DE10300195A1 - Class D Röhrenverstärker - Google Patents

Abstract

Es wird ein Niederfrequenzverstärker mit Impulsbetrieb beschrieben, wobei zur Impulsaufbereitung ein Multivibrator mit veränderbarem Tastverhältnis und fester Taktrate eingeführt wird, dessen Ausgangsimpulsfolgen über die Zeit-Pegelflächendifferenzen zweier unmittelbar aufeinander folgender Impulse eines Taktes ein Pegeläquivalent der Eingangsspannung bilden. Die Erfindung ermöglicht den einfachen Aufbau eines digitalen Röhrenverstärkers.

Description

• Analoge Niederfrequenz-Röhrenverstärker verwenden zur Erzeugung eines möglichst verzerrungsfreien Ausgangssignals möglichst geradlinige Teile der Röhrenkennlinien. Nachteilig dabei ist ein relativ niedriger Wirkungsgrad, der sich daraus ergibt, daß die Energieübertragung mittels der Signale in ihrer ursprünglichen Form erfolgt.
• Zur Erzielung eines höheren Wirkungsgrades beschreibt z.B. die DE 195 12 754 eine Schaltung, bei der zur Niederfrequenzverstärkung ein aus einem ausgangsseitigen Serienresonanzkreis gewonnenes Signal einer mittels Pulsweitenmodulation angesteuerten Endstufe gleichgerichtet und tiefpassgefiltert wird. Dabei tritt das verstärkte Eingangssignal zunächst als Amplitudenschwankung einer Trägerfrequenz auf und wird durch Gleichrichtung als deren Hüllkurve gewonnen.
• Die erfindungsgemäße Aufgabe besteht nun darin, den Wirkungsgrad insbesondere eines Röhrenverstärkers durch Impulsbetrieb zu erhöhen. Zur Lösung wird ein Multivibrator mit veränderbarem Tastverhältnis vorzuschlagen, der auch mit einfachen Schaltmitteln in Röhrentechnik ausgeführt werden kann und dessen Ausgangsimpulsfolgen so zur Steuerung einer Endstufe verwendet werden, daß das verstärkte Signal unmittelbar durch Tiefpassfilterung gewonnen werden kann. Es erscheint ausgangsseitig als polaritätsalternierende Folge von zeitvarianten Impulsen, aus denen durch unmittelbare Tiefpassfilterung der ursprüngliche Signalverlauf wiedergewonnen werden kann.
• Nach dem angeführten Stand der Technik wird eine Impulssteuerung dadurch realisiert, daß die Steuersignale durch eine schnelle Folge von in ihrer Dauer amplitudenabhängigen Rechteckimpulsen ersetzt wird und eine Ausgangsstufe mit solchen Impulsen angesteuert wird, um zunächst eine sinusoidale Ausgangsschwingung zu erhalten, der die ursprüngliche Signalform als Einhüllende aufgeprägt ist. Solche Anordnungen werden auch als Class D oder Digitalverstärker bezeichnet.
• Die Aufbereitung der zeitdauermodulierten Impulse erfolgt dabei so, daß eine in einem festen oder variablen Zeitraster ansteigende Dreieckspannung mit dem Momentanwert der Steuerspannung verglichen wird. Eine Vergleicherschaltung bestimmt die Länge des Ausgangsrechteckimpulses als Zeitdauer von Einschalten der Dreieckspannung bis zu dem Augenblick, an dem diese Spannung den Momentanwert der Steuerspannung erreicht hat.
• Die vorliegende Erfindung verwendet anstelle einer solchen Anordnung einen bezüglich seines Tastverhältnisses steuerbaren bistabilen Multivibrator der im nicht ausgesteuerten Zustand eine bipolare Rechteckimpulsfolge mit einem Tastverhältnis von 1:1 abgibt. Diese Spannung wird zur Ansteuerung einer Endstufe verwendet. Die Taktfrequenz des Multivibrators beträgt dabei ein Vielfaches der oberen Grenzfrequenz des zu verstärkenden Signals.
• Dabei entspricht der Pegel des jeweiligen Ausgangssignals dem Wert des Integrals über eine Taktdauer, daher wird bei einem Tastverhältnis 1:1 kein Ausgangssignal erzeugt, während positive bzw. negative Werte der Steuerspannung das Tastverhältnis um diese Ausgangslage herum variieren.
• Im Ausführungsbeispiel werden zur Ansteuerung in den taktzeitbestimmenden RC-Gliedern des Multivibrators die Widerstände durch die Elektronenröhren (R) ersetzt, die mit dem Eingangssignal und seinem amplitudeninversen Abbild im A-Betrieb angesteuert werden. Durch den dadurch gegensinnig veränderten Innenwiderstand dieser Röhren wird das Taktverhältnis der Ausgangsspannung des Multivibrators bei gleicher Taktrate verschoben. Das Prinzip einer hierfür geeigneten Schaltung ist in 1 wiedergegeben.
• Durch die beschriebene Art der Ansteuerung der Endstufe werden dabei nach Abtrennung der Gleichkomponente zwei der Taktverhältnisverschiebung entsprechende Ausgangsimpulse entgegengesetzter Polarität innerhalb eines Taktes erzeugt, wobei die Differenz der Zeit-Impulsflächen der Amplitude des ursprünglichen Eingangssignals in diesem Zeitabschnitt entspricht. Durch Tiefpassfilterung wird die ursprüngliche Signalform direkt wiedergewonnen.
• Eine günstige Weiterbildung besteht darin, beide Ausgangsimpulsfolgen (A1, A2) des Multivibrators zur Ansteuerung einer Gegentaktstufe zu verwenden.
• Eine Vereinfachung der Schaltungsanordnung ermöglicht es, den Multivibrator unmittelbar als Leistungsstufe zu verwenden, wobei es besonders vorteilhaft ist, die Ausgangssignale mittels eines Gegentaktübertragers zusammenzuführen, der gleichzeitig die Tiefpassfilterung approximiert. Dazu werden die Anodenwiderstände der taktenden Röhren (Rö) durch die Primärwicklungen eines Gegentaktübertragers ersetzt. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß in der Endstufe durch die unmittelbare Tiefpassfilterung keine großen Störabstrahlungen auftreten, die bei den bekannten Schaltungen mit zusätzlichen Maßnahmen, wie sie z.B. in der DE 100 56 454 aufgezeigt werden, reduziert werden müssen.

