DE3129523C2 - Mehrstufige Rechteckimpuls-Verstärkerschaltung - Google Patents

Abstract

Jede Stufe der Verstärkerschaltung, in welcher in bekannter Weise mehrere Transistoren mit ihren Emitter-Kollektor-Strecken gleichsinnig hintereinander und mit dem Lastwiderstand in Reihe an die Speisegleichspannungsquelle angelegt sind und der erste Transistor mit seinem Steuerkreis an der Steuerimpulsquelle anliegt, hat nach der Erfindung als Hilfsspannungsquelle einen Kondensator, der bei Entsperrung des Stufentransistors den Steuerstrom zur Entsperrung der nachgeschalteten Stufe und bei Sperrung des Stufentransistors die zum schnellen Ladungsträgerabfluß erforderliche Vorspannung liefert. Die Kondensatoren werden auf die vorgeschriebenen Teilspannungen während der Impulspausen über einen Spannungsteiler aufgeladen, zu dem der Emitterwiderstand sowie zumindest Teile der Kollektorwiderstände der Stufen gehören. Der Hilfsstrom, den die Schaltung nach der Erfindung benötigt, ist wesentlich schwächer als der Strom durch einen an die Speisegleichspannungsquelle fest angeschlossenen, in einer bekannten Schaltung verwendeten Spannungsteiler, an dem die zur gleichmäßigen Verteilung der Ausgangsspannung auf die einzelnen Stufen erforderlichen Steuerspannungen abgegriffen werden, so daß sich demgegenüber ein besserer Wirkungsgrad ergibt. Durch die Beschleunigung des Ladungsträgerabflusses nach der Beendigung des Steuerimpulses wird die Flankensteilheit der Ausgangsimpulse erhöht und damit die Übertragungsqualität der Verstärkerschaltung verbessert. Verwendet wird die Schaltung nach

Description

transistors und einen Teil des Kollektorwiderstandes überbrückenden Widerstand sowie dem Emitterwiderstai.d des Stufentransistors besteht, und daß die Reihenschaltung von Teilen aller Widerstandsgruppen zusammen mit dem Lastwiderstand einen an die Speisegleichspannungsquelle angeschlossenen Spannungsteiler bildet, so daß die Kondensatoren über diesen Spannungteiler während der Impulspausen auf einen vom Spanntingsteilerverhältnis und dem Lastwiderstand festgelegten Teil der Speisegleichspannung aufgeladen werden.

Es wird somit auch hierbei die Spannung am Verstärkerausgang zu jedem Zeitpunkt auf die einzelnen Verstärkerstufen gleichmäßig verteilt. Das momentane Ausgangspotential einer Verstärkerstufe ist dabei zugleich das Grund- oder Bezugspotential der nachgeschalteten Stufe (Harmonika-Schaltung). Die bei Sperrung des Stufentransistors seinem Kollektor über einen .', Schalttransistor zugeführte Vorspannung dient dem -? schnellen Abfluß der Ladungsträger.

Aus einem anderen Zusammenhang, nämlich bei einer Ansteuerschaltung mit positivem und negativem Ausgangsstrom und, nachgeschalteten Gegentakt-Leistungsendstufen, insbesondere für Vertikal-Ablenkschaltungen von Fernsehempfängern, ist es aus der DE-OS 27 53 126 bekannt, als Hilfsspannungsquelle einen Kondensator vorzusehen, der bei Entsperrungdes einen zur Gegentakt-Leistungsendstufe gehörenden Transistors den Steuerstrom dafür liefert.

Die Erfindung und Weiterbildungen davon werden im folgenden anhand eines in drei Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert. Die F i g. 1 bis 3 bilden eine einzige Schaltung und sind aneinanderzufügen. Der in den Figuren dargestellte mehrstufige Verstärker soll Rechteckimpulse der Amplitude 18 V.*s auf 1,8 kV.«· an einem Lastwiderstand Rl von 3 kΩ mit einer Parallelkapazität 170 pF verstärken. Die Dauer der zu verstärkenden Impulse soll 30... 70 μ5 und ihr Tastverhältnis 1 :20 bis 1 :10 betragen. Bei Änderung der Impulsdauer und/oder des Tastverhältnisses sollen das Fußpunktpo-Jtential und die Amplitude der Ausgangsimpulse konstant bleiben. Zu diesem Zweck sind die Verstärkerstufen galvanisch gekoppelt

