DE3432031C2 - - Google Patents
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- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03F—AMPLIFIERS
- H03F1/00—Details of amplifiers with only discharge tubes, only semiconductor devices or only unspecified devices as amplifying elements
- H03F1/30—Modifications of amplifiers to reduce influence of variations of temperature or supply voltage or other physical parameters
- H03F1/303—Modifications of amplifiers to reduce influence of variations of temperature or supply voltage or other physical parameters using a switching device
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Description
Die Erfindung betrifft eine Ausgangsstufenschaltung für
einen linearen Verstärker.
Analogverstärker weisen normalerweise sehr niedrige
Impedanzen am Signalausgang auf, so daß sie als Konstant
spannungssignalquellen Lasten zu speisen oder zu betrei
ben vermögen. Wenn mehr als ein Verstärker zum Speisen
oder Betreiben einer gemeinsamen Last verwendet wird
entstehen Lastverteilungsprobleme. Eine solche Situation
kann bei einem Multiplexsystem auftreten, bei dem mehre
re Signalquellen in einer vorbestimmten Folge betätigt
werden, um eine gemeinsame Leitung zu speisen. Wenn
mehrere Signalverstärker mit einer gemeinsamen Leitung
verbunden werden, besteht eine Steuerungsmöglichkeit
darin, den Stromfluß in allen außer einem Verstärker
abzuschalten, jedoch kann, wenn dies geschieht, noch
immer eine gewisse parasitäre Wirkung auftreten. Z.B.
hat in einer Ausgangsstufe deren Eingang eine Streu
kapazität, welche eine Klemmung des Eingangspotentials
bewirken kann. Wenn der Ausgang sich ändert, ändert
sich die Transistorvorspannung. Wenn die Emitter/Basis-
Diode in der Vorwärts-Vorspannungsrichtung oberhalb
1 VBF betrieben wird, gelangt der Transistor in den Zu
stand der Leitfähigkeit. Beim Zustand der umgekehrten
Vorspannung kann die Emitter/Basis-Diode bei einer re
lativ niedrigen Spannungshöhe zum Zener-Durchbruch ge
trieben werden; dies geschieht in der Regel bei einem
gewöhnlichen als integrierte Schaltung (IC) ausgebil
deten Transistor etwas oberhalb 6 V. Daher muß der Sig
nalpegel niedrig genug sein, um sowohl die Vorwärts-Leit
fähigkeit als auch den Zener-Durchbruch bei allen abge
schalteten Verstärkern zu vermeiden. Eine solche Be
schränkung ist bei einem in Betrieb befindlichen
System gewöhnlich nicht annehmbar. Normalerweise wird
das Schalten eines Signalkanals angewendet, um die ge
wünschten Treiberverstärker selektiv an die gemeinsame
Leitung anzuschalten. Dies erfordert jedoch hochleit
fähige Schaltvorrichtungen, und zwar je eine für jeden
Verstärkerkanal. Diese Art des Schaltens wird gewöhnlich
mit monopolaren Feldeffekttransistoren ausgeführt, deren
Flächen dann ziemlich groß bemessen sein müssen, um die
erforderliche Leitfähigkeit zu erhalten. Sehr viel
günstiger wäre es, den Stromfluß innerhalb der Ver
stärker selbst zu steuern (NSC book "LINEAR ICS FOR
CONSUMER APPLlCATIONS", 1980, S.2-98).
Der Erfindung Liegt die Aufgabe zugrunde, eine Aus
gangsstufenschaltung mit einer Steuereinrichtung für
einen linearen Verstärker zu schaffen, durch welche
die Transistoren der Ausgangsstufe daran gehindert
werden infolge eines Schwingungshubes der Ausgangs
spannung in die Vorwärts-Leitfähigkeit bzw. den Zener-
Durchbruchsbereich getrieben zu werden.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen
Merkmale gelöst.
Die Ausgangstransistoren des Linearverstärkers werden
mit Pufferverstärkern mit dem Verstärkungsgrad 1 ver
sehen, die, wenn die Ausgangsstufe abgeschaltet wird,
eingeschaltet werden, so daß jegliche Streukapazität
als Funktion der Ausgangsspannung aufgeladen oder ent
laden wird und die Ausgangstransistoren abgeschaltet
bleiben. Eine Leistungsausgangsstufe wird durch Vermin
dern ihres vorbelasteten Stroms auf null abgeschaltet.
