DE1487367C - Komplementärsymmetrische Gegentaktverstärkerschaltung mit Schutz der Ausgangstransistoren - Google Patents

Description

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ein wenig höher ist als der des Kollektors des zwei- Widerstandes 11 so gewühlt, daß der Spannungsten Transistors, und damit der zweite Transistor abfall, den der Kollektorgleichstrom des Treibergegen Beschädigung geschützt ist. transistors 8 am Widerstandll erzeugt, bei den Ba-

Die Erfindung wird nunmehr ausführlich be- siselektroden der Transistoren 1 und 2 zu Beginn

schrieben. In den Zeichnungen ist die 5 eine kleine Vorbeaufschlagung in der Vorwärtsrich-

Fig. 1 ein Schaltplan eines herkömmlichen korn- tung bewirkt, wobei durch die Transistoren 1 und 2

plementärsymmetrischen Transistorverstärkers, ein schwacher statischer Kollektorstrom fließt, so

Fig. 2 ein Schaltplan einer erfindungsgemäßen daß die Verzerrung auf Grund der Querverbindung

Ausführungsform eines komplementärsymmetrischen gering gehalten wird.

Transistorverstärkers mit einer das Treibsignal be- ίο Zwischen die gemeinsamen Emitterelektroden der

grenzenden Einrichtung, mit der ein stabiles Arbei- Transistoren 1 und 2 und den Verbindungspunkt A

ten der Ausgangstransistoren erreicht wird, zwischen den Widerständen 9 und 10 ist ein Rück-

Fig. 3a bis 3d je eine schematische Darstellung kopplungskondensator 16 geschaltet, der bei Signalder in den Schaltungen nach den F i g. 2 und 5 ver- frequenzen eine niedrige Impedanz aufweist. Inwendeten Gleichstrom leitenden Elemente, 15 folge der Signalrückkopplung über den Kondensator

F i g. 4 ein Schaltplan für quasi-komplementär- 16 wird der durch den Widerstand 10 fließende

symmetrisch geschaltete Transistorverstärker, bei Strom im wesentlichen konstant gehalten ungeachtet

denen eine das Treibsignal begrenzende Einrichtung von Schwankungen der Ausgangsspannung an der

nach der Erfindung verwendet wird. Belastungsimpedanz 4, so daß die dynamische Im-

