DE19544658C1 - Verfahren zur Prüfung einer an einen Niederfrequenzverstärker angeschlossenen Impedanz und Anordnung dazu - Google Patents

Description

Die Erfindung geht von einem Verfahren und einer Anordnung zur Prüfung einer an einen Niederfrequenzverstärker angeschlossenen Impedanz, insbesondere der Impedanz eines Lautsprechers, nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche aus.

Aus der DE 38 42 169 A1 ist eine Schaltungsanordnung mit einer Feldeffekt-Transistor-Endstufe zum Ein- und Ausschalten eines Verbrauchers bekannt, die mit einer Überwachungsschaltung zur Auslösung von Signalen bei Kurzschluß sowie Leitungsunter­ brechungen im Verbraucherstromkreis versehen ist.

Aus der US 3 849 772 ist eine Schaltungsanordnung zur Überprüfung der Unversehrtheit eines Anschlußleitungspaares, an das Lautsprecher angeschlossen sind, bekannt. In einem ersten Betriebszustand ist das Leitungspaar über Kontakte eines Relais mit einem Audio-Verstärker verbunden, so daß Audiosignale wiedergebbar sind. In einem zweiten Betriebszustand sind die eingangsseitigen Enden des Leitungspaares über weitere Kontakte des Relais mit einer Überprüfeinrichtung verbunden. Durch Anlegen einer Gleichspannung zwischen die eingangsseitigen Enden des Anschlußleitungspaares lassen sich verschiedene Fehlerfälle wie Leitungsunterbrechung oder Kurzschluß anhand des sich einstellenden Stromflusses bestimmen. Um den sich einstellenden Stromfluß von der Anzahl der an das Leitungspaar angeschlossenen Lautsprecher unabhängig zu machen, ist jedem Lautsprecher jeweils ein Kondensator in Serie geschaltet, der einen Gleichstrom durch den Lautsprecher verhindert. Darüber hinaus ist das Ende des Leitungspaares mit einem vorgegebenen Widerstand abgeschlossen, so daß sich bei unversehrtem Leitungspaar ein Stromfluß einstellt, der sich rechnerisch aus der angelegten Gleichspannung und dem Abschlußwiderstand ergibt, während mögliche Fehlerfälle anhand des Über- bzw. Unterschreitens des rechnerischen Wertes bestimmbar sind.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Anordnung haben demgegenüber den Vorteil, daß auf einfache Weise der korrekte Anschluß einer Impedanz an einen Niederfrequenzverstärker überprüfbar ist. Dabei ist es von Vorteil, daß während des Prüfzyklus eine Unterbrechung der Verbindung NF-Verstärker/Lautsprecher, z. B. über ein Relais, nicht erforderlich ist, weil damit eine zusätzliche potentielle Fehlerquelle sowie zusätzliche Kontaktwider­ stände in Gestalt des Relais eingespart werden können. Desweiteren ist es vorteilhaft, daß die Überprüfung des Impedanzanschlusses außerhalb des normalen Betriebszustandes, also beispielsweise vor der Inbetriebnahme des Verstärkers möglich ist. Dies ist beispielsweise beim Anschluß eines Lautsprechers an ein Autoradio am Montageband eines Kfz-Herstellers vorteilhaft, wo eine schnelle und zuverlässige Funktionskontrolle erwünscht ist. Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen Vorrichtungen und Verfahren möglich. So ermöglicht das Verfahren nach Anspruch 2 neben der Erkennung einer Unterbrechung der Anschlußleitungen auch die Detektierung weiterer Fehlerfälle, wie ein Kurzschluß der Anschlußleitungen oder zu hohe Kontaktwiderstände, die z. B. aus korrodierten Anschlußkontakten resultieren können. Die Anzeige über ein optisches Anzeigeinstrument nach Anspruch 3 ermöglicht die Unterscheidung verschiedener Fehlerfälle und damit die schnelle Auffindung der Fehlerursache. In Anspruch 6 wird die Überprüfeinrichtung in Verbindung mit heute in der Unterhaltungselektronik bei hohen Ausgangsleistungen üblichen Brückenendstufen beschrieben.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung darge­ stellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine Single-End-Endstufe mit einer Schaltungsanordnung, zur Prüfung einer angeschlossenen Impedanz und Fig. 2 die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung in Verbindung mit einer Brückenendstufe. In Fig. 3 ist das Flußdiagramm eines Prüfprogramms zur Erkennung verschiedener Fehlerfälle in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren dargestellt.

