DE3048162C2 - Verstärker-Ausgangsschaltungsanordnung - Google Patents

Description

20

35

andere umschaltet

6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerstufe (V*. 204,206,207,209,211,212,217) den Steuerstrom proportional zur Ausgangsspannung in einem schmalen Bereich von deren Werten zwischen einer Emitterfolgerstufe und einer anderen teilt, wodurch der Ausgangsstrom fortschreitend von der einen auf die andere Emitterfolgerstufe übertragen wird, wenn der Wert der Ausgangsspannung den schmalen Bereich durchläuft.

7. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Emitterfolgerstufen (205, 210, 215, 220) jeweils eine Basis zur Aufnahme des Eingangssignals, einen an den entsprechenden Speisespannungspegel (V₁, Vy gekoppelten Kollektor und einen an die Last (40) gekoppelten Emitter aufweisen, daß ein erster Widerstand (211) an die Quelle (V,p) der Steuerstufe (V*. 204,206,207,209,211,212,217) und ein zweiter Widerstand (209) und eine Diode (207) zwischen den ersten Widerstand (211) und die Basis einer Emitterfolgerstufe geschaltet sind, daß ein erster Transistor (206) mit seinem Emitter an den Verbindungspunkt des ersten und zweiten Widerstandes (211, 209) und mit seinem Kollektor an die Basis einer anderen Emitterfolgerstufe geschaltet ist. daß zwischen den Emitter und die Basis des ersten Transistors (206) ein dritter Widerstand (217) geschaltet ist und daß ein zweiter Transistor (204) mit seinem Kollektor über eine weitere Diode (213) an die Basis des ersten Transistors (206) und mit seiner Basis an den Speisespannungspegel geschalte! ist. an dem der Kollektor der einen Emitterfolgerstufe liegt.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Versiarker-Ausgangsschaliungsanordnung mit mehreren ein Eingangssignal aufnehmenden Ausgangsstufen zur Einspeisung eines Ausgangsstroms in eine Last und mit einer Ankopplung der Ausgangsstufen an jeweils einen unterschiedlichen Speisespannungspegel der gleichen Polarität liefernde Spannungsquellen.

Es ist bekannt, daß die Spannungsversorgung für einen Verstärker, welcher eine Last direkt speist, eine Speisespannung besitzen muß. welche geringfügig größer als die durch die Last gelorderte maximale Ausgangsspannung ist. Die Differenz zwischen der Speisespannung und der Aupenblicks-Lastspannung tritt an den Ausgangsstufen ties Verstärkers auf. Da der Lastsirom auch durch die Ausgangsstufen fließt, tritt notwendigerweise ein Leistungsverlust in diesen Ausgangsstufen auf. Ist der Speisestrom in erster Näherung gleich dem Laststrotn. so ist der Wirkungsgrad des Verstärkers bei der Ansteuerung einer Widerstandslast durch folgende Formel gegeben-

„.. , , durch den Lastwiderstand verbrauchte Leistung V₁^,

Wirk uns se rad ~ —— = ■.

durch die Spannungsquelle gelieferte Leistung V_Sp„„

Aus dieser Gleichung ist ersichtlich, daß der Wirkungsgrad zunimmt, wenn die Last- bzw. Ausgangsspannung sich der Speisespannung nähen. In den meisten Verstärkern ändert sich jedoch die Lastspannung und ist für die meiste Zeit kleiner als das Maximum. Daher ist auch der Wirkungsgrad für die meiste Zeit schlecht. Die gebräuchlichen A-Verstärker, welche durch eine Speisespannung betrieben werden, die zur Anpassung an die höchste zu erwartende Ausgangsspannung groß genug ist, zeigen diese Charakteristik.