Die in der F i g. 1 dargestellten Transistoren 1 und 20 pedanz des den Widerstand 10 umfassenden Vor-2 bestehen aus p-n-p-Transistoren bzw. aus n-p-n- Spannungskreises stark erhöht wird. Hiernach wird Transistoren und sind komplementärsymmetrisch zu der Verstärkungsgrad des Verstärkerkreises bei einem Gegentaktverstärker der Klasse B zusammen- Signalfrequenzen erhöht, und der Transistor 2 wird geschaltet. Der Ausgangskreis für die Gegentakt- mit einem genügend starken Treibstrom selbst bei stufe umfaßt die beiden Emitterelektroden der Tran- 25 einer positiven Spitze des Ausgangssignals versorgt, sistoren 1 und 2, die miteinander verbunden sind. Im normalen Betrieb wird das Eingangssignal den In den Ausgangskreis ist ferner eine Belastungsimpe- Eingängen 6 und damit der Basiselektrode des danz 4 eingeschaltet, die über einen Kopplungskon- Treibertransistors 8 zugeführt. Der an der Kollektordensator 3 mit dem Verbindungspunkt zwischen den elektrode des Treibertransistors 8 auftretende verbeiden Emitterelektroden in Verbindung steht. Die 30 stärkte Strom wird den Basiselektroden der Gegen-Kollektorelektroden der Transistoren 1 und 2 sind taktausgangstransistoren 1 und 2 zugeführt. Schließan den negativen bzw. an den positiven Pol einer lieh wird das an den gemeinsamen Emitterelektroden Gleichstromquelle 5 angeschlossen. Zwischen den der Transistoren 1 und 2 auftretende Ausgangssignal positiven Pol der Gleichstromquelle 5 und die Basis- zur Belastungsimpedanz 4 geleitet,
elektrode des Transistors 2 sind zwei Widerstände 9 35 Die Verstärkerschaltung arbeitet in einer etwas und 10 geschaltet, über die den Transistoren 1 und 2 ungewöhnlichen Weise, wenn an den Eingängen 6 eine Vorspannung zugeführt wird. Der Eingangskreis plötzlich eine Störspannung auftritt, die eine viel für die Gegentaktstufe umfaßt einen p-n-p-Treiber- höhere Amplitude aufweist als das normale Eintransistor 8 und einen Vorspannungswiderstand 11, gangssignal. Eine solche Störspannung kann plötzder zwischen die Basiselektroden der Transistoren 1 40 lieh durch einen vorübergehenden Schaltvorgang in und 2 geschaltet ist. Die Eingangsanschlüsse 6 stehen der vorhergehenden Verstärkerstufe erzeugt werden, mit der Basiselektrode des Treibertransistors 8 über die mit den Eingängen 6 in Verbindung steht, oder einen Kopplungskondensator 7 und mit der Emitter- durch eine in einer an die Eingänge 6 angeschlosseelektrode über einen Widerstand 14 in Verbindung. nen Übertragungsleitung elektrostatisch oder elek-An die Basiselektrode des Treibertransistors 8 wird 45 tromagnetisch induzierte Spannung. Sobald an die gleichfalls über die Widerstände 12 und 13 eine Vor- Eingänge 6 ein positives Signal mit einer übermäßig spannung aus der Stromquelle 5 angelegt. Die hohen Amplitude gelangt, so wird der Treibertran-Emitterelektrode des Treibertransistors 8 steht über sistor stark leitend und der Transistor 1 leitet, wobei einen Widerstand 14 . mit dem negativen Pol der der Belastungsimpedanz 4 ein negatives Ausgangs-Stromquelle 5 in Verbindung. Der Widerstand 14 50 signal mit dem höchsten Wert zugeführt wird. In bestimmt zusammen mit der an die Basiselektrode diesem Zeitpunkt wird die Spannung zwischen der angelegten Vorspannung den Kollektorgleichstrom Kollektor- und der Emitterelektrode des Treiberdes Transistors 8. Zum Widerstand 14 ist ein Kon- transistors 8 sehr niedrig, und die Spannung zwischen densator 15 parallelgeschaltet, so daß der Verstär- der Kollektor- und der Basiselektrode des Transikungsgrad der Verstärkerschaltung bei Signalfrequen- 55 stors 1 ist im wesentlichen gleich dem Spannungszen nicht !herabgesetzt wird. Die Kollektorelektrode abfall am Widerstand 14;_;ider vom Kollektorgleichdes Treibertransistors 8 steht mit der Basiselektrode strom des Treibertran,sistors 8 erzeugt wird, welche des Transistors 1 in Verbindung und führt den Transi- Spannung im allgemeinen genügend hoch ist, um zu stören 1 und 2 ein Treibsignal zu. verhindern, daß der Transistor 1 stark leitend wird. Der aus den Widerständen 9 und 10 bestehende 60 Der Transistor 1 wird daher ohne Zeitverzögerung Vorspannungskreis weist vorzugsweise einen Span- gesperrt, wenn das Eingangssignal zu einem übernungsabfall auf, der ungefähr gleich der halben mäßig hohen negativen Wert überwechselt und Speisegleichspannung ist, wenn der Kollektorgleich- wenn der Treibertransistor 8 im nächsten Augenblick strom des Treibertransistors 8 im Vorspannungskreis gesperrt wird. Daher ist die Arbeitsweise die normale, fließt, so daß die Emitter-Kollektor-Spannungen der 65 Jedoch wird, nachdem der Treibertransistor 8 durch Transistoren 1 und 2 ungefähr gleich der halben das negative Eingangssignal mit einer außergewöhn-Speisegleichspannung sind, wenn kein Eingangs- lieh hohen Amplitude gesperrt worden ist, die Basissignal zugeführt wird. Weiterhin wird der Wert des elektrode des Transistors 2 mit einem Basisstrom ver-