Da die geforderte Ausgangsamplitude ein Mehrfaches der höchstzulässigen Kollektor-Emitter-Spannung geeigneter verfügbarer Transistoren beträgt, wird die Ausgangsspannung zu jedem Zeitpunkt gleichmäßig auf acht Verstärkerstufen 1 bis 8 in Emitterschaltung verteilt. Dabei ist das momentane Ausgangspotential einer Verstärkerstufe zugleich das Grund- oder Bezugspotential der nachgeschalteten; Stufe (»Harmonika-Prinzip«).

Die Impulse am Verstärkerausgang sollen positiv sein. Daher dienen zur Verstärkung als Stufentransistoren 71 bis 78 zweckmäßig pnp-Transistoren, die nur für die Dauer der Impulse entsperrt werden und dabei am Kollektor positive Impulse abgeben. Während der wesentlich längeren Pausen zwischen den Impulsen sind die pnp-Transistoren 71 bis 78 gesperrt, wodurch eine unnötige Belastung der Speisespannungsquelle U vermieden wird.

Sind die Transistoren 71 bis Ti gesperrt, so fließt ein Ruhestrom durch die in Reihe geschalteten. Strecken, die pro Stufe jeweils aus dem Emitter-Widerstand R1 von z. B. 27 Ω, sowie der den gesperrten Stufentransistor überbrückenden Serienschaltung eines Widerstandes R 2 von z.B. 56 kO und einss Kollektorteil Widerstandes R 3 von z. B. 330 Ω bestehen. Dieser Ruhestrom fließt außerdem durch den Lastwiderstai»d Ri. von 3 kΩ. Damit beträgt die Emitter-Kollektor-Spannung an jedem pnp-Stufentransistcr Ti bis Ti etwas weniger als 1/8 der Speisegleichspannung U von z. B. 2 kV. Auf Ί die gleichen Teilspannungen sind in jndei Verstärkerstufe Ladekondensatoren C von beispielsweise 2,2 μΡ aufgeladen.

Wird nun der Stufentransistor Ti der ersten Verstärkerstufe 1 durch einen seiner Basis vom Eingang

ι» E zugeführten negativen Rechteck-Steuerimpuls 5/ entsperrt, so fließt aus dem Ladekondensator C dieser Stufe 1 Strom über den ersten Emitterwiderstand R1, die Emitter-Kollektor-Strecke und den Kollektorwiderstand, der aus den Widerständen R 3, R 4 von z. B. 82 Ω und 7? 5 von z. B. 2,2 kΩ besteht, sowie die parallel zum Widerstand A3 in Reihe mit dem zweiten Emitterwiderstand R 1 liegende Emitter-Basis-Strecke des pnp-Stufentransistors 72 der zweiten Verstärkersiufe 2, ,wodurch dieser Transistor 72 ebenfalls entsperrt wird.

'Zwischen dessen Kollektor und dem Abgriff zwischen den beiden Widerständen R 4 und Λ 5 am Kollektorwiderstand der ersten Stufe 1 liegt eine Diode D!, weiche leitend wird, sobald die Basis-Kollektor-Spannung in der Verstärkerstufe 2 einen bestimmten Wert unterschreitet. Dann verringert sich der der Sasis des

. Transistors 72 zugeführte Strom, wodurch eine Steuerung des Transistors 72 in die Sättigung verhindert wird.
In gleicher Weise werden die pnp-Stufentransistoren

ίο 73 bis 78 der Verstärkerstufen 3 bis 8 entsperrt und vor einer Steuerung in die Sättigung bewahrt. Die Sättigung des Stufentransistors 71 wird mit Hilfe einer Diode D1 Verhindert, die zwischen dem Kollektor von 71 und einer Hilfsgleichspannungsquelle Ux von z, B. —24 V liegt und leitend wird, sobald bei der Entsperrung der Verstärkerstufe 1 deren Kollektorpotential das Poten tial der negativen Klemme der Hilfsgleichspannungsquelle U\ erreicht hat. Dann verhindert die Diode D1 einen weiteren Anstieg des Kollektorpotentials des

ίο Transistors 71, so daß dessen Basis-Kollektor-Spannung einen bestimmten, von der Differenz zwischen der Amplitude des negativen Rechteck-Steuerimpulses 5/ und der Hilfsgleichspannung Ux abhänigen Wert nicht unterschreiten kann.

