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überlastungssichere, in Kollektorschaltung betriebene Transistor-Verstärkerstufe
Bei Verstärkern besteht oftmals die Forderung, den Verstärkerausgang niederohmig
und damit steif gegen Belastungsschwankungen zu machen. Zu diesem Zweck führt man
in diesem Fall die Endstufe des Verstärkers als Kollektorstufe (Emitterfolger) aus.
Eine solche Stufe, wie sie die F i g. 1 zeigt, ist aber nicht überlastungssicher,
d. h., daß, wenn beispielsweise der Ausgang kurzgeschlossen wird (RL = 0), die gesamte
Betriebsspannung über dem Transistor abfällt und er infolge des zusätzlich noch
vorhandenen hohen Kurzschlußstromes wegen Überschreitung der Verlustleistungsgrenze
zerstört wird.
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Um diesem Zustand abzuhelfen, kann in bekannter Weise ein Widerstand
R (s. F i g. 2 der Zeichnung) in den Kollektorkreis eingefügt werden. Dieser Widerstand
muß eine Größe von mindestens
haben, wenn NT"" die maximal zulässige Verlustleistung des Transistors der Kollektorstufe
ist. Der Widerstand R muß außerdem leistungsmäßig sehr groß bemessen sein, denn
die maximale Verlustleistung des Widerstandes R ist im Kurzschlußfall (RL = 0)
Will man mit der Spannung UL am Lastwiderstand RL einen möglichst großen Spannungsbereich
von 0 ...
k - UB durchfahren (0 < k < 1), so darf die Größe des
Lastwiderstandes RL die Größe von
nicht unterschreiten. Damit ergibt sich aber die maximal am LastwiderstandRL umgesetzte
Leistung zu
Das heißt aber, daß für ein angenommenes k von 0,9 und daraus folgend für UL"",
= 0,9 - UB sich für die am Lastwiderstand RL umgesetzte Leistung lediglich
ein Wert von 0,36 NTrz"t ergibt. Dies ist ein unbefriedigendes Ergebnis, und das
Einfügen eines Schutzwiderstandes R in den Kollektorkreis des Emitterfolgers stellt
insofern keine sehr zweckmäßige Maßnahme dar, als der Aussteuerbereich begrenzt
wird.
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Durch die deutsche Auslegeschrift 1168 973 ist eine Schaltungsanordnung
zum Überlastschutz einer Transistorverstärkerstufe bekanntgeworden, bei der ein
Schutztransistor mit seiner Kollektor-Emitter-Strecke in Serie zu jeder Kollektor-Emitter-Strecke
der beiden in Emitterschaltung betriebenen Transistoren der Gegentakt-B-Stufe liegt.
Das Problem bei der bekannten Schaltung liegt in erster Linie darin, die Versorgungsgleichspannung
für die Endstufe in Abhängigkeit von der Kollektorwechselspannung so zu regeln,
daß der Wirkungsgrad der Endstufe nicht unter 1000/, absinkt. Zu diesem Zweck
wird die Basis des Schutztransistors von der gleichgerichteten Ausgangsspannung
entsprechend beeinflußt.
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Aufgabe der hier beschriebenen Erfindung ist es, eine sehr einfache
und vorteilhafte Schaltung für eine in Kollektorschaltung betriebene Transistor-Endstufe
anzugeben, die einen überlastungssicheren Betrieb mit großem Ansteuerbereich zuläßt.
