DE2718792C3 - Leistungsverstärker - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft einen Leistungsverstärker gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Im allgemeinen werden Leistungsverstärker als Gegentakt-A-, B- und C- oder als D-Verstärker
betrieben. In einem Gegentakt-A-Verstärker mit komplementären Transistoren fließen die Emitterströme
ständig über zwei Transistoren, so daß der Ausgang infolge des Schaltens dieser Transistoren keiner
Verzerrung unterworfen ist. Jedoch fließt bei einem Gegentakt-B-Leistungsverstärker der Emitterstrom nur
während der positiven und negativen Halbperiode des Last- oder Arbeitsstroms und nicht während der
negativen oder positiven Halbperiode, so daß es jedesmal dann zu einer Verzerrung kommt, wenn der
Emitterstrom an- oder abgeschaltet wird.
Die A-Leistungsverstärker weisen infolgedessen Vorteile gegenüber den B-Leistungsverstärkern auf, da
es zu keiner Schaltverzerrung kommt; jedoch beträgt der maximale Leistungsverlust des A-Verstärkers etwa
das Fünffache des des B-Leistungsverstärkers, so daß in dieser Hinsicht die B-Leistungsverstärker gegenüber
den A-Leistungsverstärkern weitaus vorteilhafter sind.
In einem D-Leistungsverstärker wird ein Schaltelement durch eine mit Eingangssignalen impulsbreitenmodulierte
Rechteckwellenform an- und abgeschaltet, und der Ausgang des Schaltelements wird über ein
Tiefpaßfilter erhalten. Da die Spannung und der Strom nicht gleichzeitig an dem Schaltelement anliegen, ist der
Leistungsverlust beinahe vernachlässigbar, und folglich ist der Leitungswirkungsgrad sehr hoch. Im allgemeinen
sind jedoch die D-Leistungsverstärker, da ein Tiefpaßfilter vorgesehen ist, nicht mit einer Gegenkopplung
versehen, um die Welligkeit einer Schaltfrequenz zu entfernen, so daß eine Verzerrungsbeseitigung durch
eine Gegenkopplung nicht vorgenommen werden kann. Bei A-, B- und D-Leistungsverstärkern gilt somit, daß je
kleiner die Verzerrung ist, um so höher der Leistungsverlust wird.
Ferner ist ein Verfahren zur Verringerung der Verlustleistung bei Leistungsendstufen von Gleichspannungsverstärkern mit Begrenzung des Ausgangsstromes bekannt, bei welchem die Versorgungsspannung
des Verstärkers in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung desselben gesteuert und nur so hoch gehalten
werden, daß gerade eine ungestörte Aussteuerung möglich ist Durch dieses Verfahren wird somit die
Kollektorspannung an den verwendeten Leitungstransistoren im Sinne einer geringen Verlustleistung geregelt ι ο
(DE-OS 21 37 249). Ferner ist bereits ein elektronischer Verstärker mit hohem Wirkungsgrad bzw. geringer
elektronischer Verlustleitung bekannt, bei welchem die Ausgänge mehrerer Verstärkerstufen mit unterschiedlicher, aber progressiv zunehmender Betriebsspannung
parallelgeschaltet sind und im wesentlichen jeweils nur eine Verstärkerstufe den Laststrom führt Bei diesem
elektronischen Verstärker wirkt das Eingangssignal im wesentlichen nur auf jeweils eine Verstärkerstufe und
diese Stufe führt dann auch im wesentlichen den Laststrom; die Ausgangsspannung bestimmt dann, an
welcher Verstärkerstufe das Eingangssignal wirksam wird, so daß dann, wenn eine Verstärkerstufe in
Sättigung gerät, das Eingangssignal auf die folgende Verstärkerstufe geschaltet wird, d. h. auf diejenige Stufe,
die mit der nächsthöheren Betriebsspannung versehen ist Hierdurch ist ein Verstärker mit einem verhältnismäßig hohen Wirkungsgrad geschaffen, der ähnlich
verzerrungsarm wie ein Gegentakt-B-Verstärker arbeitet (DE-AS 23 04162). Schließlich ist noch ein
Leistungsverstärker mit komplementären Transistoren bekannt, welcher sowohl einen Gegentakt-A- als auch
einen Gegentakt-B-Verstärker aufweist (US-PS 36 83 289).
Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Leistungs- 3s
verstärker mit einer sehr geringen Verzerrung, jedoch mit einem hohen Wirkungsgrad, d.h. mit geringer
Verlustleistung zu schaffen. Gemäß der Erfindung ist diese Aufgab: durch die Merkmale im kennzeichnenden
Teil der Ansprüche 1 und 2 gelöst
Bei dem erfindungsgemäßen Leistungsverstärker ist eine Verzerrung praktisch vollkommen beseitigt und
der Leistungsverlust ist auf ein Minimum herabgesetzt, da die Versorgungsspannung von Energiequellen soweit
wie möglich verringert ist Ferner werden die Energieversorgungen durch einen anderen hochwirksamen Leistungsverstärker betrieben, um so einer
Ausgangsspannung zu folgenden und diese einzuhalten.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf
die Zeichnungen im einzelnen erläutert Es zeigt
F i g. 1 ein Blockschaltbild eines herkömmlichen Leistungsverstärkers;
F i g. 2 und 3 zu dessen Erläuterung Kurvendarstellungen;
F i g. 4 Leistungsverlustkenndaten von verschiedenen Leistungsverstärkers;
Fig.5 bis 9 Schaltungen von fünf bevorzugten
AusfUhrungsformen der Erfindung;
Fig. 10 eine Schaltung eines selbsterregten Schalt- t>o
Verstärkers, der in der viert».: i und fünften, in F i g. 8 bzw.
9 dargestellten Ausführungsform verwendet ist; und
F i g. 11 eine Kurvendarstellung, die zur Erläuterung
der Arbeitsweise des in F i g. 10 dargestellten Schaltverstärkers verwendet ist
In den einzelnen Figuren sind dieselben Bezugszeichen zur Bezeichnung der gleichen bzw. entsprechender
Teile verwendet.
Vor der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung wird ein herkömmlicher Leistungsverstärker anhand von F i g. l beschrieben. Es ist
ein üblicher A- oder B-Leistungsverstärker mit einem Eingangsanschluß 1, einer Konsiantspannungsschaltiing
2, einem ersten Paar von Transistoren 3 und 4, Emitterwiderständen 5 und <ό, einem Ausgangsanschhiß
7, einer Last- bzw. einem Verbraucher 8 und einem ersten Paar von Energie- bzw. Stromversorgungen 9
und 10 dargestellt
Die Wellenformen dieser Schaltung im A- und im B-Betrieb sind in F i g. 2 bzw. 3 dargestellt, wobei mit a
eine Spannungswellenform an dem Ausgangsanschluß 7, mit b und cEmitterstromwellenformen der Transistoren
3 und 4 und d, eine Stromwellenform am Verbraucher bzw. an der Last 8 bezeichnet sind.
Beim A-Betrieb fließen die Emitterströme b und c
ständig, wie in F i g. 2 dargestellt ist, so daß es zu keiner Schaltverzerrung kommt; aber beim B-Betrieb fließen
die Emitterströme nur während der positiven bzw. negativen Halbperioden der Last- bzw. Belastung und
nicht während der negativen und positiven Halbperioden, wie in F i g. 3 dargestellt ist Folglich kommt es
jedesmal dann, wenn der Emitterstrom an- und abgeschaltet wird, zu einer Schaltverzerrung.
