DE2339720A1 - CIRCUIT ARRANGEMENT FOR STABILIZING THE WORKING POINT OF A LOW-DISTORTION POWER AMPLIFIER WITH TRANSISTORS - Google Patents

Description

Schaltungsanordnung zur Stabilisierung des Arbeitspunktes eines verzerrungsarmen Leistungsverstärkers mit Transistoren Die erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur thermischen Stabilisierung des Arbeitspunktes eines verzerrungsarmen Leistungsverstärkers mittlerer bis großer Leistung, der mit Transistoren bestückt ist, wobei die Aussteuerung über einen Treiberübertrager erfolgt.Circuit arrangement for stabilizing the operating point of a low-distortion Power amplifier with transistors The invention relates to a circuit arrangement for thermal stabilization of the operating point of a low-distortion power amplifier medium to high power, which is equipped with transistors, with the level control takes place via a driver transformer.

Bei Erwärmung der Endstufentransistoren eines Leistungsverstärkers durch die Umgebungstemperatur oder durch den Laststrom verringert sich die notwendige Basis-Emitter-Spannung für einen bestimmten Ruhestrom. Diese Spannungsabhängigkeit beruht auf der Leitfähigkeit der Halbleitermaterialien, die nach der Exponentialfunktion x = Konst # e exp. -(###) erfolgt.When the output stage transistors of a power amplifier heat up the required temperature is reduced by the ambient temperature or by the load current Base-emitter voltage for a certain quiescent current. This voltage dependence is based on the conductivity of the semiconductor materials, which according to the exponential function x = Const # e exp. -(###) he follows.

Es sind bereits mehrers Schaltungsmaßnahmen bekannt, die zur Stabilisierung es Arbeitspunktes dienen: 1. tabilisierung ciurch Erhöhung des Emitterwiderstandes bzw.There are already several circuit measures known for stabilization It serves the working point: 1. Stabilization by increasing the emitter resistance respectively.

hohe Gleichstromgegenkopplung über mehrere Stufen. high DC negative feedback over several stages.

2. Kompensation der Temperaturabhängigkeit der Basis-Emitter-Spannung mittels eines Kaltleiters, z.B. Glühlämpchen, im oberen Teil des UBE-Spannungsteilers, 3. Kompensation der Temperaturabhängigkeit der Basis-Emitter-Spannung mittels eines Heißleiters, eines Thermistors oder auch NTC-Widerstand genannt, 4. Erzeugung der Basisvorspannung durch Benutzen von Dioden in Durchflußrichtung. Wenn die Dioden mit guter thermischer Verbindung zu den Endstufentransistoren montiert sind, ergibt sich eine Temperaturstabilisierung, 5. In den Easisspannungsteiler wird die Kollektor-Emitter-Strecke eines zusätzlichen @ransistors geschaltet, der las fest eingestellter veränderlicher Widerstand arbeitet.2. Compensation of the temperature dependence of the base-emitter voltage by means of a PTC thermistor, e.g. incandescent lamp, in the upper part of the UBE voltage divider, 3. Compensation of the temperature dependence of the base-emitter voltage by means of a NTC resistor, called a thermistor, 4. Generation of the Base bias by using diodes in the forward direction. When the diodes are mounted with a good thermal connection to the output stage transistors, results a temperature stabilization, 5. The collector-emitter path is in the base voltage divider an additional @transistor switched, the read fixed variable Resistance works.

Bei einer bekannten Schaltungsanordnung nach Fig. 1 ist ein Übertrager zwischen Treiber-Transistor und Endstufen vorgesehen, um die Treiberstufe optimal an den Eingang der Endstufen anzupassen. Die Stabilität der Arbeitspunkte wird dabei durch eine Kompensation der Temperaturabhängigkeit der Basis-Emitter-Spannung mittels Thermistor erreiont, wobei für jeden Endstufen-Transistor ein passender Thermistor nötig ist, der in gutem Wärmekontakt mit dem Endstufentransistor stehen muß.In a known circuit arrangement according to FIG. 1, there is a transformer Provided between driver transistor and output stages in order to optimize the driver stage to adapt to the input of the power amplifiers. The stability of the working points is thereby by compensating for the temperature dependence of the base-emitter voltage by means of Thermistor ereiont, with a suitable thermistor for each output stage transistor is necessary, which must be in good thermal contact with the output stage transistor.

