DE2409929B2 - Verzerrungsarmer, niederfrequenter Gegentakt-Leistungsverstärker - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen verzerrungsarmen, niederfrequenten Gegentakt-Leistungsverstärker gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Ein derartiger Leistungsverstärker ist aus der DE-OS 22 03 817 bekanntgeworden. Durch diese Schaltungsan-Ordnung soll unter anderem eine Zunahme der Verzerrung bei schwachen Signalen vermieden werden. Dieses Ziel wird gemäß der älteren Schrift aber nur im AB-Betrieb erreicht, in dem Verzerrungseigenschaften erzielt werden sollen, wie sie bisher nur mit Schaltungen im Α-Betrieb erreicht wurden. Dabei ist jedoch nur die durch schwache Signale verursachte Verzerrung berücksichtigt. Diese Verzerrung soll im folgenden als Überschneidungsverzerrung bezeichnet werden. Sie entsteht dadurch, daß bei sehr geringen Steuersignalen eine Nichtlinearität im Ausgangssignal auftritt Sie ist unabhängig von der Frequenz des angelegten Steuersignals. Darüber hinaus gibt es aber noch eine weitere, bei Verstärkern der eingangs genannten Art störende Verzerrung, die im folgenden als Einkerbungsverzer- « rung bezeichnet werden soll.

In der Zeitschrift »audio«, Mai 1969, Seiten 26 bis 30 ist der Unterschied der Finkerbungsverzerrung (notch distortion) zur Überschneidungsverzerrung (primary crossover distortion) herausgearbeitet Die Einker- t>n bungsverzerrung hat danach ihre Ursache darin, daß Transistoren zugleich die Kondensatoren wirken und deshalb die an sie gelegten Spannungen nichl sofort mit dem Verschwinden des angelegten Signals verschwinden. Diese Erscheinung ist frequenzabhängig. Der μ genannte Aufsatz in der Zeitschrift »audio« befaßt sich nun auch mit der Vermeidung der Einkerbungsverzerrurig. In Fig.9 dieses Aufsatzes ist auch bereit?· eine Schaltung gezeigt, die einen verzerrungsarmen, niederfrequenten Gegentakt-Leistungsverstärker für B- und AB-Betrieb zeigt, der einen Transistor eines ersten Leitfähigkeitstyps, einen zweiten Transistor eines zweiten Leitfähigkeitstyps, dessen Basis mit dem Kollektor des ersten Transistors verbunden ist, einen dritten Transistor vom genannten zweiten Leitfähigkeitstyp, einen vierten Transistor vom genannten ersten Leitfähigkeitstyp, dessen Basis mit dem Kollektor des dritten Transistors verbunden ist, eine erste Diode, deren Anode an den Emitter des ersten Transistors angeschlossen ist, und eine zweite Diode, deren Kathode an den Emitter des dritten Transistors angeschlossen ist, enthält Die genannten Transistoren bilden, wie schon bei der zuerst erwähnten Schaltung nach DE-OS 22 03 817, Paare von zueinander komplementären Transistoren. Nach den Angaben des Autors ist wohl eine Verringerung, nicht jedoch eine Unterdrückung der Einkerbungsverzerrung zu erzielen.

Ferner sind komplementäre Transistorpaare aus Application, Information 141 Philips (1942), aus US-PS 33 19 175 sowie aus Funktechnik 1970, Nr. 23, Seite 932, Bild 1, bekannt, wobei in der letzteren Schrift als Eingangsstufe ein Differentialverstärker gezeigt ist, dessen zweiter Transistor vom Lautsprecher her gegengekoppelt ist. Die genannten Schriften befassen sich jedoch nicht mit dem Problem der Ausschaltung der Überschneidungs- oder Einkerbungsverzerrung.

Darlingtonschaltungen von Transistoren sind in Philips Application Note 187 und in der Zeitschrift »Electronic» Januar 1970 dargestellt. Sie haben ebenso wenig mit dem Problem der Ausschaltung von Überschneidungs- oder Einkerbungsverzerrungen zu tun.

Die DE-AS 19 15 005 zeigt wiederum komplementäre Paare von Transistoren. Auch befaßt sich diese Schrift mit dem Problem der Vermeidung der Überschneidungsverzerrung. Dabei ist aber wiederum nur die Beseitigung der bloßen Überschneidungsverzerrung, nicht dagegen der Einkerbungsverzerrung beabsichtigt und möglich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen niederfrequenten Gegentakt-Leistungsverstärker zu schaffen, der sowohl im AB-, als auch im B-Betrieb nicht allein die Überschneidungsverzerrung sondern auch die Einkerbungsverzerrung vermeidet.

Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe in erster Linie durch die in Anspruch 1 angegebenen Maßnahmen. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der nachfolgenden Beschreibung an Hand der Zeichnungen erläutert. Es zeigt

F i g. 1 schematisch die Schaltung einer Ausführungsform eines Niederfrequenz-Leistungsverstärkers, und

F i g. 2 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Wirkungsweise des Verstärkers nach F i g. 1.