In F i g. 4 ist die Beziehung zwischen dem Leistungsverlust der Transistoren 3 und 4 und der Ausgangsamplitude in der in F i g. 1 dargestellten Schaltung
wiedergegeben. Das Verhältnis der Ausgangsspannang V zu der maximalen Ausgangsspannung Vn, ist auf der
Abszisse aufgetragen, während das Verhältnis des Leistungsverlustes Pc der Transistoren 3 und 4 zu dem
maximalen Ausgang Pom auf der Ordinate aufgetragen ist Die Kurve e gibt den Leistungsverlust bei A-Betrieb
und die Kurve F den bei B-Betrieb wieder. Es wird angenommen, daß die Widerstände 5 und 6 einen sehr
kleinen Widerstandswert aufweisen, so daß der Spannungsabfall an ihnen vernachlässigbar ist
Wie vorstehend ausgeführt, ist der Α-Betrieb des Leistungsverstärkers der in F i g. 1 dargestellten Ausführungsform vorteilhaft gegenüber dem B-Betrieb, da
es zu keiner Schaltverzerrung kommt; der B-Betrieb ist jedoch gegenüber dem Α-Betrieb weitaus vorteilhafter,
so daß der maximale Leistungsverlust des letzteren fünfmal so groß wie der des ersterwähnten Verstärker
ist.
Bei einem D-Leistungsverstärker wird unterdessen mit der Rechteckwellenform, die mit Eingangssignalen
impulsbreitenmoduliert ist, eine Schalteinrichtung an- und abgeschaltet, deren Ausgang über ein Tiefpaßfilter
erhalten wird. Da eine Spannung und ein Strom nicht gleichzeitig an die Schalteinrichtung angelegt werden,
ist der Leistungsverlust vernachlässigbar, und folglich ist der Leistungswirkungsgrad äußerst hoch. Jedoch
können die Leistungsverstärker im allgemeinen nicht mit einer stabilen Gegenkopplung versehen werden, da
sie ein Tiefpaßfilter aufweisen, um die Welligkeiten einer Schaltfrequenz zu beseitigen.
Infolgedessen kann eine Verzerrungsbeseitigung oder -verminderung durch Gegenkopplung nicht
erhalten werden.
Die erste in F i g. 5 dargestellte Ausführungsform weist zusätzlich zu den in F i g. 1 dargestellten
Schaltungselementen 1 bis 10 eine zweite Konstantspannungsschaltung 11, ein zweites Paar Transistoren
12 und 13 und ein zweites Paar Energie- oder Stromversorgungen 14 und 15 auf.
4 hat einen Arbeitspunkt für einen Α-Betrieb, während eine zweite Verstärkerstufe aus den Widerständen 12
und 13 einen Arbeitspunkt für einen B-Betrieb hat. Die erste Verstärkerstufe speist die Last oder den
Verbraucher 8, und das erste Paar Energie- oder Stromversorgungen 9 bis 10 liefern die Kollektorspannungen für die Transistoren 3 und 4 in der ersten
Verstärkerstufe. Der Bezugspunkt oder die Bezugsspannung der ersten Energieversorgungen 9 und 10 ist
erdfrei und wird von der zweiten Verstärkerstufe mit den Transistoren 12 und 13 gespeist, deren Kollektorspannungen von den zweiten Energieversorgungen 14
und 15 geliefert werden, deren Bezugspunkt geerdet ist.
Für einen Α-Betrieb muß, selbst wenn kein Eingangssignal anliegt, der Strom zumindest gleich der Hälfte des
Spitzenbelastungsstgroms gemacht werden, damit er über die Transistoren 3 und 4 in die erste Verstärkerstufe fließt Um den Leistungsverlust der Transistoren 3
und 4 auf ein Minimum herabzusetzen, muß die Spannung der ersten Energieversorgungen 9 und 10 so
klein wie möglich gemacht werden. Da die zweite Verstärkerstufe 12 und 13 auf einen B-Betrieb
vorgespannt ist, fließt kein Strom, sobald kein Eingangssignal anliegt, so daß all die Ströme, die in die
Transistoren 3 und 4 in der ersten Verstärkerstufe fließen, von den ersten Energieversorgungen 9 und 10
mit einer niedrigeren Spannung versorgt werden, und der Leistungsverlust der ersten Verstärkerstufe, wenn
kein Eingangssignal anliegt, im Vergleich zu herkömmlichen A-Leistungsverstärker weitgehend auf ein Minimum herabgesetzt werden kann.
