DE10140285A1

DE10140285A1 - Schaltungsanordnung zur Verstärkung eines Audiosignals

Info

Publication number: DE10140285A1
Application number: DE10140285A
Authority: DE
Inventors: Peter Michner; Markus Wolff
Original assignee: Klein & Hummel GmbH
Current assignee: K+H VERTRIEBS- UND ENTWICKLUNGSGESELLSCHAFT MBH, 3
Priority date: 2001-08-16
Filing date: 2001-08-16
Publication date: 2003-02-27

Abstract

Es wird eine Schaltungsanordnung zur Verstärkung eines Audiosignals vorgeschlagen, bei welcher das zu verstärkende Audiosignal verzögert einem Leistungsverstärker (9) zugeführt wird. Der Leistungsverstärker (9) kann über Stellglieder (17, 37) wahlweise mit verschieden großen Betriebsspannungen (UBlow, UBhigh) versorgt werden. Zur Steuerung der Stellglieder (17, 37) sind Regler (22, 72) vorgesehen, welche die Spannungspegel im unverzögerten und verzögerten Audiosignal mit vorliegenden Spannungspegeln an dem Leistungsverstärker (9) vergleichen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Verstärkung eines Audiosignals, insbesondere einen Audioleistungsverstärker.

Ein Audioleistungsverstärker weist üblicherweise eine Endstufe für den A-, B- oder AB-Betrieb auf. Im A-Betrieb wird das Audiosignal durch die Endstufe weder begrenzt noch durch Übernahmeverzerrungen verfälscht. Leider nehmen Leistungsverstärker für den A-Betrieb eine große Verlustleistung auf. Die Verlustleistung eines Leistungsverstärkers für den B-Betrieb liegt zwar niedriger, jedoch wird bei dieser Verstärkerart das Audiosignal erheblich verzerrt. Mit Leistungsverstärkern für den AB-Betrieb versucht man, einen Mittelweg zu beschreiten. Dementsprechend ist die Leistungsaufnahme dieser Verstärker geringer als bei Verstärkern für den A-Betrieb; gleichzeitig halten sich die Verzerrungen im verstärkten Audiosignal in Grenzen. Der Leistungsverstärker für den AB-Betrieb ist in der Regel mit einer negativen Rückkoppelung ausgestattet, die den Arbeitspunkt des Verstärkers bestimmt und Ursache für Schwingungen sein kann.

Zur Begrenzung der Verlustleistung eines Leistungsverstärkers kann man auch die Versorgungsspannung einer Endstufen an den jeweiligen Leistungsbedarf anpassen. Aus der DE 198 58 963 A1 ist ein Audiosignalverstärker bekannt, bei welchem die Spannungsversorgung für die Endstufe durch eine Steuereinheit so steuerbar ist, dass die Versorgungsspannung bei erhöhtem Leistungsbedarf unmittelbar und bei reduziertem Bedarf verzögert folgt. Der bekannte Verstärker weist eine Analyseeinheit für die Analyse des zu verstärkenden Audiosignals sowie Delay-Einheit auf, welche das eingehende, der Verstärkerstufe zuzuführende Audiosignal relativ zu dem der Analyseeinheit zugeführte Audiosignal verzögert.

Weiterhin ist aus der GB 2275384 A eine Schaltungsanordnung zur Spannungsversorgung für einen Verstärker bekannt, die einen vom zu verstärkenden Signal gesteuerten Thyrister aufweist, der in die Betriebsspannungszuführung eines Audioleistungsverstärkers eingefügt ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Schaltungsanordnung zur stabilen und verzerrungsfreien Verstärkung eines Audiosignals zu schaffen, welche einen hohen Wirkungsgrad aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Verzögerungseinrichtung mit einem Eingang zum Empfangen des Audiosignals und einem Ausgang zur Abgabe eines verzögerten Audiosignals, einen Leistungsverstärker mit einem Eingang zum Empfangen des verzögerten Audiosignals, mit einem Ausgang zur Abgabe eines verstärkten Audiosignals sowie mindestens einen Anschluss zum Zuführen einer ersten Betriebsspannung, mindestens ein Stellglied mit einem Eingang zum Anlegen einer zweiten Betriebsspannung, deren Pegel höher ist als der Pegel der ersten Betriebsspannung, mit einem Ausgang, welcher mit dem Betriebsspannungsanschluss des Leistungsverstärkers verbunden ist und mit einem Stelleingang zum Empfangen eines Steilsignals, und einer Regeleinrichtung mit drei Eingängen und einem Ausgang, bei welcher dem ersten Eingang das unverzögerte Audiosignal, dem zweiten Eingang das verzögerte Audiosignal zugeführte ist und der dritte Eingang mit dem Ausgang des Stellgliedes verbunden ist, und bei welchem am Ausgang der Regeleinrichtung das Stellsignal abnehmbar ist.

