Anordnung wird über den Vergleichsverstärker und die Leistungsverstärker das ursprüngliche Signal der Last zugeführt. Wenn man beispielsweise annimmt, daß der Hauptleistungsverstärker ein Signal mit anderer Verzerrung als der Verfahren und Schaltungsanordnung zur
Beseitigung der Ubergangsverzerrung im
Ausgangssignal eines
Transistorleistungsverstärkers

Anmelder:

Mattes Electronics, Inc.,

Chicago, JH. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr. F. Pommer, Rechtsanwalt,

4000 Düsseldorf-Gerresheim, Heyestr. 52

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 12. Februar 1964 (344 315)

Übergangsverzerrung an die Last abgibt, so würde der Vergleichsverstärker auf die Differenz zwischen der äußeren Verzerrung und dem ursprünglichen Signal ansprechen und sein Ausgangssignal entsprechend modifizieren. Das wäre eine Veränderung, die zusätzlich zu dem bloßen Aufnehmen des weggelassenen Übergangsteils des Signals erfolgen würde. Es ergibt sich somit bei der bekannten Anordnung nicht ein Verstärker, bei welchem das Ausgangssignal absolut getreu das Eingangssignal wiedergibt. Die vorbekannte Schaltungsanordnung erfordert außerdem notwendig die Verwendung von komplementären Transistoren, d. h. die Verwendung eines NPN-Transistors mit einem PNP-Transistor. Es ist praktisch unmöglich, die Charakteristiken eines NPN-Transistors an die eines PNP-Transistors anzupassen. Ein weiterer Nachteil der bekannten Anordnung besteht darin, daß der Leistungsverstärker ein Emitter-Folger-Verstärker ist, der nur den Verstärkungsgrad 1 besitzt. Es muß also das Eingangssignal die gleiche Amplitude besitzen wie das Ausgangssignal. Deshalb müssen die Treiberstufen mit hoher Spannung arbeiten. Hochspannungstransistoren sind jedoch kostspielig. Schließlich erfordert der Leistungsverstärker bei der bekannten Anordnung eine relativ große Anzahl von Transistoren zusätzlich zu den Leistungstransistoren.

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Es ist wichtig, daß der Treiberverstärker 10 leistungsbegrenzt ist. Sein Ausgang ist natürlich durch die Last 11 kurzgeschlossen, die für die in Betracht gezogenen Anwendungen eine sehr niedrige Impe-5 danz hat. Da die Innenimpedanz des Verstärkers 10 in seinem Ausgangskreis (normalerweise als Ausgangsimpedanz bezeichnet) aus anderen, noch zu erörternden Gründen ebenfalls niedrig ist, bedeutet das, daß die Impedanz in der aus Treiberverstärker

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die
Übergangsverzerrung im Ausgangssignal eines Leistungsverstärkers zu beseitigen und gleichzeitig die
durch die übliche Vorspannung in Durchlaßrichtung
der Transistoren hervorgerufenen Probleme zu vermeiden.

Das Verfahren nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß als zusätzlicher Verstärker ein
in seiner Leistung begrenzter, linear arbeitender

Transistorverstärker verwendet wird, welcher im io und Last bestehenden Ausgangsschleife sehr gering Bereich der Übergangsverzerrung, d. h. bei kleinen ist. Das wird bei der vorliegenden Erfindung noch Eingangssignalen, ein getreues Abbild des Ein- durch die Tatsache verstärkt, daß der Treibergangsstromes an die Last liefert und seine Strom- verstärker 10 als Generator wirkt, der mit einem abgabe an die Last in dem Maße verringert bzw. anderen Generator, nämlich dem Leistungsverstärker begrenzt, in dem der Leistungsverstärker Strom an 15 14, parallel liegt. Wenn der Verstärker 10 nicht leidie Last liefert. stungsbegrenzt wäre, würde in seinem Ausgangskreis

Eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des mehr Strom fließen, als für die in einem Treiber-Verfahrens kann in der Weise aufgebaut sein, daß verstärker verwendeten Elemente zuträglich ist. der Transistorleistungsverstärker einen Treibertrans- Solche übermäßigen Ströme würden die Elemente formator mit zwei Sekundärwicklungen und ein Paar 20 beschädigen, wenn nicht gar zerstören. Wenn man Transistoren enthält, die an die Sekundärwicklungen Elemente verwenden würde, die fähig sind, solche angeschlossen und in Gegentakt-5-Schaltung zur Ströme zu handhaben, würde das tatsächlich die UmLast geschaltet sind, daß die Primärwicklung des Wandlung von einem Treiberverstärker in einen Lei-Treibertransformators an die Ausgangsleitung des stungsverstärker und damit eine Erhöhung seiner zweiten Verstärkers angeschlossen ist und daß die 25 Kosten usw. bedeuten.

