DE2042751A1

DE2042751A1 - Verstarker mit einer Lastschutzschaltung

Info

Publication number: DE2042751A1
Application number: DE19702042751
Authority: DE
Inventors: Yoshiaki Tokio Haneda
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1969-08-28
Filing date: 1970-08-28
Publication date: 1971-03-04
Also published as: GB1298092A; NL7012745A; DE2042751C3; DE2042751B2; JPS5443345B1; FR2059403A5; NL159246B; US3659218A; CA923570A

Description

Verstärker mit einer Lastschutzschaltung

Die Erfindung betrifft einen Verstärker mit einer Lastschutzschaltung, insbesondere einen Gegentaktverstärker, dessen Stromversorgung durch gesonderte Spannungsquellen erfolgt.

In Audiosystemen verwendete übliche Verstärker, die keine Ausgangstransformatoren benutzen, sind meist als einfach abgeschlossene Gegentaktverstärker ausgebildet, die in der letzten Stufe zwei Transistor verwenden, die in Reihe an eine Stromquelle angeschaltet sind. Das Ausganssignal wird dem Lautsprecher vom Verstärker über einen Kondensator von verhältnismäßig großer Kapazität zugeführt. Diese Kondensatoren zwischen dem Verstärkeraus-· gang und dem Lautsprecher verhindern, daß die Gleichstrom-Vorspannung zum Lautsprecher gelangt. Die niedrigen Frequenzen des Tonsignales werden jedoch durch diesen Koppelkondensator beträchtlich gedämpft; im Bereich niedriger Tonfrequenzen erfolgt daher eine schlechte Wiedergabe durch den Lautsprecher.

Zur Vermeidung dieses mit einem Koppelkondensator verbundenen Nachteiles wurde bereits eine Schaltung mit zwei Stromquellen vorgeschlagen, bei der die Transistoren

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der letzten Stufe in Reihe geschaltet sind und mit positiven bzw. negativen Spannungen gespeist werden. Dadurch kann der Verbindungspunkt der Transistoren etwa auf Massepotential gehalten und der Lautsprecher direkt zwischen den Ausgang der Transistoren und Masse geschaltet werden. Bei einer solchen Ausführung liegen somit beide Anschlußpole des Lautsprechers auf demselben Gleichstrompotential; der Lautsprecher wird daher durch das Wechselstrom-Ausgangssignal des Verstärkers gespeist, ohne einer Gleichstrom-Vorspannung ausgesetzt zu sein; der Lautsprecher kann infolgedessen auch Signale sehr niedriger Frequenzen einwandfrei wiedergeben.

Wenn jedoch bei einer solchen Schaltung mit direkter Ankopplung des Lautsprechers durch eine Störung das Potential-Gleichgewicht am Verstärkerausgang verloren geht (beispielsweise durch den Kurzschluß eines Transistors oder durch eine zufällige Spannungsänderung einer der beiden Stromversorgungsquellen), so ändert sich das Potential am Verbindungspunkt zwischen den Transistoren der letzten Stufe gegenüber Massepotential. Der Lautsprecher erhält dann eine mehr oder weniger große Gleichstrom-Vorspannung und kann dadurch leicht erheblich beschädigt werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, für einen Verstärker mit direkt angekoppelter Last eine geeignete Lastschutzschaltung zu entwickeln.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Detektor zur Feststellung einer an die Last gelangenden unerwünschten Gleichspannung vorgesehen ist, ferner eine Schaltung zur Erzeugung eines Steuersignales in Abhängigkeit von einem Ausgangssignal des Detektors sowie ein durch dieses Steuersignal gesteuertes, mit der Ausgangsstufe des Verstärkers verbundenes Schaltelement

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zur Abschaltung der unerwünschten Gleichspannung von der Last.

