DE1562089C - Niederohmiger Leistungs Transistor verstarker, vorzugsweise Tragerverstarker mit Überlastungsschutz - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen niederohmigen Leistungs-Transistorverstärker, vorzugsweise Trägerverstärker, mit einem oder mehreren in B- oder C-Betrieb arbeitenden basisgesteuerten Transistoren der Endstufe. Diese Endstufe wird mittels eines Hilfstransistors überlastungsgeschützt, dessen Kollektor den vorhergehenden Signalweg beeinflußt und dessen Basis-Emitter-Strecke einem in der emitterseitigen Versorgungsleitung der Endstufe liegenden Nebenwiderstand derart parallel geschaltet ist, daß die Basis des Hilfstransistors der Verstärkerseite zugewendet ist.

Bei Leistungsverstärkern, z. B. Trägerverstärkern, wird aus wirtschaftlichen Überlegungen die Endstufe bis nahe an die thermische Grenze belastet. Aus dem gleichen Grunde wird im allgemeinen auch einer Gegentakt-B-Schaltung der Vorzug gegeben. Außerdem muß meist ein kleiner Innenwiderstand am Verstärkerausgang gefordert werden. Die Folge davon ist insbesondere bei Kurzschluß ein starkes Anwachsen der Verlustleistung in der Endstufe, wobei die Transistoren innerhalb weniger Sekunden zerstört werden.

Es sind bereits mehrstufige Transistorverstärker bekannt, bei denen mit Hilfe eines zusätzlichen Hilfstransistors der Versorgungsgleichstrom und damit die thermische Belastung der Endtransistoren auf einen zulässigen Wert begrenzt wird.

Zum Beispiel aus der deutschen Auslegeschrift 1197 512, Fig. 3, ist ein mehrstufiger. Transistorverstärker bekannt, bei dem ein Hilfstransistor, hier Schutztransistor genannt, mit seiner Basis-Emitter-Strecke zu einem Siebglied L bzw. R parallel geschaltet ist und bei dem der Kollektor des Schutztransistors über einen Übertrager mit dem Kollektor des Vortransistors verbunden ist, wobei das kollektorferne Ende des Übertragers über einen Widerstand an der Versorgungsspannung liegt. Durch diese Schaltungsanordnung wird erreicht, daß bei Überlast am Ausgang des Verstärkers der durch den erhöhten Versorgungsstrom in dem Siebglied L bzw. R hervorgerufene Spannungsabfall den Schutztransistor so weit leitend macht, daß durch die Spannungsteilung des Schutztransistors mit dem Widerstand die gesamte Versorgungsspannung der Vorstufe und damit deren Verstärkung so weit abgesenkt wird, daß die Aussteuerung der Endstufe in zulässigen Grenzen bleibt.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen besonders einfachen niederohmigen Leistungs-Transistorverstärker, vorzugsweise: Trägerverstärker, anzugeben, der bis an die Grenze seiner thermischen Belastbarkeit ausgenutzt werden kann und bei Überlast bzw. Kurzschluß am Verstärkerausgang sicher gegen Überlastung geschützt ist. '

Ausgehend von einem Verstärker der vorgenannten Art mit einem oder mehreren in B- oder C-Betrieb arbeitenden, basisgesteuerten Transistoren der Endstufe, die mittels eines Hilfstransistors überlastungsgcscliützt ist, dessen Kollektor den vorhergehenden Signalweg beeinflußt und dessen Basis-Emitter-Strecke einem in der emitterseitigen Versorgungsleitung der Endstufe liegenden .Nebenwiderstand derart parallel geschaltet ist, daß die Basis des Hilfstransistors der Verstärkerseite zugewendet ist, wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Kollektor des dem gleichen Leitfähigkeitstyp wie der der I-lndtransistoren angehörenden Hilfstransistors über eine Diode, deren Hußriehtung mit der Richlung des Arhcils-Kolloklorglcichst mines des Ililfstiansisiors übereinstimmt, mit dem Basiskreis der Endtransistoren verbunden ist.

Dadurch liegt der vom Belastungszustand der Endtransistoren gesteuerte differentielle Widerstand der Kollektor-Emitter-Strecke des Hilfstransistors wechselstrommäßig parallel zum Steuerkreis der Endstufe, wodurch in vorteilhafter Weise mit einfachen Mitteln bei insbesondere einstufigen Verstärkern eine scharfe Begrenzung des zulässigen Versorgungsgleichstromes

ίο erreicht wird.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind zwei in Gegentakt arbeitende Endtransistoren vorgesehen, deren Basisanschlüsse gegenphasig je einem Ende einer mittenangezapften Wicklung eines Eingangs-Übertragers angesteuert sind, von denen ein Wicklungsende mit der Diode verbunden ist. Durch diese Gegentaktanordnung wird eine besonders gute Linearität der Verstärkung erreicht, bei der auch bei ' Wirksamwerden der erfindungsgemäßen Strombegrenzung durch einen kleineren differentiellen Widerstand im Basiskreis Verzerrungen des zu verstärkenden Signals bzw. Trägers vermieden werden.. Um einen besonders niederohmigen Verstärkerausgang zu erhalten, wird mit Vorteil eine Schal- tungsanordnung gewählt, bei der die Endtransistoren in Kollektorschaltung arbeitend emitterseitig mit je einem Ende einer mittenangezapften Wicklung eines Ausgangsübertragers verbunden sind.