Ausgangsleitung außerdem über ein Paar Dioden Ein Fachmann wird keine Schwierigkeiten bei der mit der Last verbunden ist, welche entgegengesetzt Ausbildung eines leistungsbegrenzten Treiberverstärgeschaltet und durch Vorspannmittel so vorgespannt kers haben. Tatsächlich läßt sich dieses Ergebnis mit sind, daß sie bis zu einer Signalamplitude, die etwas einem Netzgerät 17 erzielen, welches so grob geüber dem Schwellwert der Transistoren des Lei- 30 regelt ist, daß die Ausgangsspannung wesentlich mit stungsverstärkers liegt, leitend sind. einer Zunahme der Stromentnahme abfällt. Solche

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Netzgeräte sind verhältnismäßig preiswert herzu-

Zeichnungen dargestellt und im folgenden beschrie- stellen, aber im allgemeinen unerwünscht, da der

ben. Konstrukteur keine Leistungsbegrenzung erzielen

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung eines ver- 35 will. Bei der vorliegenden Anwendung bewirken sie

einfachten Ausführungsbeispiels der Erfindung zur tatsächlich ein wünschenswertes Ergebnis. Zur Erzie-

Erläuterung des Arbeitsprinzips; lung der gleichen Wirkung können auch Widerstände

Fig. 2A, 2B, 2C und 2D sind Signalwellen- zwischen das Netzgerät und den Verstärker geschaltet

formen zur Erläuterung der Arbeitsweise der Erfin- werden. Eine andere Möglichkeit ist die Einschaltung

dung, und F i g. 3 ist ein besonderes Ausführungs- 40 von Widerständen in den Kollektorkreis der Aus-

beispeil eines erfindungsgemäßen Verstärkers. gangstransistoren des Treiberverstärkers. Eine wei-

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit einem tere Möglichkeit ist aus Fig. 3 zu ersehen, leistungsbegrenzten Treiberverstärker 10, dessen Aus- Hinsichtlich der Leistungsbegrenzung ist zu ergang frei von wesentlicher Übergangsverzerrung ist. wähnen, daß der Leistungsverstärker 14 keine Lei-Der Ausgang des Verstärkers 10 ist mittels Leitungen 45 stungsbegrenzung erfordert, da seine Elemente ohne 12 und 13 an eine Last 11 angeschlossen. Die Last Beschädigung größere Ströme handhaben können. 11 könnte beispielsweise ein Lautsprecher sein. Ein Darüber hinaus hat er eine verhältnismäßig hohe Leistungsverstärker 14 ist mittels Leitungen 15 und Innenimpedanz.

16 an die Leitungen 12 und 13 angeschlossen. Die Der Leistungsverstärker 14 enthält einen allgemein Leitungen 15 und 16 dienen als Eingangsleitung zum 50 mit 22 bezeichneten Treibertransformator mit einer Leistungsverstärker 14 und als Ausgangsleitung von Primärwicklung 22 F und zwei Sekundärwicklungen diesem. Zum Zwecke der Darstellung sind getrennte 22S₁ bzw. 22 S₂. Die Punkte an jeder Wicklung zei-Netzgeräte 17 und 18 für den Treiberverstärker bzw. gen die jeweilige Polarität der drei Wicklungen an. den Leistungsverstärker gezeigt, aber diese könnten Die Primärwicklung hat wesentlich mehr Windungen auch in einem einzigen Netzgerät zusammengefaßt 55 als jede Sekundärwicklung. Die Leitung 16 ist an ein sein. Eine Spannungsgegenkopplung 19 dient zur Er- Ende der Primärwicklung 22 P angeschlossen. Die zielung einer niedrigen Ausgangsimpedanz für den Leitung 15 ist über einen Widerstand 23 an das an-Treiberverstärker 10 wie auch zur Verbesserung der dere Ende der Primärwicklung angeschlossen. Der Linearität des gesamten Verstärkers. Während Widerstand 23 steuert die Mitkopplung vom Lei-Gegenkopplungen im allgemeinen bei Verstärkern 60 stungsverstärker 14 zum Treiberverstärker 10. Ein zur Verbesserung der Linearität verwendet werden, geeigneter Wert für den Widerstand 23 wäre 100 Ω. ist es bei der vorliegenden Erfindung von Wichtigkeit, Das Verhältnis des Widerstandes der Rückkopplungsdaß der Treiberverstärker eine niedrige Ausgangs- schleife 19 zum Widerstandswert von Widerstand 23 impedanz hat. Mit einer Gegenkopplung kann dieses bestimmt den Verstärkungsgrad des Leistungs-Ergebnis leicht erzielt werden. Trotzdem wird die 65 Verstärkers (unter sonst gleichen Bedingungen), tatsächliche Gegenkopplungsgröße normalerweise An die Sekundärwicklung des Treibertransforvon der erforderlichen Linearität wie bei einem her- mators sind zwei Germanium-Ausgangstransistoren kömmlichen Verstärker bestimmt werden. angeschlossen, die in Gegentakt-ß-Schaltung ar-

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beiten. Ein Transistor hat eine Basis 24, einen KoI- ist, ist der Leistungsausgang des Treiberverstärkers

Iektor25 und einen Emitter 26. Der zweite Tran- begrenzt. Diese Tatsache erklärt die abgeflachten

sistor hat eine Basis 27, einen Kollektor 28 und einen Amplituden der Stromsignale 38. Wenn das Signal

Emitter 29. Die Basen 24 und 27 sind an ein Ende vom Treiberverstärker zum Leistungsverstärker 14

der Sekundärwicklungen22S₁ bzw. 22S₂ angeschlos- 5 den Schwellwert (35 in Fig. 2A) erreicht, wird der

sen. Die anderen Enden der Sekundärwicklungen sind Leistungsverstärker eingeschaltet, um die in ausge-

an die jeweiligen Emitter 26 und 29 angeschlossen. zogenen Linien dargestellten Anteile 39 zu erzeugen.

