DE1245429B - Verstaerkerschaltung mit zwei Transistoren, deren Emitter-Kollektor-Strecken in Reihe an die Speisespannung angeschlossen sind - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

H03f

Deutsche Kl.: 21 a2-18/08

Nummer: 1245 429

Aktenzeichen: N 26895 VIII a/21 a2

Anmeldetag: 16. Juni 1965

Auslegetag: 27. Juli 1967

Verstärkerschaltung mit zwei Transistoren, deren Emitter-Kollektor-Strecken in Reihe an die Speisespannung angeschlossen sind

Anmelder:

N. V. Philips' Gloeilampenf abrieken, Eindhoven (Niederlande)

Vertreter:

Dipl.-Ing. E.-E. Walther, Patentanwalt, Hamburg 1, Mönckebergstr. 7

Als Erfinder benannt:

Edmond de Niet, Eindhoven (Niederlande)

Beanspruchte Priorität:

Niederlande vom 20. Juni 1964 (6 407 073) - -

Die Erfindung betrifft eine Verstärkerschaltung mit zwei Transistoren, deren Emitter-Kollektor-Strecken in Reihe mit einer zwischen der Kollektorelektrode des ersten Transistors und der Emitterelektrode des zweiten Transistors liegenden Diode an die Speisespannung angeschlossen sind, wobei ein Steuersignal an der Basiselektrode des ersten Transistors angelegt und eine Belastung mit der Emitterelektrode des zweiten Transistors verbunden wird und wobei weiter die Kollektorelektrode des ersten Transistors zusammen mit der Basiselektrode des zweiten Transistors mit einem Ende eines gemeinsamen Widerstandes verbunden sind.

Solche Schaltungen rinden z. B. Anwendung als Gegentaktverstärker elektrischer Signale mit einem transformatorlosen Ausgang (single-ended push-pull). Sie sind aber auch als Steuerschaltungen von Elektromotoren von Relais verwendbar, bei denen der Strom bzw. die Stromumkehrung durch eine Belastung eine wesentliche Rolle spielt. Bei diesen Schaltungen han- ao

delt es sich um die Umsetzung von Gleichspannungs-

energie der Speisung in Niederfrequenzenergie des 2

Signals mit maximaler Ausbeute.

Insbesondere sind die beiden Transistoren in ihrem Widerstand ein Signalstrom, der vom ersten Trannichtlinearen Arbeitsbereich, und zwar als Schalter, 25 sistor geliefert wird. Der Strom durch diesen Widerverwendbar, da die Verluste im Transistor im einge- stand ergibt in bekannten Schaltungen eine beträchtschalteten Zustand besonders niedrig sind (Klasse-D- liehe Herabsetzung der Nutzleistung. Die Erfindung Verstärker). bezweckt, eine Anordnung zu schaffen, bei der die

In bekannten Schaltungen liegt in Reihe mit beiden richtigen Vorspannungen über den gemeinsamen Transistoren eine Diode, um die Leerlaufströme 30 Widerstand an der Basiselektrode des zweiten Trandurch die Transistoren einander ganz ungleich zu machen, damit der Gesamtstromverbrauch minimal ist. Die erwähnte Diode dient auch dazu, das Eintreten eines Zustandes zu verhüten, in dem beide Transistoren in Reihe kurze Augenblicke gleichzeitig 35 stromleitend sind. Hierdurch ist der gefürchtete Kurzschluß der Speisung nicht mehr möglich, da der Zustand des zweiten Transistors vollständig durch den Zustand des ersten Transistors vorgeschrieben wird.

Ein Nachteil dieser Schaltung sind die auftretenden 40 quenzimpedanz aufgenommen ist, mit der eine Energieverluste. Ist der erste Transistor nämlich ge- Gleichrichterschaltung verbunden ist, die über den sperrt, so muß zur Gesamtaussteuerung des zweiten Transistors die Basis-Emitter-Spannung negativer sein als die Kollektor-Emitter-Spannung. Dazu muß der erwähnte gemeinsame Widerstand mit einem 45 Punkt der Speisequelle verbunden werden, der eine höhere negative Spannung hat als die Spannung an der Kollektorelektrode dieses Transistors. Außerdem muß dieser Widerstand ausreichend niedriger gewählt werden, um den für diese Aussteuerung erforder- 50

sistors und an der Kollektorelektrode des ersten Transistors bzw. an der Diode in solcher Weise erhalten werden, daß eine höhere Nutzleistung erzielt wird.