Fig. 1 zeigt schematisch den Ausgang eines Niederfrequenzverstärkers 1, wie er beispielsweise bei Autoradios als Endstufe zum Einsatz kommt, dessen Ausgang mit einem Koppelkondensator 2 verbunden ist. An den Koppelkondensator 2 ist über einen Anschlußpunkt 12 und eine Lautsprecherleitung 13 ein Lautsprecher 3 angeschlossen, dessen zweiter Anschluß mit Masse verbunden ist. Der Koppelkondensator 2 ist weiterhin auf der dem Anschlußpunkt 12 zugewandten Seite über einen Widerstand 5 mit einem gemeinsamen Bezugspotential, z. B. Masse verbunden, wobei der Wert des Widerstandes 5 sehr viel größer, d. h. um mindestens eine Zehnerpotenz größer als der Widerstand des angeschlossenen Lautsprechers 3 auszulegen ist, so daß die Nutzsignalübertragung vom Niederfrequenzverstärker 1 zum Lautsprecher 3 im Normalbetrieb nicht beeinträchtigt wird. Parallel dazu ist der Kondensator 2 auf der dem Anschlußpunkt 12 zugewandten Seite über die Serienschaltung einer Stromquelle 4 und eines Schalters 11 mit dem gemeinsamen Bezugspotential verbunden. Der Steuerkontakt des Schalters 11 wird von einer Eingabeeinheit 8 über die zweite Steuerleitung 15 betätigt, wobei die Eingabeeinheit 8 beispielsweise als Mikroprozessor mit nachstehend beschriebenem Prüfprogramm ausgeführt ist, das über ein oder mehrere Bedienelemente abrufbar ist. Weiterhin ist der Meßeingang eines Vergleichers 6, dessen Referenzeingang mit einer Referenzspannungsquelle 10 in Verbindung steht, auf der dem Anschlußpunkt 12 zugewandten Seite an den Koppelkondensator 2 angeschlossen. Der Ausgang des Vergleichers 6 ist mit einer Ausgabeeinheit 7, vorzugsweise einem optischen oder akustischen Signalgeber verbunden. Die Eingabeeinheit 8 ist über eine erste Steuerleitung 14 mit dem Stand-by-Eingang des Niederfrequenzverstärkers 1, über eine zweite Steuerleitung 15 mit dem Steuereingang des Schalter 11, über eine dritte Steuerleitung 16 mit dem Vergleicher 6 und über eine vierte Steuerleitung 17 mit der Referenzspannungsquelle 10 verbunden.

Die Anordnung nach Fig. 1 funktioniert folgendermaßen.

Soll der korrekte Anschluß eines Lautsprechers 3 an den Niederfrequenzverstärker 1 überprüft werden, so erfolgt über die Eingabeeinheit 8 z. B. durch Drücken einer Taste oder Drehen eines Schalters oder automatisch beim Einschalten des Geräts eine Anweisung, worauf der Niederfrequenzverstärker 1 auf Stand­ by-Betrieb geschaltet wird. In diesem Betriebszustand überträgt der Niederfrequenzverstärker 1 kein Signal und die Spannung am entkoppelten Ausgang 9 des Niederfrequenzverstärkers 1 ist nicht festgelegt. Zugleich wird der Schalter 11 auf ein von der Eingabeeinheit 8 über die zweite Steuerleitung 15 abgegebenes Signal hin geschlossen, worauf ein von der Stromquelle 4 stammender Strom durch den Widerstand 5 oder bei angeschlossenem Lautsprecher 3 durch die Parallelschaltung aus Widerstand 5 und Lautsprecherimpedanz 3 fließt. Zudem wird dem Vergleicher 6 über die dritte Steuerleitung 16 ein Signal zugeführt, so daß dieser die am entkoppelten Ausgang 9 des Niederfrequenzverstärkers 1 anliegende Spannung mit dem von der Referenzspannungsquelle 10 zugeführten Wert vergleicht. Erkennt der Vergleicher 6 anhand des Überschreitens der an seinem Referenzeingang anliegenden von der Referenzspannungsquelle 10 zugeführten Referenzspannung durch die am Meßeingang anliegende charakteristische Spannung, die sich durch den Stromfluß durch die effektiv am Verstärkerausgang 9 angeschlossene Impedanz einstellt, daß der Lautsprecher 3 nicht korrekt angeschlossen ist, so gibt er über die Ausgabeeinheit 7 ein Signal ab, bei dem es sich vorzugsweise um ein optisches oder akustisches Signal handelt. Weitere Fehlerfälle sind beispielsweise durch ein in einer als Mikroprozessor ausgeführten Eingabeeinheit 8 realisiertes Prüfprogramm, das später näher erläutert wird, detektierbar. So kann beispielsweise im Falle eines Kurzschlusses der Lautsprecherleitung, der an einem deutlichen Unterschreiten einer von der Referenzspannungsquelle 10 zugeführten Spannung durch die am Meßeingang anstehende Spannung erkennbar ist, die Inbetriebnahme der Endstufe verhindert werden. Im Normalbetrieb, d. h. bei Betrieb des Lautsprechers 3 ist der Schalter 11 geöffnet, und das Nutzsignal wird von der Überprüfeinrichtung unbeeinträchtigt vom Niederfrequenzverstärker 1 zur angeschlossenen Impedanz 3 übertragen.

