BR102017002953A2 - Device for measuring an electric current generated by an acoustic amplifier in order to operate an acoustical speaker - Google Patents

Description

DISPOSITIVO PARA A MEDIÇÃO DE UMA CORRENTE ELÉTRICA GERADA POR UM AMPLIFICADOR ACÚSTICO DE MANEIRA A OPERAR UM ALTO-FALANTE ACÚSTICO

CAMPO TÉCNICO

[001] A presente invenção se refere a um dispositivo para a medição de uma corrente elétrica gerada por um amplificador acústico de maneira a operar um alto-falante acústico TÉCNICA ANTERIOR

[002] No campo da eletroacústica e, mais particularmente, da geração de um som pela conversão de um sinal elétrico em uma onda acústica por meio do uso de alto-falantes, é importante ter um exato conhecimento da corrente elétrica consumida por esses alto-falantes, isto é, a corrente instantânea da fonte de suprimento do sinal elétrico para os alto-falantes.

[003] Especificamente, como para qualquer conversão de energia, esta conversão elétrica para acústica gera calor sendo, portanto necessário verificar se o calor gerado permanece abaixo de um limite predeterminado. Este parâmetro é particularmente importante nos alto-falantes profissionais que pretendam preencher grandes espaços com som, já que as quantidades de energia usadas são substanciais. A potência dissipada é proporcional ao quadrado da amplitude/corrente RMS do sinal elétrico. Assim, sabendo quanta corrente é consumida, torna possível manejar a potência dissipada e, portanto a quantidade de calor emitida.

[004] Este conhecimento exato da corrente também tem outras aplicações, como o preciso conhecimento da impedância dos alto-falantes como uma função da frequência e a detecção dos alto-falantes.

[005] Para medir esta corrente de sinal elétrico, as técnicas convencionais usam um amplificador diferencial especializado que compreende um resistor como entrada (um shunt para a medição da corrente) que permite que a corrente seja convertida em uma diferença de potencial.

[006] Entretanto, esse tipo de amplificador para a detecção de corrente é intrinsecamente sensível à tensão de modo comum presente no shunt de medição e, portanto necessita do uso de um custoso amplificador diferencial de alta precisão, caso os níveis necessários de precisão na eletroacústica forem alcançados.

[007] Há, portanto uma necessidade genuína de um dispositivo para a medição da corrente que supere essa desvantagem, em particular de um dispositivo que torne possível controlar o efeito de medição no sinal elétrico medido, para reduzir os custos e melhorar a sensibilidade e a precisão da medição.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[008] Para superar uma ou mais das desvantagens supramencionadas, um dispositivo para a medição de uma corrente elétrica gerada por um amplificador acústico de maneira a operar um alto-falante acústico compreende: - um resistor shunt posicionado em série entre o amplificador acústico e o alto-falante acústico; - um conversor de tensão-corrente, cujas entradas estão conectadas aos terminais do resistor shunt, o dito conversor sendo capaz de converter proporcionalmente a diferença de tensão nos terminais do shunt em uma corrente de sinal; - um primeiro espelho de corrente, cuja entrada está conectada à saída do conversor de tensão-corrente e cuja saída está conectada a - um conversor corrente-tensão, de maneira que a tensão de saída do conversor corrente-tensão seja proporcional à corrente de sinal.

[009] 0 dispositivo também compreende um gerador de corrente de polarização constante conectado a uma entrada do conversor de tensão-corrente e cuja saída está conectada ao conversor corrente-tensão por meio de um segundo espelho de corrente, o dito gerador de corrente de polarização sendo capaz de gerar uma corrente de polarização de maneira que o dispositivo opere em modo linear e sem saturação independente da corrente elétrica gerada pelo amplificador acústico.