Dabei wird dem Eingang des ersten Transistors ein Hoch- und Niederfrequenzkomponenten enthaltendes Eingangssignal zugeführt und erfindungsgemäß werden die obenerwähnten Energieverluste dadurch vermieden, daß in dem Belastungskreis eine Hochfre-

lichen Basisstrom zu erhalten. Im gesperrten Zustand des zweiten Transistors fließt durch den gemeinsamen

Widerstand eine Vorspannung für die Basiselektrode des zweiten Transistors und die Kollektorelektrode des ersten Transistors erzeugt.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert. In

F i g. 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel und in

Fig.2 ein zweites Ausführungsbeispiel nach der Erfindung dargestellt.

Die Steuersignale werden über den Trennkondensator C₁ der Basiselektrode 6 eines Transistors T₁ zugeführt, dessen Emitterelektrode 5 an der Klemme 12

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einer Speisespannungsquelle liegt und dessen Kollek- durch tritt kein Stromverlust über dem Widertorelektrode 4 mit einer Elektrode einer Diode d_x stand R₂ auf, im Gegensatz zu den bekannten Schalverbunden ist. Die andere Elektrode der Diode d_x ist tungen, bei denen der Widerstand R₂ an eine negative mit der Emitterelektrode 2 eines Transistors T₂ ver- Klemme der Speisequelle angeschlossen ist.
bunden, und die Kollektorelektrode des Transi- 5 Der Kondensator C₂ der Gleichrichterschaltung stors T₂ liegt an der anderen Klemme 13 der Speise- wird in diesem Zustand an der Seite 7 des Widerstanspannungsquelle. Die Basiselektrode 3 des Transi- des R₂ negativ aufgeladen. Auf diese Weise erfolgt stors T₂ und die Kollektorelektrode 4 des Transi- die Umsetzung der Speisequellenenergie in die Niestors T₁ sind mit einem Ende eines Widerstandes R₂ derfrequenzenergie bei diesem Zustand der Schaltung verbunden. io mit hoher Nutzwirkung.

Ein Belastungskreis, in den B_x und B₂ als BeIa- Wird der Transistor T₁ darauf gesperrt, so wird

stung aufgenommen sind, liegt in Reihe mit einem auch die Diode d_x gesperrt, da in diesem Augenblick

Entkopplungskondensator C₃ zwischen der Emitter- die Spannung an der Anode dieser Diode durch die

elektrode 2 des Transistors T₂ und der Emitterelek- angebotene negative Spannung über den Wider-

trode 5 des Transistors T₁. 15 stand R₂ bedingt wird. Diese angebotene Spannung

Das Ende 7 des Widerstandes R₂ ist mit einer aus ist die negative Gleichrichterspannung der an den einem Kondensator C₂ und einer Diode d₂ bestehen- Belastungskreis angeschlossenen, den Kondensaden Gleichrichterschaltung verbunden, deren Enden 8 tor C₂ und der Diode d₂ enthaltenden Gleichrichterbzw. 9 an den Belastungskreis angeschlossen sind. schaltung.

Die Basiselektrode 6 des Transistors T₁ liegt über 20 Die im Steuersignal vorhandenen Hochfrequenzden Widerstand A₄ über die Klemme 11 an der komponenten geben im Belastungskreis über die BeSpeisespannung, derart, daß die Basiselektrode des lastung bzw. einen Teil derselben eine Hochfrequenz-Transistors T₁ bei Abwesenheit eines Signals stets spannung ab, deren negative Spitzen von der an den gegenüber der Emitterelektrode des Transistors T₁ Belastungskreis angeschlossenen Gleichrichterschalgesperrt ist. Die Transistoren T₁ und T₂ sind Grenz- 25 tung gleichgerichtet werden. Die Spannung am Schichttransistoren von gleichem Leitungstyp, in die- Ende 7 des gemeinsamen Widerstandes wird dann sem Beispiel vom pnp-Typ. durch diese negative gleichgerichtete Spannung und