Gemäß der Erfindung gelingt dies dadurch, daß in den Kollektorkreis des in Kollektorschaltung
betriebenen Transistors Trl (Emitterfolger) ein Transistor Tr2 entgegengesetzten
Leitfähigkeitstyps (Komplementärtransistor) derart geschaltet ist, daß dessen Kollektor
mit dem Kollektor des Emitterfolgers Trl verbunden ist und daß der Emitter des Komplementärtransistors
Tr2 über einen Widerstand r an der Betriebsspannung liegt, daß die
Basis
eines weiteren Transistors Tr3 gleichen Leitfähigkeitstyps (Steuertransistor) wie
der Emitterfolger Trl mit dem Emitter der Kollektorstufe verbunden ist und daß der
Kollektor des weiteren Transistors mit der Basis des Komplementärtransistors Tr2
und über einen Widerstand W mit der Betriebsspannung verbunden ist, über
dem die Ausgangsspannung UL abgenommen wird. Gemäß einem Merkmal der Erfindung steuert
die Ausgangsspannung UL die Basis eines weiteren Transistors Tr3 gleichen Leitfähigkeitstyps
an. Der Kollektor dieses Steuertransistors Tr3 liegt über einen Widerstand
W an der Betriebsspannung -UB, und zugleich ist er aber mit der Basis
einer weiteren, zu den -beiden ersten Transistoren in seiner Leitfähigkeit komplementären
Transistors Tr2 verbunden. Dieser Komplementärtransistor Tr2 ist mit seiner Kollektor-Emitter-Strecke
derart in den Kollektorkreis des Emitterfolgers Trl geschaltet, daß sein Kollektor
mit dem Kollektor des Emitterfolgers und sein Emitter über einen Widerstand
r mit der Betriebsspannung - UB verbunden ist. Nun zu der Wirkungsweise
der Schaltung: Wird die Kollektorstufe nicht ausgesteuert, so fließt kein Strom
durch den Lastwiderstand RL, und die Basis des Steuertransistors Tr3 liegt potentialmäßig
auf 0 Volt. Dadurch bleibt der Steuertransistor Tr3 gesperrt, und zugleich liegt
der Kollektor des Steuertransistor Tr3 und die Basis des Komplementärtransistors
Tr2 voll an der Betriebsspannung -UB.
Hierdurch bleibt aber auch der Komplementärtransistor
Tr2 gesperrt. Die gleiche Wirkung tritt ein, wenn die Kollektorstufe zwar ausgesteuert
wird, am Ausgang aber ein Kurzschluß erfolgt (RL = 0). In
diesem Fall sperrt
der Transistor Tr2, angesteuert von Transistor Tr3, den Kollektorstrom 1, und verhindert
somit die Zerstörung der Kollektorstufe, infolge Überschreitung der maximal zulässigen
Verlustleistung für den Transistor Trl.
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Im normalen Betriebsfall steuert die Spannung UL am Lastwiderstand
RL über den Transistor Tr3 den Transistor Tr2 so, daß linear mit steigender Spannung
UL sich die Möglichkeit eines steigenden Kollektorstromes I, der Transistoren Trl
und Tr2 ergibt und damit der Laststrom
durch den Lastwiderstand RL fließen kann.
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Die Widerstände Z, W und r sind so zu bemessen, daß die Spannung UL
Werte bis k - UB annehmen kann und daß die maximal zulässige Verlustleistung
der Transistoren nicht überschritten wird. Die Verlustleistung des Transistors Tr3
ist gering, da er nur den 'Steuerstrom für den Transistor Tr2 aufzubringen hat.
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Die Werte für die maximale zulässige Verlustleistung für die beiden
Transistoren Trl und Tr2 müssen gleich sein: NTri=ur = NTrz=ur
= NTrzur Mit der angegebenen, erfindungsgemäßen Schaltung ergibt sich die
maximal an den Lastwiderstand RL abgegebene Leistung NRL.ax zu
In diesem formelmäßigen Zusammenhang kommt klar zum Ausdruck, daß sich gegenüber
der in F i g. 2 angegebenen Schaltung mit dem in den Kollektorkrei"s eingefügten
Schutzwiderstand R, für ein angenommenes k von z. B. k = 0,9 eine Steigerung
von NRLm@ um den Faktor 10 ergibt.
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Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung kann durch den Einbau einer
Zenerdiode ZB mit einer Zenerspannung Uz zwischen den Emitter des Steuertransistors
Tr3 und die gemeinsamen Kollektoren der Transistoren Trl und Tr2 die maximale Verlustleistung
des Transistors Trl auf
verringert werden. Für einen angenommenen Wert von
= 0,03 verringert sich die maximale Verlustleistung des Transistors Trl auf das
0,12fache der zulässigen Verlustleistung. Daraus ist zu ersehen, daß nur der Transistor
Tr2 ein Leistungstransistor zu sein braucht. Durch die Zenerdiode ZB wird die Basis-Emitter-Spannung
des Transistors Tr3 und damit der Kollektorstrom des Transistors Tr2 so geregelt,
daß die Kollektor-Emitter-Spannung des Trl gleich oder kleiner Uz ist.
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Der Widerstand ZZ in F i g. 3 dient dazu, einen von der Steuerung
durch die Transistoren Tr2 und Tr3 unabhängigen Anteil des Kollektorstromes I, bereitzustellen,
da die Steuerung erst bei Spannungswerten UL > 0 einsetzt. Die vorstehend
beschriebene erfindungsgemäße Schaltung kann selbstverständlich auch in einem zu
dem Ausführungsbeispiel komplementären Aufbau Verwendung finden (s. F i g. 4).1