Die Erfindung weist den Vorteil auf, dass der Leistungsverstärker mit verschiedenen Betriebsspannungen versorgt wird, deren Pegel sehr schnell in Abhängigkeit von der Amplitude des zu verstärkenden Audiosignals erhöht oder abgesenkt werden kann. Verzerrungen im abgegebenen verstärkten Audiosignal können weitgehend vermieden werden. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass durch die Verwendung einer Regelung zur Änderung der Betriebsspannung der Leistungsbedarf und damit die Verlustleistung der Endstufe deutlich reduziert werden kann; weil sich die Betriebsspannung gezielt an den jeweiligen Leistungsbedarf der Endstufe anpassen lässt.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung enthält der Leistungsverstärker eine Gegentakt-Endstufe, die mit einer positiven und einer negativen Betriebsspannung versorgt wird. In die Betriebsspannungszuführungen der Gegentakt-Endstufe ist jeweils ein Stellglied eingefügt, das durch eine zugeordnete Regeleinrichtung regelbar ist.

Der Einsatz jeweils eines Stellgliedes in die positive und negative Betriebsspannungszuführung einer Gegentakt-Endstufe eröffnet die Möglichkeit, eine Detektorschaltung einzusetzen, die den Pegel des der Endstufe zugeführten Audiosignals ermittelt. Bei einer Gegentakt-Endstufe im AB-Betrieb bleibt der eingestellte Ruhestrom der Endstufe bis zu einem vordefinierten Pegel gering. Damit verbunden bleibt auch die Verlustleistung gering. Erst beim Überschreiten einer definierten Schwelle, die bei normaler Hördistanz zu wahrnehmbaren Lautstärkepegeln führt, bewirkt ein von der Detektorschaltung erzeugtes Regelsignal, dass der Ruhestrom der Gegentakt- Endstufe angehoben wird und damit Verzerrungen reduziert werden.

Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die erste Betriebsspannung von der zweiten Betriebsspannung durch eine Diode entkoppelbar ist. Die in die Zuführung der ersten Betriebsspannung eingefügte Diode arbeitet in Sperrrichtung, wenn dem Leistungsverstärker die zweite Betriebsspannung, die einen höheren Pegel aufweist als die erste Betriebsspannung, zugeführt wird.

Die Verzögerungseinrichtung besteht aus einem einfachen Tiefpassglied, bestehend aus einer R-C-Kombination, welche in die Übertragungsleitung des zu verstärkenden Audiosignals eingefügt ist.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung enthält die Regeleinrichtung einen ersten, zweiten und dritten Transistor. Die Emitter- Elektroden der drei Transistoren sind über einen ersten Widerstand an einem konstanten Potential (Massepotential) angeschlossen. Die Kollektoren des ersten und zweiten Transistors liegen über einen zweiten Widerstand an der zweiten Betriebsspannung. Die Kollektor-Elektrode des dritten Transistors wird mit der zweiten Betriebsspannung versorgt. Der Basis-Elektrode des ersten Transistors ist das unverzögerte Audiosignal und der Basis-Elektrode des zweiten Transistors das verzögerte Audiosignal zugeführt. Die Basis-Elektrode des dritten Transistors ist mit dem Ausgang des Stellgliedes verbunden. An den verbundenen Kollektoren des ersten und zweiten Transistors ist das Stellsignal für das Stellglied abnehmbar. Die nur aus wenigen aktiven passiven Bauelementen bestehende Regeleinrichtung weist eine Differenzverstärkerstruktur auf, die als Stellsignal ein Schaltsignal für das Stellglied erzeugt.