Die Wirkungsweise der Schaltung ist wie folgt: In die am Kondensator noch vorhandene negative Span-

Fig. 1 ist an der Basiselektrode des ersten Tran- nung bedingt. Durch geeignete Wahl der Lage des

sistors eine Wechselspannung angelegt, die aus einer 30 Anschlußpunktes der Gleichrichterschaltung mit dem

Überlagerung von Hochfrequenz- und Niederfre- Belastungskreis und des Wertes des Widerstandes R₂

quenzkomponenten besteht. Die Niederfrequenzkom- kann diese negative Spannung derart gewählt werden,

ponenten müssen an die Belastung abgegeben wer- daß die Spannung am Basis-Emitter-Übergang des

den. Die positiven und negativen Spitzen der ange- zweiten Transistors T₂ soviel negativer ist als die

botenen Wechselspannung steuern den ersten Tran- 35 Spannung zwischen seiner Kollektorelektrode und

sistor T₁, der hierdurch abwechselnd gesperrt und Emitterelektrode, daß dieser Transistor in die Sätti-

stromleitend ist. Der Leitungszustand des ersten gung ausgesteuert wird. Durch diese Spannung ist die

Transistors T₁ bedingt über die Diode ^₁ den Lei- Diode ^₁ in diesem Zustand also gesperrt. Folglich

tungszustand des zweiten Transistors T₂. Der Tran- fließt der Strom von der dann positiv geladenen Seite

sistor T₂ ist stromleitend, wenn der Transistor T₁ ge- 40 16 des Kondensators C₃ durch die Belastung und un-

sperrt ist und umgekehrt. Auf diese Weise wird stets mittelbar über den stromleitenden Transistor T₂ zur

über den leitenden Transistor die positive Klemme 12 negativen Klemme 13 der Speisequelle. Der Strom

bzw. die negative Klemme 13 der Speisespannungs- durchläuft dann die Belastung in entgegengesetzter

quelle mit dem Belastungskreis verbunden. Die Rieh- Richtung, wie oben beschrieben,

tung des durch die Belastung fließenden Stromes wird 45 Da hier also die gewünschte Spannung an der

daher durch das Vorzeichen der Steuersignale an der Basiselektrode des Transistors T₂ und auch die Sperr-

Basiselektrode des ersten Transistors T₁ bedingt. spannung für die Diode d₁ durch die vorhandenen

Es sei angenommen, daß der Transistors T₁ strom- Hochfrequenzkomponenten des Signals geliefert werleitend ist. Der Strom fließt dann von der positiven den, erfolgt wieder die Umsetzung der Speisequellen-Klemme 12 der Speisespannungsquelle über diesen 50 energie in die Niederfrequenzenergie mit hoher Nutz-Transistor und die Diode d_v die auch leitend ist, zur wirkung.

Belastung, wenn am Kondensator C₃ eine ausrei- Im Belastungskreis kann die Belastung B₁, B₂, z. B. chend große negative Ladung vorhanden ist. Der ein Lautsprecher, in einen Widerstand B₂ und eine Kondensator C₃ besitzt diese Ladung noch vom vor- Spule B₁ geteilt gedacht werden. Wenn die Hochfrehergehenden Zustand der Anordnung, bei dem der 55 quenzkomponente eine ausreichend hohe Frequenz Strom in umgekehrter Richtung fließt. Um zu bewir- enthält, reicht diese Spule bereits aus, um als Hochken, daß der Kondensator C₃ auch beim Inbetrieb- frequenzdrosselspule zusammen mit der vorhandenen setzen der Anordnung geladen ist, ist dieser Konden- Ladung auf C₂ die gewünschte negative Spannung sator über einen hochohmigen Widerstand A₃ an die über die Gleichrichterschaltung an die Basiselektrode negative Seite der Speisequelle angeschlossen. 60 des Transistors T₂ und die Emitterelektrode der

Bei diesem leitenden Zustand des Transistors T₁ Diode d_x bzw. die Kollektorelektrode des Transi-

ist infolge des Spannungsabfalls an der leitenden stors T_x abzugeben.

