Die Erfindung betrifft einen linearisierten Wechseispannungs-Ver¬ stärker mit einem Signaleingang für eine Eingangsspannung und ei¬ nem Signalausgang für eine Ausgangsspannung, wobei hinter dem Signaleingang ein Operationsverstärker und vor dem Signalausgang zwei elektrisch miteinander verbundene Transistoren vorgesehen sind .

Bei einem linearisierten Wechseispannungs-Verstärker bzw. bei der Verstärkung einer Wechselspannung ist es bekannt, daß die Übertragungskennlinie der Endstufentransistoren bei Wechselspannungsverstärkern in AB-Einstellung zu deutlichen Übernahmeverzerrungen führt. Derartige Verzerrungen würden bei einem linearen Zusammenhang zwischen Spannung und Strom n icht eintreten . Daher ist es zur Vermeidung dieser Verzerrungen be¬ kannt, eine weitere logarithmische Übertragungskennlinie mit der exponentiellen Kennlinie zusammenzufassen mit dem Ziel , aus dem Produkt aus der exponentiellen Kennlinie und der logarithmischen Kennlinie eine möglichst lineare zusammengefaßte Kennlinie zu er¬ zeugen.

Bei niedrigen Frequenzen der Eingangsspannung wirkt die Gegen¬ kopplung derart, daß Übernahmeverzerrungen weitgehend eliminiert werden können , da die Schleifenwirkung zur Eliminierung von Über¬ nahmeverzerrungen bei niedrigfrequenten Wechselspannungen groß genug ist.

Jedoch können die Übernahmeverzerrungen durch eine Gegenkopp¬ lung bei hohen Frequenzen nicht vollständig eliminiert werden , da die Schieifenverstärkung aufgrund zunehmender Schwingneigung nicht unendlich groß gemacht werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen l inearisierten Wechseispannungs-Verstärker der einleitend genannten Art so wei¬ ter zu bilden, daß Übernahmeverzerrungen auch im Bereich hochfrequenter Wechselspannungen weitgehend elimin iert werden können bzw. nur in erheblich geringerem Maß entstehen .

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß am Aus¬ gang des Operationsverstärkers ein Linearisierungsnetzwerk vorge¬ sehen ist, das als aktiver Vierpol ausgebildet ist und daß der aktive Vierpol mit den beiden Betriebsspannungsanschlüssen und dem Ausgang des Operationsverstärkers sowie mit Masse verbunden ist.

Dieser erfindungsgemäß ausgebildete linearisierte Wechselspan¬ nungsverstärker arbeitet ohne zusätzliche stabile Betriebsspannung des Linearisierungsnetzwerkes. Hinzu kommt eine automatische Addition der positiven und der negativen Betriebsströme des Opera¬ tionsverstärkers und des Linearisierungsnetzwerkes zur Ansteue¬ rung der Metalloxydhalbleiter-Feldeffekt-Transistoren (M OSFETs) .

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein , daß der Vierpol über eine Kapazität mit Masse verbunden ist.

Hierdurch ist eine einfache Realisierung eines logarithmischen Stromanstiegs des Linearisierungsnetzwerkes bei hohen Frequenzen möglich . Darüber hinaus ist ebenfalls eine einfache Abstim mung der Logarithmusfunktion der Treiberstufe auf die Exponentialfunktion der Leistungs-MOSFETs durch Anpassung der Ausgangskapazität des Linearisierungsnetzwerkes an die Eingangskapazität der MOSFETs möglich.

Zweckmäßig ist das Linearisierungsnetzwerk als komplementärer Emitterfolger im B-Betrieb ausgebildet ist, der von einem Ohmschen Widerstand überbrückt ist und dessen Ausgang über einen Konden¬ sator mit Masse verbunden . Es handelt sich hierbei um d ie am we¬ nigstens aufwendige Schaltung zur Realisierung des hier in Rede stehenden Verstärkerprinzips.