[0010] As características ou realizações particulares que podem ser utilizadas individualmente ou em combinação são as seguintes: o primeiro e o segundo espelhos de corrente compreendem: - um primeiro resistor; e - um primeiro gerador de tensão de polarização em série entre uma conexão do sinal de entrada e o solo; - um amplificador operacional, cuja entrada não inversora esteja conectada ao sinal de entrada a montante do primeiro resistor e cuja entrada inversora está conectada entre o primeiro resistor e o primeiro gerador de tensão de polarização, por meio de um segundo resistor, e cuja saída está conectada - à porta de um MOSFET transistor, estando a fonte do dito transistor MOSFET conectada à entrada inversora do amplificador operacional, e cujo dreno, que gera a corrente espelho, está conectado a uma almofada de saída; - o gerador de corrente de polarização compreende: - um segundo gerador de tensão capaz de gerar uma tensão de referência (Vref) entre a entrada não inversora de um amplificador operacional e um terceiro gerador de tensão de polarização negativa, cujo segundo terminal está conectado ao solo; e - a entrada inversora do amplificador operacional está conectada ao terceiro gerador de tensão por meio de um resistor, assim como à fonte - de um transistor MOSFET de tipo n, cujo dreno aplica uma corrente de polarização a uma almofada de saída; - o conversor de tensão-corrente compreende: um amplificador operacional, cuja entrada inversora está conectada à entrada do resistor shunt por meio de um segundo resistor, cuja entrada não inversora está diretamente conectada à saída do resistor shunt, e cuja saída está conectada; - à porta de um transistor MOSFET do tipo n, cuja fonte está conectada à entrada inversora do amplificador operacional e cujo dreno aplica a corrente de sinal.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[0011] A invenção será mais bem entendida com a leitura da seguinte descrição, que é dada somente como exemplo e com referência às figuras anexas, nas quais: - a figura 1 mostra um diagrama geral de circuito de um dispositivo de medição de acordo com uma realização da invenção; - a figura 2 mostra uma vista detalhada do espelho da corrente de sinal do dispositivo da figura 1; - a figura 3 mostra uma vista detalhada do espelho da corrente de polarização do dispositivo da figura 1; e - a figura 4 mostra uma vista detalhada da fonte da corrente de polarização do dispositivo da figura 1.

REALIZAÇÕES DA INVENÇÃO

[0012] Primeiramente, será lembrado que a corrente elétrica gerada por um amplificador acústico de maneira a operar um alto-falante acústico tem as características de uma corrente variável CA, em termos tanto de corrente/tensão e frequência, que varia entre uns poucos Hz até cerca de 20 kHz.

[0013] Com referência à figura 1, um dispositivo para a medição de uma corrente elétrica gerada por um amplificador acústico de maneira a operar um alto-falante acústico compreende um resistor shunt 1 posicionado em série entre o amplificador acústico e o alto-falante acústico. O valor ôhmico r deste resistor é muito baixo, da ordem de 2 mQ, de maneira a somente interferir minimamente com o sinal elétrico.

[0014] Uma primeira conversão tensão-corrente é feita por um conversor de tensão-corrente 3, cujas entradas estão conectadas aos terminais do resistor shunt. O conversor é capaz de converter proporcionalmente a diferença de tensão entre os terminais do resistor shunt 1 em uma corrente de sinal.

[0015] A saída do conversor de tensão-corrente 3 está conectada a um conversor corrente-tensão 5 por meio de um primeiro espelho de corrente 7, também denominado de espelho da corrente de sinal. Assim, a tensão de saida do conversor corrente-tensão 5 é proporcional à corrente de sinal.

[0016] Além disso, para permitir que o circuito opere continuamente em um modo linear e sem saturação independente da direção da corrente e da polaridade da tensão de modo comum, o dispositivo também compreende um gerador de corrente de polarização constante 9. Esta corrente de polarização será doravante denominada Ibias · [0017] O gerador de corrente de polarização constante 9 está conectado a uma entrada do conversor de tensão-corrente 3 e a saida está conectada ao conversor corrente-tensão 5 por meio de um segundo espelho de corrente 11.

[0018] O gerador de corrente de polarização 9 é, portanto capaz de gerar uma corrente de polarização de maneira que o dispositivo opere em modo linear e sem saturação independente da corrente elétrica gerada pelo amplificador acústico.

[0019] A realização de cada bloco será agora descrita em maiores detalhes, seguida por uma explicação de sua operação.

[0020] O conversor de tensão-corrente 3 compreende: um amplificador operacional 13, cuja entrada inversora está conectada à entrada do resistor shunt 1 por meio de um segundo resistor 15 de valor ôhmico Rl, cuja entrada não inversora está diretamente conectada à saida do resistor shunt 1, e cuja saida está conectada - à porta de um transistor MOSFET do tipo n 17, cuja fonte está também conectada à entrada inversora do amplificador operacional e cujo dreno aplica a corrente de sinal.