Sind die Verstärkertransistoren 71 bis 78 aller Stufen 1 bis 8 entsperrt, so fließt über die Emitter-Koljektor-Strecke jedes dieser Transistoren Ti bis 78 außer dem' vom Ladekondensator C gelieferten Basisstrom des jeweils nachgeschalteten Transistors ein

-■' von der Speisespannungsquelle U gelieferter Strom mehrfacher Stärke durch den Lastwiderstand Rl, Dementsprechend steigt das Potential am Verstärkerausgang A.
Nach Beendigung des negativen Eingangsimpulses 5/ sperrt zunächst der pnp-Stufentransistor 71 der Verstärkerstufe 1. Infolgedessen erhält der pnp-Stufentransistor 72 der Verstärkerstufe 2 keinen Basisstrom mehr und sperrt ebenfalls. In gleicher Weise werden nun auch die Verstärkerstufen 3 bis 8 gesperrt. Damit fällt das Potential am Verstärkerausgang A auf denjenigen Wert zurück, den es vor Beginn des Impulsesbesaß.

Eine genügend steil abfallende Flanke des Ausgangsimpulses wird dadurch erreicht, daß in jeder Verstärker-Stufe 1 bis 8 der Abfluß der Ladungsträger aus der Übergangszone zwischen der Basis und dem Kollektor des jeweiligen pnp-Stufentransistors 71 bis 78 mit Hilfe eines npn-Schalttransistros 79 bis 716 beschleunigt wird, dessen Kollektor jeweils über eine aus einer

BUNDESORUCKEREI 12. 83 308 163/279

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Induktivität L von ζ. Β. 6 μΗ und einem Widerstand R 6 von z. B. 27 Ω bestehende Reihenschaltung mit dem Kollektor des pnp-Stufentransistors 71 bis 78 und dessen Emitter jeweils mit dem Minuspol des beispielsweise als Elektrolytkondensator ausgebildten Ladekondensators C verbunden ist. Die Basis jedes dieser als »Ausräumtransistoren« wirkenden Schalttransistoren 79 bis 716 ist über einen Kondensator Ci von beispielsweise 3OnF an den Emitter des jeweils ' 'zugehöirgen pnp-Stufentransistors 71 bis 78 ange-'schlossen. Werden die Stufentransistoren 71 bis 78 ,'gesperrt, so erhalten die. Schalttransistoren 79 bis 716 einen positiven Steuerimpuls, werden dadurch entsperrt und ziehen über die Induktivität L und den Widerstand β 6 das Kollektorpotential des jeweiligen Stufentransistors71bis78herab.

Unmittelbar nach Beginn dieser Kollektorpotentialabsenkung muß der Stüfentransistor der nachgeschalteten Stufe bereits vollständig gesperrt sein* damit die abfallende Flanke des Ausgangsimpulses sauber und geradlinig, d. h. ohne überlagerte Schwingungen verläuft. Eine solche Sperrung, die bis zum Ende der . Kollektorpotential-Absenkung andauert bewirkt ein mit der Basis des nachgeschalteten Stufentransistors verbundener Kondensator C2 von beispielsweise 1 η F, der während des Impulses über einen Widerstand R 7 von beispielsweise 22 kQ aufgeladen und nach Beendigung des impulses über eine zu diesem Widerstand Rl parallelgeschaltete Diode entladen wird. Parallel zum Widerstand Rl und der Diode D2 ist noch ejn Kondensator C3 von z.B. 15ÖpF geschaltet. Ein Teil des Entladestroms fließt über den Kollektor-Teilwiderstand R 3 der jeweils vorgeschalteten Verstärkerstufe und erzeugt dort' die zur Sperrung des nachgeschalteten ToiStufentransistors erforderlich Spannung.
' ;, Die Stufen- und Schalttransistoreh 71 bis 716 sind η- jdurch antiparallel zu ihren Basis-Emitter-Strecken 'geschaltete Dioden D3 bzw. DA gegen unzulässig hohe Sperrimpulse geschützt

Nach Beendigung des Impulses werden die Ladekon densatoren C wieder ayfgeladen. Dabei sind zur Beschleunigung des Ladeyorganges die Teilwiderstände R 4 und R 5 der KoÜektörwiderstände durch Dioden £> 5 überbrückt.