Des weiteren empfiehlt es sich, daß das Linearisieru ngsnetzwerk als komplementärer Ermitterfolger im AB-Betrieb ausgebildet ist, dessen Ruhestrom einen bestimmten von Null abweichenden Wert hat.

Diese Maßnahme führt zu einer besonders guten Linearität der Ge¬ samtschaltung in Nullpunktnähe. Außerdem ist kein zusätzlicher Strompfad für IQ+ erforderlich.

Zweckmäßig ist der Ruhestrom über einen hochohmigen ge meinsa¬ men Emitterwiderstand des komplementären Emitterfolgers konstant zu halten . - Das ist mit dem weiteren Vorteil verbunden, daß eine zusätzliche Temperaturkompensation des komplementären Emitter- folgers im AB-Betrieb nicht erforderlich ist.

Des weiteren kann der Verstärker so ausgebildet sein, daß der Emitterwiderstand des komplementären Emitterfolgers mit zwei in Reihe geschalteten Kondensatoren überbrückt ist, deren Verbindung

über den Widerstand mit Masse verbunden ist. - Das bedeutet ei nen hohen Impulsstrom l _p des komplementären Emitterfolgers bei gleichzeitig niedrigem und stabilem Ruhestrom IQ ₊ .

Der Verstärker kann des weiteren so aufgebaut sein , daß die Tran¬ sistoren N-Kanal Transistoren darstellen und als Metalloxydhalblei¬ ter-Feldeffekt-Transistoren ausgebildet sind und von der Summe der positiven und negativen Betriebsströme des Operationsverstär¬ kers und des Linearisierungsnetzwerkes direkt im Gegentakt einge¬ schaltet und indirekt über Ausschalttransistoren beschleunigt aus¬ zuschalten sind.

H iermit ist der Vorteil einer schnellen Auf- und Endladung der pa¬ rasitären GATE-Kapazitäten der Leistungs-MOSFETs mit geringst¬ möglichem Aufwand verbunden. Au ßerdem ist eine zusätzliche Kü h¬ lung der Treiberstufe nicht erforderlich .

Zweckmäß ig stehen die Metalloxydhalbleiter-Feldeffekt-Transisto¬ ren in thermischem Kontakt mit je einem NTC-Widerstand, die je¬ weils direkt zwischen den Anschlüssen GATE und SOURCE der Me¬ talloxydhalbleiter-Feldeffekt-Transistoren geschaltet sind .

Das bedeutet eine hohe thermische Stabilität der Schaltung bei niedrigen Signalfrequenzen. Sourcewiderstände für die Leistungs- M OSFETs zur Temperaturkompensation sind nicht erforderlich. Au¬ ßerdem hat die Schaltung einen sehr geringen dynamischen Innen¬ widerstand bei gleichzeitig hoher Nullpunktstabilität. Eine Verlänge¬ rung der Anschlußdrähte der MTC-Widerstände ist nicht erforder¬ lich, da beide Anschlüsse direkt mit den Anschlüssen GATE und SOURCE der Leistungs-MOSFETs verbunden sind.

Des weiteren empfiehlt es sich, den Verstärker so auszubilden, daß ausschließlich der DRAIN-Anschluß des Metalloxydhalbleiter- Feldeffekt-Transistors für die positiven Halbwellen der Wechselspannung an der positiven Betriebsspannung liegt. - Damit

ist ein maximaler Ausgangsspannungshub verbunden. Des weiteren liegt eine völlige Symmetrie der Gesamtschaltung trotz ausschließli¬ cher Verwendung von N-Kanal-MOSFETs vor.