Der Leitungsverlust Pmi der ersten Verstärkerstufe
aus den Transistoren 3 und 4, wenn kein Eingangssignal
anliegt, läßt sich ausdrücken durch
P„, = 2
wobei Rc der Widerstandswert der Widerstände 5 und 6,
RlA1N Widerstanriswert des Verbrauchers oder der Last
8, ± - Vi und ± j
ι ο zweiten Energiequellen und I0 der Strom ist, der über die
erste Ver.tärkerstufe fließt, wenn kein Eingangssignal
anliegt.
Wenn eine Spannung ν an den Eingangsanschluß 1 angelegt wird, läßt sich der Strom i, der über den
ί Verbraucher bzw. die Last 8 fließt, ausdrücken durch
da jeweils eine Hälfte des Laststromes ι über jeden der Widerstände 5 und 6 fließt, ist der durch den Transistor 3
fließende Strom J0 + y , während der in den Transistor
4 fließende Strom /0 - y ist
Der Bezugspunkt der ersten Energieversorgungen 9 und 10 folgt immer der Eingangsspannung v, so daß die
Kollektor-Emitterspannung des Transistors 3 oder 4
in konstant und ausgedrückt wird durch ]- V1 - /0Re
Folglich ist der augenblickliche Leistungsverlust Pci der
Transistoren 3 und 4 ausgedrückt durch
P" =
Ί) G
{ Vl *
Der augenblickliche Leistungsverlust ist infolgedessen gleich dem, wenn kein Eingangssignal anliegt, und ist
somit konstant
Der durchschnittliche Leistungsverlust Pc2 der Transistoren 12 und 13 bei B-Betrieb läßt sich ausdrücken
durch
Hälfte des Spitzenstroms des Verbrauchers oder der Last, nämlich auf -~-eingestellt werden; danr. läßt sich
4 Ki.
der Leistungsverlust Pa der Transistoren 3 und 4
folgendermaßen ausdrücken
-
° 20 -
V1
20
wobei Jt - -^ ist Infolgedessen läßt sich der gesamte
Leistungsverlust des Leistungsverstärkers oder der Transistoren 3,4,12 und 13 ausdrucken durch
Die Kollektor-Emitterspannung
y V1 - I0 Ä,)
2 R1.
der Transistoren 3 und 4 soll nunmehr auf -^ von y Vi
eingestellt werden (Das ist in der Praxis sinnvoll) und der Leerlaufstrom I0 der Transistoren 3 und 4 soll auf die
V**?*" 0>2fache def maximalen Ausgangsleistung
*am
8 R1
ist Die Kurve g in F i g. 4 zeigt die Beziehung zwischer
dem Verhältnis des gesamten Leistungsverlustes Pc zi
der maximalen Ausgangsleistung P0n, und das Verhältnis
der Ausgangsspannung F zu der maximalen Ausgangs spannung Vn, wenn die Kollektor-Emitterspannung dei
Aus den in F i g. 4 dargestellten Kurven e, /und g is
zu ersehen, daß der Leistungsverlust der erster Ausführungsform etwas höher ist als der Leistungsver
lust des B-Leistungsverstärkers, aber weitaus kleiner is
als der Leistungsverlust des A-Leistungsverstärkers Außerdem hat die erste Ausführungsform den Vorteil
daß es zu keiner Schaltverzerrung kommt, da die Last oder der Verbraucher 8 im Α-Betrieb betrieben wird.