Eine Leitung 30 verbindet den Emitter 26 mit der Die Anteile 39 des von der Last 11 aufgenommenen

Leitung 15 und dem Kollektor 28. Eine Leitung 31 Stromes entsprechen den Signalen 36 von einem

verbindet den Kollektor 25 mit einer negativen Span- io nicht vorgespannten Leistungsverstärkerausgang, wie

nungsquelle des Leistungsspeisungsgerätes 18. Eine durch die Signale 36 in Fig. 2B dargestellt ist. Da

Leitung 32 verbindet den Emitter 29 mit einer posi- aber diese Leistungsverstärkersignale dem vom

tiven Spannungsquelle des Netzgerätes 18. Beispiels- Treiberverstärker aufgenommenen Strom (gestrichelte

weise kann bei Verwendung von Transistoren des Linien 38) hinzugefügt werden, werden die Lücken

Typs 2 N 2528 für die beiden Transistoren des Lei- 15 37, die sonst in den Signalen bestehen würden, durch

stungsverstärkers 14 die Spannung an Leitung 31 den Strom vom Treiberverstärker ausgefüllt. Die

—45 Volt und die Spannung an Leitung 32 +45VoIt beiden Ströme, d.h. 38 und 39, werden soweit wie

sein. Die geerdete Mittelanzapfung des Netzgerätes praktisch möglich gleichphasig gehalten. Die Gesamt-

18 könnte die gleiche Leitung sein wie die ebenfalls rückkopplungsschleife 19 bewirkt, daß geringfügige

erdende Leitung 16. 20 Unregelmäßigkeiten in der Phasenbeziehung aus-

Fig. 2B zeigt den Ausgang eines transistorisierten geglichen werden.

Gegentakt-ß-Verstärkers, der nicht in Durchlaßrich- Fig. 2 D zeigt die Änderung im Spannungsausgang rung vorgespannt ist. Natürlich sind die Transistoren des Treiberverstärkers 10, die von der sich ändernim Leistungsverstärker 14 nicht in Durchlaßrichtung den Impedanz bewirkt wird, die erfindungsgemäß an vorgespannt. Die positive Halbwelle stellt die dem 35 seinen Ausgang gelegt ist. Während des Zeitraumes, einen Transistor, d. h. Transistor 27 bis 29, zugeord- in welchem der Leistungsverstärker 14 nicht leitet, nete Hälfte des Ausgangssignals dar, und die negative hat er eine gegebene (ruhende) Impedanz, die mit Halbwelle stellt den dem anderen Transistor züge- der Impedanz der Last 11 zur Erzeugung einer staordneten Teil des Ausgangssignals dar. Wenn also tischen Impedanz parallel geschaltet ist, die an den der Verstärker 14 über die Leitungen 15 und 16 ein 30 Ausgangsklemmen des Treiberverstärkers 10 anliegt. Eingangssignal vom Treiberverstärker 10 erhält, so Der Treiberverstärker 10 ist leistungsbegrenzt, so wird dieses Signal an die Primärwicklung 22 P des daß, wenn die statische Impedanz an seinem AusTransformators 22 gelegt. Dieses Signal erzeugt in gang während der ganzen Signalperiode unverändert den beiden Sekundärwicklungen 22S₁ und 22S₂ bleiben sollte, der Spannungsausgang des Treiber-Ströme. Je nach der Polarität der Eingangsstrome 35 Verstärkers erst nach Erreichen eines Grenzwertes bewirken die Ströme in den Sekundärwicklungen unverändert bleiben würde. Das ist durch die aus-Ijurchlässigkeit in dem einen oder anderen der bei- gezogene Linie 40 in Fig. 2D dargestellt,
den Transistoren. Je nachdem, welcher der beiden Tatsächlich bleibt die Impedanz am Ausgang des ■Transistoren leitfähig ist, wird ein verstärkter Aus- Treiberverstärkers jedoch nicht unverändert auf gahgsstrom von Leitung 30 an Leitung 15 geliefert. 40 ihrem statischen Wert. Sobald der Leistungsverstärker