Weitere Merkmale der Erfindung betreffen die Ausbildung einer solchen Lastschutzschaltung bei einem Gegentaktverstärker sowie bei einem Leistungsverstärker für Stereowiedergabegeräte.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung veranschaulicht. Es zeigen

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild der Erfindung;

Fig. 2 eine Prinzipdarstellung des bei der erfindungsgemäßen Schaltung verwendeten Gleichstrom-Gleichstrom- Wandlers;

Fig. 3 eine Schemadarstellung zur Erläuterung des

Schaltvorganges bei der Anordnung gemäß Fig. 1;

Fig. ¹J ein Schaltbild eines abgewandelten Ausführungsbeispieles i

Fig. 5 ein Schema zur Erläuterung des Schaltvorganges bei der Anordnung gemäß Fig. h.

Fig. 1 zeigt das Prinzipschaltbild eines bevorzugten Ausführungsbeispieles eines einfach abgeschlossenen, bzw. einseitig geerdeten Gegentaktverstärkers 1, der in einer Treiberstufe einen Transistor 2 enthält, dessen Basis 21 ein Eingangssignal zugeführt wird. Eine Stromversorgung B+ ist an die Kollektoren der Transistoren 3 und 5 und an die eine Seite eines Widerstandes R6 angeschlossen. Die andere Seite des Widerstandes R6 ist mit einer Anzahl von in Reihe geschalteten Dioden Dl verbunden. Der Kollektor des Transistors 2 ist mit dem anderen Anschluß der in

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Reihe liegenden Dioden Dl verbunden. Ein Widerstand R7 liegt zwischen dem Widerstand R6 und der Basis des Transistors 3. Ein Widerstand R8 ist zwischen den Kollektor des Transistors 2 und die Basis des Transistors 4 geschal-, tet. Zwei Widerstände Rl und R2 liegen in Reihe zwischen den Emittern der Transistoren 3 und H. Die Basis des Transistors 5 ist an den Emitter des Tranistors 3 angeschlossen; ein V/iderstand R4 liegt zwischen dem Emitter des Transistors 5 und einem Ausgangsanschluß P. Der Kollektor des Transistors 6 ist mit diesem Anschluß P verbunden, während der Emitter des Transistors 6 über einen Widerstand R5 an einem Stromanschluß B- liegt. Der Kollektor des Transistors ¹I ist über einen Widerstand R3 an diesen Stromanschluß B- angeschlossen. Der Emitter des Tranistors 2 ist über einen Widerstand R9 mit dem Anschluß B- verbunden. Der Verbindungspunkt zwischen den Widerständen Rl und R2 ist mit dem Ausgangsanschluß P verbunden, der an eine Seite der Spule 22 eines Lautsprechers SP angeschlossen ist. Die andere Seite der Spule 22 ist mit Masse verbunden. Ein Widerstand RIO und ein Kondensator Cl liegen parallel zur Spule 22. Der eine Eingangsanschluß eines Gleichstrom-Wandlerkreises 7 ist mit Masse und der andere mit dem Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand RIO und dem Kondensator Cl verbunden. Der Ausgang des Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlerkreises 7 ist an die Torelektrode eines gesteuerten Siliziumgleichrichters (im folgenden SCR abgekürzt) angeschlossen; der andere Ausgangsanschluß ist mit der Kathode dieses SCR verbunden. Die Anode einer Diode D2 ist mit der Kathode des SCR verbunden, während die Kathode dieser Diode an Masse liegt. Die Anoder der Diode D3 ist mit Masse verbunden , während die Kathode an die Anode des SCR angeschlossen ist. Eine Diode D¹J ist mit ihrer Anode an die Basis des Transistors 3 und mit ihrer Kathode an die Anode von SCR angeschlossen. Die Anode einer Diode Ü6 ist mit der Kathode von SCR verbunden, während

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die Kathode dieser Diode Ώβ an die Basis des Transistors angeschlossen ist.

Die Transistoren 3 bis 6 des Leistungsverstärkers weisen entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp auf; ist beispielsweise der Transistor 3 ein npn-Transior, so ist der Transistor 4 ein pnp-Transistor.