Während bei der ersten, in Fig.5 dargestellten Ausführungsform die Transistoren 3 und 4 der ersten
Verstürkerstufe mit Emitterwiderständen 5 bzw. 6 versehen sind, sind die Transistoren 12 und 13 in der
zweiten Verstärkerstufe nicht mit entsprechenden Widerständen versehen; vorzugsweise werden aber
Emitterwiderstände mit den Transistoren 12 und 13 verbunden, um den Leerlaufstrom der zweiten Verstärkerstufe zu stabilisieren. Bei einer Zunahme der
Ausgangsamplitude fließt der Ausgangsstrom über die Emitterwiderstände der Transistoren 12 und 13, so daß
der Spannungsabfall an den Emitterwiderständen die Kollektor-Emitterspannung der Transistoren 3 und 4
herabsetzt Infolgedessen muß die Kollektor-Emitterspannung der Transistoren 3 und 4 zum Ausgleich der
sich ergebenden Leistungsverlustzunahme erhöht werden. Hierdurch werden die Vorteile der Erfindung
ausgeglichen. Infolgedessen wird vorzugsweise eine Diode in Durchlaßrichtung parallel zu dem Emitterwiderstand jedes Transistors 12 oder 13 geschaltet
Während in der ersten in Fig.5 dargestellten Ausführungsform das Eingangssignal unmittelbar an
den ersten und zweiten Verstärkerstufen vorgesehen ist, ist es auch möglich, die Eingangsspannung über zwei
andere Vertärker, deren Spannungsverstärkungen beinahe dieselben sind, an den ersten und zweiten
Verstärkerstufen vorzusehen. In diesem Fall wird zweckmäßigerweise die Spannungsverstärkung des
einen Verstärkers für die erste Verstärkerstufe etwas kleiner eingestellt als die des anderen Verstäkers, um
den Spannungsabfall an den Emitterwiderständen der Transistoren 12 und 13 auszugleichen.
In Fig.6 ist eine Abwandlung der ersten Ausführungsform dargestellt Während die Basen der Transistoren 12 und 13 in der zweiten Verstärkerstufe der
ersten in F i g. 5 dargestellten Ausführungsform mit der Konstantspannungsschaltung 11 verbunden ist, die
ihrerseits mit dem Eingangsanschluß 1 verbunden ist, sind in der in Fig.6 dargestellten Abwandlung die
Basen über Widerstände 16 bzw. 17 mit den Emittern der Transistoren 3 bzw. 4, und Emitterwiderstände 18
und 19 mit den Transistoren 12 und 13 verbunden. Diese Anordnung ist vorteilhaft da die Schaltung im Aufbau
einfach gemacht werden kann, der Verbraucher bzw. die
Last an dem Eingangsanschluß 1 herabgesetzt werden kann, und eine Veränderung oder Verzerrung im
Basisstrom infolge der Schaltvorgänge der Transistoren 12 und 13 nicht in den Eingangsanschluß 1 übertragen
werden kann.
Die zweite, in F i g. 7 dargestellte Ausführungsform ist
im Aufbau der in Fig.6 dargestellten Abwandlung ähnlich, außer daß Dioden 20 und 21 sowie Transistoren
22 und 23 und ein drittes Paar Energieversorgungen 24 und 25 hinzugefügt sind, um den Leistungsverlust der
zweiten Verstärkerstufe im Vergleich zu dem herkömmlichen B-Verstärker weiter herabzusetzen.
Wenn bei der zweiten, in Fig.7 dargestellten
Ausfühningsform die Ausgangsamplitude innerhalb der
liegt, werden die Kollektorspannungen der Transistoren
12 und 13 von den zweiten Energieversorgungen 14 und 15 über die Dioden 20 und 21 zugeführt; wenn aber die
übersteigt werden die
gungen 24 und 25 über die Transistoren 22 und 23 angelegt. Infolgedessen kann der maximale Gesamtleistungsverlust der Transistoren 12,13,22 und 23 kleiner
gemacht werden, als der maximale Leistungsverlust der Transistoren 12 und 13 der in Fig.6 dargestellten
Schaltung. Beispielsweise soll die Spannung der zweiten Energieversorgung auf 0,7 der Spannung der dritten
Energieversorgung eingestellt werden, und der maximale Leistungsverlust kann dann um etwa die Hälfte des
ίο Leistungsverlustes der in F i g. 6 dargestellten Schaltung
herabgesetzt werden.