Es ist für nicht in Durchlaßrichtung vorgespannte leitend wird, bewirkt er einen Stromfluß durch die Transistoren typisch, daß sie nicht sofort leiten, son- Last 11. Nun ist die Spannung am Ausgang des dem daß erst ein gewisser minimaler Schwellwert Treiberverstärkers I₀R + I_PR, wobei I₀ der Strom des Eingangssignals erreicht sein muß, bevor ein vom Treiberverstärker, I_P der Strom vom Leistungs-Ausgangssignal erscheint. Dieser Schwellwert im 45 verstärker und R die Impedanz der Last 11 ist. Ab-Eingangssignal ist in Fig. 2B durch die Strichlinien sichtlich ist in dieser Beschreibung der Stromfluß 37 dargestellt. Zwischen den Linien 37 ist eine Tot- durch den Widerstand 23 und die Primärwicklung zone, in welcher kein Ausgangssignal entsprechend 22 F unberücksichtigt gelassen, da die Impedanz diedem Eingangssignal vorhanden ist. Wenn die in ge- ses Stromkreises verglichen mit den anderen dazu strichelten Linien 34 gezeigten Eingangshalbwellen 50 parallelen Impedanzen sehr hoch ist. Vom Treiberdie durch die Schwellwerte 35 dargestellte Ebene im verstärker aus gesehen (da er nicht weiß, woher die Zeitpunkt ^₁ und t₃ erreichen, beginnen die jeweiligen Spannungsänderung kommt) ist daher seine Aus-Ausgangssignale 36. Im Zeitpunkt t₂ und i₄ sind die gangsspannung auf die strichpunktierte Linie 41 in Eingangssignale wieder auf die Schwellwerte abge- Fig. 2D angestiegen. Die Wirkung ist die gleiche, fallen, so daß die Ausgangssignale 36 wieder auf 55 als ob die an den Ausgangsklemmen des Treiber-Null sind. Es bestehen also im Ausgangssignal Lük- Verstärkers anliegende Impedanz erhöht worden ken, die durch die horizontalen Linien 37 in F i g. 2 B wäre.

dargestellt sind. Es ist diese Wirkungsweise, welche Eine weitere Zunahme des Ausgangsstromes des

die »Übergangsverzerrung« verursacht. Wie schon Leistungsverstärkers erhöht wiederum offensichtlich

erwähnt, wird diese normalerweise durch ein Vor- 60 die an den Ausgangsklemmen des Treiberverstärkers

spannen der Transistoren in Durchlaßrichtung ver- anliegende Impedanz. Am Anfang jeder Halbwelle

bessert. erreicht die an den Ausgangsklemmen des Treiber-

Bei der vorliegenden Erfindung wird diese durch Verstärkers anliegende Spannung einen Wert, der die Linien 37 dargestellte Lücke im Ausgangssignal dem Maximum entspricht, das der Treiberverstärker am Übergang durch das Signal vom Treiberverstärker 65 liefern kann (ungefähr die Spannung des Netzgerätes). 10 ausgefüllt. In Fig. 2C zeigen die gestrichelten Trotzdem nimmt die Spannung an seinen Ausgangs-Linien 38 den Stromausgang des Treiberverstärkers klemmen weiter zu auf Grund des erhöhten Strom-10 zur Last 11 an. Wie hier an anderer Stelle erörtert flusses vom Leistungsverstärker durch die Last 11.

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Mit Bezug auf den Treiberverstärker nimmt also der die Größe des Mittkopplungsstromes, der durch die

Leistungsverstärker die Eigenschaften einer negativen Primärwicklung des Leistungsverstärkers von seinem

Impedanzvorrichtung an, d. h. also einer Vorrich- Ausgang fließt. Tatsächlich wirkt der Treiber-

tung, die bewirkt, daß die volle Lastspannung größer verstärker als ein zum Eingang des Leistungsverstär-

ist als die Spannung bei offenem Stromkreis. 5 kers paralleler Kurzschluß.

Ein wichtiger Gesichtspunkt dieser sich ändernden Die Wirkung der Rückkopplungsschleife 19 kann Impedanz, vom Treiberverstärker an seinen Aus- auch auf andere Weise betrachtet werden. Es ist zu gangsklemmen aus gesehen, ist die Wiedergabegüte beachten, daß es sich hierbei um eine Gesamtoder Linearität der Arbeitsweise des Treiberverstär- schleife handelt, die nicht nur die Arbeitsweise des kers. Die Tatsache, daß ein Transistor von sich aus io Treiberverstärkers nach Maßgabe der Arbeitsweise eine verhältnismäßig niedrige Eingangsimpedanz und des Treiberverstärkers steuert, sondern auch nach eine verhältnismäßig hohe Ausgangsimpedanz hat, Maßgabe der Arbeitsweise des Leistungsverstärkers, ruft in einem transistorisierten Treiberverstärker Wenn der Leistungsverstärker zu leiten beginnt, baut Linearitätsprobleme hervor, wenn dieser mit einem er die Spannung zwischen den Leitungen 12 und 13 transistorisierten Leistungsverstärker gekoppelt ist. 15 auf. Dies wurde bereits im Zusammenhang mit der Zur optimalen Arbeitsweise benötigt der Treiber- Beschreibung der Arbeitsweise des Leistungsverstärverstärker eine höhere Impedanz an seinem Ausgang, kers als eine negative Impedanzvorrichtung erklärt, als ein Leistungsverstärker normalerweise braucht. Dieser Spannungsaufbau spiegelt sich in der Größe Bei verhältnismäßig niedriger Impedanz an seinem der Spannungsgegenkopplung am Eingang des Ausgang wird am Treiberverstärker bei hohen Signal- 20 Treiberverstärkers wieder. Die Wirkung ist die amplituden ein verhältnismäßig großer Strom ent- gleiche, als ob der Leistungsverstärker einen verstellnommen. Die Folge davon ist, daß der Treiber- baren Widerstand am Treiberverstärker so einstellen verstärker Schwierigkeiten hat, an seinem Ausgang würde, daß seine Wirkungsweise als Verstärker hereine geeignete Spannung zur vollen Aussteuerung des abgesetzt wird. Je größer das Ausgangssignal des Leistungsverstärkers zu liefern. Bei der vorliegenden 25 Ledstungsverstärkers ist, um so mehr wird der Erfindung wird diese Schwierigkeit durch den Lei- Treiberverstärker abgeschaltet,
stungsverstärker behoben, der als eine in den Aus- Dies kann mit Bezug auf Fig. 2C dargestellt wergangskreis des Treiberverstärkers geschaltete nega- den. Darin zeigen die gestrichelten Linien 38 den tive Impedanzvorrichtung wirkt. Wenn der Über- Stromausgang des Treiberverstärkers. Sie zeigen abgangsbereich (niedrige Leistung) überschritten ist 30 geflachte Amplituden für die positiven und negativen und der Leistungsverstärker Strom zu liefern beginnt, Halbwellen. Das gilt für niedrige Eingangssignale. nimmt die vom Treiberverstärker aus gesehene Im- Bei höheren Eingangssignalen weisen diese abgepedanz offensichtlich zu, wie vorstehend beschrieben flachten Amplituden jedoch eine Eindellung auf (so wird. Dadurch wird die Linearität der Arbeitsweise daß das Signal am Scheitel eine U-Eindrückung hat), des Treiberverstärkers verbessert. 35 In jedem Augenblick ist das Ausgangssignal zur Last Es ist wichtig, daß der Treiberverstärker 10 eine im wesentlichen linear, verglichen mit dem Eingangsniedrige Ausgangsimpedanz hat, d. h. Impedanz vom signal, dennoch stellt die Rückkopplungsschleife 19 daran angeschlossenen Leistungsverstärker 14 aus den Verstärkungsgrad des Treiberverstärkers 10 als gesehen. Dies wird durch die negative Spannungs- Funktion des Leistungsverstärkers 14 ein, wenn der rückkopplung von Schleife 19 erzielt. Sie verhindert 40 Übergangsbereich im wesentlichen Maße überdie Schwingung des Leistungsverstärkers 14, obwohl schritten ist.