Es hat sich gezeigt, daß bekannte Verstärker zur wirksamen Ansteuerung einer Last sowohl bei hohen als auch bei kleinen Ausgangsspannungen einen Laststrom für kleine Ausgangsspannungen aus einer kleinen Speisespannung und lediglich bei hohen Ausgangsspannungen aus einer höheren Speisespannung liefern müssen. Dadurch wird der Spar.nungsabfall an den Verstärker-Ausgangsstufen reduziert und damit der Wirkungsgrad verbessert. Bekannte Sthaltungsanord nungen mit einem Mehrfach-Speisespannungsbetrieb entsprechen der in Fig. 1 dargestellten Schaltungsanordnung. Derartige Schaltungsanordnungen besitzen mehrere Ausgangsstufen, die so geschaltet sind, daß ihre Eingänge effektiv parallel liegen, wobei der Laststrom sie jedoch in Serie durchfließt. Beispielsweise fließt der Laststrom lediglich durch eine Ausgangsstufe von einer

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Spannungsquelle Vi für eine Ausgangsspannung V_MS<Vi und durch zwei Ausgangsstufen von einer Spannungsquelle V: für eine Ausga-igsspannung V_JUS > Vi. usw.

Wenn derartige Schaltungsanordnungen von einer Speisespannung, weiche größer als die kleinste Speisespannung ist, betrieben werden, so muß der Eingangsstrom für derartige Verstärker charakteristischerweise um einen Betrag -unehmen, welcher zur Aufrechterhaltung des leitenden Zustandes einer zusätzlichen Ausgangsstufe erforderlich ist. Eine Zunahme um einen zusätzlichen Betrag muß vorhanden sein, wenn der Betrieb aus einer dritten Speisespannung erfolgt, welche größer als die zweite Speisespannung ist Diese Gesetzmäßigkei· setzt sich entsprechend fort. Jede Zunahme des E ngangsstroms bedingt größere Anforderungen ?n die Ansteuerung der Ausgangsstufen und kann bei der Umschaltung von einer Spannungsquelle auf die andere zu Verzerrungen des Ausgangssignals führen.

t.ine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art mit in Serie geschalteten Ausgangsstufen is: aus der DE-OS 22 17 781 bekannt. Eine solche Reihenschaltung der Ausgangsstufen hat den Nachteil, daß sich bei Zunahme der Ausgangsspannung die Anzahl von Ausgangsstufen ebenfalls erhöht, welche leitend sein müssen. Um die maximale Ausgangsspannung zur Verfugung stellen zu können, müssen bei dieser vorbekannten Schaltungsanordnung 10 Ausgangsstufen leitend sein.

Entsprechendes gilt für bekannte Schaltungsanordnungen nach der DE-OS 26 47 916. der DE-AS 27 05 bO4 sowie den US-PS 41 15 742,36 22 899 und 33 19 175.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine frequenzstabile Leitungsverstärker-Ausgangsschaltungsanordnung mit großer Stromverstärkung und großem Wirkungsgrad anzugeben, deren Stromverstärkung sich als Funktion von den Laststrom liefernden Spannungsquellen nur minimal ändert.

Diese Aufgabe wird bei einer Verstärker-Ausgangsschaltungsanordnung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelost, daß die Ausgangsstufen parallelgeschdltet sind und daß zur Umschaltung des in die Last eingespeisten Ausgangsstroms von einer Ausgangsstufe auf eine andere als Funktion des Augenblickszusammenhangs zwischen den Speisespannungspegeln und einer an der Last erzeugten Ausgangsspannung ein Steuerkreis an die Ausgangsstufe angekoppelt ist.

Zur F.rhöhung des Leistungs-Wirkungsgrades werden bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung die die Last speisenden Ausgangsstufen von mehreren Spannungsquellen unterschiedlicher Spannung in der Weise betrieben, daß jede Ausgengsstufe immer nahezu ihr maximales Ausgangssignal liefert. Darüber hinaus /eigt die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung eine geringere Änderung ihrer Stromve^rstärkung als Funktion der den Laststrom liefernden Speisespannung gegenüber bekannten Schaltungsanordnungen.