Das Stellglied ist vorzugsweise ein Feldeffekt-Transistor. Die Basis-Elektrode des Feldeffekt-Transistors bildet den Stelleingang; die Source- und Drain- Elektroden des Feldeffekt-Transistors stellen den Ein- bzw. den Ausgang des Stellgliedes dar.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird als Leistungsverstärker ein rückgekoppelter Gegentakt-Verstärker für den AB- Betrieb eingesetzt, der in der Endstufe komplementäre Emitterfolger aufweist, deren Emitter verbunden sind und an welchen das verstärkte Audiosignal abnehmbar ist. Eine Treiberstufe für die Endstufe ist mit komplementären Transistoren aufgebaut. Als Vorstufe für die Treiberstufe ist ein Operationsverstärker vorgesehen, bei welchem dem einen Eingang das verzögerte Audiosignal und dem anderen Eingang das verstärkte Audiosignal der Endstufe zugeführt ist. An dem Ausgang des Operationsverstärkers ist der Eingang der Treiberstufe angeschlossen. Die vorteilhafte Gegentakt-Endstufe für den AB-Betrieb reagiert schnell und stabil auf Änderungen der Betriebsspannung, ohne dass es zu Übernahmeverzerrungen im verstärkten Audiosignal kommt.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 das Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform gemäß der Erfindung,
Fig. 2 das Blockschaltbild einer erweiterten Ausführungsform gemäß der Erfindung,
Fig. 3 die konkrete Schaltung eines Leistungsverstärkers für den Gegentakt- AB-Betrieb gemäß der Erfindung und
Fig. 4 eine Schaltungsanordnung zur Einstellung des Ruhestroms für die Schaltung gemäß der Fig. 3.
Gleiche Teile sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.
In dem Blockschaltbild der Fig. 1 bezeichnet 1 einen Vorverstärker, der eine Eingangsklemme 2 und eine Ausgangsklemme 3 aufweist. Der Eingangsklemme 2 ist das zu verstärkende Audiosignal zugeleitet. Dem Vorverstärker 1 ist eine Verzögerungseinrichtung 4 mit einer Eingangsklemme 5 und einer Ausgangsklemme 6 nachgeschaltet. Die Ausgangsklemme des Vorverstärkers 1 ist mit der Eingangsklemme der Verzögerungseinrichtung 4 verbunden. Die Verzögerungseinrichtung 4 enthält einen Widerstand 7 und einen Kondensator 8.
Dem weiteren Signalweg schließt sich ein Leistungsverstärker 9 mit einer Eingangsklemme 10 und einer Ausgangsklemme 11 an. Die Eingangsklemme 10 des Leistungsverstärkers 9 ist mit der Ausgangsklemme 6 der Verzögerungseinrichtung 4 verbunden. An der Ausgangsklemme 11 ist das verstärkte Audiosignal abnehmbar.
Die Betriebsspannungen für den Leistungsverstärker 9 werden über Anschlussklemmen 12 und 13 zugeführt. Gemäß dem vorliegendem Ausführungsbeispiel ist die Klemme 13 mit einem konstanten Potential (Massepotential) verbunden. Die Anschlussklemme 12 ist über eine Diode 14 mit einer Klemme 15 verbunden, an der eine erste Betriebsspannung +UBlow aufgeschaltet ist. Ferner ist die Anschlussklemme 12 mit dem Ausgang 16 eines Stellgliedes 17 verbunden, dessen Eingang 18 zu einer Klemme 19 führt, an der eine zweite Betriebsspannung +UBhigh anliegt. Einem Stelleingang 20 des Stellgliedes 17 ist ein Stellsignal zugeführt, das von einem Ausgang 21 eines Reglers 22 abnehmbar ist. Der Regler 22 weist drei Eingänge 23, 24 und 25 auf. Dem Eingang 23 ist das an der Ausgangsklemme 3 liegende unverzögerte Audiosignal zugeführt, und der Eingangsklemme 24 das an der Ausgangsklemme 6 der Verzögerungseinrichtung abnehmbare verzögerte Audiosignal. Der Eingang 25 ist mit der Anschlussklemme 12 verbunden.
Die Betriebsspannungen +UBlow und +UBhigh erzeugt ein Netzteil 26 aus einer an Klemmen 27 und 28 liegenden Netzwechselspannung.
Der Vorverstärker 1 verstärkt das an der Eingangsklemme 2 liegende Audiosignal. Das verstärkte Audiosignal wird zu der Verzögerungseinrichtung 4 weitergeleitet und dort abhängig von den Werten des Widerstandes 7 und des Kondensators 8 zeitlich verzögert. Das vorverstärkte und nachfolgend verzögerte Audiosignal wird von dem Leistungsverstärker 9 weiter verstärkt und schließlich über die Ausgangsklemme 11 an einen Lautsprecher (nicht dargestellt) ausgegeben. Der Regler 22 vergleicht den Pegel der Betriebsspannung an Klemme 12 mit den Pegeln des unverzögerten und des verzögerten Audiosignals. Das vom Regler 22 abgegebene Stellsignal veranlasst das Stellglied 17, dass die Betriebsspannung von +UBlow nach +UBhigh erhöht wird, wenn die erwartete Amplitude des an der Ausgangsklemme 11 