der Ausgang gleichphasig mit dem Eingangssignal an Fig. 3 zeigt einen kombinierten Treiber- und Leiseinen Eingang gelegt ist. Die Schwingung wird ver- stungsverstärker, der die Erfindung verkörpert. Das hindert durch die vergleichbaren Impedanzen am Eingangssignal wird an die Klemme 50 gelegt und Eingang des Leistungsverstärkers 14 (dargestellt 45 von dort an die Basis 51 eines 2N1305-Transistors durch die Impedanz durch den Widerstand 23 und über einen l-kQ-Widerstand 49. Dieser Transistor die Primärwicklung 22P), verglichen mit den dazu enthält einen Emitter 53 und einen Kollektor 52. Ein parallelen Impedanzen, nämlich der Impedanz von 10-kQ-Widerstand 54 und ein 50-Pikofarad-Konden-Last 11 und der Ausgangsimpedanz des Treiber- sator 48 sind von der Basis 51 an Erde gelegt. Eine Verstärkers 10. Die Impedanzen, die parallel zur Ein- 50 Leitung 56 verbindet den Kollektor 52 mit einem gangsimpedanz des Leistungsverstärkers 14 sind, sind lO-kQ-Widerstand 57 und der Basis 58 eines 2 N 696-im Verhältnis so gering, daß sie als eine Art Kurz- Transistors, der einen Kollektor 59 und einen Emitter Schluß am Eingang des Leistungsverstärkers wirken. 60 hat. Der Widerstand 57 ist durch eine Leitung 61 Eine Schwingung tritt auf, wenn die Ausgangsimpe- an eine Anschlußklemme 62 angeschlossen, an weldanz des Treiberverstärkers 10 nicht hinreichend 55 eher — 12VoIt anliegen. Ein zweiter 2N696-Tranniedrig ist. In bezug auf die Schwingung ist es auch sistor ist mit dem ersten in Reihe geschaltet und entwichtig, daß der Eingangstransformator 22 den glei- hält eine Basis 64, einen Kollektor 65 und einen chen hohen Anforderungen entspricht, die üblicher- Emitter 66. Eine Leitung 67 verbindet den Emitter weise für Ausbildung und Konstruktion von Treiber- 60 mit der Basis 64 und einem Vorspannungswidertransformatoren verlangt werden. 60 stand 68. Der Widerstand 68 hat 2,2 kΩ, und seine Bei niedriger Ausgangsimpedanz des Treiber- andere Seite ist an die Leitung 61 angeschlossen. Eine Verstärkers nimmt dieser vom Leistungsverstärker Vorspanndiode 70, beispielsweise vom Typ IN627, Strom auf, um diesen zu regeln. Während sich dieser verbindet den Emitter 66 mit der Leitung 61.
mit der Höhe des Eingangssignals ändert, fließt bei Ein 2N696-Transistor und ein 2N2147-Transistor im wesentlichen allen Arbeitsstufen des Leistungs- 65 bilden eine ergänzende Gegentakt-Endstufe des Treiverstärkers Strom vom Leistungsverstärker in den bers und haben jeweils: eine Basis 71, einen Kollek-Treiberverstärker entgegengesetzt zum Ausgangs- tor 72 und einen Emitter 73; und eine Basis 74, einen strom des Treiberverstärkers. Dieser Strom reduziert Kollektor 75 und einen Emitter 76. Die Transistoren