Die Basen der Transistoren 3 und 4 erhalten Erregersignale derselben Amplitude und Phase. Das erste Erregersignal wird der Basis des Transistors 3 über den Widerstand R7 vom Verbindungspunkt zwischen den Dioden Dl und dem Widerstand R6 zugeführt; ein zweites Erregersignal gelangt an die Basis des Transistors 4 über einen Widerstand R8 vom Verbindungspunkt zwischen den Dioden Dl und dem Kollektor des Transistors 2. Die Schaltung zur Erzeugung einer geeigneten Vorspannung für den Transistor 2 ist weggelassen, da sie keine Besonderheiten aufweist.

In der Schaltung gemäß Fig. 1 bleibt das Gleichspannungspotential am Ausgangsanschluß P an dem einen Pol der Lautsprecherspule 22 im Normalbetrieb etwa auf Massepotential, da an den Stromanschlüssen B+ und B- etwa gleich große positive und negative Spannungen anstehen. Dadurch wird der Lautsprecher SP gespeist, ohne daß seine Spule von einem Vorspannungs-Gleichstrom durchflossen wird.

Erfindungsgemäß wird jede unerwünschte Gleichstrom-Vorspannung, die an der Lautsprecherspule 22 auftritt, festgestellt; hierdurch wird ein Schaltelement, enthaltend SCR, betätigt, so daß das Ausgangspotential des Verstärkers auf einem vorgegebenen Wert festgehalten wird und dadurch ein Vorspannungs-Gleichstrom selbst dann nicht zur Lautsprecherspule 22 gelangen kann, wenn die Gleichstrom-Balance des Verstärkers zeretört ist. Der Gleichstrom-

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Gleichstrom-Wandlerkreis 7 stellt jede unerwünschte Gleichstromvorspannung an der LautSprecherspule 22 fest, und steuert entsprechend den Gleichrichter SCR.

Wie Fig. 2 zeigt, enthält der Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlerkreis 7 einen Vollwellengleichrichter 8, dem von einem Eingangsanschluß ti (der parallel zum groß bemessenen Kondensator Cl liegt) eine etwa vorhandene Gleichstrom-Vorspannung zugeführt wird. Ein Transistor-Oszillator 9 wird von dem Vollwellengleichrichter 8 gespeist, wenn an den Anschlüssen ti ein Gleichstromsignal vorhanden ist. Dieser Verstärker versorgt einen Ausgangetransformator, an den ein Gleichrichter 10 angeschlossen ist, der das Ausgangssignal des Oszillators 9 gleichrichtet.

Wird beispielsweise an den Eingangsanschlüssen ti ein Eingangssignal von etwa 2 V zugeführt, so schwingt der Oszillator 9· Sein Ausgangssignal wird vom Gleichrichter 10 gleichgerichtet und der Torelektrode des Steuergleichrichters SCR zugeführt, so daß dieser Gleichrichter leitend wird. Der Vollwellengleichrichter 8 errregt dabei den Oszillator 9 sowohl bei positiven als auch bei negativen Spannungen am Kondensator Cl; in beiden Fällen wird der Steuergleichrichter SCR somit leitend gemacht.

Ist der Steuergleichrichter SCR leitend, so hält er das Ausgangssignal des Verstärkers 1 auf einem vorgegebenen Wert fest; hierdurch wird eine Beschädigung der Lautsprecherspulle 22 und des Lautsprechers verhindert.

Fig. 3 veranschaulicht die Schaltung des gesteuerten Gleichrichters SCR und der Dioden" D2, D3, Di und D6. Die Anschlüsse T und R bezeichnen die Basiselektroden der Transistoren 4 und 3. Ist der Gleichrichter SCR leitend, so fließt Strom vom Anschluß R über die Diode DM, den

