DK149789B - Balanceret forstaerkerudgangstrin - Google Patents

Description

i 149789

O

Opfindelsen vedrører et balanceret forstærkerudgangstrin, der er af den i kravets indledning angivne art.

Udgangstrinnet i en modtagerfofstærker i et tele-5 fonapparat skal være således udformet, at det kan arbejde med høj virkningsgrad selv ved lave liniespændinger. Det kendes for eksempel fra Texas Instruments Application Report B107, Audio Amplifier design Bedford 1971 side 36, 37 og 39, at anvende en brokobling med to serieforbundne 10 transistorer som forstærkerudgangstrin, hvor belastningen er indsat mellem midtpunkterne af de to serieforbindelser. Transistorerne drives i modfase på en sådan måde, at for den ene halvperiode går strømmen gennem den øverste transistor i den ene serieforbindelse og gennem den nederste 15 transistor i den anden serieforbindelse, medens den i den modsatte halvperiode går gennem den øverste transistor i den anden serieforbindelse og gennem den nederste transistor i den første serieforbindelse. Den opnåede udgangseffekt er derfor betydeligt større, eftersom det effektive spæn-20 dingsudsving over belastningen i princippet bliver dobbelt så stort som for et enkelt udgangstrin af en såkaldt "single ended push-pull"-type.

I tysk offentliggørelsesskrift nr. 2.431.818 er beskrevet en lydfrekvensforstærker med et udgangstrin, 25 hvori belastningen er forbundet over en bro, hvis grene omfatter to transistorer og to ulineære elementer, der virker som omskiftere, f.eks. thyristorer eller ulineært arbejdende transistorer. Kun to transistorer drives ulineært, de to andre elementer bringes til at skifte til 30 og fra, afhængigt af de lineære transistorers tilstand.

For at holde den af den ulineære arbejdsmåde forårsagede forvrængning lille, er der tilvejebragt et tilbagekoblingskredsløb, der driver udgangstrinnet med glidende ar-bejdspunkt.

35 De ovenfor beskrevne forstærkere udgør en forholds vis lav impedans over for strømkilden. I normale lydfor- 149789

O

2 stærkere medfører dette ikke noget problem, fordi strømkilden har en meget lav impedans f.eks. ved at være shun-tet med en stor kapacitet. Hvis en kendt forstærker skulle anvendes som modtagerforstærker i et telefonapparat, 5 kommer strømforsyningen til at ske gennem abonnentlinien, som har en betydelig impedans. Der er i så fald stor fare for, at liniestrømmen varierer med signalet og forårsager en uønsket tilbagekobling, som kan medføre selvsvingning.

Hvad tysk offentliggørelsesskrift nr. 2.431.818 an-10 går udelukker udgangstrinnets ulineære arbejdsmåde et konstant strømforbrug fra strømforsyningen, og dette kredsløb kan derfor ikke benyttes ved telefonanvendelser, hvor forstærkeren får sin strømforsyning gennem abonnentlinien.

Det er opfindelsens formål at anvise en balanceret 15 modtagerforstærker, der afhjælper de oven for nævnte ulemper i forbindelse med strømforsyning gennem telefonabonnentlinien. Det angivne formål opnås med et balanceret forstærkerudgangstrin af den i kravets indledning angivne art, som ifølge opfindelsen er ejendommeligt ved den i kravets ken-20 detegnende del angivne udformning.

Ved hjælp af kredsløbet ifølge opfindelsen opnås en forstærker, som udnytter hele den tilgængelige spænding, samtidig med, at den trækker en konstant strøm fra strømforsyningen, således at forsyningsspændingen holdes 25 konstant uafhængigt af strømforsyningens indre impedans.

Desuden bliver forstærkerens jævnspændingsniveau veldefineret.

Opfindelsen skal beskrives nærmere under henvisning til den vedføjede tegning, som viser et drivtrin 30 og et udgangstrin i en modtagerforstærker.