über den Stufen 1 bis 8 sind in der Figur jeweils die an ihren Eingängen anstehenden Impulse dargestellt. Man erkennt daraus, daß die Impulsamplitude von Stufe zu Stufe gleichmäßig zunimmt, und am Ausgang A der gesamten Verstärkerschaltung der gewünschte Impuls mit 1,8

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Mehrstufige Rechteckimpuls-Verstärkerschaltung unter Verwendung einer Anzahl von Stufentransistoren, die mit ihren Emitter-Kollektor-Strekken gleichsinnig hintereinander und mit einem Lastwiderstand in Reihe dazu an eine Speisegleichspannungsquelle angeschlossen sind und deren erster mit seinem Steuerkreis an einer Steuerimpulsquelle derart liegt, daß er bei Auftreten eines Steuerimpulses entsperrt und bei Beendigung eines Steuerimpulses jeweils gesperrt wird, dadurch gekennzeichnet, daß jede Stufe (1 bis 8) als Hilfsspannungsquelle einen Kondensator (C) aufweist, der bei Entsperrung des Stufentransistors (Ti bis 78) den Steuerstrom zur Entsperrung des Stufentransistors (Ti bis 78) der jeweils nachgeschalteien Stufe und bei Sperrung des Stufentransi-

^stors (Ti bis Γ8) eine dem Kollektor dieses .-,'Transistors über einen Schalttransistor (T9 bis 716) , zugeführte Vorspannung liefert und der parallel zu einer Widerstandsgruppe (Ri, R 2, R 3, R 4, R S) geschaltet ist, welche aus dem in Teilwiderstände (R 3, R 4, RS) aufgeteilten Kollektorwiderstand, einem die Emitter-Kollektor-Strecke des jeweiligen Stufentransistros (Ti bis 78) und einen Teil widerstand (R 3) des Kollektorwiderstandes überbrückenden Widerstand (R 2) sowie dem Emitterwiderstand (R 1) des Stufentransistors (Ti bis 78) besteht, und daß die Reihenschaltung von Teilen (R 1, R2, A3) aller Widerstandsgruppen zusammen mit dem Lastwiderstand (Rl) einen an die Speisegleichspannungsquelle (U) angeschlossenen Spannungsteiler 'bildet, so daß die Kondensatoren (C) über diesen "· Spannungsteiler während der Impulspausen auf einen vom Spannungsteilerverhäitnis und dem Lastwiderstand (Rt.) festgelegten Teil der Speisegleichspannung aufgeladen werden.

2. Mehrstufige Rechteckimpuls-Verstärkerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stufentransistor (Ti bis 78) und der Schalttransistor (T9 bis 716) jeder Stufe (1 bis 8) von unterschiedlichem Leitfähigkeitstyp sind.

3. Mehrstufige Rechteckimpuls-Verstärkerschal-' tung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Basis jedes Stufentransistors (T2 bis 78) mit Ausnahme desjenigen in der ersten Stufe eine Elektrode eines Kondensators (C 2) verbunden ist, dessen andere Elektrode über einen Widerstand (R7) und eine dazu parallel geschaltete Diode (D2) an den Emitter des Schalttransistors (T9 bis 715) der vorgeschalteten Stufe (1 bis 7) angeschlossen ist.

4. Mehrstufige Rechteckimpuls-Verstärkerschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Kollektor jedes Stufentransistors (T2 bis 78) — mit Ausnahme desjenigen in der ersten Stufe — und einem Abgriff (R 4/R 5) am Kollektorwiderstand (R 3, R 4, R S) der vorgeschalteten Verstärkerstufe (1 bis 7) eine Diode (D i) liegt.