Eine Stabilisierung bei der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 durch hohe Emitterwiderstände ist ungenügend, da viel Ausgangs- und auch Treiberleistung verloren geht. Eine genügend hohe Gleichstromgegenkopplung über mehrere Stufen ist wegen der llbertragerkopplung nicht möglich. Um bei dem Leistungsverstärker nach Fig. 1 die harmonischen Verzerrungen sehr gering zu halten, kann mit den Einstellwiderständen R2; R4 auf Klirrfaktorminimum kmin abgeglichen werden.A stabilization in the circuit arrangement according to FIG. 1 by high emitter resistance is insufficient because of the high output and driver power get lost. One enough high DC negative feedback multiple stages are not possible because of the transfer coupling. To at the power amplifier According to FIG. 1, the harmonic distortions can be kept very low with the setting resistors R2; R4 must be adjusted to the minimum harmonic distortion kmin.

Ein ausschlaggebender Nachteil ist, daß das Minimum sehr temperaturabhängig ist. Nachdem nämlioh nach dem Einschalten des Gerätes der Klirrfaktor kmin bei einem relativ niedrigen Ruhestrom eingestellt ist, ist bei Erwärmung des Gerätes, z.B.A decisive disadvantage is that the minimum is very temperature dependent is. After namely after switching on the device the distortion factor kmin with one is set to a relatively low quiescent current, when the device heats up, e.g.

auf Umgebungstemperaturen von ca. 50° C oder durch Eigenerwärmung bei Yollast im Dauerbetrieb ein neuer Abgleich ertsrderlich, der an einer anderen Stelle einen besseren Klirrfaktor kmin ergibt. Ein Ausschalten und Abkühlen des Gerätes bewirkt aber auch eine Abkühlung der Thermistoren. Bei einem erneuten Einschalten des Gerätes liegt nunmehr der Kollektorruhestrom ICO viel zu hocb, da der Arbeitspunkt Ja bei erwärmten Thermistoren Th 1; Th 2, eingestellt war. Dieses Verhalten ist sehr nachteilig und es ist nur ein Kompromiß bei der Einstellung -des Arbeitspunktes, zwischen geringem Ruhestrom und sehr geringen harmonischen Verzerrungen möglich.at ambient temperatures of approx. 50 ° C or through self-heating With Yollast in continuous operation, a new adjustment is necessary, that of another Position gives a better distortion factor kmin. Switching off and cooling down the The device also causes the thermistors to cool down. When switching on again of the device, the quiescent collector current ICO is now much too high because the operating point Yes with heated thermistors Th 1; Th 2, was set. This behavior is very disadvantageous and it is only a compromise in setting the operating point, possible between low quiescent current and very low harmonic distortion.

Zweck der Erfindung ist es, den Nachteil der bekannten Schaltungsanordnung zur Stabilisierung des Arbeitspunktes eines verzerrungsarmen Leistungsverstärkers zu beseitigen.The purpose of the invention is to overcome the disadvantage of the known circuit arrangement to stabilize the operating point of a low-distortion power amplifier to eliminate.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu grundes eine Schaltungsanordnung zur Stabilisierung für einen transistorbestückten Beistungsverstärker zu- schaffen, indem beim Ausschalten oder Abkühlen des Gerätes eine Arb eitspunt;-t;vers chiebung derart erfolgt, daß der im warmen Zustand des Gerätes eingestellte Arbeitspunkt auch beim Abkuhlen, d.h. beim Wiedereinschalten erhalten bleibt und somit auch ein niedriger Ruhestrom ICO bei gleichzeitig sehr geringen harmonischen Verzerrungen zur Folge hat.The invention is based on the object of a circuit arrangement to stabilize a transistor-equipped Power amplifier to create by a work point when switching off or cooling down the device; -t; vers Shift takes place in such a way that the operating point set when the device is warm also when it cools down, i.e. when it is switched on again, and thus also on low quiescent current ICO with very low harmonic distortion at the same time has the consequence.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß zwei Restwiderstände von in Serie geXschalteten Spannungsteilern als Thermistoren ausgeführt sind, die gemeinsam eine thermische Einheit bilden, d.h. thermisch miteinander gekoppelt, jeaoch von der Endstufe thermisch getrennt sind. Vorteilhaft ist es, bei großen Bereichen der- Umgebungstemperatur den Thermistoren jeweils einen Widerstand parallel bzw. einen weiteren Widerstand in Reihe zu der Parallelanordnung zu schalten. Die thermische Einheit, bestehend aus beiden Thermistoren wird aus einem Koppelelement, das ein Alu- bzw. Kupferrohr mit Innengewinde ist, und den einschraubbar ausgeführten Thermistoren gebildet, wobei sich zwischen den Thermistoren und im Gewinde Wärmeleitplaste befindet oder beide.Thermistoren aneinander gekittet sind.According to the invention, the object is achieved in that two residual resistances of series-connected voltage dividers are designed as thermistors, which together form a thermal unit, i.e. thermally coupled with each other, but are thermally separated from the output stage. It is advantageous for large Ranges of the ambient temperature the thermistors each have a resistor in parallel or to connect another resistor in series with the parallel arrangement. the thermal unit, consisting of both thermistors, is made up of a coupling element, which is an aluminum or copper pipe with an internal thread, and the screwable one Thermistors are formed, with thermally conductive plastic located between the thermistors and in the thread or both thermistors are cemented together.