Gleichzeitig wird ein Hochgeschwindigkeitspufferver
stärker mit dem Verstärkungsgrad 1 um die Stufe herum
gekoppelt, so daß die Eingangskapazität in Übereinstim
mung mit der Ausgangsspannung rasch aufgeladen und ent
laden wird. Dadurch werden die Schwingungshübe der Aus
gangsspannung daran gehindert, die Ausgangstransistoren
in den Zustand der Vorwärtsleitfähigkeit oder den Rück
wärts-Zener-Durchbruchsbereich zu treiben. Die Ausgangs
transistoren bleiben ohne Rücksicht auf die Pegelhöhen
des Ausgangsspannungssignals abgeschaltet.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeich
nungen, in welchen Ausführungsbeispiele dargestellt
sind, näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 ein Blockschema der erfindungsgemäßen
Ausgangsstufenschaltung,
Fig. 2 das Schaltschema eines Hochgeschwin
digkeitspufferverstärkers mit dem Verstärkungsgrad 1
zur Anwendung in Verbindung mit der Erfindung oder
Benutzung eines NPN-Transistors,
Fig. 3 das Schaltschema eines Hochgeschwin
digkeitspufferverstärkers mit dem Verstärkungsgrad 1
zur Anwendung in Verbindung mit der Erfindung unter
Benutzung eines PNP-Transistors und
Fig. 4 das Schaltschema eines IC-Verstär
kers in Verbindung mit der Erfindung.
Das Blockschema von Fig. 1 der erfindungsgemäßen
Schaltung betrifft einen typischen Linearverstärker.
Der Eingangsanschluß 10 ist mit einer Treiberverstärker
stufe 11 verbunden, in der ein wesentlicher Teil des
Verstärkerstroms bzw. der Spannungsverstärkung zustande
kommt. Beim normalen Betrieb treibt die Verstärkerstufe
11 die Ausgangsstufe 12, welche die gewünschte Ausgangs
leistung am Anschluß 13 liefert. Die Ausgangsstufe 12
bringt eine unvermeidliche im Nebenschluß liegende
Streukapazität 14 an ihrem Eingang mit sich. Der Schal
ter 15 wird durch eine Steuereinrichtung 16 betätigt,
um den Treiberstrom für die Ausgangsstufe 12 zwecks
Abschaltung des Verstärkers zu unterbrechen. Der durch
die Steuereinrichtung 16 komplementär zu dem Schalter
15 betreibbare Schalter 17 dient zum Verbinden des Aus
gangs des Pufferverstärkers 18 vom Verstärkungsgrad 1
mit dem Eingang der Ausgangsstufe 12.
Beim Stande der Technik, nach welchem die Verstär
kerstufe 11 direkt die Ausgangsstufe 12 antreibt, wobei
der Pufferverstärker 18 mit dem Verstärkungsgrad 1 ent
fällt, ist, wenn der Schalter betätigt wird, um den
Stromkreis abzuschalten, die Kapazität 14 noch immer
vorhanden, so daß sie das Potential am Eingang der Aus
gangsstufe 12 festklemmt. Wenn mehrere Verstärker mit
dem Anschluß 13 verbunden sind, sind Signale an dem An
schluß 13 vorhanden, so daß dessen Potential Schwankun
gen unterworfen ist bzw. sich verändert. Es ist also
jeder Ausgangstransistor einem sich ändernden Potential
ausgesetzt. Für den Fall, daß die Ausgangsstufe einen
Transistor in Emitterfolgeschaltung enthält, verändert
der Ausgangsanschluß den Emitter und die Kapazität klemmt
die Basis fest, so daß die Emitter/Basis-Spannung verändert
wird. Wenn die Emitter/Basis-Diode in ihrer Vorwärts-Vor
spannungsrichtung nach 1 VBE getrieben wird, wird der
Transistor leitfähig, auch wenn vermutet wird, er wäre
abgeschaltet. Wenn die Diode in ihrer Gegenrichtung be
trieben wird, kann sie in ihren Zener-Durchbruchsbereich
gelangen, bei dem die Leitfähigkeit relativ niedriger
Spannung eintritt. Der Ausgangstransistor kann also,
selbst, wenn er abgeschaltet ist, durch ein Signal
aus einem der anderen parallel angeordneten Verstärker
in seinen leitenden Zustand gebracht werden.
Wenn der Pufferverstärker 18 mit dem Verstärkungs
grad 1 vorhanden und der Schalter 17 geschlossen ist,
wird die Kapazität 14 aufgeladen und entladen, je nach
dem Potential am Anschluß 13. Wenn die Umschaltrate
oder -geschwindigkeit des Pufferverstärkers 18 mit dem
Verstärkungsgrad 1 groß genug gemacht wird, kann die
Kapazität 14 rasch genug aufgeladen und entladen wer
den, so daß der Transistor in der Ausgangsstufe 12 nie
mals merklich leitend wird. Mit anderen Worten, der Ver
stärker 18 ist dann ein Schnellpuffer mit dem Verstär
kungsgrad 1.