Die Basen der Transistoren 22 und 23 können mit dem Eingangsanschluß 1, dem Ausgangsanschluß 7 oder dem
Ausgangsanschluß der zweiten Verstärkerstufe verbun
den werden; in der in Fig.7 gezeigten Ausführungs
form sind sie unmittelbar mit der ersten Energieversorgung verbunden, so daß eine Schaltung zum Vorspannen der Basen entfallen kann, und die Sättigung
zwischen dem Kollektor und dem Emitter des
In den ersten und zweiten, in F i g. 5 bis 7 dargestellten
Ausführungsformen können statt der Transistoren 3 und 4 in der ersten Verstärkerstufe, die Transistoren 12 und
13 in der zweiten Verstärkerstufe und die Transistoren
22 und 23 zum Schalten der zweiten und dritten
Energieversorgungen teilweise oder ganz durch Feldeffekttransistoren ersetzt werden.
Die ersten und zweiten, in F i g. 5 bis 7 dargestellten Ausfuhrungsformen haben somit die Vorteile, daß wie
bei den A-Leistungsverstärkern keine Schaltverzerrung
vorkommt und der Leistungsverlust weitaus kleiner ist
als der Leistungsverlust der herkömmlichen A-Lei
stungsverstärker.
)3 entspricht im Aufbau im wesentlichen der ersten in F i g. 5 dargestellten Ausführungsform, außer daß statt
der Konstantspannungsschaltung 11 und der Transistoren 12 und 13 in der zweiten Verstärkerstufe ein
Schaltverstärker 26 vorgesehen ist In dieser Ausfüh
rungsform wird die erste Verstärkerstufe aus den
Transistoren 3 und 4 im A- oder B-Betrieb betrieben, während der Schaltverstärker 26 im D-Betrieb betrieben wird. Die Spannung der ersten Energieversorgungen 9 und 10 ist so niedrig wie möglich gewählt, um den
Leistungsverlust der Transistoren 3 und 4 auf ein Minimum herabzusetzen, und die Verbindung des ersten
Paars von Energieversorgungen 9 und 10 ist mit dem Ausgang des Schaltverstärkers 26 verbunden, so daß die
erste Energieversorgung so betrieben und gesteuert
werden kann, daß sie die Ausgangsspannung hält bzw.
dieser folgt
in der dritten Ausfühningsform ist die Koüektor-Emitterspannung der Transistoren 3 und 4 so niedrig
wie möglich gehalten, so daß der Leistungsverlust auf
ein Minimum herabgesetzt werden kann, während der
Leistungsverlust des Schaltverstärkers 26 wegen des D-Betriebs vernachlässigbar ist Folglich ist der gesamte
Leistungsverlust im Vergleich zu herkömmlichen A- oder B-Leistungsverstärkern erheblich vermindert
Auch die Verzerrung kann im wesentlichen im Vergleich zu den herkömmlichen D-Leistungsverstärkern beseitigt werden, da wie bei den herkömmlichen A-
und B-Leistungsverstärkern eine Gegenkopplung zwischen den Eingangs- und Ausgangsanschlüssen vorgese-
hen werden kann. Außerdem kann wegen der Gegenkopplung der Frequenzgang erheblich verbessert
werden, und die Welligkeitsspannung kann im Vergleich
zu den herkömmlichen D-Leistungsverstärkern im
wesentlichen beseitigt werden. Bei den herkömmlichen D-Leistungsverstärkern muß eine verhältnismäßig hohe
Schaltfrequenz gewählt werden, um den Frequenzgang im höheren Frequenzbereich zu verbessern und um die
Welligkeit einer Schaltfrequenz den Erwartungen entsprechend zu entfernen. Folglich nehmen eine
unerwünschte und störende Strahlung sowie die Schaltverluste zu. Die D-Verstärkerstufe in der dritten,
in Fig.8 dargestellten Ausführungsform hat jedoch einen unmittelbaren Einfluß auf den Frequenzgang, und
die Schaltfrequenz-Welligkeit wird durch die Transistoren soweit unterdrückt, daß sie nicht an den
Ausgangsanschluß 7 übertragen wird. Infolgedessen kann eine niedrigere Schaltfrequenz gewählt werden,
und folglich können die nicht erwünschte Strahlung sowie Schaitveriuste herabgesetzt werden.