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Gleichrichter SCR und die Diode D2 nach Masse. Strom kann ferner fließen von Masse über D3, SCR und Όβ zum Anschluß T. Ist also der gesteuerte Gleichrichter SCR leitend, so werden die Anschlüsse R und T etwa auf Hassepotential gehalten. Praktisch weicht natürlich das Potential der Anschlüsse R und T vom Massepotential um die Durchlaßspannungen der Dioden D^, D2 und des SCR bzw. der Dioden D3, D6 und des SCR ab. Bei Siliziumdioden liegt der Spannungsabfall in Durchlaßrichtung bei etwa 0,6 bis 0,7 V; der Anschluß R liegt daher etwa 1,8 V über Massepotential, wenn SCR leitend ist. Der Anschluß T liegt etwa 1,8 V unter Massepotential, wenn SCR leitend ist. Befindet sich der Steuergleichrichter SCR nicht im leitenden Schaltzustand, so befinden sich die Anschlüsse R und T im Hinblick auf den hohen Sperrwiderstand des Gleichrichters SCR nicht auf Massepotential.

Tritt im Betrieb eine Störung auf, durch die das Gleichspannungspotential am Ausgangsanschluß P vergrößert wird, da aus irgendeinem Grunde das Eingangssignal nur dem Transistor 3 zugeführt wird, so wird die Gleichstrom-Vorspannung festgestellt und über den Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlerkreis 7 geführt, so daß der Steuergleichrichter SCR leitend wird. Hierdurch wird die Spannung an den Basen der Transistoren 3 und k auf Massepotential festgehalten; der Verstärker 1 wird damit praktisch ausgeschaltet, so daß keine Beschädigung des Lautsprechers auftre-"ten kann. Der angenommene Störungsfall (Wegfall des Signales am Transistor 4) kann beispielsweise auftreten, wenn aus irgendeinem Grunde der Widerstand R8 durchbrennt. Die Transistoren 3, ¹I, 5 und 6 bilden einen Leistungsverstärker und bewirken praktisch keine Spannungsverstärkung.

Da erfindungsgemäß die an die Last gelangende Vorspannung nach Gleichrichtung über einen Gleichstrom-

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Gleichstrom-Wandler dem Schaltelement zwecks Steuerung der Ausgangsstufe zugeführt wird, können der Wert der gleichgerichteten Spannung und der Wert, bei dem die Funktion des Schaltelementes SCR ausgelöst wird, unabhängig voneinander gewählt werden; dies gestattet die Schaffung einer sehr zuverlässigen Schaltung. Es sei auch hervorgehoben, daß das Schaltelement die Wirkung des Verstärkers im Normalbetrieb nicht beeinträchtigt.

Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in seiner Anwendung bei einem Stereo-Wiedergabesystem. Die linken und rechten Kanäle sind symmetrisch. Gleiche Elemente in beiden Kanälen sind wie in Fig. 1, jedoch unter Hinzufügung von a bzw. b bezeichnet, la kennzeichnet somit das System gemäß Fig. 1 und Ib ein zweites gleichartiges System entsprechend Fig. 1. Der Eingangsanschluß 21a liefert ein Eingangssignal für den Verstärker la; die Lautsprecherspule 22a ist Bestandteil eines Lautsprechers SPa. Ein Eingangsanschluß 21b speist den Verstärker Ib; die Lautsprecherspule 22b gehört zu einem Lautsprecher SPb.

Die Widerstände RIO und RIl sind in Reihe zwischen die Punkte P und Q und den ersten Pol der Lautsprecherspule 22a und 22b geschaltet. Der Kondensator Cl liegt zwischen dem anderen Pol der Lautsprecherspulen 22a, 22b und dem Verbindungspunkt der Widerstände RIO und RIl. Dieser Verbindungspunkt zwischen RIO und RIl ist außerdem an den Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlerkreis 7 angeschlossen. Dessen Ausgang steuert ein Schaltelement, das als gesteuerter Siliziumgleichrichter SCR ausgebildet ist und ebenso wie im Falle der Fig. 1 die Ausgangspotentiale der Verstärker la und Ib auf vorgegebenen Werten festhält (wenn eine Störung auftritt). Die Dioden D5 und D7 sind mit den Transistoren 3b und Ib des Verstärkers Ib in gleicher Weise wie die Dioden D4 un D6 mit den Transistoren 3a und 4a des Verstärkers la verbunden.