122 bis 124 und 125 bis 127 sind in nicht gezeigten Wärmebetten montiert, die vom Bett zur Umgebungsluft einen Wärmewiderstand von weniger als 3,1° C pro Watt haben. Eine Leitung 78 verbindet die Kollektoren 59 und 65 mit der Basis 74 und einer Diode 79, die vom Typ IN627 ist. Eine Leitung 80 verbindet die Vorspanndiode 79 mit der Basis 71 und einem 470-Q-Widerstand 81. Eine Leitung 82 verbindet den Widerstand 83, der seinerseits durch eine Leitung 84 an eine Anschlußklemme 85 angeschlossen ist, an welcher +12 Volt anliegen. Die Leitungen 84 sind ebenfalls an den Kollektor 72 angeschlossen.

Ein 27-Q-Emitterwiderstand 87 und eine IN 627-Klemmdiode 88 sind durch Leitung 89 an den Emitter 76 angeschlossen. Eine Leitung 90 verbindet den Widerstand 87, die Diode 88, eine 1N91-Diode91, einen 20-Mikrofarad-Bootstrap-Kondensator92, den Emitter 73, einen 0,01-Mikrofarad-Kondensator 93 und die Primärwicklung 94 P eines allgemein mit 94 bezeichneten Treibertransformators. Der Transformator 94 hat ebenfalls eine Sekundärwicklung 94S₁ und eine Sekundärwicklung 94S₂. Die Punkte zeigen wiederum die Polarität der Wicklungen des Transformators an. Der Transformator wird hergestellt, indem auf eine Nylonspule mit halbzöUigem EXI-Kern gleichzeitig zwei Η-Drähte und drei H-32-Drähte aufgewickelt werden. Die Spule wird umwickelt, bis sie voll ist, d. h. ungefähr 130 Windungen. Der Kern besteht aus ⁵%ooo" dicht gepackten, ausgerichteten Stahlkörnern. Die drei H-32-Drähte sind in Reihe geschaltet, um die Primärwicklung zu bilden. Die H-24-Drähte bilden jeweils eine Sekundärwicklung.

Das andere Ende der Primärwicklung 94 P des Treibertransformators ist durch eine Leitung 96 an einen 470-Q-Widerstand 97 und einen 1000-Mikrofarad-(3-Volt-)Kondensator 98 angeschlossen. Ein ίΟΟ-Ω-Widerstand 99 und ein 100-Mikrofarad-(3-Volt-)Kondensator 100 sind durch eine Leitung 101 an den Widerstand 97 angeschlossen. Der Widerstand 99 und der Emitter 53 sind durch eine Leitung 103 an einen 10-kQ-Widerstand 104, einen 2,2-kQ-Widerstand 105 und einen 390-Pikofarad-Kondensator 106 angeschlossen. Der Widerstand 104 und der Kondensator 93 sind durch eine Leitung 107 verbunden.

Eine Leitung 109 verbindet die Diode 91 mit einem l-kQ-Widerstand 110 und mit der Basis 111 eines 2N2124-Transistors, der ferner einen Emitter 112 und einen Kollektor 113 enthält. Der Widerstand 110 ist ebenfalls an die Leitung 61 angeschlossen. Der Kollektor 113 ist durch eine Leitung 114 über einen 56-Q-(5-Watt-)Widerstand 115 an die Leitung 61 angeschlossen. Eine 1N91-Diode 117 ist durch eine Leitung 118 an den Emitter 112 und durch eine Leitung 119 an die Ausgangsklemme 120 angeschlossen.

Die beiden Transistoren des Leistungsverstärkers sind vom Typ 2 N 2527. Sie enthalten jeweils Basen 122 und 125, Kollektoren 123 und 126 und Emitter 124 und 127. Die Leitung 119 ist an den Kollektor 123, den Emitter 127, den Widerstand 105, den Kondensator 106 und einen 82-ß-(5-Watt-)Widerstand 128 und eine Seite der Sekundärwicklung 94S₂ des Treibertransformators angeschlossen. Der Widerstand 128 ist ebenfalls an die Leitung 84 angeschlossen. Die andere Seite der Sekundärwicklung 94S₂ ist durch eine Leitung 130 an die Basis 125 angeschlossen. Leitungen 131 und 132 verbinden die beiden Seiten der Sekundärwicklung 94S₁ mit der Basis 122 bzw. dem Emitter 124. Die Leitung 132 ist ferner an die Anschlußklemme 133 angeschlossen, an welcher +45VoIt anliegen. Eine Leitung 134 verbindet die Anschlußklemme 135 mit dem Kollektor 126. Eine Spannung von —45 Volt liegt an der Anschlußklemme 135 von dem getrennten Netzgerät an.