Claims (5)

1. Niederfrequenzröhrenverstärker mit Impulsbetrieb und nachgeschaltetem Tiefpass, dadurch gekennzeichnet, daß zur Aufbereitung der Impulse ein Multivibrator verwendet wird, der das Taktverhältnis der Ausgangsimpulse eines Taktes entsprechend einer zugeführten Steuerspannung so verändert, daß die Differenz der Zeit-Spannungsflächen zweier unmittelbar aufeinander folgender Impulse eines Taktes dem Pegel des Eingangssignals proportional ist.
2. Niederfrequenzverstärker nach 1), wobei die Ansteuerung einer Gegentaktendstufe mit beiden Ausgangsimpulsfolgen des Multivibrators erfolgt.
3. Niederfrequenzverstärker nach 1), wobei die Ausgangssignale unmittelbar aus dem Multivibrator entnommen werden, indem die Impulsfolgen des Multivibrators mittels eines Gegentaktübertragers zusammen geführt werden.
4. Niederfrequenzverstärker nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Tiefpassfilterung durch geeignete Wahl der Übertragungscharakteristik eines Ausgangsübertragers approximiert wird.
5. Niederfrequenzverstärker nach 1) oder 2), wobei anstelle der Elektronenröhren Halbleiterbauelemente oder integrierte Schaltkreise verwendet werden.