In der erfindungsgemälten Schaltungsanordnung sind dabei mehrere effektiv parallel geschaltete Emitlerfolger-Ausgangsslufen vorgesehen, für die jeweils eine andere Speisespannung vorhanden ist. Steuerkreise dienen dabei zur Umschaltung des Einsatzstroms von einer Emitterfolgerstufe zur anderen. Die Steuerkreise c-s stellen sicher, daß die kleinste brauchbare Speisespannung den Ausgangsstrom erzeugt. Es ergibt sich dabei der Vorteil, daß es bei Betrieb mit Ausgangsspannungen oberhalb des tiefsten Speisespannungspegels unnötig ist, zur Unterstützung der Leitung in mehr als einer Ausgangsstute Eingangsstrom zur Verfugung zu stellen. Um Verzerrungen so klein wie möglich zu halten, welche durch die Umschaltung von einer Ausgangsstufe auf eine andere hervorgerufen werden können, glättet die erfindungsgemiiße Schaltungsanordnung die Umschaltung durch Aufspreizen in einem zulässigen Bereich der Ausgangsspannung. Beim Durchlaufen eines Übergangsbereiches reduziert die Ausgangsstufe, welche anfänglich den gesamten Laststrom liefert, ihren Beitrag für die Last glatt von 100% auf 0, während die Ausgangsstufe mit der nächsthöheren Spannung ihren Beitrag von 0 auf 100% erhöht.

Der jeweiligen Ausgangsstufe ist eine konventionelle Verstärkerstufe vorgeschaltet, deren Steuerspannungsbereich gleich dem der gesamten Verstärkerschaltungsanordnung ist.

Ausgestaltungen des F.rfindungsgedankens sind in Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird im folgenden ainmnd von in den Figuren der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt:

F1 g. 1 eine bereits angesprochene bekannte \'erstärkerscr-aliungsanordnung;

F i g. 2 eine grundsätzliche Verstärker-Ausgangsschaltung gemäß der Erfindung;

Fig. 3 ein Diagramm des Verlaufs des Eingangsstroms der vorbekannten Schaltungsanordnung nach Fig.l;

F i g. 4 ein Diagramm des Verlaufs des Eingangsstroms der Schaltungsanordnung nach F i g. 2;

Fig. 5 eine weitere Ausführungsform gemäß der Erfindung;

F i g. 6 Steuerkreise. welche an die Stelle eines Schalters 25 in den F i g. 2 und 5 treten können;

F i g. 7 ein Diagramm des Verlaufs der Spannung in verschiedenen Schaltungspunkten der Schaltungsanordnung nach Fig. 6:

F i g. 8 ein Schakbild eines erfindungsgemäß ausgebildete· Gegentaktverstärker und

Fig.9 einen vollständigen erfindungsgemäßen Opera'ionsverstärker.

Erfindungsgemä.ß sind Ausgangsstufen vo; gesehen, welche effektiv parallel geschaltet und selektiv so wirksam geschaltet werden, daß die kleinste brauchbare Speisespannung den Laststrom liefert. Dadurch werden Änderungen in der Stromverstärkung. welche durch den Betrieb aus unterschiedlichen Speisespannungen hervorgerufen werden, minimal gehalten. F 1 g. 2 zeigt eine grundsätzliche erfindungsgemäße Verstärkerschaltungsanovdnung. Emitterfolger-Transistoren 30 und 33 sind effektiv parallel geschaltet, wobei deren gemeinsames Ausgangssignal dem Eingangssignal nur folgen kann, wenn die Basis ?ines der Transistoren Strom über einen Widerstand 20 erhält.

F.in Eingangssignal V,,„ wird über eine Diode 10 auf die Basis des Transistors 35 und über eine Diode 15 auf die Basis des Trans ätors 30 gekoppelt. Die Basen der Transistoren 30 und 35 sind über einen Widerstand 20 umschaltbar an (iine nicht-geerdete Stromquelle V* angekoppelt. Ein Schalter 25 liefert Stronr in die Basis des Transistors 35 lediglich für Ausgangsspannungen, welche um einen festen Betrag kleiner als die Spannung einer SpannungsqueliC V| sind, während die Basis des Transistors 30 für größere Ausgangsspannungen Strom erhält. Der Emitter des Transistors 30 ist mit dem Emitter des Transistors 35 verbunden. Dieser Verbin-

dungspunkt ist an die negative Seite der Quelle K/. und an ein Ende eines Lastwiderstandes 40 angekoppelt. Der Kollektor des Transistors 30 ist an die positive Seite einer Spannungsquelle V₂ angekoppelt, während der Kollektor des Transistors 35 über eine Diode 45 an die positive Seite der Spannungsquelle V\ angekoppelt ist. Die Ausgangsspannung der Spannungsquelle V₂ ist größer als die Ausgangsspannung der Spannungsquelle Vi. Die negativen Seiten der Spannungsquellen Ki und Kj sowie ein Ende des Lastwiderstandes 40 sind zur Vervollständigung der Schaltungsanordnung auf den Eingang zurückgeführt.