Die Arbeitsweise des Ausführungsbeispiels von F i g. 3 ist wie folgt: Das an der Anschlußklemme 50 anliegende Eingangssignal wird durch den Eingangstransistor 51 bis 53 verstärkt, dessen Lastwiderstand 57 ist. Der Transistor 58 bis 60 und der Transistor 64 bis 66 bilden einen Reihenverstärker. Die Widerstände 81 und 83 sind die Last für diese Transistoren. Das verstärkte Signal wird an die Basen der ergänzenden Transistoren 71 bis 73 und 74 bis 76 gelegt, die in Gegentakt-^iSj-Schaltung arbeiten. Von diesen beiden letzteren Transistoren wird das Signal an die Leitung 90 gelegt. An diesem Punkt geht es durch die Primärwicklung 94 P des Treibertransformators wie auch durch die Diode 91 zur Basis 111 eines Transistors 111 bis 113. Dieser Transistor ist zur Verminderung der Ausgangsimpedanz ein Emitterfolger. Zusammen mit anderen Faktoren, d. h. der negativen Rückkopplung durch den Widerstand 105 und den Kondensator 106, ergibt dies eine Ausgangsimpedanz des Treiberverstärkers von weniger als 1 Ω. Die Last des Transistors 111 bis 113 ist der Widerstand 128. Die Dioden 91 und 117 kompensieren den Abfall zwischen Basis und Emitter der Transistoren 51 bis 53 und 111 bis 113, um im wesentlichen Nullgleichstrom in der Lastill zu erreichen. Der von den Widerständen 81 und 83 gebildete Spannungsteiler wie auch die Wirkung des Transistors 111 bis 113 dienen dazu, den Ausgang vom Treiberverstärker zur Last in der Leistung zu begrenzen.

Das Anlegen des Signals an die Primärwicklung 94P des Treibertransformators ruft Signalimpulse in seinen Sekundärwicklungen hervor. Je nach der Polarität leitet der eine oder andere der Leistungsausgangstransistoren 122 bis 124 oder 125 bis 127, um ein Leistungssignal an der Last 11 zu erzeugen, welches (mit Ausnahme der Übergangstotzone) dem Eingangssignal an der Primärwicklung des Treibertransformators entspricht. Wie bereits erläutert wurde, wird die Totzone im Ausgangssignal, die sonst eine Übergangsverzerrung hervorrufen würde, vom Signal direkt vom Treiberverstärker über den Transistor 111 bis 113 zur Last ausgefüllt. Der zwischen den Ausgang und Emitter 53 geschaltete parallele Widerstand 105 und Kondensator 106 bilden eine gesamte negative Spannungsrückkopplung. Die Reihenschaltung von Kondensator 93 und Widerstand 104 zwischen dem Anfang der Primärwicklung 94P und Emitter 53 bildet eine Gegenkopplungsbrücke zur Aufnahme der hohen Frequenzen.

Die Schaltung in Fig. 3 enthält eine Korrektion für mögliche Verzerrung, die sich bei der Schaltung von F i g. 1 auf Grund der Laufzeit der Transistoren des Leistungsverstärkers ergeben könnte. In einem Transistor besteht von Natur aus eine als Laufzeit bezeichnete Verzögerung zwischen der Aufgabe eines Eingangssignals und der Erzeugung eines Ausgangssignals. Je nach den verwendeten Transistoren ist es möglich, daß ein erheblicher Phasenunterschied zwischen der Zeit, in welcher das Signal vom Treiber-

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verstärker 10 (Fig. 1) zur Last 11 geliefert wurde, und der Zeit besteht, in welcher das entsprechende Signal vom Leistungsverstärker 14 zur Last geliefert wurde (bedingt durch die Laufzeit im Leistungsverstärker). Besonders bei hohen Frequenzen könnte dieser Phasenunterschied genügen, um eine Verzerrung herbeizuführen. Bei der Schaltung in F i g. 3 geht das Signal vom Treiber, d. h. das Signal an der Leitung 90, durch die Dioden 91 und 117 und den Transistor 111 bis 113, bevor es die Last 11 erreicht. Dadurch ergibt sich eine Laufzeitverzögerung, die mit der im Leistungsverstärker auftretenden Verzögerung vergleichbar ist. Mit Bezug auf den Leistungsverstärker geht das Signal von Leitung 90 direkt durch die Treiberprimärwicklung 94P, wenn es zum Leistungsverstärker gelangt. Die einzige wesentliche Durchgangsverzögerung von Leitung 90 durch den Leistungsverstärker tritt also in den Transistoren 122 bis 124 und 125 bis 127 auf.

Die Widerstände 110, 115 und 128 sind die Vor- ao Spannungswiderstände für den Transistor 111 bis 113 und halten diesen während des Übergangsbereiches des Signals in .^-Arbeitsweise. Die Dioden 91 und 117 wirken als Sperrdioden, um die Tätigkeit des Transistors 111 bis 113 zu sperren, nachdem der Leistungsverstärker voll arbeitsfähig geworden ist und die Stromzufuhr zur Last regelt, d. h. völlig außerhalb des Bereiches der Übergangsverzerrung arbeitet.