Eine Abwandlung der dritten, in F i g. 9 dargestellten Ausführungsform entspricht im Aufbau im wesentlichen
der dritten, in Fig.8 dargestellten Ausführungsform,
außer daß der Eingangsanschluß des Schaltverstärkers 26 oder die zweite Verstärkerstufe mit dem Ausgangsanschluß 7 statt mit dem Eingangsanschluß 1 verbunden
ist Mit der Abwandlung der dritten Ausführungsform können dieselben Wirkungen wie mit der ersten
Ausführungsform erhalten werden. In der dritten sowie in der Abwandlung der dritten Ausführungsform, die in
den F i g. 8 und 9 dargestellt sind, kann der Schaltverstärker 28 eine herkömmliche, von außen erregte
Schaltungsanordnung sein, bei welcher ein Eingang und ein Ausgang von einem Dreieckwellengenerator mit der
Impulsbreitenmodulation oder einer selbsterregten Form verglichen werden, wobei ein Eingang und ein
Ausgang von einem Tiefpaßfilter verglichen werden, und eine impulsbreitenmodulierte Rechteckwellenform
erregt wird.
In Fi g. 10 ist ein selbsterregter Schaltverstärker mit
einem Eingangsanschluß 27, einem Vergleicher 28, einer
Schaltanordnung 29, einem Tiefpaßfilter 30 und einem Ausgangsanschluß 31 dargestellt Der Vergleicher 28
vergleicht ein Signal am Eingangsanschluß 27 mit einem Signal am Ausgangsanschluß 31, um einen Ausgang in
Form einer Rechteckwellenform zu erhalten, um damit die Schaltanordnung 29 anzusteuern und zu betreiben.
Der Ausgang mit einer Rechteckwellenform von der Schaltanordnung 29 wird an das Tiefpaßfilter 30
angelegt, um am Ausgangsanschluß 31 das zusammengesetzte Signal mit einem niederfrequenten Bestandteil
und einem kleine Welligkeiten aufweisenden Bestandteil bei einer Schaltfrequenz zu erhalten. Wie in F i g. 10
dargestellt, weist diese Schaltung eine Rückkopplungsschleife auf, welche eine negative Rückkopplung im
Niederfrequenzbereich schafft und eine positive Mitkopplung in einem höherfrequenten Bereich bei einer
Frequenz schafft, bei welcher die Phasenverschiebung des Tiefpaßfilters 30-180° beträgt und bei welcher der
Schaltverstärker verschwingt
In F i g. 11 ist die Frequenz-Phasenkennlinie des
Tiefpaßfilters 30 dargestellt Wenn kein Eingangssignal anliegt, ist das Tastverhältnis der Rechteckwellenform
am Ausgang des Vergleichers 28 50%; wenn dagegen ein Eingangssignal anliegt, ändert sich das Tastverhältnis, so daß der niederfrequente Bestandteil des
Rückkopplungssignals dem Eingangssignal folgt Folglich entspricht der niederfrequente Anteil des Ausgangssignals dem Eingangssignal, das heißt, es wird eine
Verstärkung bewirkt
jo Die Leistungsverstärker gemäß der Erfindung können somit denselben Betrieb wie die herkömmlichen
A-Leistungsverstärker durchführen, aber der Leistungsverlust ist im Vergleich zu den herkömmlichen
Verstärkern erheblich geringer. Außerdem können sie
r, denselben Betrieb wie die B-Leistungsverstärker durchführen, aber der Leistungsverlust ist auch erheblich
kleiner als bei diesen B-Verstärkern.