Gemäß F i g. 1 gehört zu der dargestellten Schaltung ein Differentialverstärker 4 mit zwei PNP-Transistoren Ti und TX deren Emitter miteinander verbunden und über einen Widerstand 5 an eine Klemme 1 einer Stromquelle angeschlossen sind. Der Kollektor des Transistors 2 ist direkt mit der anderen Klemme 2 der Stromquelle verbunden, an die auch der Kollektor des Transistors Ti über einen Widerstand 6 angeschlossen ist. Mit der Basis des Transistors Ti ist ein Kondensator 7 verbunden, dessen andere Klemme eine Eingangsklemme 8 bildet, und außerdem liegt die Basis des Transistors 71 über einen Widerstand 9 an Masse. Die Basis des Transistors T2 ist über einen Widerstand 10

mit einer Last RL verbunden, und außerdem einen mit einem Widerstand 12 in Reihe geschalteten Kondensator 11 geerdet

Ferner ist ein als Leistungstreibe- arbeitender NPN-Transistor T3 vorhanden, dessen Basis mit dem Kollektor des Transistors 7Ί verbunden ist, und dessen Emitter an die Klemme 2 der Stromquelle angeschlossen ist

Weiterhin ist ein NPN-Transistor Qi vorhanden, dessen Basis mit dem Kollektor des Leistungstreibertransistors 7"3 über einen Vorspannkreis 3 und mit der Klemme 1 der Stromquelle über eine einen konstanten Strom liefernde Stromquelle 13 verbunden ist. Ferner gehört zu der Schaltung nach Fig.! ein PNP-Transistor Q 2, dessen Basis am Kollektor des N PN-Transistors Q 1 liegt, der über einen Widerstand R 4 an der Klemme 1 der Stromquelle liegt. Der Emitter des PNP-Transistors Q 2 ist an die Klemme 1 der Stromquelle angeschlossen, während sein Kollektor m^;*. der Last RL über einen Widerstand R i verbunden ist. Gemäß F i g. i ist eine Diode D1 vorhanden, deren positive und negative Elektroden an den Emitter des NPN-Transistors Qi bzw. den Kollektor des PNP-Transistors Q 2 angeschlossen sind.

Ein weiterer PNP-Transistor Q 3 ist mit seiner Basis direkt an den Kollektor des Treibertransistors Γ3 angeschlossen, während ein weiterer Transistor Q 4 vom NPN-Typ mit seiner Basis direkt an den Kollektor des PNP-Transistors Q 3 angeschlossen ist, welcher außerdem über einen Widerstand R 5 mit der Klemme 2 der Stromquelle verbunden ist. Der Emitter des NPN-Transistors QA ist an die Klemme 2 der Stromquelle angeschlossen, während sein Kollektor mit der Last RL über einen Widerstand R 2 verbunden ist. Außerdem ist eine zweite Diode D 2 vorhanden, deren positive und negative Elektroden mit dem Kollektor des NPN-Transistors QA bzw. dem Emitter des PNP-Transistors Q 3 verbunden sind.

Zwischen den Emittern der Transistoren Q1 und Q 3 liegt ein Widerstand R 3, dessen Aufgabe im folgenden näher erläutert wird.

Nachstehend ist die Wirkungsweise der Schaltung nach Fig. 1 beschrieben. Für den Fall, daß an der Eingangsklemme 8 kein Signal vorhanden ist, sei angenommen, daß die Spannungen zwischen den Basiselektroden und den Emittern der Transistoren Q1 und Q 3 mit Vbe\ und Vbe3 gegeben sind, daß der Spannungsabfaü in der Durchlaßrichtung an den Dioden Dl und D 2 den Wert V_D\ bzw. K₀₂ hat, daß die Spannung an dem Widerstand R 3 mit Vr bezeichnet ist, und daß sich an dem Vorspannkreis 3 eine Spannung Vi ergibt, wie es in F i g. 2 dargestellt ist. Die Widerstandswerte der Widerstände R 1 und R 2 sind so klein, und der durch die Transistoren Q 2 und Q 4 fließende Strom ist so schwach, daß man den Spannungsabfall an diesen Wiederständen vernachlässigen kann. Hieraus ergibt sich ohne weiteres, daß für diese Bedingungen die nachstehende Gleichung gilt:

+ <x bzw. -ß gegeben sind. Für diesen Fall nimmt die vorstehende Gleichung die folgende Form an:

V₆- Vbe\-

V_d , + V_D2

Für den Fall, daß an der Eingangsklemme 8 ein Eingangssignal erscheint, sei bezüglich jeder positiven Halbperiode des Eingangssignals angenomen, daß gemäß F i g. 2 ein Strom / durch die Last RL fließt. Ferner sei angenommen, daß der durch die Last fließende Strom / erheblich stärker ist als der Vorspannstrom, und daß die Spannungsänderungen an den Arbeitspunkten der Transistoren Qi und Q 2 mit

J-(Vbe 3-ß)

Vt,-

= Vh-(«-ß)

(Gewöhnlich gilt V_R>(&-ß))

ίο Normalerweise ist der auf die Zunahme des Kollektorstroms zurückzuführende Spannungsabfall an dem Widerstand R 1 größer als die Änderungen der Basis-Emitter-Spannung. Daher gelten die nachstehenden Beziehungen:

(<x-ßJ</Ri

V_D2 + J R₂)

Jn diesem Fall wird die Diode D1 dadurch leitfähig gemacht, daß durch sie der Emitterstrom des Transistors Qi fließt, während die Diode D 2 dadurch in den Sperrzustand gebracht wird, daß die an ihr erscheinende Spannung nicht den Pegel der Durchlaßvorspannung erreicht. Außerdem ist die Änderung der Spannung an dem Widerstand R 3 gering, und der durch diesen Widerstand fließende Strom wird veranlaßt, als Emitterstrom durch den Transistor Q 3 zu fließen, so daß sich auch der Emitterstrom nur wenig ändert. Da somit die Änderung des Ernitterstroms bei dem Transistor Q 3 gering ist, ändert sich auch der Spannungsabfall an dem Widerstand Ä5 nur wenig, so daß der Transistor Q4 immer noch leitfähig ist. Somit sind während jeder positiven Halbperiode des Eingangssignals die beiden Transistoren Q 3 und QA leitfähig, so daß das Signal keiner Einkerbungsverzerrung unterliegt. Während jeder negativen Halbperiode des Eingangssignals wird die Diode Di in den Sperrzustand gebracht, so daß die Transistoren Q 1 und Q 2 leitfähig bleiben, da ihnen der Vorspannstrom zugeführt wird, wie es aus der vorstehenden Beschreibung für jeden Fachmann ohne weiteres ersichtlich ist.

Um die Versorgung der Transistoren C? 2 und Q 4 mit dem Vorspannstrom aufrechtzuerhalten, muß man die Widerstandswerte der Widerstände RA und R 5 zum Abzweigen der Kollektorströme der Transistoren Q 1 und Q 3 vorzugsweise so wählen, daß sie in einem hinreichenden Ausmaß höher sind als die Eingangswiderstände zwischen den Basiselektroden und den Emittern der Transistoren Q 2 und QA, damit eine Treiberwirkung durch einen konstanten Strom erreicht wird.

Wie aus der vorstehenden Beschreibung ersichtlich, kann mit den Maßnahmen der Erfindung der durch den ersten Transistor Q 1 fließende Vorspannstrom ohne Rücksicht darauf, ob ein Eingangssignal vorhanden ist oder nicht, ständig über den Widerstand A3 zum Emitter des Transistors Q3 fließen; der durch das Eingangssignal verstärkte Strom wird der Last RL über eine der Dioden D1 und D 2 zugeführt, und die an dem Widerstand R 3 erscheinende Spannung wird durch die betreffende andere Diode daran gehindert, sich zu ändern, so daß der erste Transistor Q1 und der dritte Transistor Q 3 ständig leitfähig sind. Selbst wenn der Arbeitspunkt so eingestellt wird, daß der Verstärker als B-Verstärker oder auf ähnliche Weise arbeitet, ist es somit möglich, eine auf die Umschaltvorgänge der Transistoren zurückzuführende Einkerbungsverzerrung

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zu vermeiden. Die gleiche Wirkung läßt sich sogar dann seits vorgesehen werden. Um die Wirkungsweise ;

erzielen, wenn man die Widerstände R1 und R 2 verbessern, ist der Vorspannkreis 3 vorzugsweise ι

fortläßt. Diese Widerstände können auch zwischen den auszubilden, daß er ohne Rücksicht auf Eingangssigna

Emittern des zweiten Transistors Q2 und des vierten eine konstante Spannung liefert.

Transistors Q 4 einerseits und der Stromquelle anderer- ί

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verzerrungsarmer, niederfrequenter Gegentakt-Leistungsverstärlcer für B- und AB-Betrieb mit einem Transistor eines ersten Leitfähigkeitstyps, einem zweiten Transistor eines zweiten Leitfähigkeitstyps, dessen Basis mit dem Kollektor des ersten Transistors verbunden ist, einem dritten Transistor vom genannten zweiten Leitfähigkeitstyp, einem vierten Transistor vom genannten ersten Leitfähigkeitstyp, dessen Basis mit dem Kollektor des dritten Transistors verbunden ist, einer ohmschen Verbindung zwischen den Kollektoren des zweiten und vierten Transistors, einem zwischen den Emittern is des ersten und dritten Transistors liegenden Widerstand, einer ersten Diode, deren Anode an den Emitter des ersten Transistors angeschlossen ist, und einer zweiten Diode, deren Katode an den Emitter des dritten Transistors angeschlossen ist, d a d u r c h gekennzeichnet, daß die Katode der ersten Diode (D 1) an den Kollektor des zweiten Transistors (Q₂) und an eine Last (Rl) angeschlossen ist, daß die Anode der zweiten Diode (D₂) an den Kollektor des vierten Transistors (Qi) und ebenfalls an die Last (Rl) angeschlossen ist und daß zwischen den Basiselektroden des ersten und dritten Transistors (Qu Qs) ein Vorspannkreis (3) liegt.

2. Niederfrequenz-Leistungsverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorspannkreis (3) ein Spannungskonstanthaltekreis ist.