liegenden Audiosignals größer als die erste Betriebsspannung +UBlow werden wird. Dazu vergleicht der Regler 22 die Spannungspegel an den Eingängen 23 und 25. Damit der Regler 22 die Betriebsspannung +UBhigh nicht wieder vorzeitig reduziert, führt der Regler 22 einen weiteren Vergleich durch. Dabei wird der Spannungspegel der Betriebsspannung an dem Eingang 25 mit dem Spannungspegel des verzögerten Audiosignals an Klemme 24 verglichen. Abhängig von der durch den Vergleich ermittelten Differenz bleibt die Betriebsspannung +UBhigh so lange an dem Leistungsverstärker 9 aufgeschaltet, wie Eingangssignal an der Eingangsklemme 10 des Leistungsverstärkers 9 anliegt, welches zu einer größeren Ausgangsspannung an Ausgangsklemme 11 als die Betriebsspannungspegel an der Anschlussklemme 12 führt. Der Regler 22 sorgt also dafür, dass die Betriebsspannung für den Leistungsverstärker 9 vor dem Eintreffen eines Audiosignals mit hoher Amplitude an der Eingangsklemme 10 des Leistungsverstärkers 9 erhöht wird. Die Verzögerung des Audiosignals durch die Verzögerungseinrichtung 4 bewirkt, dass die zuvor erhöhte Betriebsspannung erst dann wieder reduziert wird, wenn die Signalamplitude des verzögerten Audiosignals kleiner geworden ist. Durch diese Maßnahme können Verzerrungen im abgegebenen Audiosignal, die durch den Schaltvorgang des Stellgliedes 17 verursacht werden, weitgehend vermieden werden. Gleichzeitig wird die Verlustleistung gering gehalten.
In der Fig. 2 ist ein Blockschaltbild für einen Leistungsverstärker 9 dargestellt, der für einen Betrieb mit positiver und negativer Betriebsspannung ausgelegt ist. Für diesen Betrieb ist ein weiteres Stellglied 37 vorgesehen, dessen Ausgang 36 mit der Anschlussklemme 13 verbunden ist und dessen Eingang 38 an der Klemme 39 für die Betriebsspannung -UBhigh liegt. Die kleinere negative Betriebsspannung -UBlow liegt an der Klemme 35. Über eine Diode 34 gelangt die Betriebsspannung -UBlow zur Betriebsspannungs- Anschlussklemme 13 des Leistungsverstärkers 9. Weiterhin weist das erweiterte Blockschaltbild der Fig. 2 einen zusätzlichen Regler 72 für das Stellglied 37 auf. Auch der Regler 72 weist drei Eingänge 43, 44 und 45 sowie einen Ausgang 41 zur Abgabe eines weiteren Stellsignals auf. Zum Einschalten und damit Durchschalten des Stellgliedes 37 auf die höhere negative Betriebsspannung -UBhigh wird dem Eingang 43 das vorverstärkte unverzögerte Ausgangssignal des Vorverstärkers 1 zugeführt. Zum Ausschalten und damit Sperren des Stellgliedes 37 wird dem Eingang 44 das verzögerte Audiosignal an der Ausgangsklemme 6 der Verzögerungseinrichtung 4 zugeführt. An dem Eingang 45 liegt als Ist- Spannung die jeweils aufgeschaltete negative Betriebsspannung des Leistungsverstärkers 9.
Die Funktion des Reglers 72 entspricht der Funktion des Reglers 22. Die Dioden 14 und 34 sind so gepolt, dass sie im Fall der Aufschaltung der jeweils höheren Betriebsspannung in Sperrrichtung betrieben werden; damit erfolgt eine Entkoppelung der niedrigen Betriebsspannung von der höheren Betriebsspannung.
In diesem Ausführungsbeispiel hat die Betriebsspannungsquelle 26 neben den beiden positiven Betriebspannung +UBhigh und +UBlow die negativen Betriebsspannungen -UBhigh und -UBlow zu erzeugen.
Die Fig. 3 zeigt eine konkrete Schaltung des erfindungsgemäßen Audioverstärkers. Das an der Klemme 2 liegende Audiosignal ist dem nicht- invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers 30 zugeführt. Der invertierende Eingang des Operationsverstärkers 30 ist mit dem Ausgang des Operationsverstärkers 30 verbunden. Dem Operationsverstärkers 30 ist die Verzögerungseinrichtung 4 mit dem Widerstand 7 und dem Kondensator 8 nachgeschaltet. Dabei ist die Ausgangsklemme 3 des Operationsverstärkers 30 ist mit der Eingangsklemme 5 der Verzögerungseinrichtung 4 verbunden. An den Ausgang der Verzögerungseinrichtung 4 schließt sich ein rückgekoppelter Leistungsverstärker für den Gegentakt-AB-Betrieb an. Der rückgekoppelte Leistungsverstärker weist als Vorstufe einen Operationsverstärker 31 auf. Der invertierende Eingang dieses Operationsverstärkers 31 ist mit der Ausgangsklemme 6 der Verzögerungseinrichtung 4 verbunden. Dem Operationsverstärker 31 folgt eine aus komplementären Transistoren 32, 33, 34 und 35 bestehende Treiberstufe. In dieser Treiberstufe sind die Emitter- Elektroden der Transistoren 