5. Mehrstufige Rechteckimpuls-Verstärkerschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Teile des Kollektorwiderstandes (R4, RS) jedes Stufentransistors (Ti bis 78) durch jeweils eine Diode (D S) überbrückt sind.

Die Erfindung bezieht sich auf eine mehrstufige Rechteckimpuls-Verstärkerschaltung unter Verwendung einer Anzahl von Stufentransistoren, die mit ihren Emitter-Kollektor-Strecken gleichsinnig hintereinander und mit einem Lastwiderstand in Reihe dazu an eine Speisegleichspannungsquelle angeschlossen sind und deren erster mit seinem Steuerkreis an einer Steuerimpulsquelle derart liegt, daß er bei Auftreten eines Steuerimpulses jeweils entsperrt und bei Beendigung eines Steuerimpulses jeweils gesperrt wird.

Sollen Rechteckimpulse konstanter Amplitude derart verstärkt werden, daß am Ausgang des Verstärkers die Impuls-Spannungsamplitude ein Mehrfaches der höchstzulässigen Kollektor-Emitter-Spannung verfügbarer Transistoren beträgt und das Fußpunktpotential sowie die Impuls-Spannungsamplitude bei Änderung der Impulsdauer und/oder des Tastverhältnisses konstant bleiben, dann ist es aus der DE-PS 10 21926 bekannt, mehrere Transistoren mit ihren Emitter-Kolilektor-Strecken gleichsinnig untereinander und mit dem Lastwiderstand in Reihe an die Speisestromquelle anzulegen. Der erste Transistor liegt dabei mit seinem Steuerk'eis am Ausgang des Rechteckimpulsgerterators, und die Basiselektroden der in Reihenschaltung aufeinanderfolgenden Transistoren sind an Abgriffe eines Spannungsteilers angeschlossen, der mit seinen Endanschlüssen an der Speisestromquelle des Systems liegt. Wird der erste Transistor durch den Steuerimpuls entsperrt, so fließt aus dem Spannungsteiler über die Basis-Emitter-Strecke des zweiten Transistors zum Kollektor des ersten Transistors ein Strom, der den zweiten Transistor entsperrt. Ebenso werden die folgenden Transistoren entsperrt, so daß schließlich am Lastwiderstand eine Spannun-j abfällt, die annähernd gleich der Summe der Kollektor-Emitter-Spannungen bei Sperrung der Transistoren ist. Wird mit Beendigung des Steuerimpulses der ersten Transistor gesperrt, so sperren auch der zweite und alle folgenden Transistoren, so daß durch den Lastwiderstand kein Strom mehr fließt und die Spannung der Speisestromquelle gleichmäßig auf die Kollektor-Emitter-Strecke der Transistoren verteilt wird. Bei dieser bekannten Schaltung fließt ständig ein verhältnismäßig großer Hilfsstrom durch den an die Speisestromquelle fest angeschlossenen

Spannungsteiler, an dem die zur gleichmäßigen

Verteilung der Ausgangsspannung auf die einzelnen

Stufen erforderlichen Steuerspannungen abgegriffen werden.

Aufgabe de Erfindung ist es, bei einer mehrstufigen

Rechteckimpuls-Verstärkerschaltung der eingangs genannten Art den Wirkungsgrad gegenüber der bekannten Schaltung mit festem Spannungsteiler zu erhöhen, d.h. den zur Transistorsteuerung erforderlichen und ständig fließenden Hilfsstrom zu senken und zugleich

die Übertragungsqualität durch Erhöhung der Steilheit der abfallenden Flanken der Impulse am Verstärkerausgang zu verbessern.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß jede Stufe als Hilfsspannungsquelle einen Kondensator aufweist, der bei Entsperrung des Stufentransistors den Steuerstrom zur Entsperrung des Stufentransistors der jewils nachgeschalteten Stufe und bei Sperrung des Stutentransistors eine dem Kollektor dieses Transistors über einen Schalttransistor zugeführte Vorspannung liefert und der parallel zu einer Widerstandsgruppe geschaltet ist, welche aus dem in mehrer Teilwiderstände aufgeteilten Kollektorwiderstand, einem die Emitter-Kollektor-Strecke des Stufen-