sorgt, der im wesentlichen gleich dem Kolleklorglcichstrom des Treibcrtransislors 8 ist, da über den Kondensator 16 eine zwangläufige Rückkopplung erfolgt, wie bereits erläutert. Im allgemeinen wird der Kolleklorglcichstrom des Treibertransistors 8 so gewählt, daß er viel stärker ist als der Basisstrom des Transistors 2, damit ein Ausgangssignal mit einer positiven Spitze erzeugt wird ungeachtet von Schwankungen des Stromverstärkungsfaktors des Transit stors 2 und/oder anderer Schaltungsparameter. Wird der Treibertransistor 8 gesperrt, so wird daher der Transistor 2 infolge des starken Basistromes' stark leitend. Wird das Eingangssignal in einer kurzen Zeitperiode zu einem übermäßig großen positiven Wert zurückgeschaltet, so wird der Treibertransistor 8 wieder stark leitend, so daß der Transistor 1 leitet, während der Transistor 2 sich zu sperren sucht. Der Transistor 2 bleibt jedoch stark leitend und hält nach dem Umschalten des Eingangssignals eine kurze Zeit lang eine kleine Kollektor-Emitter-Impedanz aufrecht auf Grund des Speichereffektes des Minoritätsträgers im Transistor 2. Daher sind beide Transistoren 1 und 2 während dieser kurzen Zeit stark leitend, und der Transistor 1 kann durch eine zu starke Erhitzung an der Kollektorelektrode beschädigt werden, die von einen zu starken Kollektorstrom verursacht wird, wenn die Spannung zwischen Kollektor- und Emitterelektrode im wesentlichen gleich der Speisegleichspannung ist.

Dieses gefährliche Arbeiten des Verstärkers wird durch die Sättigung des Transistors 2 verursacht. Eine Beschädigung des Transistors 1 kann deshalb dadurch vermieden werden, daß eine Sättigung des Transistors 2 verhindert wird. Dies wird durch eine Begrenzung des Trcibsignals des Transistors 2 erreicht, wenn der Verstärkerschaltung ein negatives Eingangssignal mit einer übermäßig hohen Amplitude zugeführt wird.

Die Fig. 2 ist ein Schaltplan für einen nach der Erfindung abgeänderten Transistorverstärker. Die den Schaltungselementen in der Fig. 1 gleichen oder entsprechenden Schaltungselemente sind in der F i g. 2 und in den anderen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Nach der Fig. 2 weist der Verstärker die Eingänge 6, den Treibertransistor 8, die Ausgangstransistoren 1 und 2 sowie die Belastungsimpedanz 4 auf, welche Elemente in derselben Weise zusammengeschaltet sind, wie in der Fig. 1 dargestellt. Außerdem ist dem Widerstand 10 ein Gleichstrom leitendes Element 17 nachgeschaltet, das mit dem Basisstrom des Transistors 2 einen Spannungsabfall von ungefähr ein Volt oder etwas mehr erzeugt, wenn der Treibertransistor 8 gesperrt ist. Zwischen den Verbindungspunkt Z? zwischen dem Widerstand 10 und dem Element 17 und die Kollektorelektrode des Transistors 2 ist eine das Treibsignal begrenzende Diode 18 in einem Sinne geschaltet, bei dem die Diode 18 umgekehrt beaufschlagt wird, wenn dem Verstärker das kleine Signal zugeführt wird. In der Praxis kann das Element aus einem einfachen Widerstand bestehen, wie in der F i g. 3 a dargestellt, oder aus einer Parallelschaltung mit einem Widerstand und einem Kondensator, wie in der Pig. 3b dargestclll, oder auch aus einer oder mehreren, einander nachgcschallcten Dioden, wie in der Fig. 3c dargestellt, oder aus einer Zenerdiode, wie in der Fig. 3d Wird der Treibertransistor 8 von dem den Eingängen 6 zugeführten negativen Signal mit einer übermäßig hohen Amplitude gesperrt, so leitet der Transistor 2, wobei das am Verbindungspunkt A zwischen den Widerständen 9 und 10 liegende Potential höher ist als das Potential an der Kollektorelektrode des Transistors 2, da die am Kondensator 16 liegende Spannung im wesentlichen konstant bleibt, ungeachtet einer Veränderung bei dem Eingangssignal. Außerdem sucht das Potential am Verbindungspunkt B höher zu werden als das Potential an der Kollektorelektrode des Transistors 2. Die Diode 18 leitet daher, und das am Verbindungspunkt B liegende Potential wird auf einen Wert begrenzt, der etwas höher ist als der Wert des Potentials an der Kollektorelektrode des Transistors 2, und zwar um einen Betrag, der vom Spannungsabfall in der Diode 18 bestimmt wird. Die Kollektor-Basis-Spannung des Transistors 2 sinkt daher nicht unter einen Wert von ungefähr ein Volt ab, welcher Wert die Differenz zwischen den Spannungsabfällen am Element 17 und an der Diode 18 ist. Dementsprechend wird der Transistor 2 niemals gesättigt, und der SpeicherefTekt kann vermieden werden. Hiernach wird der Transistör 2 ohne Zeitverzögerung gesperrt, nachdem der Treibertransistor 8 von dem positiven Eingangssignal mit übermäßig hoher Amplitude zur Sättigung gebracht worden ist, und die Transistoren 1 und 2 leiten nicht stark während dieser Zeit. Der Transistor 1 kann daher nicht durch eine zu starke Erhitzung der Kollektorelektrode beschädigt werden.

