DE2905659A1

DE2905659A1 - Gegentakt-verstaerkerkreis

Info

Publication number: DE2905659A1
Application number: DE19792905659
Authority: DE
Inventors: Yoshihiro Kawanabe
Original assignee: Pioneer Electronic Corp
Current assignee: Pioneer Corp
Priority date: 1978-02-17
Filing date: 1979-02-14
Publication date: 1979-08-23
Also published as: DE2905659B2; US4254379A; GB2014815A; GB2014815B; JPS6023528B2; DE2905659C3; JPS54110767A

Description

HOFFMANN · JEITL.15 & PARTNER ; C Ü 5 B 5

PATENTANWÄLTE ~ " DR. ING. E. HOFFMANN (1930-1976) · D I PL.-I N G. W. E ITLE · D R. R E R. N AT. K. H O F FMAN N · D I PL.-I N G. W. IE K N

DIPL.-ING. K.FOCHSLE · DR. RER. NAT. B. HANSEN ARABELLASTRASSE 4 (STERNHAUS) · D-8000 MO N CH E N 81 · TE LE FO N (089) 911087 · TE LEX 05-29619 (PATH E)

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Pioneer Electronic Corporation, Tokyo / Japan

Gegentakt-Verstärkerkreis

Die Erfindung bezieht sich auf einen Gegentakt-Verstärkerkreis, der sich als Leistungsverstärker für Tonfrequenzanordnungen und dergleichen eignet.

Ein grundlegender Aspekt eines derartigen Verstärkers ist ein Gegentakt-Verstärkerkreis der Klasse A oder B. Bei einem A-Gegentaktverstärker erfolgt der Betrieb eines Paars Ausgangstransistoren ständig in den aktiven Bereichen und wird niemals in die'abgeschalteten Bereiche versetzt. Daher ist ein A-Gegentaktverstärker vorteilhaft, da keine Schaltverzerrung erfolgt, wobei jedoch der Nachteil vorhanden ist, daß die Verlustwärme infolge des verhältnismäßig großen benötigten Vorspannungsctrcir.es erhöht ist. Andererseits hat der B-Gegentaktverstärker den Vorteil eines geringeren Vorspannungsstromes, womit die Verlustwärme verringert wird. Jedoch ist er nachteilig infolge der Schaltverzerrung, die vorhanden"¹ ist, da ein Paar Ausgangstransistoren betrieben werden, indem abwechselnd ihr Betriebszustand in den aktiven und abgeschalteten Betrieb gebracht wird.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorausgehend erwähnten Nachteile bekannter Verstärker zu beseitigen.

Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Gegentakt-Verstärkerkreis zu schaffen, bei welchem die bei A- und B-Gegentaktverstärkerkreisen auftretenden Schwierigkeiten beseitigt sind, die Verlustwärme niedrig ist und keine Schaltverzerrung auftritt.

Diese der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird durch die Anordnung eines Gegentakt-Verstärkerkreises gelöst, die einen ersten und zweiten Ausgangstransistor aufweist, dessen Emitter jeweils über einen Widerstand an einen gemeinsamen Ausgangspunkt geführt sind, wobei Basis-Vorspannungskreise zwischen den Basen des ersten und zweiten Ausgangstransistors zur Durchführung der Gegentaktarbeitsweise liegen. Die Basis-Vorspannungsschaltungen enthalten ein erstes und zweites Stromfühlerelement zum Abfühlen der Ströme des ersten und zweiten Ausgangstransistors, eine erste und zweite Einrichtung zur Erzeugung einer veränderlichen Vorspannung, wobei diese Einrichtungen durch das erste und zweite Stromfühlerelement gesteuert werden, sowie Bezugsspannungs-Erzeugereinrichtungen. Der Betrieb des ersten und zweiten Ausgangstransistors erfolgt ständig im aktiven Bereich.

Die Erfindung ist im folgenden anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein Schaltbild einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Gegentakt-Verstärkerkreises,

Fig. 2 eine Kennlinie eines Transistors,

Fig. 3 ein Diagramm der Wellenformen des Ausgangstransistorstromes, und

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Fig. 4a und 4b Schaltkreise weiterer Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Gegentakt-Verstärkerkreises.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nunmehr in Verbindung mit den anliegenden Zeichnungen beschrieben.