Zweckmäßig ist der Metalloxydhalbleiter-Feldeffekt-Transistor für die positiven Halbwellen der Wechselspannung von einer Vorspannung über einen Stromspiegel anzusteuern , wobei die Vorspannung oberhalb der positiven Betriebsspannung liegt.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein , daß an den beiden Betriebsspannunganschlüssen des Operationsver¬ stärkers je eine ein- und ausschaltbare Gleichspannungsquelle angeschlossen ist. - Durch das symmetrische Ein- und Ausschalten der beiden Gleichspannungsquellen über die Spannungen + U _S und -U _s gelangt man zu völlig symmetrischen Verhältnissen beim Ein- und Ausschalten des Verstärkers. Hinzu kommt, daß auf das Relais am Signalausgang verzichtet werden kann.

Des weiteren empfiehlt es sich, daß die zwei vor dem Signalausgang vorgesehenen Transistoren als Metalloxydhalbleiter-Feldeffekt- Transistoren ausgebildet sind.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in meh¬ reren Varianten dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 die Schaltung eines linearisierten Wechselspannungs-Verstärkers,

Fig . 2 einen Ausschnitt aus Figur 1 gemäß einer ersten Version,

Fig. 3 einen Ausschnitt aus Figur 1 gemäß einer zweiten Version ,

Fig. 4 einen Ausschnitt aus Figur 1 gemäß einer dritten Version und

Fig. 5 einen Ausschnitt aus Figur 1 gemäß einer vierten Version.

Parallel zu einem Signaleingang 1 liegt ein Eingangswiderstand 2 , hinter dem ein Tiefpaßfilter 3 geschaltet ist, welches über den einen Eingang 4 mit einem Operationsverstärker 5 verbunden ist. An dem anderen Eingang 6 des Operationsverstärkers 5 ist ein Gegenkopp¬ lungsnetz 7 vorgesehen, welches über eine Leitung 8 mit dem Si¬ gnalausgang 9 des Verstärkers verbunden ist.

An dem einen Betriebsspannungsanschluß 10 sind eine Gleichspan¬ nungsquelle 1 1 mit einem Bipolartransistor 12 sowie ein Stromspie¬ gel 13 mit zwei Bipolartransistoren 14, 15, der über eine Leitu ng 16 mit dem einen Pol 17 einer konstanten Gleichspannu ngsquelle 18 von 12 Volt verbunden ist. Der Stromspiegel 13 ist des weiteren über eine Diode 19 , einen ohmschen Widerstand 20 und einen Metalloxydhalbleiter-Feldeffekt-Transistor 21 mit dem anderen Pol 22 der Gieichstromquelle 18 verbunden .

Parallel zu der Diode 19, dem Widerstand 20 und dem Transistor 21 sind ein Steuerwiderstand 23, ein Ausschalttransistor 24, ei n regel¬ barer Widerstand 25 und ein Kondensator 26 geschaltet.

Der andere Betriebsspannungsanschluß 27 des Operationsverstär¬ kers 5 ist über eine Gleichspannungsquel le 28 und einen Bipolar¬ transistor 29 sowie über eine Diode 30, ei nen oh mschen Widerstand 31 und einen Metalloxydhalbleiter-Feldeffekt-Transistor 32 mit dem einen Pol 33 des Signalausganges 9 verbunden. Parallel zu der Diode 30 , dem Widerstand 31 und dem Metalloxyd halbleite r-Feldef¬ fekt-Transistor 32 sind ein Steuerwiderstand 34, ein Ausschalttran¬ sistor 35, ein Heißleiter 36 und ein Kondensator 37 geschaltet, die über eine Leitung 38 mit dem anderen Pol 39 einer Spannungsquel le (+ U B/-U B) verbunden ist.