Zur Erläuterung der Wirkungsweise der Schaltungsanordnung nach Fig.2 sei angenommen, daß die Eingangsspannung V_em so beschaffen ist. daß der Schalter 25 einen Strom /ι in die Basis des Transistors 35 einspeist. Dieser Strom hebt die Spannung an der Basis des Transistors 35 um einen Betrag über die Eingangsspannung v\.„ an, weicher gleich dein Spannungsabfall an der Diode 10 ist. Die die Eingangsspannung K_fm liefernde Quelle muß den über die Diode 10 fließenden Strom aufnehmen können. Die Spannung am Emitter des Transistors 35. d. h. die Spannung V_aus ist um einen Betrag kleiner als die Spannung an der Basis dieses Transistors, welcher gleich der Durchlaßspannung der Basis-Emitter-Strecke dieses Transistors ist. Der doppelte Spannungsversatz löscht sich aus, so daß die Ausgangsspannung K,_us nahezu gleich der Eingangsspannung V_em ist. Die Ausgangsspannung folgt der Eingangsspannung K„„, wobei der Laststrom so lange von der Spannungsquelle Ki über die Diode 45 fließt, wie der Strom /Ί vorhanden ist. Ist die Ausgangsspannung V_lu% größer als der vorgenannte Schwellwert des Schalters 25, so wird i\ zu 0, wobei dann ein Strom ii zur Basis des Transistors 30 fließt. Unter diesen Umständen verhalten sich die Diode 15 und der Transistor ebenso wie dies oben für die Diode 10 und den Transistor 35 beschrieben wurde. Die Diode 45 wird in Sperrichtung vorgespannt, so daß der Transistor 35 über die Speisespannung Ki angehoben werden kann. Da die Ströme /ι und /2 durch die Quelle K* und nicht durch die Quelle K_t oder K₂ geliefert werden, sind sie unabhängig von der Ausgangsspannung V_am. Daher kann der Verstärker eine Ausgangsspannung von jeder Speisespannung bis zu einem Sättigungsabfall unterhalb dieser Speisespannung aufnehmen. Um eine maximale Ausgangsspanr.ung zu erhalten, müssen der Widerstand 20 und die Ausgnngsspannung der Quelle K/, so gewählt werden, daß ein ausreichender Strom zur Sättigung des Transistors 30 geliefert wird.

Aus Fig.2 ist e.^ichtlich. daß zur Lieferung eines Laststroms aus der Quelle K₂ lediglich der Transistor 30 und zur Lieferung eines Laststroms aus der Quelle Ki lediglich der Transistor 35 wirksam geschaltet werden müssen. In der vorbekannten Schaltungsanordnung nach F i g. 1 ist dagegen für beide Transistoren ein Basisstrom erforderlich, um einen Laststrom aus der Quelle V₂ zu liefern, während zur Lieferung eines Laststroms aus der Quelle V₁ lediglich der Transistor 4 Basisstrom benötigt

Fig.3 zeigt den Eingangsstrom der bekannten Schaltungsanordnung nach F i g. 1 als Funktion der Ausgangsspannung an einem Widerstand bzw. des Ausgangsstroms. Eine Kurve 110 zeigt die Verhältnisse für den Fall, daß die Stromverstärkung β des Transistors 2 gleich der Hälfte der Stromverstärkung β des Transistors 4 ist Eine Kurve 120 zeigt die Verhältnisse, wenn die Stromverstärkungen β gleich sind. Eine Kurve 130 zeigt die Verhältnisse, wenn die Stromverstärkung β des Transistors gleich dem doppelten Wert der Stromverstärkung β des Transistors 4 ist. F i g. 4 zeigt die gleichen Bedingungen für die erfindungsgemäße