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Fig. 5 veranschaulicht die Verbindung des Steuergleichrichters SCR mit den Dioden. Die Dioden D2 und D3 liegen zwischen Masse und Kathode bzw. Anode des Gleichrichters SCR. Diese Dioden sind entgegengesetzt gepolt. Die Dioden D4 und D5 sind mit ihren Kathoden an die Anode des Steuergleichrichters SCR angeschlossen. Die Anode von D4 ist mit dem Punkt R verbunden, der der Basis des Transistors 3a entspricht. Die Anode der Diode D5 ist mit dem Punkt S entsprechend der Basis des Transistors 3b verbunden. Die Anoden der Dioden D6 und D7 sind an die Kathode des Gleichrichters SCR. angeschlossen. Die Kathode von D6 ist mit dem Punkt T entsprechend der Basis des Transistors 4a verbunden, während die Kathode von D7 am Punkt U liegt, der der Basis des Transistors 4b entspricht.

Wenn irgendwelche Bauteile der Verstärker la und Ib gleichzeitig ausfallen und Vorspannungen entgegengesetzter Polarität zu den Anschlüssen P und Q gelangen, so löschen sich diese Vorspannungen einander aus, und es wird ein Signal erzeugt. Praktisch ist jedoch die Wahrscheinlichkeit, daß beide Verstärker gleichzeitig ausfallen, fast gleich Null, und es ist äußerst unwahrscheinlich, daß die beiden Ausgangsanschlüsse P und Q gleichzeitig eine Vorspannung entgegengesetzter Polarität erhalten. Die Möglichkeit eines Durchbrennens der Lautsprecherspulen 22a und 22b infolge eines Fehlens festgestellter Signale ist somit vernachlässigbar.

Bei Empfang eines stereophonen Signales werden die Lautsprecher SPa und SPb auf einem gegenseitig ausgeglichenen Niveau ausgesteuert. Der Kondensator Cl besitzt eine verhältnismäßig große Kapazität und liegt zwischen dem Verbindungspunkt der Widerstände RIO und RIl und Masse. Für die Vechselstromkomponente bildet der Kondensator Cl somit einen Bypass. Das dem Gleichstrom-Gleichstrom-

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Wandlerkreis 7 zugeführte, festgestellte Signal enthält somit nur eine Gleichstrom-Vorspannung. Es besteht daher praktisch keine Möglichkeit, daß die Lastschutzschaltung in ihrer Funktion versagt.

Die Erfindung wurde in ihrer Anwendung bei einem Verstärker oder bei den beiden Verstärkern der zwei Kanäle eines Stereowiedergabe-Systemes erläutert. Selbstverständlich ist die Erfindung jedoch auch bei Schaltungen mit drei und mehr Verstärkern anwendbar. In solchen Schaltungen werden die festgestellten Signale dem Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler von den jeweiligen Ausgangsanschlüseen der Verstärker über Widerstände entsprechend RIO und RIl zugeführt; die Signalsysteme der Verstärker sind dabei an die Kathode oder Anode eines gesteuerten Siliziumgleichrichters über Dioden (wie D4 bis D7) angeschlossen, so daß die Lastelemente der Verstärker mit einem einzigen Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlerkreis und einem einzigen gesteuerten Siliziumgleichrichter geschützt werden können. Das Schaltelement braucht selbstverständlich nicht unbedingt ein gesteuerter Siliziumgleichrichter zu sein; es sind vielmehr beliebige andere Schaltelemente möglich.