Weiterhin bilden die Transistoren der einen Seite der Geü:entaktendstufe mit dem dem Einstellwiderstand parallel liegenden Thermistor eine thermische Einheit und die Transistoren der anderen Seite der Gegentaktendstufe mit dem dem Einstellwiderstand parallelliegenden Thermistor eine weitere thermische Einheit.Furthermore, the transistors form one side of the Geü: decurrent output stage a thermal unit with the thermistor lying parallel to the setting resistor and the transistors of the the other side of the push-pull output stage the thermistor, which is parallel to the setting resistor, has a further thermal Unit.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung hat den Vorteil; daß die in Serie geschalteten Thermistoren nicht durch die Verlustleistung der Bndstufentransfseoren erwärmt werden, sondern durch den Querstrom des Spannungsteilers, also durch eigenerwärmung. Es erfolgt somit beim Ausschalten oder Abkühien des Gerätes eine Arbeitspunktversohiebung durch die Thermistoren derart, daß der im warmen Zustand des Gerätes eingestellte Arbeitspunkt auch beim Abkühlen, d.h. beim Wiedereinschalten, erhalten bleibt.The circuit arrangement according to the invention has the advantage; that the Series-connected thermistors are not affected by the power dissipation of the multiple stage transformers are heated, but rather by the cross current of the voltage divider, i.e. by self-heating. There is thus a shift in the operating point when the device is switched off or cooled down through the thermistors in such a way that the set in the warm state of the device The operating point is retained even when it cools down, i.e. when it is switched on again.

Durch die thermische Kopplung wird eine Spannungssymmetrierung der beiden in Reihe liegenden Spannurgsteiler erweicht und sowohl kurz nach dem Einschalten des Gerätes als auch nach Dauerbetrieb unter Vollast bei hohen Umgebungstemperaturen eine symmetrische, also verzerrungsarme, Aussteuerung garantiert.The thermal coupling results in a voltage balancing of the both in series tension divider softened and both shortly after switching on of the device as well as after continuous operation under full load at high ambient temperatures a symmetrical, i.e. low-distortion, level control is guaranteed.

Nachfolgend soll an einem Ausführungsbeispiel die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zur Stabilisierung des Arbeitspunkt es eines verserrungsarmen Transistor-Leistungsverstärkers beschrieben werden. In den zugehörigen Zei@hnungen zeigen: Fig. 1 eine bekannte Schaltungsanordnung zur Stabilisierung des. Arbeitspunktes eines Leistungsverstärkers, Fig. 2 eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zur Stabilisierung des Arbeitspunktes eines Leistungsverstärkers, Fig. 3 eine Schaltungsanordnung nach Fig. 2, jedoch für einen größeren Temperaturbereich, Fig. 4 eine Ausführung der thermischen Kopplung der beiden Thermistoren Th3; Th4, Fig.4a eine perspektivische Darstellung der thermischen Kopplung, Fig.4b den Schnitt A-A entsprechend Fig. 4a.In the following, the invention is based on an exemplary embodiment Circuit arrangement for stabilizing the operating point of a low-distortion Transistor power amplifier will be described. In the accompanying journals 1 shows a known circuit arrangement for stabilizing the operating point a power amplifier, Fig. 2 shows a circuit arrangement according to the invention for Stabilization of the operating point of a power amplifier, Fig. 3 shows a circuit arrangement according to FIG. 2, but for a larger temperature range, 4 shows an embodiment of the thermal coupling of the two thermistors Th3; Rh4, FIG. 4a shows a perspective view of the thermal coupling, FIG. 4b shows the section A-A according to Fig. 4a.