[0021] 0 primeiro espelho de corrente 7, denominado de espelho da corrente de sinal, compreende, figura 2: - um primeiro resistor 21 e - um primeiro gerador de tensão de polarização positiva 23 em série entre uma conexão do sinal de entrada e o solo; - um amplificador operacional 25, cuja entrada não inversora está conectada ao sinal de entrada a montante do primeiro resistor 21 e cuja entrada inversora está conectada entre o primeiro resistor 21 e o primeiro gerador de tensão de polarização 23 por meio de um segundo resistor 27, e cuja saída está conectada - à porta de um transistor MOSFET do tipo p 29, estando a fonte do dito transistor MOSFET conectada à entrada inversora do amplificador operacional, e cujo dreno, gerando uma corrente espelho de sinal, está conectada a uma almofada de saída.

[0022] A estrutura do segundo espelho de corrente 11, figura 3, é similar à do primeiro espelho de corrente 7. Especificamente, compreende: - um primeiro resistor 31 e - um primeiro gerador de tensão de polarização negativa 33 em série entre uma conexão do sinal de entrada e o solo; - um amplificador operacional 35, cuja entrada não inversora está conectada ao sinal de entrada a montante do primeiro resistor 31 e cuja entrada inversora está conectada entre o primeiro resistor 31 e o primeiro gerador de tensão de polarização 33 por meio de um segundo resistor 37, e cuja saída está conectada a - uma porta de um transistor MOSFET do tipo n 39, estando a fonte do dito transistor MOSFET conectada à entrada inversora do amplificador operacional, e cujo dreno, gerando a corrente do espelho de polarização, está conectada a uma almofada de saída.

[0023] Assim, as duas diferenças entre os dois espelhos de corrente pertencem ao tipo do transistor MOSFET e ao sinal da polarização dos geradores de tensão.

[0024] Finalmente, o gerador de corrente de polarização 9 compreende, figura 4: - um segundo gerador de tensão 41 capaz de gerar uma tensão de referência (Vref) entre a entrada não inversora de um amplificador operacional 43 e um terceiro gerador de tensão de polarização negativa 45, cujo segundo terminal está conectado ao solo; e - a entrada inversora do amplificador operacional está conectada ao terceiro gerador de tensão 45 por meio de um resistor 47, assim como à fonte - um transistor MOSFET de tipo n 49, cujo dreno aplica uma corrente de polarização a uma almofada de saída.

[0025] O conversor corrente-tensão 5 compreende, figura 1, um resistor 51 como entrada que está conectado em série com a entrada inversora de um amplificador operacional 53, cuja entrada não inversora está conectada ao solo. A saída do amplificador operacional 53 retorna à sua entrada inversora por meio de um resistor 55.

[0026] Assim, em operação, a corrente de sinal e a corrente de polarização constante são adicionadas e seguem a "trajetória do sinal" que consiste no primeiro espelho de corrente 7.

[0027] A corrente de polarização é também conduzida pela "trajetória de polarização" compreendendo o gerador de corrente de polarização 9 e o segundo espelho de corrente 11.

[0028] Além disso, na entrada do conversor corrente-tensão 5, as correntes da "trajetória do sinal" e da "trajetória de polarização" são somadas, mas como a corrente de polarização flui na direção oposta nessas duas trajetórias, é cancelada na entrada do conversor corrente-tensão .

[0029] Deve ser notado que foi descrito um circuito de medição usando somente componentes convencionais.

[0030] Tipicamente, os amplificadores operacionais são amplificadores operacionais de baixo ruido e operam em níveis relativamente baixos de ganho.

[0031] Deve também ser notado que a operação na qual a corrente de polarização é cancelada na entrada do conversor corrente-tensão também permite a vantagem da remoção das correntes parasitas dos transistores MOSFET.

[0032] Além disso, o uso de fontes de corrente controlada pela natureza limita os efeitos da tensão do modo comum em comparação com conjuntos diferenciais baseados na detecção de tensão.

[0033] Deve assim ser notado que foi descrito um dispositivo de medição de baixo custo que é particularmente bem adaptado ao campo da eletroacústica.