32 und 34 über Widerstände 36 und 37 mit dem Ausgang des Operationsverstärkers 31 verbunden. Die Kollektor-Elektrode des Transistors 32 ist über einen Widerstand 38 an einer Anschlussklemme 39 zur Zuführung einer positiven Betriebsspannung für die Treiberstufe angeschlossen. Die Kollektor-Elektrode des Transistors 34 liegt über einen Widerstand 40 an einer Anschlussklemme 41 zur Zuführung einer negativen Betriebsspannung für die Treiberstufe. An der Basis-Elektrode des Transistors 32 sind zwei Widerstände 42 und 43 angeschlossen. Der Widerstand 42 führt der Basis-Elektrode des Transistors 32 die an der Anschlussklemme 39 liegende positive Betriebsspannung für die Treiberstufe zu. Der Widerstand 43 verbindet die Basis-Elektrode des Transistors 32 mit der Basis-Elektrode des Transistors 43. Über einen Widerstand 44 wird die Basis-Elektrode des Transistors 34 mit der negativen Betriebsspannung an Klemme 41 versorgt. Die Basis-Elektrode des Transistors 33 ist mit der Kollektor-Elektrode des Transistors 32 verbunden. Die Emitter-Elektrode des Transistors 33 liegt an der positiven Betriebsspannung für die Treiberstufe (Klemme 39). In entsprechender Weise ist die Basis-Elektrode des Transistors 34 mit der Kollektor-Elektrode des Transistors 34 verbunden; die Emitter-Elektrode des Transistors 35 liegt an der negativen Betriebsspannung für die Treiberstufe (Klemme 41). An den Kollektor-Elektroden der Transistoren 33 und 35 sind Widerstände 45 und 46 angeschlossen, deren andere Enden miteinander verbunden sind. Der aus den komplementären Transistoren 32, 33, 34 und 35 bestehenden Treiberstufe folgt eine Endstufe mit den komplementären Transistoren 47 und 48. Die Emitter-Elektroden der Endstufentransistoren 47 und 48 sind verbunden mit der Ausgangsklemme 11 zur Abgabe des leistungsverstärkten Audiosignals. Ferner sind die Emitter-Elektroden der Endstufentransistoren 47 und 48 an den Widerständen 45 und 46 angeschlossen (Schaltungspunkt 50). Vom Schaltungspunkt 50 führt ein Widerstand 49 zu dem nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers 31. Der nicht-invertierende Eingang des Operationsverstärkers 31 ist über einen Widerstand 51 an Massepotential gelegt.
Der Regler 22 enthält drei NPN-Transistoren 52, 53 und 54, deren Emitter- Elektroden verbunden sind und über einen Widerstand 55 an Massepotential liegen. Die Kollektor-Elektroden der Transistoren 52 und 53 liegen über einen Widerstand 56 an der Betriebsspannung +UBhigh (Anschlussklemme 19). Ferner sind die Kollektor-Elektroden der Transistoren 52 und 53 an die Gate- Elektrode eines Feldeffekttransistors 57 angeschlossen. Die Drain-Elektrode des Feldeffekttransistors 57 liegt an der Betriebsspannung +UBhigh (Anschlussklemme 19). An der Source-Elektrode des Feldeffekttransistors 57 ist ein Spannungsteiler, bestehend aus den Widerständen 58 und 59, angeschlossen. Ein Abgriff des Spannungsteilers ist mit der Basis-Elektrode des Transistors 54 verbunden. Weiterhin ist die Source-Elektrode des Feldeffekttransistors 57 mit der Kollektor-Elektrode des Transistors 47 und einer Katode der Diode 14 verbunden.
Das Ausgangssignal (unverzögerte Audiosignal) am Ausgang des Operationsverstärkers 30 wird über einen Widerstand 60 zur Basis-Elektrode des Transistors 52 geleitet. Das Ausgangssignal (verzögerte Audiosignal) am Ausgang der Verzögerungseinrichtung 4 gelangt über einen Widerstand 61 zur Basis-Elektrode des Transistors 53.
Der Regler 72 gleicht dem Regler 22. Anstelle von NPN-Transistoren werden hier PNP-Transistoren 60, 61 und 62 verwendet. Die Emitter-Elektroden der PNP-Transistoren 60, 61 und 62 sind über einen gemeinsamen Widerstand 63 mit dem Massepotential verbunden. Die Kollektor-Elektroden der Transistoren 60 und 61 liegen über einen Widerstand 64 an der negativen Betriebsspannung -UBhigh (Anschlussklemme 39). Die Kollektor-Elektrode des Transistors 62 ist direkt mit der Klemme 39 verbunden. Die Kollektor-Elektroden der Transistoren 60 und 61 sind mit der Gate-Elektrode eines Feldeffekttransistors 65 verbunden. Die Source-Elektrode des Feldeffekttransistors 65 liegt an der negativen Betriebsspannung -UBhigh (Anschlussklemme 39). Die Drain- Elektrode des Feldeffekttransistors 65 ist mit der Kollektor-Elektrode des Transistors 48 verbunden. Ferner ist die Drain-Elektrode des Feldeffekttransistors 65 an einem Spannungsteiler 66 und 67 sowie an einer Anode der Diode 34 angeschlossen. An einem Abgriff des Spannungsteilers 66, 67 ist die Basis-Elektrode des Transistors 62 angeschlossen. Die einzelnen Betriebsspannungen für den Leistungsverstärker erzeugt das Netzteil 26.