Verstäfkefschaltungsanordnung, wobei der Transistor 30 dem Transistor 2 und der Transistor 35 dem Transistor 4 entspricht. Für den Fall, daß die Stromverstärkungen β gleich sind, ergeben sich keine Diskontinuitäten im Eingangsstrom. Werden angepaßte

Elemente nicht verwendet, so haben die Transistoren unterschiedliche Stromverstärkungen ß, so daß in beiden Schaltungsan»rdnungen Diskontinuitäten auftreten. In der Schaltungsanordnung nach F i g. 2 sind die Diskontinuitäten jedoch weniger schwerwiegend und

normalerweise weniger abrupt als in der vorbekannten Schaltungsanordnung nach Fig. 1. wenn in beiden Schaltungsanordnungen Transistoren des gleichen Typs verwendet werden.

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Ben Schaltungsanordnung ist in Fig.5 dargestellt. Ersichtlich hat eine derartige Verstärkerschaltungsanordnung eine weit größere Stromverstärkung als die Ausführungsform nach F i g. 2. Da die erste Folgerstufe durch Transistoren 215 und 220 und die zweite Folgerstufe durch Transistoren 205 und 210 gebildet wird, welche jeweils eine Darlington-Konfiguration bilden, ist die Stromverstärkung gleich dem Produkt der Stromveri,ijrkungen der einzelnen Transistoren, so daß die Ströme /ι und /2 wesentlich reduziert werden können. Darüber hinaus reduziert ein Transistor 200 den Eingangsstrom des Verstärkers um einen Faktor, welcher gleich dessen Stromverstär kung ist.

Ein Diagramm des Eingangsstroms der Ausführungsform nach F i g. 5 entspricht in seiner Form dem Diagramm nach Fig.4, da die grundsätzliche Funktion der Ausführungsformen nach den Fig.2 und 5 die gleiche ist.

Speisespannung - K./> und K* sind in nicht-geerdeter Weise auf den Ausgangsknoten bezogen. Aufgrund

dieser Schaltungskonfiguration ändert sich die Basis-Kollektor-Spannung des Transistors 200 lediglich geringfügig im gesamten Ausgangsspannungsbereich. Daher ist lediglich ein geringfügiger Basisstrom für den Transistor 200 erforderlich, um dessen Kollektor-Basis-

Kapazität aufzuladen (vervielfacht durch den an sich bekannten Miller-Effekt), woraus folgt, daß die am Eingang des Verstärkers vorhandenen Kapazität minimal ist. Diese Reduzierung der Eingangskapazität erhöht die Zeit- und Frequenzcharakteristik des Gesamtverstärkers gegenüber einem dem Verstärker

nach F i g. 5 gleichen Verstärker, bei dem der Kollektor

des Transistors nicht an die Spannung - V₄. sondern an Masse angekoppelt ist.

Die scharfen Übergänge im Diagramm nach Fig.4

können dadurch abgeschwächt werden, daß der Stromschalter 25 nach den F i g. 2 und 5 durch einen Kreis ersetzt wird, welcher den wirksamen Strom zwischen den Werten /ι und /2 in der Weise teilt daß er in einem kleinen Spannungsbereich der Ausgangsspan-

nung proportional ist Eine derartige Ausführungsform einer Schaltungsanordnung ist in Form eines Verstärkers 250 in Fig.6 dargestellt welche im folgenden als Steuerschaltung bezeichnet wird. Die als »erster Folger« und »zweiger Folger« bezeichneten Blöcke

enthalten Schaltungsteile, die mit den in Fig.5 in gestrichelten Blöcken eingefaßten Schaltungstellen identisch sind. Das Eingangssignal wird an die Basis des NPN-Transistors 200 eingespeist welcher als Puffer