Fig. 2 zeigt schematisch den Ausgang eines Niederfrequenzverstärkers in Form einer Brückenendstufe 20, an deren Ausgänge 21, 22 über Anschlußpunkte 12 und Lautsprecherleitungen 33, 34 ein Lautsprecher 3 angeschlossen ist. Parallel zur Lautsprecherimpedanz 3 sind die Ausgänge 21, 22 über einen Innenwiderstand 26 der Brückenendstufe 20 miteinander verbunden. Der erste Ausgang 21 des Niederfrequenzverstärkers 20 ist über ein steuerbares Schaltelement 23 mit Masse verbindbar. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Schaltelement 23 vorteilhaft als Transistor 25 ausgeführt, wobei der Kollektor mit dem ersten Ausgang 21 der Brückenendstufe 20 und der Emitter mit dem Bezugspotential verbunden ist. Die Basis des Transistors 25 ist über einen der Strombegrenzung dienenden ersten Widerstand 27 und eine fünfte Steuerleitung 18 mit der Eingabeeinheit 8 verbunden. An den zweiten Ausgang 22 der Brückenendstufe 20 ist eine schaltbare Stromsenke 24 angeschlossen, die in diesem Ausführungsbeispiel aus einem Transistor 28 besteht, dessen Emitter über einen dritten Widerstand 29 mit dem Bezugspotential verbunden ist, dessen Basis mit der Kathode einer anodenseitig auf Bezugspotential liegenden Zenerdiode 30 und über einen zweiten Widerstand 31 und eine zweite Steuerleitung 15 mit der Eingabeeinheit 8 verbunden ist, und dessen Kollektor mit dem zweiten Ausgang der Brückenendstufe 20 in Verbindung steht. Der Meßeingang eines Vergleichers 6, dessen Referenzeingang mit einer Referenzspannungsquelle 10 in Verbindung steht, ist an den Ausgang 22 der Brückenendstufe 20 angeschlossen. Der Ausgang des Vergleichers 6 steht mit einer Ausgabeeinheit 7 vorzugsweise einem optischen oder akustischen Signalgeber in Verbindung. Die Eingabeeinheit 8 ist über eine erste Steuerleitung 14 mit einem Stand-by-Eingang der Endstufe 20 und über eine dritte Steuerleitung 16 mit dem Vergleicher 6 verbunden.

Die Anordnung nach Fig. 2 funktioniert wie folgt.