Die Schaltungsanordnung der Fig. 3 weist folgende Funktion auf: Der rückgekoppelte Operationsverstärker 30 wirkt als Impedanzwandler. An der Klemme 3 ist das unverzögerte Audiosignal niederohmig zur Weiterleitung an die Verzögerungseinrichtung 4 und die Regler 22, 72 abnehmbar. In der Verzögerungseinrichtung 4 wird das Audiosignal entsprechend der Zeitkonstanten T = R.C verzögert, wobei R der Wert des Widerstandes 7 ist und C der Wert des Kondensators 8.
Das von der Verzögerungseinrichtung 4 abgegebene verzögerte Audiosignal gelangt zu dem Eingang eines subtrahierenden Verstärkers mit dem Operationsverstärker 31 als aktives Element. Die Transistoren 32 und 34 werden in Basisgrundschaltung betrieben. Der Arbeitspunkt der Transistoren 32 und 34 wird durch die Widerstände 42, 43 und 44 bestimmt. Der Ausgangsstrom des Operationsverstärkers 31 fließt in die Emitter der Transistoren 32 und 34. An den Kollektorwiderständen 38 und 40 liegen zwei verstärkte Audiosignale, die einen zueinander komplementären Spannungsverlauf aufweisen. Die verstärkten Audiosignale steuern die in Emitter-Grundschaltung betriebenen Transistoren 33 und 35.
Die mit den komplementären Transistoren 47 und 48 aufgebaute Gegentakt- Endstufe empfängt ihre Ansteuersignale von den Kollektoren der Transistoren 33 und 35. Zur Stabilisierung des Arbeitspunktes der Gegentakt-Endstufe wird das an den Emittern der Transistoren 47 und 48 liegende Signal auf den nicht- invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 31 zurückgekoppelt und entsprechend dem Widerstandsverhältnis der Widerstände 49 und 51 vom Signal am invertieren Eingang des Operationsverstärkers 31 subtrahiert.
Sind die Source-Drain-Strecken der Feldeffekttransistoren 57 und 65 nichtleitend, werden die Kollektoren der Transistoren 47 und 48 über die Dioden 14 und 34 mit der niedrigen positiven bzw. negativen Betriebsspannung (+/-UBlow) versorgt. Sind dagegen die Source-Drain-Strecken der Feldeffekttransistoren 57 und 65 durchgeschaltet, so liegt an den Kollektoren der Transistors 47 und 48 die höheren Betriebsspannung (+/-UBhigh) an. Die Dioden 14 und 34 sind so gepolt, dass die höheren Betriebsspannungen zu einem Sperren der Dioden in Richtung der niedrigeren Betriebsspannungen führen.
Die Steuerung der Source-Drain-Strecken der Feldeffekttransistoren 57 und 65 erfolgt durch die zugeordneten Regler 22 und 72.
Zur Erläuterung der Wirkungsweise des Reglers 22 sei zunächst angenommen, dass der Transistor 53 fehlen möge. In diesem Fall würde ein konventioneller Differenzverstärker, bestehend aus den Transistoren 52 und 54, vorliegen, der die Spannung an der Basis des Transistors 52 mit der Spannung an der Basis des Transistors 54 vergleicht. Für den Fall, dass die Spannung an der Basis des Transistors 52 größer wird als die Spannung an der Basis des Transistors 54, würde die Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors 52 niederohmiger als die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors 54 werden. Damit verknüpft würde sich der Strom durch den Widerstand 56 erhöhen. Der über den Widerstand 56 entstehende Spannungsabfall würde dazu führen, dass der als Schalter wirkenden Feldeffekttransistor 57 in einen leitenden Zustand gebracht und die positive Betriebsspannung +UBhigh an den Kollektor des Transistors 47 gelegt wird.
Umgekehrt würde eine niedrige Signalsamplitude an der Basis des Transistors 52 ein Sperren der Source-Drain-Strecke des Feldeffekttransistors 47 verursachen, so dass die Kollektor-Elektrode des Transistors 47 über die Diode 14 an die Anschlussklemme 15 mit der niedrigeren positiven Betriebsspannung +UBlow legt werden würde.
Der vom verzögerten Audiosignal angesteuerte Transistor 53 verhindert eine abrupte Sperrung der Source-Drain-Strecke des Feldeffekttransistors 57, wenn der Signalpegel des unverzögerten Audiosignals an der Basis des Transistors 52 unter den Spannungspegel an der Basis des Transistors 54 fällt. Der Regler 22 erhöht somit über die Source-Drain-Strecke des Feldeffekttransistors 57 immer dann die Betriebsspannung, wenn der Pegel des abgegebenen Audiosignals an der Klemme 11 größer werden wird als die niedrigere der beiden Betriebsspannungen.