[0034] O conjunto é também capaz de medir uma corrente de frequência zero (corrente continua). Permite, em virtude de seu alto nível de imunidade a tensão de modo comum, detecção de alto-falante com uma boa razão de sinal-ruído, mesmo na presença de um fraco sinal de excitação. Como a banda de passagem do conjunto é principalmente limitada pelo desempenho dos amplificadores operacionais, permite uma alta frequência de uso. Essa característica proporciona, no domínio da frequência de áudio, um baixo nível de atenuação e uma pequena mudança de fase do sinal na faixa de alta frequência. O conjunto permite ser obtida uma rápida proteção de corrente. Devido a seu alto nível de confiabilidade, pode ser utilizado para controlar os alto-falantes com corrente (produzindo um amplificador de transcondutância).

[0035] A invenção foi ilustrada e descrita em detalhes nos desenhos e na descrição acima. Isso deve ser considerado como ilustrativo e fornecido como exemplo, e não limitando a invenção a esta única descrição. São possíveis várias realizações variantes.

[0036] Nas reivindicações, a palavra "compreendendo" não exclui outros elementos e o artigo indefinido "um/uma" não exclui uma pluralidade.

REIVINDICAÇÕES

Claims (4)

1. DISPOSITIVO PARA A MEDIÇÃO DE UMA CORRENTE ELÉTRICA GERADA POR UM AMPLIFICADOR ACÚSTICO DE MANEIRA A OPERAR UM ALTO-FALANTE ACÚSTICO, caracterizado por compreender: - um resistor shunt (1) posicionado em série entre o amplificador acústico e o alto-falante acústico; um conversor de tensão-corrente (3), cujas entradas estão conectadas aos terminais do resistor shunt (1) , o dito conversor sendo capaz de converter proporcionalmente a diferença de tensão nos terminais do shunt em uma corrente de sinal; - um primeiro espelho de corrente (7), cuja entrada está conectada à saida do conversor de tensão-corrente (3) e cuja saida está conectada a - um conversor corrente-tensão (5) de maneira que a tensão de saida do conversor corrente-tensão seja proporcional à corrente de sinal; o dito dispositivo também compreendendo: - um gerador de corrente de polarização constante (9) conectado a uma entrada do conversor de tensão-corrente (3) e cuja saida está conectada ao conversor corrente-tensão (5) por meio de um segundo espelho de corrente (11) , o dito gerador de corrente de polarização (9) sendo capaz de gerar uma corrente de polarização de maneira que o dispositivo opere em modo linear e sem saturação independente da corrente elétrica gerada pelo amplificador acústico.

2. DISPOSITIVO, de acordo com a reivindicação 1, em que o primeiro e o segundo espelhos de corrente são caracterizados por compreender: - um primeiro resistor (21, 31) e - um primeiro gerador de tensão de polarização (23, 33) em série entre uma conexão do sinal de entrada e o solo; um amplificador operacional (25, 35), cuja entrada não inversora está conectada ao sinal de entrada a montante do primeiro resistor e cuja entrada inversora está conectada entre o primeiro resistor e o primeiro gerador de tensão de polarização por meio de um segundo resistor (27, 37), e cuja saída está conectada à - porta de um transistor MOSFET (29, 39), estando a fonte do dito transistor MOSFET conectada à entrada inversora do amplificador operacional, e cujo dreno, que gera a corrente espelho, está conectada a uma almofada de saída.

3. DISPOSITIVO, de acordo com uma das reivindicações 1 ou 2, em que o gerador de corrente de polarização é caracterizado por compreender: - um segundo gerador de tensão (41) capaz de gerar uma tensão de referência (Vref) entre a entrada não inversora de um amplificador operacional (43) e um terceiro gerador de tensão de polarização negativa (45), cujo segundo terminal está conectado ao solo; e - a entrada inversora do amplificador operacional está conectada ao terceiro gerador de tensão por meio de um resistor (47) assim como à fonte - de um transistor MOSFET de tipo n (4 9) , cujo dreno aplica uma corrente de polarização a uma almofada de saída.

4. DISPOSITIVO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, em que o conversor de tensão-corrente é caracterizado por compreender: - um amplificador operacional (13) , cuja entrada inversora está conectada à entrada do resistor shunt (1) por meio de um segundo resistor (15), cuja entrada não inversora está diretamente conectada à saida do resistor shunt, e cuja saida está conectada à porta de um transistor MOSFET do tipo n (17), cuja fonte está conectada à entrada inversora do amplificador operacional e cujo dreno aplica a corrente de sinal.