Zur Überprüfung des korrekten Anschlusses des Lautsprechers 3 wird eine Eingabe an der Eingabeeinheit 8 vorgenommen worauf hin diese die Brückenendstufe 20 auf Stand-by-Betrieb schaltet, d. h. daß die Brückenendstufe 20 kein Nutzsignal überträgt. Gleichzeitig wird das Schaltelement 23 durchgeschaltet, so daß der erste Ausgang 21 der Brückenendstufe mit dem gemeinsamen Bezugspotential verbunden wird. Weiterhin wird von der Eingabeeinheit 8 eine Stromsenke 24, die aus dem zweiten Widerstand 29, dem Transistor 28, der Zenerdiode und dem dritten Widerstand 31 besteht, aktiviert, die einen Strom aus dem Innenwiderstand 26 und bei angeschlossenem Lautsprecher 3 aus der Impedanz des Lautsprechers 3 zieht. Zugleich erhält der Vergleicher 6 von der Eingabeeinheit 8 ein Signal, woraufhin der Vergleicher 6 die am Ausgang 22 der Brückenendstufe 20 anliegenden Spannungswerte mit von der Referenzspannungsquelle 10 zugeführten Werten vergleicht. Erkennt der Vergleicher 6 anhand des Spannungswertes des zweiten Ausgangs 22, daß der Lautsprecher 3 nicht korrekt angeschlossen ist, so wird von dem Vergleicher 6 ein Signal an die Ausgabeeinheit 7 gegeben, woraufhin diese ein optisches oder akustisches Signal abgibt. Die Ausgänge 21, 22 der Brückenendstufe 20 sind vertauschbar, so daß der zweite Ausgang 22 mit dem Schaltelement 23 und der erste Ausgang 21 mit der Stromsenke 24 und dem Vergleicher 6 verbunden ist. Sind der Niederfrequenzverstärker 1 bzw. die Brückenendstufe 20 nicht in Betrieb, so ist zur Überprüfung eines korrekten Lautsprecheranschlusses eine Umschaltung auf Stand-by-Betrieb nicht notwendig, und eine Messung der Impedanz kann sofort erfolgen.

Das in Fig. 3 anhand eines Flußdiagramms dargestellte Prüfprogramm funktioniert wie folgt.

Durch Drücken einer Taste oder Drehen eines Schalters an der Eingabeeinheit 8 wird das Prüfprogramm gestartet und über ein Steuersignal an der Referenzspannungsquelle 10 eine erste Referenzspannung U1 eingestellt. Die Höhe der ersten Referenzspannung liegt dabei wenige Prozent unter dem Wert, der sich rechnerisch aus dem Strom durch die Parallelschaltung aus der angeschlossenen Impedanz 3 und dem Widerstand 5 ergibt. Unterschreitet die am Verstärkerausgang und damit am Meßeingang des Vergleichers 6 anliegende Spannung diesen ersten Referenzwert, so wird ein erstes Signal 51, das dem Fehlerfall Kurzschluß entspricht, über die Ausgabeeinheit 7 ausgegeben und das Prüfprogramm gestoppt. Bei Überschreiten der ersten Referenzspannung wird nach einer entsprechenden Rückmeldung vom Vergleicher 6 an die Eingabeeinheit 8 über die dritte Steuerleitung 16 die Referenzspannung am Referenzeingang des Vergleichers 6 auf eine zweite Referenzspannung U2 erhöht. Die Höhe der zweiten Referenzspannung U2 errechnet sich aus der Parallelschaltung der anzuschließenden Impedanz 3 und des Widerstands 5 zuzüglich eines noch tolerierbaren Kontaktwiderstandes. Bei Unterschreiten dieser zweiten Referenzspannung U2 durch die am entkoppelten Verstärkerausgang 9 anstehende Spannung detektiert der Vergleicher 6 den ordnungsgemäßen Anschluß der Impedanz 3, und das Prüfprogramm wird nach Abgabe eines entsprechenden zweiten Signals 52 abgebrochen. Übersteigt die am Verstärkerausgang 9 anstehende Spannung die zweite Referenzspannung, so wird die Ausgangsspannung der Referenzspannungsquelle 10 auf eine dritte Referenzspannung U3 erhöht. Der Wert dieser dritten Referenzspannung U3 ergibt sich aus dem Wert, der sich aus dem gänzlichen Fehlen einer Last am Verstärkerausgang einstellt abzüglich weniger Prozent. Wird diese dritte Referenzspannung U3 durch die sich am Verstärkerausgang 9 einstellende Spannung nicht erreicht, so erkennt der Vergleicher einen erhöhten Wert der angeschlossenen Impedanz 3, wie er sich beispielsweise aus korrodierten Steckkontakten in Kraftfahrzeugen ergibt, und gibt über die Ausgabeeinheit 7 ein entsprechendes drittes Signal 53 ab. Bei Überschreiten der dritten Referenzspannung wird ein Leerlauf detektiert, d. h. an den Verstärkerausgang 9 ist keine Last angeschlossen. Nach Abgabe eines entsprechenden vierten Signals 54 über die Ausgabeeinheit 7 wird das Prüfprogramm beendet. Durch Aufnahme weiterer Referenzspannungswerte in das Prüfprogramm lassen sich gegebenenfalls weitere Fehlerfälle unterscheiden.