Fig. 1 stellt eine erste Ausführungsform der Erfindung dar. Ein NPN-Ausgangstransistor Q₁ und ein PNP-Ausgangstransistor Q₂ sind mit ihren Emittern jeweils über einen Widerstand R₁ und R_ an einen Ausgangspunkt 0 und eine Last R^ angeschlossen, die beispielsweise aus einem mit dem Ausgangspunkt 0 verbundenen Lautsprecher besteht. Die Last IL· wird durch ein Ausgangssignal betrieben, das durch die Ausgangstransistoren Q₁ und Q₂ verstärkt wird.

Zwischen den Basen der beiden Transistoren Q₁ und Q₂ ist eine Basis-vorspannungsschaltung angeschlossen, die einen NPN-Transistor Q, enthält, einen Spannungsregelwiderstand R₇ zur Lieferung einer Bezugsvorspannung und einen PNP-Transistor Q-, die aufeinanderfolgend in der angegebenen Reihenfolge verbunden sind. Aus einer Konstantstromquelle I₁ wird die Basisvorspannungsschaltung mit Strom versorgt und ein Eingangssignal wird der Schaltung durch einen Eingangstransistor Q₇ zugeführt. Die Transistoren Q und Q₄ sind Einrichtungen zur Erzeugung einer veränderlichen Vorspannung. Die Kollektoren der Transistoren Q- und Q₄ sind jeweils mit den Basen der Transistoren Q₁ und Q₂ verbunden und die Emitter sind an die beiden Klemmen des Widerstands R₇ angeschlossen.

Transistoren Q₅ und Q, sind zwischen den Transistoren Q- und Q^ und den Transistoren Q₁ und Q- und dem Ausgangspunkt 0 angeordnet. Insbesondere ist der Emitter des NPN-Tr ans is tors Q₅ über einen Widerstand R₅ mit der Basis des Transistors Q₁ verbunden und ferner mit der Basis des Transistors Q₃. Der Kollektor des Transistors Q₅ ist unmittelbar mit dem Emitter des Transistors Q₃

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verbunden und die Basis des Transistors Q₅ ist über einen Widerstand R- an den Ausgangspunkt 0 angeschlossen.

Der Emitter des NPN-Transistors Q₆ ist über einen Widerstand

R- an die Basis des Transistors Q-, angeschlossen und ferner b £

mit der Basis des Transistors Q₄ verbunden, während der Kollektor des Transistors Q₆ mit dem Emitter des Transistors Q, in Verbindung steht. Ferner ist die Basis des Transistors Qg über einen Widerstand R. mit dem Ausgangspunkt 0 verbunden. Ströme der Konstant-Stromquellen I_ und I-. werden jeweils den Widerständen R., und R. zugeführt, so daß konstante Spannungen bezogen auf den Ausgangspunkt 0 an die Basen der Transistoren Q₅ und Q_fi gelegt werden.

Die Transistoren Q₅ und Q₆ sind derart eingestellt, daß ihre Betriebspunkte sich am Punkt A in der in Fig. 2 dargestellten Kennlinie befinden, wenn an ihnen kein Signal anliegt (was anschließend als signalfreie Zeit bezeichnet wird). Daher sind die Kollektorströme der Transistoren Q_ und Q,, in der signal-

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freien Zeit sehr klein und damit < oenfalls die Spannungsabfälle an den Widerständen R_c und R... Somit wird die Spannung zwischen den Basen der Transistoren Q₁ und 0~ durch die Basis-Emit ter-Spannungen der Transistors! Q₃ und Q und eine am Widerstand R₇ liegende Spannung bestimmt.

Wird somit ein Signal über den Eingangstransistor Q₇ zugeführt, damit das Potential am Ausgangspunkt 0 entsprechend dem Eingangssignalzustand gegen die positive Seite hin versetzt wird, so fließt ein Strom in Vorwärtsrichtung im Ausgangstransistor Q₁. Daher wird die Spannung zwischen der Basis des Transistors Q₁ und dem Ausgangspunkt 0 erhöht. Diese Spannungserhöhung wird durch den Transistor Q^ ermittelt, so daß ein Kollektorstrom im Transistor Q₅ fließt. Dabei wird bei den ausreichend hohen Stromverstärkungsfaktoren der Transistoren ein größerer Teil des im Widerstand R₅ fließenden Stromes der Kollektorstrom des

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Transistors Q₁-. Der Strom im Widerstand R₇ wird so groß wie jener in der signalfreien Zeit und die Spannung zwischen den Kollektoren der Transistoren Q₅ und Q. wird auf einem Wert gehalten, der so groß ist wie jener der signalfreien Zeit.