Die Fig. 4 ist ein Schaltplan für einen quasikomplementärsymmetrisch geschalteten Verstärker nach der Erfindung, bei dem die Emitter- und die Kollektorelektrode des Transistors 1 mit der Kollektor- bzw. der Basiselektrode eines n-p-n-Transistors 22 verbunden sind, während die Emitter- und die Kollektorelektrode des Transistors 2 mit der Basisbzw, der Kollektorelektrode eines weiteren n-p-n-Transistors 23 verbunden sind, wobei der Transistor 2 den Transistor 23 betreibt. Die Kollektorelektrode des Transistors 22 ist mit der Emitterelektrode des Transistors 23 verbunden, wodurch ein Ausgangskreis für den Verstärker geschlossen wird.

Die Emitterelektrode des Transistors 22 und die Kollektorelektrode des Transistors 23 stehen mit dem negativen bzw. dem positiven Pol der Gleichstromquelle 5 in Verbindung. Die Kombination dieser Transistoren 1, 2, 22 und 23 ist als quasi-komplementärsymmctrische Gegentaktschaltung bekannt. Der Eingangskreis für (die Gegentaktstufe entspricht dem Eingangskreis für die komplementärsymmetrische Gegentaktstufe nach der Fig. 2. Der Rückkopplungskreis mit dem Kondensator 16 erhöht den Verstär- kungsgrad der Verstärkerschaltung und führt dem Transistor 2 einen genügend starken Basisstrom iz4i selbst bei der positiven Spitze des Ausgangssignals. Weiterhin stellen das Gleichstrom leitende Element 17 und die das Trcibsignal begrenzende Diode 18 den Treibsignalbegrenziingskreis für den Transistor 2 dar. Das Element 17 soll einen Spannungsabfall von ungefähr ein Volt oder etwas mehr bei dem Basisstrom des Transistors 2 erzeugen, wenn der Treibertransistor 8 gesperrt ist. Ähnlich wie bei der Schallung nach der Fig. 2 können als Element 17 die in der F i g. 3 dargestellten Schaltungselemente verwendet werden. Enthüll die Veisliirkcrschaltung nicht den Treibsignalbegrcn/unpskrcis mit dem Element

17 und der Diode 18, so werden die Transistoren 2 und 23 gesättigt, wenn der Treibertransistor 8 durch ein negatives Eingangssignal mit übermäßig hoher Amplitude gesperrt wird. Wechselt das Eingangssignal in einer kurzen Zeitperiode wieder zu einem übermäßig großen positiven' Wert über, so wird der Treibertransistor 8 gesättigt, wobei die Transistoren 1 und 22 leiten, während die Transistoren 2 und 23 gesperrt werden können. Wegen des Speichereffektes des Minoritätsträgers in den Transistoren 2 und 23 bleiben diese Transistoren jedoch eine gewisse Zeit lang gesättigt,, nachdem das Eingangssignal sich geändert hat. Daher sind alle Transistoren 1, 2, 22 und 23 während dieser Periode stark leitend, und die Transistoren 1 und 22 können durch den übermäßig starken Kollektorstrom zerstört werden, wenn die Kollektor-Emitter-Spannung im wesentlichen gleich der Spannung der Stromquelle ist. Wird jedoch der Treibsignalbegrenzungskreis mit dem Element 17 und der Diode 18 verwendet, so sinkt die Kollektor-Basis-Spannung nicht unter ungefähr ein Volt ab, und die Transistoren 2 und 23