Am Ausgang 40 des Operationsverstärkers 5 ist in ei nem Knoten¬ punkt 41 ein Widerstand 42 angeordnet. Ein als aktiver Vierpol aus¬ gebildetes Linearisierungsnetzwerk 43 enthält einen Widerstand 44, zwei bipolare Transistoren 45,46 und einen Kondensator 47. Der Vierpol 43 ist über eine Leitung 48 mit dem Knoten 41 bzw. dem Ausgang 40 des Operationsverstärkers 5 verbunden . Au ßerdem sind d ie Basis 49 des Transistors 45 und die Basis 50 des Transistors 46 über einen Knotenpunkt 51 miteinander sowie mit dem Widerstand 44 verbunden. Außerdem sind der Kollektor 52 des Transistors 45 und der Kollektor 53 des Transistors 46 mit den Betriebsspannungs¬ leitungen 54,55 des Operationsverstärkers 5 verbunden . Der Kon¬ densator 47 ist mit Masse 56 verbunden.

Parallel zu dem aktiven Vierpol bzw. dem Linearisieru ngsnetzwerk 43 sind in Reihe ein Widerstand 56 und ei n Potentiometer 57 geschaltet.

Der Sourceanschluß 58 ist über eine Leitung 59 mit dem Drainstromanschluß 60 verbunden.

In Figur 2 ist das Linearisierungsnetzwerk 43 m it vier Ansch lüssen 61 ,62,63,64 dargestellt.

Figur 3 zeigt das Linearisierungsnetzwerk 43, weiches gegenüber der Darstellung gemäß Figur 2 den Kondensator 47 aufweist.

In Figur 4 ist das Linearisierungsnetzwerk 43 dargestellt, welches die gleichen Bauteile aufweist wie das in Figur 1 gezeigte Lineari¬ sierungsnetzwerk. In Figur 5 ist ein abgewandeltes Linearisierungs¬ netzwerk 65 dargestellt, in dem eine Konstantstromquelle 66 und ei¬ ne Konstantstromquelle 67 angeordnet sind .

Au ßerdem sind zusätzlich zu den Transistoren 45,46 Kondensatoren 68,69 angeordnet, wobei des weiteren ein Widerstand 70 mit Masse 71 verbunden ist. Außerdem ist zwischen den Transistoren 45 und 46 ein veränderlicher Widerstand 72 geschaltet. Der Ausgang des Operationsverstärkers 5 ist über den Knotenpunkt 41 mit einem Wi ¬ derstand 43 und über einen weiteren Knoten 51 mit zwei Widerstän¬ den 73 ,74 verbunden .

Der linearisierte Wechselspannungsverstärker ist eine span nungs¬ gesteuerte Spannungsquelle, die eine Wechselspannung am Signal¬ eingang um einen durch das Gegenkopplungsnetzwerk festgelegten , konstanten Faktor verstärkt, an den Signalausgang legt.

Der Eingangswiderstand bestimmt im wesentlichen die Eingangsim¬ pedanz des Verstärkers. Der Tiefpaßfilter schwächt Eingangsspan¬ nungen ab, die für die Anstiegsgeschwindigkeit des Wechselspan¬ nungsverstärkers zu schnell sind . Der Operationsverstärker bildet zusammen mit den beiden Gleichspannungsquellen eine bipolare Kaskode , deren Ausgangsströme l+ und I- die Leistungs-M OSFET s direkt im Gegentakt ansteuern. Der Stromspiegel transformiert den Steuerstrom l+ in den gleich großen Strom I +, damit auch für die positive Halbwelle ein gegenüber einem P-Kanal MOSFET wesent¬ lich leistungsfähigerer N-Kanal MOSFET eingesetzt werden kann .

Der Operationsverstärker wird mit der konstanten Spannung +/- (U _s - 0,7V) betrieben. Somit fließt durch ihn der konstante Ruhestro m l ₀ . Ohne Eingangssignal ist l _s =0 und l ₀ + l _{0 +} , sowie l_ = I ₀ +O+* • ^{=u r θ i n e} AB-Einstellung wird mit dem Potentiomete r der Strom l _{0 +} so eingestellt, daß die Spannungsabfälle an den Steuer¬ widerständen soweit über der Gate-Schwellenspannung der MOS- FET's und der Durchflußspannung der Dioden liegen, daß der Ru¬ hestrom des Wechselspannungsverstärkers den niedrigen, stabilen Wert l^o annimmt. Die Temperaturstabilität von I Q wird durch ei¬ nen thermischen Kontakt der Heiß leiter mit den MOS FET ^' s erreicht.