Eine solche Wirkungsweise läßt sich mit einer in
tegrierten Schaltung (IC) üblicher Art mit Hilfe eines
Transistors verwirklichen, die als Emitterfolgeglied
geschaltet ist, das auf eine Konstantstromlast wirkt
wie in Fig. 2 gezeigt. Die Last 21 kann von einem Steuer
stromkreis aus betrieben werden, der mit dem Anschluß 23
so verbunden ist, daß er die Schalterfunktion für den
Puffer übernimmt. Wenn der Steuereingang am Anschluß
23 die Stromsenke 21 abschaltet, ist der in Fig. 1 mit
17 bezeichnete Schalter geöffnet. Tatsächlich wirkt,
da der Basisstrom des Transistors 20 über den Anschluß
22 geführt sein muß, der Puffer so, als wenn sowohl am
Eingang als auch am Ausgang des Puffers Schalter vorhan
den wären. Fig. 3 zeigt eine komplementäre Abwandlung
der Schaltung nach Fig. 2. Der PNP-Transistor 25 weist
vorzugsweise eine vertikale Bauform auf und verwendet
die Stromquelle 26 als Emitterlast. Der Basiseingangs
anschluß 27 liefert das Eingangssignal und führt auch
den Basisvorbelastungsgleichstrom. Der Steueranschluß
28 betätigt die Stromquelle 26; diese Elemente sorgen
für die Pufferschalterwirkung.
Bei den Schaltungen nach Fig. 2 und 3 liegt die
Spannungsverstärkung sehr nahe bei 1. Gleichstrommäßig
bringt die Schaltung nach Fig. 2 eine Versetzung oder
Verschiebung zwischen Ein- und Ausgang von -VBE hervor,
während Fig. 3 eine Verschiebung oder Versetzung um
+VBE bewirkt Beide Schaltun en haben hohe Umschaltge
schwindigkeiten, wie dies für Emitterfolgeglieder charak
teristisch ist.
Da die Ausgangstransistoren paarweise beteiligt
sind, wird mindestens ein Paar von Pufferverstärkern
mit dem Verstärkungsgrad 1 benötigt, um die Erfindung
zu verwirklichen. Der NPN-Transistor 34 und die Diode
35 (die in der Regel ein als Diode geschalteter PNP-
Transistor ist), dienen als Vorspannglieder und Treiber
für den Transistor 33 aus der Basis des Transistors 32,
so daß das Ausgangspaar nach Klasse B oder gewünschten
falls nach Klasse AB arbeitet. Der Eingangstransistor
36 ist als Treiber mit hoher Stromverstarkung in Emit
terfolgeschaltung geschaltet, so daß er die Ausgangs
stufe 12 aus dem Eingangsanschluß 10 betreibt.
Die Stromsenken 37 und 38 bestimmen die Betriebs
bedingungen der Schaltung und sind normalerweise ein
geschaltet. Die Steuerschaltung 16 liefert die gewünsch
te Einschaltspannung für die Senke 38 über die Leitung
40. Hierzu liefern die Leitungen 41 bzw. 42 eine Vor
belastung für die Ausschaltung der Konstantstromvorrich
tung 44 und 45. Diese wiederum schalten die Transisto
ren 47 bzw. 46 ab. In diesem Zustand arbeitet die Schal
tung in gewöhnlicher Weise als Signalverstärker.
Wenn der Verstärker abgeschaltet werden soll, schal
tet die Leitung 40 die Stromsenke 38 ab. Diese schaltet
den Transistor 34 und die Diode 35 ab. Gleichzeitig
schaltet die Leitung 41 die Stromsenke 44 und die Lei
tung 42 die Stromquelle 45 ein. Dadurch wiederum wer
den die Transistoren 47 und 46 eingeschaltet.
Beim Ausschaltzustand des Verstärkers bewirkt die
Stromsenke 37 das Herabziehen der Basis des Transistors
32 zusammen mit den Emittern der Transistoren 36 und 49.