Um Verzerrungen im Audiosignal zu verhindern, ist der Regler 22 so auszulegen, dass die Spannung über der Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors 47 in jedem Fall größer ist als die Signalspannung des Audiosignals an der Ausgangsklemme 11. Der Spannungsabfall über der Kollektor-Emitter- Strecke des Transistors 47 ist beim Vergleich der Spannungen zu berücksichtigen.
Durch das Einfügen der Verzögerungseinrichtung 4 in den Signalverlauf des Audiosignals wird erreicht, dass die höhere positive Betriebsspannung vor dem Eintreffen des Audiosignals am Eingang des Leistungsverstärkers erhöht wird. Die Verzögerungseinrichtung 4 gleicht die Laufzeiten im Regler aus.
Die Einbindung des Transistors 53 verhindert, dass die höhere positive Betriebsspannung +UBhigh vom Regler 22 nicht vorzeitig reduziert wird. Der Transistor 53 stellt sicher, dass die höhere positive Betriebsspannung +UBhigh so lange am Kollektor des Transistors 47 anliegt, wie ein ausreichend großer Signalpegel des Audiosignals am Eingang des Leistungsverstärkers anliegt. Der Regler 22 gibt nach einem Spannungsabfall im anliegenden verzögerten Audiosignals ein Stellsignal zur Reduzierung der positiven höheren Betriebsspannung +UBhigh an das Gate des Feldeffekttransistors 57 ab.
Die Funktion des Reglers 72 entspricht der Funktion des Reglers 22; die Funktion des Reglers 72 braucht daher nicht beschrieben zu werden. Anstelle der beiden positiven Betriebsspannungen werden die beiden negativen Betriebsspannungen beeinflusst. Die Auswahl zwischen den beiden negativen Betriebsspannung an die Kollektor-Elektrode des Transistors 48 richtet sich nach den Audiospannungspegeln, die über einen Widerstand 68 und einen Widerstand 69 den Transistoren 60 und 61 zugeführt werden.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung können die Regler 22 und 72 auch so ausgelegt sein, dass die höheren Betriebsspannungen in mehreren Stufen oder auch kontinuierlich der Ausgangsspannung angepasst werden. Weiter ist es im Rahmen der Erfindung möglich, mehrere Regler für weitere Schaltstufen aufzubauen, um so eine feinere Anpassung der Betriebsspannungen an den Kollektoren der Endstufen-Transistoren 47 und 48 zu erzielen.
Ob die Abgriffspunkte zur Ansteuerung der Regler 22 und 72 direkt an der Verzögerungseinrichtung 4 oder weiter entfernt liegen, ist eine Sache der Dimensionierung und nicht auf das vorliegend beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt.
Die Fig. 4 zeigt eine Schaltungsanordnung zur Einstellung des Ruhestroms der in der Fig. 3 dargestellten Schaltung. Anstelle des Widerstands 43 (Fig. 3) kann an die Klemmen 80 und 81 eine Schaltung gemäß der Fig. 4 angeschlossen werden. Bei dieser Schaltung ist die Kollektor-Elektrode eines Transistors 82 mit der Klemme 80 und die Emitter-Elektrode des Transistors 82 mit der Klemme 81 verbunden. Eine Basis-Elektrode des Transistors 82 ist an dem Schleifer eines Potentiometers 83 angeschlossen. Die Schleifbahnenden des Potentiometers 83 sind über Widerstände 84 und 85 mit den Klemmen 80 und 81 verbunden. Parallel zu dem Widerstand 84 ist eine Reihenschaltung angeordnet, die aus einem Widerstand 86 und der Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors eines Optokopplers 87 besteht. Den Transistor des Optokopplers 87 steuert eine LED an, die ein an einer Klemme 88 ein Steuersignal empfängt. Das Steuersignal erzeugt ein Komparator (nicht dargestellt) durch Vergleich der Spannungspegel des zugeführten Audiosignals mit einem vorgegebenen Schwellwertpegel. Der Schwellwertpegel soll der Hörschwelle entsprechen.
Die Schaltungsanordnung der Fig. 4 wirkt als steuerbarer Widerstand, dessen Widerstandwert sich in Abhängigkeit des Pegels des an der Klamme 88 liegenden Steuersignals ändert. Wird der Schwellwertpegel unterschritten, verringert sich nach dem Ablauf einer eingestellten Zeit der zwischen den Klemmen 80 und 81 wirksame Widerstandswert; damit verknüpft verringert sich der Ruhestrom in der Verstärkerschaltung der Fig. 3 und reduziert die Verlustleistung. Wird der Schwellwertpegel überschritten erhöht sich der zwischen den Klemmen 80 und 81 wirksame Widerstandswert; mit dem Potentiometer 83 lässt sich der optimale Ruhestrom für die Verstärkerschaltung einstehen.