werden niemals gesättigt, wie bei der Schaltung nach der F i g. 2 erläutert. Dementsprechend kann eine zufällige Beschädigung der Transistoren 1 und 22 vollständig vermieden werden.

Wie bereits erläutert, stehen die Richtungen der Leitfähigkeit eines jeden Transistors fest. Es ist jedoch leicht einzusehen, daß dieselbe Arbeitsweise erhalten werden kann durch Umkehren der Richtung der Leitfähigkeit der Transistoren und durch Umkehren der Polarität der Stromquelle 5. Weiterhin ist die Arbeitsweise der Ausgangstransistoren nicht mit Notwendigkeit auf ein. Arbeiten nach Klasse B beschränkt. Ohne Beeinträchtigung der Erfindung kann eine Arbeitsweise nach Klasse A oder sogar nach Klasse C bei Verwendung einer geeigneten Vorspannungsschaltung erzielt werden.

' An den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen für die Erfindung können von Sachkundigen im Rahmen des Erfindungsgedankens Änderungen, Abwandlungen und Ersetzungen vorgenommen werden. Die Erfindung selbst wird daher nur durch die Patentansprüche abgegrenzt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

309 616/480

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Gcgentaktverstärkerschaltung mit Schutz der Ausgangstransistoren gegen Beschädigung durch ein plötzlich auftretendes Störsignal übermäßig großer Amplitude, bestehend aus einem ersten und einem zweiten Transistor vom komplementären. Leitfähigkeitstyp, einem Ausgangskreis, der an die miteinander verbundenen Emitter der Transistoren angeschlossen ist, aus einer Gleichspannungsquelle, deren negativer Pol mit dem Kollektor des einen und deren positiver Pol mit dem Kollektor des anderen Transistors verbunden ist, aus einem Treibertransistor, in dessen Arbeitskreis ein Widerstandsspannungstciler angeordnet ist, welcher die Vorspannung für die Transistoren der Gegentaktstufe liefert, wobei die Basis des ersten Transistors mit dem Kollektor des Treibertransistors verbunden ist, während die Basis des zweiten komplementären Transistors an den ersten SpannungsteilerabgrifF gelegt ist und der zweite Spannungsteilerabgriff mit den Emittern der Gegentaktstufe über eine Kapazität wechselstrommäßig verbunden ist, wobei in dieser Schaltung im Fall eines positiven Signals übermäßig großer Amplitude am Treibertransistor dieser stark leitend wird und der erste Transistor leitet, um ein maximales negatives Ausgangssignal in der normalen Arbeitsweise zu liefern, selbst wenn anschließend das Eingangssignal eine übermäßig große negative Amplitude annimmt, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegentaktvcrstärkerschaltung weiterhin eine das Treibersignal begrenzende Diode (18) enthält, deren Kathode mit dem positiven Pol der Gleichspannungsquelle verbunden ist und deren Anode an einem Punkt (B) zwischen dem ersten und zweiten Spannungsteilerabgriff angeschlossen ist, und ein Gleichstrom leitendes Element (17) aufweist, welches zwischen dem ersten Spannungsteilerabgriff und der Anode der Diode (18) Hegt, derart, daß im Fall eines negativen Signals übermäßig großer Amplitude am Treibertransistor (8) der zweite Transistor (2) leitet und, da die Spannung über der Kapazität (16) praktisch konstant bleibt, das Potential am zweiten Spannungsteilerabgriff (A) und damit auch an der Anode der Diode höher wird als das Potential am Kollektor des zweiten Transistors (F i g. 2).

   Die Erfindung betrifft eine Gegentaktverstärkerschaltung mit Schutz der Ausgangstransistoren gegen Beschädigung durch ein plötzlich auftretendes Störsignal übermäßig großer Amplitude.