Diode d_x die Spannung an der Basiselektrode des Im Falle eines Klasse-D-Verstärkers (F i g. 2) sind

zweiten Transistors T₂ positiv gegenüber seiner Emit- die Steuersignale impulsförmig, und die Niederfre-

terelektrode, so daß dieser Transistor gesperrt ist. 65 quenzkomponente wird als eine Impulsbreitenmodu-

Der von der Kollektorelektrode des Transistors T₁ lation zugeführt. Diese Impulse werden über ein

her durch den Widerstand R₂ fließende Strom gelangt Differenzierungsnetzwerk, das aus der Parallelschal-

über die Diode d._z auch in den Belastungskreis. Hier- tung eines Widerstandes A₁ und eines Kondensa-

Claims (4)

tors C5 besteht, der Basiselektrode des Transistors T1 zugeführt, so daß die Schaltmomente für den leitenden und gesperrten Zustand des Transistors T1 bzw. des Transistors T2 zeitlich festliegen. Die Grundwelle dieser angebotenen Impulse kann aus einem Schwingungskreis 17, der auf diese Grundwelle abgestimmt und in Reihe mit der Belastung geschaltet ist, der Gleichrichterschaltung mit dem Kondensator C2 und der Diode d2 zugeführt werden, so daß die erforderliche Spannung für die Basiselektrode des Transistors T2 und die Anode der Diode ^1 bzw. die Kollektorelektrode des Transistors T1 entsteht. In obenstehenden Schaltungen kann schließlich die Hochfrequenzenergie im Belastungskreis noch dazu verwendet werden, die positive Spannung an der Klemme 11 für die Basisspannung des ersten Transistors T1 zu liefern. Dazu kann eine Kopplungswicklung 18 bei der Drosselspule JS1 oder dem Schwingungskreis 17 (s. F i g. 2) angebracht werden, worauf von einer eine Diode d± und einen Kondensator C4 enthaltenen Gleichrichterschaltung in Reihe mit dieser Wicklung die Spannung für die Klemme 11 über die Leitung 19 abgegriffen wird. Die Speisequelle braucht dann keine zusätzliche positive Spannung zu liefern, welche die an die Klemme 12 abgegebene Spannung überschreitet. Patentansprüche:

1. Verstärkerschaltung mit zwei Transistoren, deren Emitter-Kollektor-Strecken in Reihe mit einer zwischen der Kollektorelektrode des ersten Transistors und der Emitterelektrode des zweiten Transistors liegenden Diode an die Speisespannung angeschlossen sind, wobei die Basiselektrode des ersten Transistors von einem Hoch- und Niederfrequenzkomponenten enthaltenden Eingangssignal angesteuert ist und ein Belastungskreis, in dem Hoch- und Niederfrequenzkomponenten auftreten, mit der Emitterelektrode des zweiten Transistors verbunden ist und wobei die Kollektorelektrode des ersten Transistors und die Basiselektrode des zweiten Transistors mit dem einen Ende eines Widerstandes verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Belastungskreis (B₁, J?₂) eine Hochfrequenzimpedanz (B₁ bzw. 17) aufgenommen ist, mit der eine Gleichrichterschaltung verbunden ist, die über den Widerstand (R₂) eine Vorspannung für die Basiselektrode des "zweiten Transistors (T₂) und die Kollektorelektrode des ersten Transistors (T₁) erzeugt.

2. Verstärkerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichrichterschaltung (C₂, d₂) an einen abgestimmten Kreis (17) im Belastungskreis (B_vB_t) angeschlossen ist.

3. Verstärkerschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochfrequenzimpedanz (17) mit einer zweiten Gleichrichterschaltung mit dem Kondensator (C₄) und der Diode (<2₄) gekoppelt ist, damit der Basiselektrode (6) des ersten Transistors (T₁) eine Vorspannung zugeführt wird.

4. Verstärkerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß diese ein D-Verstärker ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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