Liegt am Signaleingang eine sinusförmige Wechselspannung an, entsteht eine g leichphasige, in etwa sinusförmige Wechselspan nung am Ausgang des Operationsverstärkers. Du rch den Widerstand , der etwa so dimensioniert ist wie die Steuerwiderstände fl ießt der Wechselstorm l _s , der sich je nach Polarität zu den Steuerströmen l ₊ und l_ addiert und die MOSFET ^' s im Gegentakt aufsteuert.

Durch das Gegenkopplungsnetzwerk regelt der Operationsverstärker de n Strom l _s derart, daß die Form der Ausgangsspannung am Si¬ gnalausgang unabhängig von der angeschlossenen Last exakt die Form der Eingangsspannung aufweist.

Bei einem schnellen Spannungssprung am Signaleingang von Null auf eine positive Spannung, steigt auch die Ausgangsspannu ng des Operationsverstärkers mit maximaler Anstiegsgeschwindigkeit in etwa linear gegen +U _S .

Zusätzlich zu l _s erzeugt das Linearisierungsnetzwerk jetzt den Im¬ pulsstrom l _p+ , der l _s um ein Vielfaches übersteigen kann. I _{p +} ad¬ diert sich zu dem Steuerstrom l ₊ , der jetzt am Anfang der Signal¬ flanke stark beschleunigt mit annähernd logarithmischen Verlauf den

MOSFET mit seiner exponentiellen Übertragungskenn linie aufsteu¬ ert. Damit ergibt sich ein vom Nullpunkt ausgehender, linearer An¬ stieg der Ausgangsspannung am Signalausgang auch bei rechteck- förmigen Eingangsspannungen. Die Ausschalttransistoren stel len si¬ cher, daß die M OSFET's jeweils sicher ausgeschaltet sind, bevor der gegenüberliegende MOSFET ^' s beschleunigt aufgesteuert wird .

Bezuqszeichenliste

1 Signaleingang

2 Eingangswiderstand

3 Tiefpaßfilter

4 Eingang

5 Operationsverstärker

6 Eingang

7 Gegenkopplungsnetz

8 Leitung

9 Signalausgang

10 Betriebsspannungsleitung

1 1 Gleichstromquelle

12 Bipolartransistor

13 Stromspiegel

14 Bipolartransistor

15 Bipolartransistor

16 Leitung

17 Pol

18 Spannungsquelle

19 Diode

20 Ausschalttransistor

21 Transistor

22 Pol

23 Steuerwiderstand

24 Bipolartransistor

25 Widerstand

26 Kondensator

27 Betriebsspannungsleitung

28 Gleichspannungsquelle

29 Bipolartransistor

30 Diode

31 Widerstand

32 Transistor

33 Pol

34 Steuerwiderstand

35 Transistor

36 Widerstand

37 Kondensator

38 Leitung

39 Pol

40 Ausgang

41 Knoten

42 Widerstand

43 Linearisierungsnetzwerk

44 Widerstand

45 Transistor

46 Transistor

47 Kondensator

48 Leitung

49 Basis

50 Basis

51 Knoten

52 Kollektor

53 Kollektor

54 Leitung

55 Leitung

56 Masse

57 Widerstand

58 Sourceanschluß

59 Leitung

60 Drainstromanschluß

61 Knoten

62 Knoten

63 Knoten

64 Knoten

65 Leitung

66 Konstantstromquelle

67 Konstantstromquelle

68 Kondensator

69 Kondensator

70 Widerstand

71 Masse

72 Widerstand

73 Widerstand

74 Widerstand

75 Widerstand