   Im Vergleich zu den mit Vakuumröhren bestückten Verstärkern sind Transistorverstärker gekennzeichnet durch ihr geringes Gewicht, ihre geringe Größe und durch einen hohen Wirkungsgrad. Diese Merkmale treten besonders hervor in komplementärsymmetrischen Transistorverstärkern oder in quasi - komplementärsymmetrischen Transistorverstärkern, die in der Ausgangsstufe keine Eingangs- und/oder Ausgangstransfurmatoren benötigen. Außerdem wurden zur Lösung einiger Probleme dieser Schallungen Verbesserungen vorgeschlagen. So beschreibt z. B. die USA.-Patentschrift 3 188 574 zur automatischen Kompensation der normalen Veränderungen von Transistorkennlinien einen komplementärsymmetrischen Transistorverstärker mit konstantem Betriebspotential der gemeinsamen Verbindung. Außerdem ist ein Verfahren z. B. aus der USA.-Patentschrift 2947 880 und aus der »Telefunken Zeitung«, Juni 1960, S. 88 bis 90, bekannt, mit dem

   ίο die Sättigung des Transistors verhindert werden kann.

   Andererseits weisen jedoch die komplementärsymmetrischen oder quasi-komplementärsymmetrischen Transistorverstärker den Nachteil auf, daß die Ausgangstransistoren zerstört werden können, wenn das Eingangssignal eine plötzlich auftretende Störkomponente mit einer übermäßig hohen Amplitude enthält.

   Ziel der vorliegenden Erfindung ist deshalb die Schaffung einer Gegentaktverstärkerschaltung, deren Ausgangstransistoren gegen Beschädigung durch ein plötzlich auftretendes Störsignal übermäßig großer Amplitude geschützt sind.

   Die Gegentaktverstärkerschaltung besteht dabei aus einem ersten und zweiten Transistor vom korn--. plementären Leitfähigkeitstyp, einem Ausgangskreis, der an die miteinander verbundenen Emitter der Transistoren angeschlossen ist, aus einer Gleichspannungsquelle, deren negativer Pol mit dem Kollektor des einen und deren positiver Pol mit dem Kollektor des anderen Transistors verbunden ist, aus einem Treibertransistor, in dessen Arbeitskreis ein Widerstandsspannungsteiler angeordnet ist, welcher die. Vorspannung für die Transistoren der Gegentaktstufe liefert, wobei die Basis des ersten Transistors mit dem Kollektor des Treibertransistors verbunden ist, während die Basis des zweiten komplementären Transistors an den ersten Spannungsteilerabgriff gelegt ist und der zweite Spannungsteilerabgriff mit den Emittern der Gegentaktstufe über eine Kapazität wechselstrommäßig verbunden ist, wobei in dieser Schaltung im Fall eines positiven Signals übermäßig großer Amplitude am. Treibertransistor dieser stark leitend wird und der erste Transistor leitet, um ein maximales negatives Ausgangssignal in der normalen Arbeitsweise zu liefern, selbst wenn anschließend das Eingangssignal eine übermäßig große negative Amplitude annimmt.

   Das Ziel der vorliegenden Erfindung wird erreicht mit einer Schaltung der oben angegebenen Art, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Gegentaktverstärkerschaltung weiterhin eine das Treibersignal begrenzende Diode enthält, deren Kathode mit dem positiven Pol der Gleichspannungsquelle verbunden ist und deren Anode an einen Punkt zwischen dem ersten ■und zweiten Spannungsteilerabgriff angeschlossen ist, und ein Gleichstrom leitendes Element aufweist, welches zwischen dem ersten Spannungsteilerabgriff und der Anode der Diode liegt, derart, daß im Fall eines negativen Signals übermäßig großer Amplitude am Treibertransistor der zweite Transistor leitet und, da die Spannung über der Kapazität praktisch konstant bleibt, das Potential am zweiten Spannungsteilerabgriff und damit auch an der Anode der Diode höher wird als das Potential am Kollektor des zweiten Transistors, so daß die Diode leitend wird und das Potential an dem zweiten SpannungsteilerübgrifT auf einen begrenzten Wert beschränkt, der