Hierzu 7 Bliiit Zeichnungen
Claims (8)
1. Leistungsverstärker, mit einem ersten Gegentakt-A-Verstärker
zum Speisen eines Verbrauchers entsprechend einem Eingangssignal, mit ersten
Energieversorgungen zum Anlegen einer Betriebsspannung an den ersten Verstärker, mit einem
zweiten Gegentakt-B-Verstärker, der ebenfalls auf das Eingangssignal anspricht, und mit zweiten
Energieversorgungen zum Anlegen einer Betriebsspannung an den zweiten Verstärker, dadurch
gekennzeichnet, daß der Bezugspunkt der ersten Energieversorgungen (9, 10) erdfrei ist und
durch den Ausgang des zweiten Verstärkers (12,13) gespeist ist, und daß der Leerlaufstrom des ersten
Verstärkers (3,4) nur von den ersten Energieversorgungen (9, 10) aus eingespeist ist, und daß der
Bezugspunkt der zweiten Energieversorgungen (14, 15) geerdet ist
2. Leistungsverstärker, mit einem ersten Gegentakt-A-Verstärker
zum Speisen eines Verbrauchers entsprechend einem Eingangssignal, mit ersten Energieversorgungen zum Anlegen einer Betriebsspannung
an den ersten Verstärker, mit einem zweiten Gegentakt-B-Verstärker, der ebenfalls auf
das Eingangssignal anspricht, mit zweiten und dritten Energieversorgungen und mit einer Schaltungsanordnung,
um eine Betriebsspannung an den zweiten Verstärker anzulegen, indem die zweiten und dritten Energieversorgungen entsprechend der
Ausgangsamplitude geschaltet werden, wobei die Spannung der dritten Energieversorgungen höher
ist als die der zweiten Energieversorgungen, und die Schaltungsanordnung derart geschaltet ist, daß eine
Betriebsspannung von den zweiten Energieversorgungen dem zweiten Verstärker zugeführt wird,
wenn die Amplitude des Ausgangssignals kleiner als der Wert der Spannung der zweiten Energieversorgungen
ist, und daß eine Spannung von den dritten Energieversorgungen dem zweiten Verstärker zugeführt
wird, wenn die Amplitude des Ausgangssignals größer als etwa der Wert der Spannung der zweiten
Energieversorgungen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Bezugspunkt der ersten Energieversorgungen
(9, 10) erdfrei und durch den Ausgang des zweiten Verstärkers (12,13) gespeist ist, und daß der
Leerlaufstrom des ersten Verstärkers (3, 4) nur von den ersten Energieversorgungen (9, 10) aus eingespeist
ist, und daß der Bezugspunkt der zweiten Energieversorgungen (14,15) geerdet ist.
3. Leistungsverstärker nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes
Paar in Reihe geschalteter Widerstände (5, 6) zwischen die Emitter von komplementären Transistören
(3 oder 4) oder zwischen die Quellenelektrode von komplementären Feldeffekttransistoren des
ersten Gegentakt-A-Verstärkers geschaltet sind; daß ein zweites Paar in Reihe geschalteter
Widerstände (18, 19) zwischen die Emitter von t>o komplementären Transistoren (12, 13) oder zwischen
die Quellenelektroden von komplementären Feldeffekttransistoren des zweiten Gegentakt-B-Verstärkers
geschaltet sind, und daß die Verbindung der zweiten in Reihe geschalteten Widerstände (18, μ
19) mit der Verbindung zwischen den ersten Energieversorgungen (9,10) verbunden ist.
4. Leistungsverstärker nach Anspruch 3, dadurch
gekennzeichnet, daß eine Vorspannung an die Basen der komplementären Transistoren (3,4; 12,13) oder
die Steuerelektroden der komplementären Feldeffekttransistoren der ersten und zweiten Verstärker
in der Weise angelegt ist, daß der Leerlaufstrom, der
über das erste Paar der in Reihe geschalteten Widerstände (5, 6) fließt, höher sein kann, als der
Leerlaufstrom, der über die zweiten in Reihe geschalteten Widerstände (18,19) fließt
5. Leistungsverstärker nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Diode parallel zu jedem
Widerstand (18, 19) des zweiten Widerstandspaars geschaltet ist
6. Leistungsverstärker nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste
Verstärker (3, 4) den zweiten Verstärker (12, 13) ansteuert
7. Leistungsverstärker nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Basen von komplementären
Transistoren (22,23) oder die Quellenelektroden von komplementären Feldeffekttransistoren von der
Schaltungsanordnung (20 bis 23) mit den ersten Energieversorgungen (9,10) verbunden sind.
8. Leistungsverstärker nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Verstärker ein
selbsterregter Schaltverstärker (26) ist
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