In Fig. 2 ist eine Leistungsverstärkerstufe dargestellt, die in bekannter Weise aus den in Kaskade geschalteten Transistoren T1; T2 sowie T3; T4 besteht, wobei die Transistoren T2; T4 die Endstufe bilden und dleichstrommäßig in Serie geschaltet sind.In Fig. 2, a power amplifier stage is shown in a known Way from the cascaded transistors T1; T2 and T3; T4 exists, wherein the transistors T2; T4 form the output stage and with direct current in series are switched.

Die Schaltungsanordnung ist in Emitterschaltung ausgeführt.The circuit arrangement is designed as a common emitter circuit.

Zwischen den symmetrisch angeordneten Sekundarwicklungen des Treiberübertragers Trt und den Basiseingängen der Transistoren T1; T3 sind die beiden Spar@ungstailer, bestehend aus den Thermistoien Th1; Th3 und dem Finstellwiderstand R2 sowie den Thermistoren Th2; Th4 und dem @instellwiderstand R4 angeordnet.Between the symmetrically arranged secondary windings of the driver transformer Trt and the base inputs of the transistors T1; T3 are the two Spar @ ungstailers, consisting of the Thermistoien Th1; Th3 and the adjustment resistor R2 as well as the Thermistors Th2; Th4 and the adjustment resistor R4.

Der Thermistor Th1 ist dem @instellwiderstand R2 und der Thermistor Th2 dem Einstellwiderstand R4 parallel geschaltet. Die Thermistoren Th3; Th4 sine als thermische einheit ThE1 miteinander gekoppelt. Die Kaskadeschaltung T1; T2 und der Thermistor Th1 bilden die ther@@@che Ei@hait Th@ 2 und die kaskadeschaltung T3; T4 und der T@@@mis@or @h2 die thermische Einheit ThE3. Parallel z@@ Endstufe ist über einen Koppelkondensator @ ein Lastwiderstand RI angekoppelt.The thermistor Th1 is the adjusting resistor R2 and the thermistor Th2 connected in parallel to the setting resistor R4. The thermistors Th3; Th4 sine coupled together as a thermal unit ThE1. The cascade circuit T1; T2 and the thermistor Th1 form the ther @@@ che Ei @ hait Th @ 2 and the cascade circuit T3; T4 and the T @@@ mis @ or @ h2 the thermal unit ThE3. Parallel z @@ output stage a load resistor RI is coupled via a coupling capacitor @.

In Fig. 3 ist die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung bei einem großen Bereich der Umgebungstemperatur, z.B. 100 C bis + 50° C dargestellt. Parallel zu dem Thermistor Th3 ist ein Widerstand H5 und in Reihe zu beiden der Widerstand R6 gesciialtet. Analog dazu ist im unteren Spannungsteiler der Theristor Th4, ein Parallelwiderstand R7 und ein Serienwiderstand R8 vorgesehen. Die Serienwiderstände R6; R8 bzw. R9; R10 dienen der Begrenzung der Widerstandswerte der Thermistoren bei hohen Umgebungstemperaturen, wo diese ja sehr kleine Werte annehmen.In Fig. 3, the circuit arrangement according to the invention is at a large Ambient temperature range, e.g. 100 C to + 50 ° C, shown. Parallel to the thermistor Th3 is a resistor H5 and in series with both the resistor R6 socialized. Analogous to this, the thermistor Th4, a parallel resistor, is in the lower voltage divider R7 and a series resistor R8 are provided. The series resistors R6; R8 or R9; R10 are used to limit the resistance values of the thermistors at high ambient temperatures, where these take on very small values.