wirkt. Der Emitter dieses Transistors 200 ist über eine Diode 201 an einem Knoten A an die erste Folgerstufe und über eine DioHe 214 an den entsprechenden Teil der zweiten Folgerstufe angekoppelt. Der Emitter eines PNP-Tranistors 206 bildet einen Knoten B, der über einen Widerstand 217 auch an die Basis des Transistors 206 angekoppelt ist. Der Knoten B ist über einen Widerstand 209 und eine Diode 207 an den Knoten A und über einen Widertstand 211 an die Speisespannung Ϋφ angekoppelt. Der Kollektor des Transistors 206 ist an den Eingang der zweiten Emitterfolgerstufe angekoppelt. Die Basis des Transistors 206 ist über eine Diode 213 an den Kollektor eines NPN-Transistors 204 angekoppelt. Die Basis dieses Transistors 204 ist an die Spannungsque'le Ki angekoppelt. Die Kollektoren des ersten Emitteiiolgers sind über eine Diode 212 an die Spannungsquelle Vi angekoppelt.

Die Steuerschaltung nach F i g 6 verschieb* wirksamen Strom von einer Emitterfolgerstufe zur nächsten Emitterfolgerstufe als Funktion der Amplitude der Ausgangsspannung. Der Übergang ist über einen Bereich der Ausgangsspannung aufgespreizt. Wenn die Ausgangsspannung einen Übergangsbereich durchläuft, so reduziert die Emitterfolgerstufe, welche anfänglich den gesamten Laststrom führt, ihren Anteil am Laststrom glatt von 100% auf 0, während die nächste Emitterfolgerstufe ihren Anteil am Laststrom von 0 auf 100% erhöht.

F i g. 7 zeigt ein Diagramm der Spannung am Knoten A. a"i Knoten B und am Ausgangsknoten der Schaltungsanordnung nach Fig.6 als Funktion der Eingangsspannung. Die Funktion der Steuerschaltung kann mit unterschiedlichen Ausgangsspannungsbereichen, welche in Fig.7 mit 1 bis 5 bezeichnet sind, korreliert werden.

Eine gemäß F i g. 7 ansteigende Ausgangsspannung legt die Bedingungen für die folgende Stufe fest, wenn die Spannung die vorgespannten Spannungsbereiche durchläuft.

Ausgangsspannung im Bereich 1

40

Dieser Bereich umfaßt Ausgangsspannungen zwischen Null und derjenigen Ausgangsspannung, für die die Spannung am Knoten B gerade groß genug ist, um die Diode 213 durchzuschalten. In der Praxis ist diese Spannung etwa gleich der Ausgangsspannung der Spannungsquelle Vi (wenn der Transistor 204 und die Diode 213 entweder beide aus Germanium oder beide aus Silizium hergestellt sind). Vor dem Durchschalten der Diode 213 ist der Knotenpunkt B um einen festen Betrag positiver als der Ausgangsknoten, wobei dieser Betrag gleich dem Spannungsabfall am Widerstand 209 plus dem Spannungsabfall an der Diode 207 und plus der Summe der Basis-Emitter-Spannungen der Transistoren 215 und 220 ist

Daher existieren die folgenden Bedingungen in diesem Bereich: Vb= V_3us+ der oben angegebenen festen Spannung; die Diode 213 ist in Sperrichtung vorgespannt; der Transistor 206 ist gesperrt; und der Transistor 204 ist gesättigt Daher ist der Strom i₂ gleich Null und der Strom Z₁ größer als Null, wobei lediglich der erste Emitterfolger wirksam geschaltet ist Daher wird der Laststrom von der Spannungsquelle Vl geliefert

Ausgangsspannungsbereich 2 ^

Die Breite dieses Bereichs ist gleich der Basis-Emitter-Spannung des Transistors 206.
Wenn die Diode 213 durchgeschaltet ist, fließt Strom durch den Widerstand 217 und beeinflußt die Spannung am Knoten B. Da der Widerstand 217 den Transistor 206 gesperrt haben soll, wenn die Diode 213 gesperrt ist, kann dessen Wert weit größer als der Wert des Widerstandes 211 gewählt werden, so daß der Effekt auf den Knoten B vernachlässigbar ist.