Andererseits wird der Betriebspunkt des Transistors Q₁. vom Punkt A in der in Fig. 2 dargestellten Kennlinie zum Punkt B verschoben. In diesem Falle ist die Änderung das Basis-Emitter-Spannung äußerst gering und die Basis-Kollektor-Spannung des Transistors Q₅ entspricht im wesentlichen jener der signalfreien Zeit. Der Strom von der Konstant-Stromquelle I- wird dem Widerstand R, zugeführt, und der Spannungsabfall am Widerstand R wird daher ständig konstant gehalten. Somit ist die Basisspannung des Ausgangstransistors Q-. und Q2 gegenüber dem Ausgangspunkt 0 im wesentlichen auf dem gleichen Wert wie in der signalfreien Zeit und der Ausgangstransistor Q₂ wird daher nicht abgeschaltet.

In einem Fall, wo das Potential am Ausgangspunkt entsprechend dem Eingangssignalzustand, gegen die negative Seite zu versetzt wird, wird der Ausgangstransistor Q₁ ähnlich wie im vorausgehend erwähnten Fall nicht abgeschaltet.

Daher v/eist der Strom des Ausgangstrarisistors Q₁ , welcher die Kennlinie 1 nach Fig. 3 hat, und der Strom des Ausgangstransistors Q2, der die Kennlinie 2 hat, niemals den Wert 0 auf, wie dies durch die voll ausgezogenen Linien dargestellt ist und die Transistoren arbeiten in den aktiven Bereichen. Ferner ist in der signalfreien Zeit der Leerlaufstrom kleiner als für den Leerlaufstrom eines A-Gegentakt-Verstärkerkreises zulässig wäre. Die in Fig. 3 gestrichelt eingetragenen Linien stellen die Stromwellenformen eines üblichen B-Gegentakt-Verstärkerkreises dar. Es ist leicht ersichtlich, daß., die Ströme der beiden Ausgangstransistoren für einige Zeitabschnitte den Wert 0 aufweisen und die Ausgangstransistoren abwechselnd abgeschaltet werden. Die Kurven 3 und 3' sind die Leerlaufstromwellenfornien

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während der signalfreien Zeit.

Die Fig. 4a und 4b zeigen jeweils eine zweite und dritte Ausführungsform der Erfindung. Der Gegentakt-Verstärkerkreis gemäß Fig. 4a wird erhalten, indem die in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform in eine in der Praxis brauchbarere Form abgeändert wird. Bei dieser Ausführung liegt eine Diode D-j, die eine Konstantspannung liefert, zusätzlich zwischen den Emittern der Transistoren Q^ und Q^, und Dioden D. und D2 .zur Erzeugung von Konstantspannungen sind zusätzlich zwischen den Basen der Transistoren Qc und Q_fi und dem Ausgangspunkt 0 angeordnet. Transistoren Qg und Q„ und Widerstände R_R und R_ sind mit den Ausgangstransistoren Q und Q₂ jeweils in einer Darlington-Schaltung verbunden.

In Fig. 4b, die die dritte Ausführungsform darstellt, wird ein N-Kanal-Feldeffekttransistor Q ' anstelle des nach Fig. 1 verwendeten NPN-Ausgangstransistors Q₁ verwendet, und ein P-Kanal-Feldeffekttransistor Q ' wird anstelle des PNP-Ausgangstransistors Q₂ eingesetzt. Der Gegentakt-Verstärkerkreis arbeitet auf gleiche Weise.

Wie aus der vorausgehenden Beschreibung hervorgeht, wird erfindungsgemäß der Betrieb der Ausgangstransistoren Q₁ und Q in den aktiven Bereichen ständig durchgeführt, und wird niemals in abgeschaltete Bereiche versetzt. Daher tritt beim erfindungsgemäßen Gegentakt-Verstärkerkreis keine Schaltverzerrung auf, die bei B-Gegentaktverstärkern vorliegen kann. Ferner können die Vorspannungsströme kleiner gemacht werden, als bei einem A-Gegentakt-Verstärkcrkrcis, -«emit eine Verringerung der Verlustwärme erreicht wird. Abänderungen der Erfindung bezüglich aller Ausgangsverstärkerkreis sind im Rahmen der Erfindung möglich, ohne vom Grundgedanken derselben abzuweichen.