Gleichzeitig engen R9; R10 den Regelbereich der einstellwiderstande R2; R4 ein. Die thermische Einheit ThE1 besteht in Fig. 3 ebenfalls aus den Thermistoren Th3 und Th4. In Fig. 4a ist die -thermische Einheit ThE1 perspektivisch gezeichnet. In Fig. 4b ist ein Schnitt A-A dargestellt, wobei in ein Alu- bzw. Kupferrohr als Koppelelement 1 die beiden Thermistoren Th3; Th4 mit 2; 3 bezeichnet in das mit Innengewinde 4 versehene Koppelelement 1 gegeneinander geschraubt sind. Im Gewinde und zwischen den beiden Thermistoren befindet sich Wärmeleitplaste 5.At the same time narrow R9; R10 the control range of the setting resistors R2; R4 a. The thermal unit ThE1 in FIG. 3 also consists of the thermistors Th3 and Th4. In Fig. 4a the thermal unit ThE1 is drawn in perspective. In Fig. 4b a section A-A is shown, wherein in an aluminum or copper tube as Coupling element 1, the two thermistors Th3; Th4 with 2; 3 denotes in the with Coupling element 1 provided with internal threads 4 are screwed against one another. In the thread and between the two thermistors there is thermally conductive plastic 5.

Claims (4)

PatentansprücheClaims 0 Schaltungsanordnung zur Stabilisierung des Arbeitspunkt es eines verzerrungsarmen Leistungsverstärkers in Transistorschaltung, mit gleichstrommäßig in Serie geschalteten Gegentaktendtransistoren sowie zwei parallel zu den Sekundärwicklungen eines Treiberübertragers angeordneten in Serie liegenden Spannungsteilers zur erzeugung der einzelnen Basis-Emitter-Spannungen, die aus je einem Festwiderstand, je einem Einstellwiderstand und je einem zu den Einstellwiderständen parallel geschalteten.Thermistor bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Festwiderstände (R1; R3) als Thermistoren (Th3; Th4) ausgeführt sind, die gemeinsam eine thermische Einheit (ThE1) bilden, d.h. thermisch miteinander gekoppelt, jedoch von der Endstufe thermisch getrennt sind.0 circuit arrangement for stabilizing the operating point of one Low-distortion power amplifier in transistor circuit, with direct current series-connected push-pull output transistors and two parallel to the secondary windings a driver transformer arranged in series voltage divider for generation of the individual base-emitter voltages, each consisting of a fixed resistor, one each Setting resistor and one thermistor each connected in parallel to the setting resistors exist, characterized in that the two fixed resistors (R1; R3) as thermistors (Th3; Th4), which together form a thermal unit (ThE1), i.e. thermally coupled to one another, but thermally separated from the output stage are. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß den Thermistoren (Th3; Th4) noch jeweils ein Widerstand (R5; R7) parallel bzw. ein weiterer Widerstand (R6; R8) in Reihe zu der Parallelanordnung geschaltet ist.2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the thermistors (Th3; Th4) each have a resistor (R5; R7) parallel or one another resistor (R6; R8) is connected in series with the parallel arrangement. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die thermische Einheit (ThB1) aus einem Koppelelement (1), das ein Alu- bzw. Kupferrohr mit Innengewinde (4) ist und den einschraubbar ausgeführten Thermistoren (Th3; Th4) gebildet ist, wobei sich zwischen den Thermistoren und im Gewinde Warmeleitplaste (5) befindet oder beide Thermistoren aneinander gekittet sind.3. Circuit arrangement according to claim 1 and 2, characterized in that that the thermal unit (ThB1) consists of a coupling element (1), which is an aluminum or copper pipe with an internal thread (4) and the screwable Thermistors (Th3; Th4) is formed, with between the thermistors and im Thread thermal conductive plastic (5) is located or both thermistors are cemented together are. 4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Transistoren (T1; T2) der einen Seite der Gegentaktendstufe mit dem den Einstellwiderstand (R2) parallelliegenden Thermistor (Th1) eine thermische Einheit (ThE2) bilden und die Transistoren (T3; T4) der anderen Jeite-der Gegentaktendstufe mit dem den flinstellwiderstand (R4) parallelliegenden Thermistor (Th2) eine thermische Einheit (Thz3) bilden.4. Circuit arrangement according to claim 1 to 3, characterized in that that the transistors (T1; T2) of one side of the push-pull output stage with the Setting resistor (R2) parallel thermistor (Th1) a thermal unit (ThE2) and the transistors (T3; T4) of the other Jeite-the push-pull output stage with the thermistor (Th2) lying parallel to the adjustable resistor (R4) a thermal Form unit (Thz3).