Die folgenden Bedingungen existieren in diesem Bereich: V_ß=> V,_ws+ der im Bereich 1 angegebenen festen Spannung; die Diode 2)3 ist durchgeschaltet; der Transistor 204 ist gesättigt; und die Spannung am Widerstand 217 ist von Null auf die Basis-Emitter-Spannung des Transistors 206 erhöht. In diesem Bereich bleibt der Transistor 206 gesperrt und der Strom h gleich Null, wobei lediglich der erste Emiuerfolger wirksamgeschaltet ist. Damit liefert die Spannungsquelle Ki weiterhin den gesamten Laststrom.

Ausgangsspannungsbereich 3

In dem Bereich erfolgt der Übergang von einer Spannungsquelle zur nächsten. Die Breite dieses Bereiches ist gleich dem nahezu festen Spannungsabfall am Widerstand 209 gemäß den vorstehend erläuterten beiden Bereichen.

Die folgenden Bedingungen existieren in diesem Bereich: der Transistor 206 befindet sich in seinem aktiven Bereich; Vb ist aufgrund der Leitung des Transistors 206 nahezu auf einen Dioden-Spannungsabfall oberhalb der Ausgangsspannung der Spannungsquelle Ki festgelegt; der Transistor 204 ist gesättigt; und die Spannung am Widerstand 209 und damit der Strom /ι nimmt nahezu auf Null ab, wenn die Ausgangsspannung zunimmt. Abgesehen von dem durch die Diode 213 fließenden festen Strom wird der vom Knotenpunkt B abfließende Strom zwischen den Strömen /Ί und ;? aufgeteilt. Wenn die Spannung am Widerstand 209 abnimmt, erfolgt daher proportional eine Abnahme des Stroms /1 und eine Zunahme des Stroms /2. Der erste Emitterfolger wird daher weich abgeschaltet, wenn der zweite Emitterfolger weich wirksamgeschaltet wird. Der Laststrom wird in sich ändernden proportionalen Größen durch die beiden Spannungsquellen geliefert.

Da in diesem Bereich die Spannung am Knoten ßfest bleibt, während die Ausgangsgröße steigt, nehmen die Spannung am Widerstand 211 und der durch diesen Widerstand fließende Strom ebenfalls zu. Ist die Summe der Ströme /Ί und /2 nicht konstant, so ist der Emitterstrom des Transistors 200 nicht konstant. Die Eingangsgrößen der Verstärkerausgangsstufe ändern sich daher von einem Bereich zum anderen. Um die Summe der Ströme /Ί und /2 konstant zu halten, kann der Erritterstrom des Transistors 204 so gewählt werden, daß er gleich der vorgenannten Zunahme des Stroms im Widerstand 211 ist Solange die Summe der Ströme /1 und /2 konstant gehalten wird, müssen sich Fluktuationen im Eingangsstrom durch eine Fehlanpassung der Stromverstärkungen der Transistoren in der ersten und der zweiten Folgerstufe und/oder durch Änderungen im Laststrom ergeben.

Ausgangsspannungsbereich 4

Die obere Grenze dieses Bereiches tritt auf, wenn der Transistor 206 in die Sättigung gelangt

Die folgenden Bedingungen existieren in diesem Bereich: Vb ist auf den gleichen Pegel wie im Bereich 3 festgelegt; die Spannung am Widerstand 227 (F i g. 5) fällt von der Basis-Emitter-Spannung des Transistors 220 auf nahezu Null; der Transistor 204 ist gesättigt; die Diode 213 ist durchgeschaltet; und der Transistor 206 ist

wirksamgeschaltet.

Der Strom /Ί bleibt nahezu gleich Null, so daß lediglich der zweite Emitterfolger wirksamgeschaltet wird und die Spannungsquelle Vj den gesamten Laststrom liefert.

Ausgaiigsspannungsbereich 5

In diesem Bereich existieren die folgenden Bedingungen: die Diode 213 ist durchgeschaltet; der Transistor 204 ist aktiv und der Transistor 206 ist gesättigt. Daher ist der zweite Emitterfolger weiterhin wirksamgeschaU let. Die Diode 212 ermöglicht, daß die erste Emitterfolgerstufe oberhalb der Ausgangsspannung der Spannungsquelle V| betrieben werden kann. Die Spannungsquelle V2 liefert den gesamten Laststrom.