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Zusammenfassend wird durch die Erfindung ein Gegentakt-Verstärkerkreis geschaffen, der einen ersten und zweiten Ausgangstransistor aufweist, dessen Emitter jeweils über einen Widerstand an einen gemeinsamen Ausgangspunkt angeschlossen sind, wobei Basis-Vorspannungsschaltungen zwischen den Basen des ersten und zweiten Ausgangstransistors zur Durchführung des Gegentaktbetriebes angeordnet sind. Die Basis-Vorspannungsschaltungen enthalten ein erstes und ein zweites Stromfühlerelement zur Ermittlung der Störme des ersten und zweiten Ausgangstransistors, wobei ein erste und zweite Einrichtung zur Erzeugung einer veränderlichen Vorspannung durch das erste und zweite Stromfühlerelement und Bezugsspannungserzeugereinrichtungen gesteuert werden. Der Betrieb des ersten und zweiten Ausgangstransistors erfolgt ständig in den aktiven Bereichen.

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Claims

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Gegentakt-Verstärkerkreis

Patentansprüche

C\y Gegentakt-Verstärkerkreis mit einem ersten und einem zweiten Ausgangstransistor, dessen Emitter jeweils über einen ersten und zweiten Widerstand an einen gemeinsamen Ausgangspunkt angeschlossen sind, wobei Vorspannungsschaltungen zwischen den Basen des ersten und zweiten Transistors liegen, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannungsschaltung ein erstes und zweites Stromfühlerelement zur Ermittlung der Ströme des ersten und zweiten Ausgangstransistors (Q.. , Qp) aufweist, sowie eine erste und zweite Einrichtung (Q₃, Q.) zur Erzeugung einer veränderlichen Vorspannung, wobei diese Einrichtung durch das erste und zweite Stromfühlerelement gesteuert wird, und daß eine Bezugsspannungserzeugereinrichtung vorhanden ist.

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2. Gegentakt-Verstärkerkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Stromfühlerelement einen dritten Transistor (Q₅) enthält, dessen Emitter über einen dritten Widerstand (R₅) mit der Basis des ersten Ausgangstransistors (Q.) verbunden ist, und dessen Basis mit einer ersten Einrichtung (R-.) zur Erzeugung einer konstanten Spannung gegenüber dem Ausgangspunkt (0) verbunden ist, während das zweite Stromfühlerelement einen vierten Transistor (Qg) enthält, dessen Emitter über einen vierten Widerstand (R_fi) mit der Basis des zweiten Ausgangstransistors (Q₇) verbunden ist und dessen Basis mit einer zweiten Einrichtung (R₄) zur Erzeugung einer konstanten Spannung gegenüber dem Ausgangspunkt verbunden ist.
3. Gegentakt-Verstärkerkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Einrichtung zur Erzeugung einer veränderlichen Vorspannung (Q^) einen ersten Transistor enthält, dessen Kollektor mit der Basis des ersten Ausgangstransistors (Q₁) verbunden ist und dessen Basis mit dem Emitter eines dritten Transistors (Q₅) verbunden ist, der das erste Stromfühlerelement bildet, und daß die zweite Einrichtung zur Erzeugung einer veränderlichen Vorspannung (Q₄) einen sechsten Transistor aufweist, dessen Kollektor mit der Basis des zweiten Ausgangstransistors (Q₂) verbunden ist, und dessen Basis mit dem Emitter eines vierten Transistors (Qg) verbunden ist, der das zweite Stromfühlerelement bildet.
4. Gegentakt-Verstärkerkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und zweite Transistor jeweils vom NPN und PNP-Typ ist.

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5. Gegentakt-Verstärkerkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und zweite Transistor jeweils ein N-Kanal und ein P-Kanal Feldeffekttransistor ist.

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6. Gegentakt-Verstärkerkreis nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugsspannungserzeugereinrichtung (R₇) einen zur Spannungsregelung dienenden Widerstand enthält, der zwischen den Emittern der Transistoren liegt, die die erste und zweite Einrichtung zur Erzeugung einer veränderlichen Vorspannung bilden.
7. Gegentakt-Verstärkerkreis nach Anspruch 3 oder 6, gekennzeichnet durch eine erste Diode (D-,) , die zwischen den Emittern der Transistoren (Q₃, Q₄) liegt, die die erste und zweite Einrichtung zur Erzeugung einer veränderlichen Vorspannung bilden.
8. Gegentakt-Verstärkerkreis nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine zweite Diodenanordnung (D₁, D„), die zwischen den Basen der Transistoren (Qc-, Q_fi) liegt, die das erste und zweite Stromfühlerelement bilden.
9. Gegentakt-Verstärkerkreis nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine siebte und achte Transistoranordnung (Qo, Qg) deren Emitter jeweils mit den Basen des ersten und zweiten Ausgangstransistors (Q₁, Q₅) verbunden sind, um eine Darlington-Schaltung zu bilden.

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