Um die Basis des Hilfstransistors von Überlastung zu schützen, insbesondere beim Einschalten der Versorgungsspannung, kann zwischen die Basis des . Hilfstransistors und den verstärkerseitigen Anschluß des Nebenwiderstandes ein Basiswiderstand eingeschaltet sein.

Um zu verhindern, daß auf der Versorgungsspannung eventuell vorhandene Störspannungen zu dem Hilfstransistor und weiterhin bei dessen Übergang vom sperrenden in den leitenden Zustand verstärkt auf den Eingang der Endstufe gelangen, kann parallel zur Emitter-Basis-Strecke des Hilfstranssistors ein Schutzkondensator geschaltet sein.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden nachstehend an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.

In F i g. 1 ist ein einstufiger Transistorverstärker dargestellt, der zwei in Gegentakt arbeitende Leistungstransistoren 71 und 72 aufweist sowie einen zusätzlichen Hilfstransistor 73, der genauso wie die Transistoren Π und 72 im vorliegenden Ausführungsbeispiel dem npn-Leitfähigkeitstyp angehört. Durch Kollektorschaltung der beiden Transistoren 71 und 7 2 wird ein besonders kleiner Innenwiderstand des Verstärkerausgangs erzielt. Die beiden Emitteranschlüsse sind je mit einem Ende einer mittenangezapften Primärwicklung des Ausgangsübertragers Ü2 verbunden, über dessen Sekundärwicklung die Leistung dem Ausgang A ■ des Verstärkers zugeführt wird. Die beiden Kollektoren der Transistoren 71 und 72 sind miteinander entsprechend deren Leitfähigkeitstyp an den Pluspol (+) der Versorgungsgleichspannung U_H geführt. Das Minuspotential ( —) wird den Emittern der Transistoren Ti und 72 über den Nebenwiderstand Λ4 zu der Mittelanzapfung der Primärwicklung des Ausgaiigsübcrtragcrs V 2 zugeleitet. Die beiden Basisanschliissc der Transistoren 71 und 7'2 werden jeweils gegenphasig über eines der beiden Enden einer miltLMiaiigczapflui Sekundärwicklung des Ein-

gangsübertragers Ül angesteuert. Der B-Betrieb entsteht durch eine Basisvorspannung, die an einer zwischen die beiden genannten Mittelanzapfungen eingeschalteten Diode D 2 erzeugt wird. Die Diode Dl wird durch einen Kondensator Cl wechselstrommäßig überbrückt und wird dadurch vorgespannt, daß der Vorwiderstand R 2 zwischen das Pluspotential (+) der Versorgungsspannung und die-Mittelanzapfung der Sekundärwicklung des Eingangsübertragers Ül geschaltet ist.

Die Basis des Hilfstransistors T 3 ist über den Basiswiderstand R 3 mit dem verstärkerseitigen, der Emitter des Hilfstransistors Γ 3 ist direkt mit den dem Verstärker abgewendeten Anschluß des Nebenwiderstandes R 4 verbunden. Der Kollektor des Hilfstransistors Γ 3 ist über die Diode D1, deren Flußrichtung mit der Richtung des Arbeits-Kollektorgleichstromes des Hilfstransistors T 3 übereinstimmt, an die Basis des Transistors T 2 angeschlossen. Um die begrenzende Wirkung des gesteuerten differentiellen Wider-Standes der Kollektor-Emitter-Strecke des Hilfstransistors Γ 3 parallel zur Sekundärwicklung des Eingangsübertragers Ül zu gewährleisten, liegt im vorliegenden Ausführungsbeispiel in Reihe zur Primärwicklung des Eingangsübertragers Ül ein die Signalspannung teilender Widerstand R1, der aber auch durch den Quellenwiderstand einer vorgeschalteten Einrichtung realisiert sein kann.

Um den Wechselstrom von der äußeren Versorgungsspannung Uβ abzuhalten, ist zwischen das Pluspotential (+) der Versorgungsspannung U_B und den verstärkerseitigen Anschluß des Nebenwiderstandes A4 ein Siebkondensator C 3 geschaltet. Der Emitter-Basis-Strecke des Hilfstransistors Γ3 liegt ein Schutzkondensator C 2 parallel, um zu verhindern, daß auf der Versorgungsspannung U_B eventuell vorhandene Störspannungen zu dem Hilfstransistor und weiterhin bei dessen Übergang vom sperrenden in den leitenden Zustand verstärkt auf die Basisanschlüsse der Transistoren Π und T 2 gelangen.