Fig.8 zeigt ein vereinfachtes Schaltbild eines Gegentaktverstärker gemäß der Erfindung. Diese Ausführungsform enthält zwei Schaltungsanordnungen rles in F i g. 6 dargestellten Typs, welche mit 250 und 250' bezeichnet sind, wobei eine Schaltung ein exaktes Duplikat und die andere Schaltung eine sogenannte komplementäre Schaltung ist. In der komplementären Schaltung sind die Dioden- und die Spannungsquellen-Polaritäten umgekehrt und die NPN- und PNP-Transistoren ausgetauscht.

F i g. 9 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, bei welcher der Verstärker derart erweitert ist, daß er mit drei Speisespannungspegeln betrieben werden kann.

Darüber hinaus ist eine konventionelle Steilheitsverstärkerstufe vorgeseher.', um einen vollständigen Operationsverstärker zu bilden.
In allen erfindungsgemäßen Ausführungsformen können die Ausgangsspannungen der Spannungsquellen y_u V₂, V₁, - Vi, - V₂ und - K₃ so gewählt werden, daß der Leistungswirkungsgrad für spezielle Anwendungsfälle maximal ist. Dies wird durch eine Analyse der zu speisenden Last und des Charakters der zu erwartenden

Ausgangsspannung realisiert.

Zusammenfassend ergibt sich aus den vorstehenden Ausführungen, daß die erfindungsgemäße Verstärkerschaltungsanordnung einen minimalen Leistungsverlust in ihrem Ausgangspuffer aufgrund der Verwendung

einer Vielzahl von Ausgangsstufen aufweist, welche aus getrennten, mit verschachtelten Spannungspegeln arbeitenden Spannungsquellen betrieben werden. Die Ausgangsstufen, welche parallele Signalwege besitzen, werden durch Emitterfolgerstufen mit der Verstärkung

Eins gebildet, so dali der an die kleinste brauchbare Spannungsquelle gekoppelte Folger immer den Laststrom liefert. Daher ist die Differenz zwischen der Speisespannung und der Ausgangsspannung minimal, wodurch Leistung eingespart wird.

Im Rahmen der vorstehenden Ausführungen wurden Gesichtspunkte beispielsweise hinsichtlich der Vorspannung nicht berücksichtigt, da derartige Schaltungstechnische Einzelheiten an sich selbstverständlich sind.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Verstärker-Ausgangsschaltungsanordnung mit mehreren ein Eingangssignal aufnehmenden Ausgangsstufen zur Einspeisung eines Ausgangsstroms in eine Last und mit einer Ankopplung der Ausgangsstufen an jeweils einen unterschiedlichen Speisespannungspegel der gleichen Polarität liefernde Spannungsquellea, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsstufen (30, 35; 205,

210, 215, 220) parallelgeschaltet sind und daß zur Umschaltung des in die Last (40) eingespeisten Ausgangsstroms von einer Ausgangsstufe auf eine andere als Funktion des Augenblickszusammenhangs zwischen den Speisespannungspegeln und einer an der Last (40) erzeugten Ausgangsspannung ein Steuerkreis (V._P, 20, 25; V*. 204, 206, 207, 209,

211, 213, 217) an die Ausgangsstufen (30, 35; 210, 215,220) angekoppelt ist

2.Schaltun£"anordnungnach Anspruch !.gekennzeichnet durUi eine Ankopplung an eine das Eingangssignal liefernde Eingangsstufe.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 und/ oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsstufen (30, 35; 205, 210, 215, 220) jeweils durch eine Emitterfolgerstufe gebildet sind.

4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3. dadurch gekennzeichnet, daß die Emitterfolgerstufen durch Darlington-Transistorpaare (205,210,215,220) gebildet sind.

5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4. dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkreis (Vv. 204,206,207,20 ,211,212,217) eine einen Steuerstrom für die I-rritterfolgerstufen (205, 210, 215, 220) liefernde Quelle (Vi enthält und den Steuerstrom als Funktion des Augenblickszusammenhangs von einer F.mitterfolgerstufe auf eine

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