I figuren betegner TI, T2, T3 og T4 fire transistorer, som danner to modtaktkoblede forstærkertrin TI, T3 henholdsvis T2, T4, som er parallelforbundne og drives i modtakt. Belastningen Rec er forbundet mellem fæl-35 lespunkterne C og D for de to transistorer i trinene Ti, T3 henholdsvis T2, T4. Da kredsløbet påtænkes udført som

O

149789 3 en monolitisk integreret kreds, er samtlige transistorer T1-T4 af npn-typen, men det er naturligvis muligt at anvende andre kendte kombinationer af transistorer i de modtaktkoblede trin. Udgangstrinnet drives af et differen-5 tialkoblet indgangstrin T7, T8, hvis basiskredsløb er forbundet med en signalindgang INa, INb gennem modstandene R7, R8. Differentialtrinnets emitterkredsløb er på sædvanlig måde forbundet med en konstant strømkilde Is, som er vist skematisk, men som kan bestå af et i og for sig 10 kendt transistorkredsløb. Kollektorsiden i diffenrential-forstærkeren T7, T8 er dels forbundet med basis i transistorerne Ti og T2,dels med klemmen +V på en enkeltspændingskilde gennem to af kollektorerne og emitterne i en strømspejlkoblet transistor T6. En tredie kollektor Ί5 i transistoren T6, som er forbundet med basis, er via en af en referencespænding Vref styret serietransistor T5 og en for transistorerne T3 og T4 i slutforstærkeren fælles emitter-modstand R4 forbundet med den negative klemme -V. Mod-taktsignalerne til transistorerne T3 og T4 fås fra en 20 spændingsdeler RI, R2, R3, der er forbundet mellem punkterne C og D. Basis i transistoren T3 er forbundet med fællespunktet mellem R2 og R3, medens basis i transistoren T4 er forbundet med fællespunktet mellem modstandene Ri og R2. Punkterne C og D er også via tilbagekoblings-25 modstandene R5 og R6 forbundet med basiskredsløbene i transistorerne T7 og T8.

Kredsløbet fungerer på følgende måde. Et balanceret signal, der påtrykkes indgangene INa og INb, forstærkes i differentialforstærkeren T7, T8 og føres balanceret 30 til basiskredsløbene i transistorerne TI og T2 i forstærkerudgangstrinnet. Arbejdspunkterne for transistorerne TI og T2 bestemmes af den som strømspejl koblede transistor T6, hvor to kollektorer forsyner transistorerne TI og T2 med basisstrøm. Belastningen Rec, som er forbundet mellem 35 transistorerne Ti og T2, fører ingen strøm, når emitter-spændingerne er ens. De nedre transistorer T3, T4 får ba- 149789

O

4 sisstrømmen fra emitterkredsløbet i de modstående øvre transistorer T2 henholdsvis TI gennem modstandsnettet RI, R2 og R3.

Et indkommende signal, som f.eks. gør transistoren 5 Ti mere ledende end T2, medfører, at også transistoren T4 bliver mere ledende end T3, hvorfor der kommer til at gå en strøm gennem belastningen Rec. Når signalpolariteten på basis af transistorerne TI og T2 er modsat, går strømmen gennem belastningen i modsat retning.

10 Sumstrømmen gennem transistorerne T3 og T4 løber gennem modstanden R4. Så længe balancen i forstærkeren er perfekt, ændres spændingen over modstanden R4 ikke med signalet. En forøgelse af strømmen gennem en af transistorerne f.eks. T3 medfører en tilsvarende strømformind-15 . skelse gennem transistoren T4. Hvis balancen imidlertid ikke er perfekt, hvilket er tilfældet i integrerede kredse, som ikke er specielt trimmede, kommer der til at løbe et såkaldt common mode signal til strømkilden. Hvis strømkildens impedans er høj, hvilket er tilfældet,når 20 en telefonapparatforstærker strømforsynes gennem telefonledningen, moduleres spændingen i forsyningspunktet, og der er fare for, at forstærkeren bliver ustabil.

Summen af jævnstrømmene gennem modstanden R4 kan også variere f.eks. med temperaturen, fordi hele for-25 stærkeren er jævnspændingskoblet. En lille spændingsændring i et tidligt trin forstærkes og kan bevirke, at strømmen gennem R4 ændres.

For at stabilisere mod disse signal- og jævnstrømsændringer sammenlignes spændingen over modstanden R4 med 30 en referencespæning Vref i transistoren T5, hvis kollek-torstrøm bringes til at variere med strømmen gennem R4.

Hvis f.eks. strømmen gennem R4 aftager, forøges basisstrømmen og dermed kollektorstrømmen i transistoren T5.

Også emitterstrømmen i transistoren T6 forøges, og der-35 ved forøges de to kollektorstrømme i samme grad. Basisstrømmen i de to transistorer Ti og T2 forøges, hvilket

O

5 149799 bevirker, at sumstrømmen gennem modstanden R4 kommer tilbage til den af referencespændingen Vref bestemte værdi.

En stabilisering af den differentielle forstærkning og arbejdspunktet opnås gennem den symmetriske til- 5 bagekobling fra punkterne C og D i udgangstrinnet til indgangene i forstærkertrinnet T7, T8.