An Hand des in der Fig. 2 dargestellten Diagramms mit Ausgangskennlinien des Hilfstransistors T 3 wird die Wirkungsweise der Schutzschaltung des Verstärkers näher erläutert. Im normalen Betriebsfall ist der Basisstrom J_B des Hilfstransistors Γ3 J₈ = 0. Für die positive Halbwelle der an der Kollektor-Emitter-Strecke liegenden Wechselspannung fließt nur ein geringer Sperrstrom. Da an der Kollektor-Emitter-Strecke des Hilfstransistors T 3 nur eine kleine Vorspannung U_CE0 liegt, würde bei der negativen Halbwelle der Kollektorstrom J/ des Hilfstransistors Γ 3 stark ansteigen und die Spannung Ul am Eingangsübertrager Vl nichtlinear belasten. Durch die Reihenschaltung der Diode D1 wird auch für die negative Halbwelle der hochohmige Zustand erreicht.

Bei Überschreiten des für die maximale Last notwendigen Versorgungsstromes wird die Schwellspannung der Emitter-Basis-Strecke des Hilfstransistors 73 überschritten, so daß ein Strom J₈₁ in die Basis fließt. Über den Vorwiderstand R 2 schließt sich nun ein Stromkreis für den Kollektorstrom, der den Arbeitspunkt J_{c t} ergibt. Dabei befindet sich die Kollektor-Emitter-Strecke in einem sehr niederohmigen Zustand. Die Diode Dl wird ebenfalls vom Strom J₀₁ durchflossen. Ihr Durchlaßwiderstand addiert sich zu dem der Kollektor-Emitter-Strecke des Hilfstransistors Γ 3. Dabei stellt sich nun ein Gleichgewicht zwischen den in der Endstufe fließenden Versorgungsgleichstrom und der ansteuernden Wechselspannung U₁ ein.

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Niederohmiger Leistungs-Transistorverstärker, vorzugsweise Trägerverstärker, mit einem oder mehreren in B- oder C-Betrieb arbeitenden, basisgesteuerten Transistoren der Endstufe, die mittels eines Hilfstransistors überlastungsgeschützt ist, dessen Kollektor den vorhergehenden Signalweg beeinflußt und dessen Basis-Emitter-Strecke einem in der emitterseitigen Versorgungsleitung der Endstufe liegenden Nebenwiderstand derart parallel geschaltet ist, daß die Basis des Hilfstransistors der Verstärkerseite zugewendet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollektor des dem gleichen Leitfähigkeitstyp wie der der Endtransistoren (Π, Γ 2) angehörenden Hilfstransistors (T 3) über eine Diode (D 1), deren Flußrichtung mit der Richtung des Arbeits-Kollektorgleichstromes des Hilfstransistors (Γ3) übereinstimmt, mit dem Basiskreis der Endtransistoren (Tl, T2) verbunden ist.

2. Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei im Gegentakt arbeitende Endtransistoren (Tl, T2) vorgesehen sind, deren Basisanschlüsse gegenphasig je aus einem Ende einer mittenangezapften Wicklung eines Eingangsübertragers (Ül) angesteuert sind, von denen ein Wicklungsende mit der Diode (Dl) verbunden ist.

3. Verstärker nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Endtransistoren (Tl, T2) in Kollektorschaltung arbeitend emitterseitig mit je einem Ende einer mittenangezapften Wicklung eines Ausgangsübertragers (Ü2) verbunden sind.

4. Verstärker nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Mittelanzapfung des Ausgangsübertragers (Ül) und die Mittelanzapfung des Eingangsübertragers (Ül) mindestens eine wechselspannungsüberbrückte weitere Diode (D 2) eingeschaltet ist, die mittels eines zwischen die Mittelanzapfung des Eingangsübertragers (Ül) und das kollektorseitige Potential der Versorgungsspannung (U_B) geschalteten Vorwiderstandes (R2) in Flußrichtung vorgespannt ist.

5. Verstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Basis des Hilfstransistors (T 3) und den verstärkerseitigen Anschluß des Nebenwiderstandes (R 4) ein Basiswiderstand (R 3) eingeschaltet ist.

6. Verstärker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur Emitter-Basis-Strecke des Hilfstransistors (T 3) ein Schutzkondensator (C 2) geschaltet ist.

7. Verstärker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Nebenwiderstand (R 4) derart bemessen ist, daß der im Kurzschlußfall zulässige Versorgungsgleichstrom am Nebenwiderstand (A4) einen Spannungsabfall erzeugt, der größer als die Emitter-Basis-Schwelle des Hilfstransistors (T 3) ist.

8. Verstärker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Speiseinnenwiderstand (Rl) einer der Endstufe

vorgeschalteten Einrichtung unter Berücksichtigung des Übersetzungsverhältnisses des Eingangsübertragers (Ol) größer als die Summe der differentiellen Widerstände der Diode (Dl) und der Kollektor-Emitter-Strecke des Hilfstransistors (T 3) im angesteuerten Zustand bemessen ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen