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Fehlersicherer Ausgabeverstärker Die Erfindung bezieht sich auf einen
fehlersicheren Ausgabeverstärker.
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An die Fehlersicherheit von Schaltungen und elektronischen Bausteinen
werden durch den Einsatz in Produktionstechnik, Kernenergietechnik, Energieverteilung
und Verkehrswesen immer höhere Anforderungen gestellt. In bekannter Weise werden
aus Sicherheitsgründen Wechselstromsignale Gleichstromsignalen vorgezogen. Hierbei
stellt sich die Aufgabe, die Wechselstromsignale in leistungsstarke Glhichstromsignale
umzuwandeln, um z. B. Stellglieder anzusteuern.
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Es sind eine Reihe von Schaltanordnungen bekannt, die eine gegebene
Wechselspannung gleichrichten und verstärken.
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Der Nachteil dieser Schaltanordnungen liegt darin, daß durch eine
fehlerhafte Gleichspannung am Eingang oder durch den Ausfall eines der Bauelemente
ein unzulässiges Gleichstromsignal am Ausgang erzeugt wird. Jeder Fehler in einer
Schaltanordnung muß aber z. B. gemäß der aus Sicherheitsgründen häufig verwendeten
"fail-safe-approach"-Technik (Abschaltsicherung) zum Abschalten der Ausgangsgleichspannung
fuhren.
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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen fehlersicheren
Ausgabeverstärker zu schaffen, dessen Ausgangsgleichspannung beim Auftreten eines
Eingangsgleichspannungssignals oder eines Bauelementefehlers mit Sicherheit auf
OV zurückgeht.
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Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe besteht darin, daß ein Wechselspannungseingangssignal
über einen Eingangsübertrager und eine an sich bekannte Gleichrichterschaltung gleichgerichtet
und geglättet als Versorgungsspannung der Kollektor-Vorstufe des Gegentaktzerhackers
zugeführt wird, dergestalt, daß der Gegentaktzerhacker aus Kollektorvorstufe, Treiberstufe,
Zwischenübertrager, Leistungsverstärkerstufe und Ausgangs- und Gegentaktübertrager
eine Wechselspannung erzeugt, die von einer an sich bekannten Ausgangsgleichrichterschaltung
gleichgerichtet und geglättet wird und daß bei unzulässigem Stromanstieg infolge
eines Ausfalls einer der Transistoren in Kollektor-Vorstufe und Treiberstufe der
Zwischenübertrager und in der Leistungsverstärkerstufe der Ausgangs- und Gegentaktübertrager
in die Sättigung gerät und damit keine Spannung mehr induzierbar ist.
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Die Vorteile der Erfindung bestehen darin, daß durch die Übertrager
grundsätzlich keine Gleichspannung auf den Ausgang des Verstärkers übertragen werden
kann, und daß beim
Ausfall eines der Transistoren infolge Durchlegierens
der dadurch häufig entstehende gefährlich hohe Strom die Ubertrager in die Sättigung
steuert. Damit wird die Induktion von Spannungen an-den Ubertragern verhindert,
so daß auch jede Schwingung unterbrochen wird. Der Ausgang des Verstärkers geht
also mit Sicherheit nach OV, sobald eine Gleichspannung am Eingang oder ein Bauteilefehler
vorliegt.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung erläutert.
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J s Die Schaltung nach Fig. 1 zeigt den Ausgabeverstärker mit Eingangsübertrager
1, Gleichrichterschaltung 2, 3, 4, 5, Gegentaktzerhacker 7, 8, 9, lo, 11 und den
Ausgangsgleichrichter 12.
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Wird am Eingang des Eingangsübertragers 1 eine Wechselspannung angelegt
und durch die Gleichrichter 2, 3 gleichgerichtet und über die Zenerdiode 4 und den
Kondensator 5 geglättet, ist damit die Versorgungsspannung für die Kollektor-Vorstufe
7 gegeben. Die Widerstände 13 und 14 dienen der Einstellung des richtigen Arbeitspunktes
an der Kollektor-Vorstufe 7 des Gegentaktzerhackers 6. Die Kapazität 15 ist nur
als Anschwinghilfe vorgesehen.
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Die Schwingstufe des Gegentaktzerhackers ist wesentlich durch die
Kollektor-Vorstufe 7 gegeben, während die Treiberstufe 8 und die Leistungsverstärkerstufe
1o zur Verstärkung der an den Transistoren der Kollektor-Vorstufe entstandenen Gegentaktspannungsimpulse
verwendet werden.
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Bei anliegender Betriebsspannung U3 an den Verstärkerstufen und einer
Versorgungsspannung an der Kollektor-Vorstufe 7 infolge einer Wechselstromeingangsspannung
am Eingangsübertrager 1 schaltet einer der beiden Transistoren 16 oder 17 zuerst
durch.
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Zur Erläuterung nehmen wir an, daß der Transistor 16 zuerst durchgeschaltet
habe; Durch den Stromanstieg steigt die Spannung am Emitterwiderstand, derzufolge
der Transistor 18 der Treiberstufe 8 ebenfalls durchgesteuert wird.
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Es erfolgt ein Stromanstieg am Zwischenübertrager und ein dadurch
induzierter Spannungsimpuls an der Basis des Transistors 20 in der Leistungsverstärkerstufe
10. Dieser Spannungsimpuls gelangt durch den Transistor 20 kräftig verstärkt über
den Ausgangsübertrager 11 auf die Gleichrichterschaltung 12. An der negativen Flanke
des Spannungsimpulses wird in den Wicklungen 22 und 23 des Ausgangs- und Gegenkopplungsübertragers
11 je ein Spannungsimpuls induziert, die den Transistor 16 (den jeweils leitenden
Transistor) sperren und den Transistor 17 (den Jeweils vorher gesperrten Transistor)
durchschalten. Der beschriebene Vorgang wiederholt sich von Transistor 17 der Kollektor-Vorstufe
7 ausgehend.
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Kollektor-Vorstufe 7, Treiberstufe 8 und Leistungsverstärker 1o erzeugen
im Gegentakt solange eine rechteckige und symmetrische Wechselspannung am Ausgangsgleichrichter
12, bis a) die Eingangswechselspannung abgeschaltet wird, b) die Eingangswechselspannung
durch eine Gleichspannung ersetzt wird, c) die Betriebsspannung U3 der Verstärkerstufen
ausfällt, d) ein Bauelement, z. B. ein Transistor, ausfällt.
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Ein Abschalten der Eingangswechselspannung oder eine Eingangsgleichspannung
unterbricht in jedem Fall die Versorgungsspannung der Kollektor-Vorstufe 7 des Gegentaktzerhackers
6.
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Ein Aussetzen der Betriebsspannung U3 an den Verstärkerstufen verhindert
die Weitergabe der Spannungsimpulse über die Übertrager 9-und 11. Der Zwischenübertrager
9 hat zusätzlich noch die Aufgabe der galvanischen Trennung zwischen Treiberstufe
8 und Leistungsverstärkerstufe 9.
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Hierdurch wird bei Defekten an den Transistoren 18 und 19, z. B. bei
Kurzschluß zwischen Basis und Kollektor bei gleichzeitiger Unterbrechung der Emitterstrecke,
verhindert, daß die Spannungsimpulse der Kollektor-Vorstufe 7 an die Basis der Transistoren
20 und 21 gelangen können. Damit wird die Schwingung bei Ausfall von Transistoren
der Treiberstufe 8 und beim Abschalten der mingangswechselspannung mit Sicherheit
beendet. Bei Defekten an den Leistungstransistoren wird im ungünstigsten Fall der
Ausgangs- und Gegentaktübertrager 11 in die Sättigung gesteuert (wie eventuell auch
der Zwischenübertrager 9). Damit wird eine Gegenkopplung und eine Ubertragung auf
den Ausgang unmöglich.
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Der Ausgangsgleichrichter findet somit in den beschriebenen Fällen
keine Wechselspannung mehr, da die Schwingung des Gegentaktzerhackers unterbrochen
wurde.
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Im Betriebszustand bei anliegender Eingangswechselspannung wird dagegen
die rechteckförmige und symmetrische Wechselspannung zu einer leistungsstarken Gleichspannung
durch die Gleichrichterschaltung 12 gleichgerichtet und geglättet. Die Kapazität
24 schließt dabei mögliche, die Leistungsstufe gefährdende, Spannungsspitzen kurz.