Aufgrund des Schaltungszusammenhanges ist entweder der
Transistor 36 oder der Transistor 49 im leitenden Zu
stand, aber nicht beide. Wenn die Stromsenke 44 über die
Leitung 41 eingeschaltet ist, leitet der Transistor 47
den Strom zwangsläufig. Seine Leitfähigkeit hält zwangs
läufig die Basis des Transistors 36 um 1 VBE unter sei
nem Transistor. Somit wird der Transistor 36 durch die
Wirkung eines Puffers in Form des Transistors 47 abge
schaltet. Dies bedeutet, daß der Transistor 49 aufgrund
des Umstandes leitfähig wird, daß die Stromsenke 37
den Emitter des Transistors 49 um 1 VBE unter seine
Basis zieht. Dadurch wird die Basis des Transistors
32 unterhalb von dessen Emitter gebracht, so daß er
ausgeschaltet gehalten wird. Ferner erscheint jedes
Signal am Anschluß 13 auch an der Basis des Transistors
32, da der Transistor 49 als Schnellpufferverstärker
mit dem Verstärkungsgrad 1 wirkt. Somit wird die Basis
des Transistors 32, die eine beträchliche Streukapazi
tät aufweisen kann, zwangsläufig dem Potential des Aus
gangsanschlusses folgen, so daß der NPN-Ausgangstran
sistor 32 im nichtleitenden Zustand verbleibt.
Da die Leitung 42 die Stromquelle 45 eingeschaltet
hat, fließt deren Strom in dem Transistor 46, der da
durch eingeschaltet ist. Mit anderen Worten, die Quelle
45 zieht den Emitter des Transistors 46 um 1 VBE über
dessen Basis. Diese Wirkung hält den Transistor 33 aus
geschaltet. Der Transistor 46 wird in seinem Einschalt
zustand ein Hochgeschwindigkeitspuffer mit dem Verstär
kungsgrad 1, der die Streukapazität an der Basis des
Transistors 33 entsprechend jedem Signal am Anschluß
13 auflädt und entlädt.
Wenn die Steuerung 16 die Schaltung abschaltet,
bewirken die Pufferverstärker mit dem Verstärkungsgrad
1 (Transistoren 47, 46 und 49) das Aufladen und Entla
den der Signalknoten-Streukapazitäten derart, daß die
normal arbeitenden-Transistoren abgeschaltet bleiben,
selbst, wenn Signale an dem Verstärkerausgang vorhan
den sind.
Claims (5)
1. Ausgangsstufenschaltung für einen linearen Verstär
ker, der gemeinsam mit einem oder mehreren zusätzli
chen Verstärkern an ein Lastelement ankuppelbar ist,
mit Eingangs- und Ausgangsanschluß und mit mindestens
einem Ausgangsverstärker, der so geschaltet ist, daß
er in Abhängigkeit von einem Signal an dem Eingangsan
schluß ein verstärktes Ausgangssignal an dem Ausgangs
anschluß hervorbringt, mit
einem Pufferverstärker mit dem Verstärkungsgrad 1,
dessen Eingang mit dem Ausgangsanschluß und dessen
Ausgang mit dem Eingangsanschluß der Ausgangsstufe
verbunden ist, und mit einer Steuervorrichtung, die den
Strom für den Ausgangstransistor in Abhängigkeit
zu einem Steuersignal an- und abschaltet und die
den Pufferverstärker komplementär zu dem Strom zu
dem Ausgangsverstärker an- und abschaltet.
2. Ausgangsstufenschaltung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Pufferverstärker mit dem Verstärkungsgrad 1
einen in Emitterfolgeschaltung angeordneten Tran
sistor mit einer Konstantstromquelle in seinem
Emitterkreis aufweist und daß die Steuervorrichtung
eine Vorrichtung zum Steuern der Leitfähigkeit der
Konstantstronquelle aufweist.
3. Ausgangsstufenschaltung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Ausgangsstufe ein komplementäres Paar von
Ausgangstransistoren und der Pufferverstärker mit
den Verstärkungsgrad 1 ein erstes und ein zweites
Emitterfolgeglied aufweist, wobei der Eingang je
des dieser beiden Emitterfolgeglieder mit den Aus
gangsanschluß und die entsprechenden Ausgänge mit
den Eingängen der beiden Ausgangstransistoren ver
bunden sind.
4. Ausgangsstufenschaltung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß sie zusätzlich eins Verstärkerstufe, deren Aus
gang so geschaltet ist, daß sie die beiden Ausgangs
transistoren treibt, einen Eingang, und eine Ein
richtung, die einen Vorbelastungsstrom für die Ver
stärkststufe liefert, aufweist.
5. Ausgangsstufenschaltung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß sie ein drittes Emitterfolgeglied, dessen Ein
gang nit dem Ausgang der Verstärkerstufe verbunden
ist, einen Ausgang, der nit den Eingang der Verstär
kerstufe verbunden ist, und eine Vorrichtung zum Ein-
und Ausschalten des dritten Emitterfolgegliedes kon
plenentär zu dem betriebsmäßigen Vorbelastungsstrom
aufweist.
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- 1983-09-06 US US06/529,430 patent/US4527128A/en not_active Expired - Lifetime
-
1984
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