Das wird wie folgt erreicht: Wenn kein Signal vorhanden ist, fließt ein Ruhestrom von der positiven Klemme 85 über den Transistor 71 bis 73 zur Leitung 90, durch die Diode 91 und zur negativen Klemme 62 vorwiegend über den Widerstand UO. Man kann also sagen, daß die Diode 91 dann eingeschaltet ist. Auf ähnliche Weise fließt gleichzeitig ein Strom von der Klemme 85 durch den Widerstand 128, die Diode 117, den Transistor 111 bis 113 zur negativen Klemme 62 vorwiegend über den Widerstand 115. Dieser Strom schaltet die Diode 117 ein. Dann werden, wenn die Leistungssignale niedrig sind, beide Dioden 91 und 117 eingeschaltet (nach Art von Schaltern), um die Signale von Leitung 90 zur Leitung 119 und der Ausgangsklemme 120 durchzulassen. Wenn das Signal größer wird, als zum Ausfüllen des Übergangsbereichs hinreichend ist, ist der Spannungspegel der positiven und negativen Anteile des Signals größer als die an die Dioden 117 und 91 zu deren Einschaltung angelegte Vorspannung, und daher gehen diese Signalanteile nicht durch die Diöden. Das ist ähnlich, als wenn jemand einen Schalter für diese Anteile des Signals oberhalb der gegebenen Größe ausschaltet. Wenn die Schalter (d. h. die Dioden) ausgeschaltet sind, werden die Treibersignalanteile, welche eine Größe haben, die genügt, um den Schalter auszuschalten, gesperrt, so daß sie nicht von der Leitung 90 zur Klemme 120 gelangen. Das hindert jedoch diese Signalanteile nicht daran, durch die Primärwicklung 94 P zu gehen und somit die Leistungstransistoren 122 bis 124 und 125 bis 127 zu betätigen. Das kann man als Vollwegbegrenzer bezeichnen, der bei Signalstärken etwas über dem Schwellwert der Transistoren des Leistungsverstärkers wirksam ist. Da die beiden Dioden 91 und 117 mit Bezug auf die durchgehenden Signale Rückenan-Rücken angeordnet sind, sperrt die eine Diode die Anteile der einen Polarität und die andere Diode die Anteile der entgegengesetzten Polarität.

Der Übergang vom natürlichen Nullpunkt des Signals zum vollen Stromwert könnte willkürlich in vier Stufen eingeteilt werden. In der ersten Stufe liefert nur der Treiber über den Transistor Ul bis Strom zur Last. Danach wird der Übergangsverzerrungsbereich überschritten, und der Leistungsverstärker beginnt, bei der Stromspeisung zur Last mitzuwirken. In der dritten Stufe liefert der Leistungsverstärker einen wesentlichen Strom an die Last, aber der Treiberverstärker liefert trotzdem noch Strom über den Transistor 111 bis 113. Die Wirkung in dieser Stufe ist ganz analog zu einer Quelle mit sehr niedriger Ausgangsimpedanz (der Ausgangsimpedanz des Begrenzers 111 bis 113), die gegen eine verhältnismäßig große Impedanz arbeitet (die Kombination der Impedanz der Last und der negativen Impedanz des Leistungsverstärkers). In der vierten Stufe sperren die Sperrdioden die Tätigkeit des Transistors 111 bis 113. Das Signal an der Leitung 90 geht weiter durch die Primärwicklung 94 P, und der Verstärker arbeitet wie ein einfacher durch einen Transformator gekoppelter Verstärker. Der Strom zur Last wird vom Leistungsverstärker geliefert, d. h. den Transistoren 122 bis 124 und 125 bis 127. Die Gesamtrückkopplungsschleife gewährleistet einen weichen Übergang zwischen diesen Stufen. Bei einer Betrachtung des Ausgangssignals an einem Oszillograph werden sich die Übergangspunkte von einer Stufe zur anderen nicht feststellen lassen.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Beseitigung der Übergangsverzerrung im Ausgangssignal eines Transistorleistungsverstärkers, bei dem zusätzlich zum Leistungsverstärker ein zweiter Verstärker verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß als zusätzlicher Verstärker ein in seiner Leistung begrenzter, linear arbeitender Transistorverstärker (10) verwendet wird, welcher im Bereich der Übergangsverzerrungen, d. h. bei kleinen Eingangssignalen, ein getreues Abbild des Eingangsstromes an die Last (11) liefert und seine Stromabgabe an die Last in dem Maße verringert bzw. begrenzt, in dem der Leistungsverstärker (14) Strom an die Last liefert.

2. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Transistorleistungsverstärker (14) einen Treibertransformator (94) mit zwei Sekundärwicklungen (94S₁, 94S₂) und ein Paar Transistoren (122..., 125...) enthält, die an die Sekundärwicklungen angeschlossen und in Gegentakt-ß-Schaltung zur Last (11) geschaltet sind, daß die Primärwicklung (94P) des Treibertransformators (94) an die Ausgangsleitung (90) des zweiten Verstärkers (10) angeschlossen ist und daß die Ausgangsleitung (90) außerdem über ein Paar Dioden (91, 117) mit der Last (11) verbunden ist, welche entgegengesetzt geschaltet und durch Vorspannmittel (62, 110; 85, 128) so vorgespannt sind, daß sie bis zu einer Signalamplitude, die etwas über dem Schwellwert der Transistoren (122..., 125...) des Leistungsverstärkers liegt, leitend sind.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß am Ausgang (90) des zweiten Verstärkers ein als Emitterfolger geschal-

teter Transistor (111...) liegt, derart, daß die Impedanz des zweiten Verstärkers von der Last (U) her gesehen verringert wird.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Span-

nungsgegenkopplung (105,106) von der Last (11) her auf den zweiten Verstärker vorgesehen ist

In Betracht gezogene Druckschriften: USA.-Patentschriften Nr. 2 994 832, 3 018 445.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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