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Claims

Patentansprüche

flJ Verstärker mit einer Lastschutzschaltung, wobei eine Last unmittelbar an einen Ausgangsanschluß einer Ausgangsstufe des Verstärkers angeschlossen ist, die Verstärkerelemente enthält, dadurch gekennzeichnet, daß ein Detektor zur Feststellung einer an die Last gelangenden unerwünschten Gleichspannung vorgesehen ist, ferner eine Schaltung zur Erzeugung eines Steuersignales in Abhängigkeit von einem Ausgangssignal des Detektors sowie ein durch dieses Steuersignal gesteuertes, mit der Ausgangsstufe des Verstärkers verbundenes Schaltelement zur Abschaltung der unerwünschten Gleichspannung von der Last.
2. Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Anschlußpole der Last etwa auf demselben Gleichspannungspotential gehalten sind.
3· Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung- zur Erzeugung eines Steuersignales einen mit dem Detektor verbundenen Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler enthält.
Jj. Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltelement durch einen das Steuersignal aufnehmenden, gesteuerten Siliziumgleichrichter sowie eine Anzahl von zwischen der Ausgangsstufe und dem gesteuerten Siliziumgleichrichter angeordneten Dioden gebildet wird.
5. Verstärker nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch seine Ausbildung als einfach abgeschlossener Gegentaktverstärker mit zwei Transistoren, die in Reihe zwischen zwei Stromquellen entgegengesetzter Polarität geschaltet sind, wobei die Last unmittelbar mit einem Ausgangsanschluß zwischen beiden Transistoren verbunden ist, der durch das Schaltelement auf einem vorgegebenen Potential gehalten wird.

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ld. -

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6. Verstärker nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Last zwischen den zwischen beiden Transistoren vorhandenen Ausgangsanschluß und Masse geschaltet ist und das vorgegebene Potential, auf dem der Ausgangsanschluß gehalten wird, etwa gleich dem Massepotential ist.
7. Verstärker nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Last durch einen Lautsprecher gebildet wird und der Gleichspanr.ungs-Detektor aus einer parallel zum Lautsprecher geschalteten Widerstands-Kondensator-Gruppe besteht.
Ii. Verstärker nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung zur Erzeugung eines Steuersignales aus einem mit dem Detektor verbundenen Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler besteht.
9. Verstärker nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltelement aus einem gesteuerten Siliziumgleichrichter und zv/ei Paaren von Dioden besteht, wobei diese Dioden zwischen die Basen der beiden Transistoren und Masse geschaltet sind und der gesteuerte Siliziumgleichrichter zwischen den beiden Dioden angeordnet ist.
lü. Verstärker nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der üleichstrom-Gleichstrom-Wandler einen mit dem Ausgangssignal des Detektors gespeisten Vollwellengleichrichter enthält, dessen Ausgangssignal einen Oszillator speist, an dessen Ausgang ein zweiter Gleichrichter angeschlossen ist, der eine Gleichspannung erzeugt.
11. Verstärker nach Anspruch 1 in Form eines Audio-Leistungsverstärkers für Stereowiedergabegeräte, mit mehreren einfach abgeschlossenen Gegentaktverstärkergruppen, die aus je einem Transistorpaar bestehen, wobei an die einzelnen Verstärkergruppen positive und negative Stromquellen angeschlossen sind und mehrere Lastelemente unmittelbar mit den Ausgängen der verschiedenen Verstärkergruppen verbunden sind, dadurch gekennzeichnet , daß eine für alle

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BAD ORIGINAL

Lastelemente gemeinsame Schutzschaltung vorgesehen ist, deren Detektor eine Anzahl von mit den Lastelementen verbundenen Widerständen enthält, wobei das vom Ausgangssignal des Detektors betätigte Schaltelement die Basen der Transistorpaare mit Masse verbindet.
12. Verstärker nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltelement einen gesteuerten Siliziumgleichrichter, zwei zwischen die Basen eines Tranistorpaares und Masse geschaltete Paare von Dioden und eine Anzahl von zwischen die Basen des anderen Transistorpaares und die Verbindungspunkte der beiden Diodenpaare geschalteten Dioden enthält, wobei der gesteuerte Siliziumgleichrichter zwischen die Verbindungspunkte der beiden Diodenpaare geschaltet ist.

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