Claims (10)

1. Verfahren zur Prüfung einer an einen Niederfrequenzverstärker (1), (20) angeschlossenen Impedanz (3), insbesondere der Impedanz eines Lautsprechers (3), dadurch gekennzeichnet, daß der Niederfrequenzverstärker (1), (20) unwirksam geschaltet und seine Ausgänge entkoppelt werden, daß ein von einer schaltbaren Stromquelle (4), (11) stammender Strom in einen Ausgang des Niederfrequenzverstärkers (1), (20) eingeprägt wird, daß die sich am Ausgang des Niederfrequenzverstärkers (1), (20) einstellende Spannung in einem Vergleicher (6) mit einer Referenzspannung verglichen wird, und daß die angeschlossene Impedanz (3) durch den Vergleich der Spannung am Ausgang des Niederfrequenzverstärkers (1), (20) mit der Referenzspannung bestimmt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Vergleicher (6) verschiedene Referenzspannungswerte zugeführt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal des Vergleichers (6) über eine Ausgabeeinheit (7), vorzugsweise über ein optisches Anzeigeinstrument oder einen akustischen Signalgeber ausgegeben wird.

4. Anordnung zur Prüfung einer an einen Niederfrequenzverstärker (1) angeschlossenen Impedanz (3), insbesondere der Impedanz eines Lautsprechers (3), dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang (9) des Niederfrequenzverstärkers (1) entkoppelbar ist, daß der Ausgang (9) des Niederfrequenzverstärkers (1) mit einer schaltbaren Stromquelle (4), (11) verbunden ist, daß der Ausgang (9) des Niederfrequenzverstärkers (1) mit dem Meßeingang eines Vergleichers (6) verbunden ist, dessen Referenzeingang an einer Referenzspannungsquelle (11) angeschlossen ist, und daß das Ausgangssignal des Vergleichers (6) ein Maß für die am Ausgang des Niederfrequenzverstärkers (1) angeschlossene Impedanz (3) ist.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang (9) des Niederfrequenzverstärkers (1) über einen Widerstand (5) mit dem Bezugspotential verbunden ist.

6. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Niederfrequenzverstärker (20) eine Brückenendstufe ist, daß die Impedanz (3) an die beiden Ausgänge (21), (22) des Niederfrequenzverstärkers (20) angeschlossen ist, und daß ein Ausgang (21) über einen steuerbaren Schalter (23) mit einem gemeinsamen Bezugspotential verbindbar ist und der zweite Ausgang (22) über die schaltbare Stromquelle (24) mit dem Bezugspotential und darüberhinaus mit dem Meßeingang des Vergleichers (6) in Verbindung steht.

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Vergleichers (6) mit einer Ausgabeeinheit (7), vorzugsweise einem optischen Anzeigeinstrument oder einem akustischen Signalgeber verbunden ist.

8. Anordnung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Ausgänge (21), (22) der Brückenendstufe (20) über einen der zu prüfenden Impedanz (3) parallelgeschalteten Widerstand (26) miteinander verbunden sind.

9. Anordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die schaltbare Stromquelle (4), (11) aus einer dem Ausgang (9), (22) des Niederfrequenzverstärkers (1), (20) verbundenen Stromquelle (4) besteht, die durch einen steuerbaren Schalter (11) mit dem Bezugspotential verbindbar ist.

10. Anordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die schaltbare Stromquelle (4), (11) aus einer mit dem Bezugspotential verbundenen Stromquelle (4), die über einen steuerbaren Schalter (11) mit dem Ausgang (9), (22) des Niederfrequenzverstärkers (1), (20) verbindbar ist, besteht.