Claims

1. Schaltungsanordnung zur Verstärkung eines Audiosignals, aufweisend:
eine Verzögerungseinrichtung (4) mit einem Eingang (5) zum Empfangen des Audiosignals und einem Ausgang (6) zur Abgabe eines verzögerten Audiosignals,
einen Leistungsverstärker (9) mit einem Eingang zum Empfangen des verzögerten Audiosignals, mit einem Ausgang (11) zur Abgabe eines verstärkten Audiosignals sowie mindestens einen Anschluss (12, 13) zum Zuführen einer ersten Betriebsspannung (+/- UBlow),
mindestens ein Stellglied (17, 37) mit einem Eingang zum Anlegen einer zweiten Betriebsspannung (+/- UBhigh), deren Pegel höher ist als der Pegel der ersten Betriebsspannung (+/- UBlow), mit einem Ausgang (16, 36), welcher mit dem Betriebsspannungsanschluss (12, 13) des Leistungsverstärkers (9) verbunden ist, und mit einem Stelleingang (20) zum Empfangen eines Stellsignals, und
eine Regeleinrichtung (22, 72) mit drei Eingängen (23 bis 25, 43 bis 45) und einem Ausgang (21, 41), bei welcher dem ersten Eingang (23, 43) das unverzögerte Audiosignal, dem zweiten Eingang (24, 44) das verzögerte Audiosignal zugeführt ist und der dritte Eingang (25, 45) mit dem Ausgang (21, 41) des Stellgliedes (18, 37) verbunden ist, und bei welcher an dem Ausgang (21, 41) das Signalsignal abnehmbar ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Leistungsverstärker (9) eine Gegentaktendstufe (31 bis 51) mit positiver und negativer Betriebsspannungszuführung enthält, in welche Zuführung jeweils ein Stellglied (17, 37) eingefügt ist, das durch eine zugeordnete Regeleinrichtung (22, 72) steuerbar ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Betriebsspannung (+/- UBlow) von der zweiten Betriebsspannung (+/-UBhigh) durch eine Diode (14, 34) entkoppelbar ist.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzögerungseinrichtung (4) ein Tiefpassglied, insbesondere ein R-C-Glied (7, 8), ist.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtung (22, 72) einen ersten, zweiten und dritten Transistor (52 bis 53; 60 bis 62) enthält, deren Emitter über einen ersten Widerstand (55, 63) an einem konstanten Potential (Massepotential) liegen, dass die Kollektoren des ersten und zweiten Transistors (52, 53; 60, 61) über einen zweiten Widerstand (56, 64) an der zweiten Betriebsspannung (+/- UBhigh) liegen und der Kollektor des dritten Transistors (54, 62) an der zweiten Betriebsspannung (+/- UBhigh) angeschlossen ist, dass der Basis des ersten Transistors (52, 60) das unverzögerte Audiosignal und der Basis des zweiten Transistors (53, 61) das verzögerte Audiosignal zugeführt ist, dass die Basis des dritten Transistor (54, 62) an dem Ausgang des Stellgliedes (57, 65) liegt, und dass an den verbundenen Kollektoren des ersten und zweiten Transistors (52, 53; 60, 61) das Stellsignal für das Stellglied (57, 65) abnehmbar ist.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied (17, 37) ein Transistor (57, 65) ist, insbesondere ein Feldeffekttransistor, bei welchem die steuernde Elektrode den Stelleingang (20, 40) bildet und die von der steuernden Elektrode gesteuerten Elektroden den Eingang (18, 38) und den Ausgang (16, 36) des Stellgliedes (17, 37) darstellen.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch
einen rückgekoppelten Leistungsverstärker (31 bis 51) für einen Gegentakt-AB-Betrieb mit komplementären Emitterfolgern (47, 48) als Endstufe, deren Emitter verbunden sind und an deren Emitter-Elektroden das verstärkte Audiosignal abnehmbar ist,
komplementären Transistoren (32 bis 35) als Treiberstufe für die Endstufe,
einem Operationsverstärker (31) als Vorstufe für die Treiberstufe, wobei einem Eingang des Operationsverstärkers (31) das verzögerte Audiosignal und einem anderen Eingang des Operationsverstärkers (31) das verstärkte Audiosignal der Endstufe zugeführt ist, und wobei der Ausgang des Operationsverstärkers (31) an einem Eingang der Treiberstufe angeschlossen ist.

8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der rückgekoppelte Leistungsverstärker (31 bis 51) eine Schaltung (80 bis 88) zur Ruhestromeinstellung aufweist, welche durch ein durch Vergleich von Pegeln des Audiosignals mit einem vorgegebenen Pegel eines Schwellwertsignals abgeleitetes Steuersignal steuerbar ist.