DE19637292A1

DE19637292A1 - Verstärkerschaltung, insbesondere zur Verstärkung von Audiosignalen

Info

Publication number: DE19637292A1
Application number: DE1996137292
Authority: DE
Inventors: Detlef Lampe
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1996-09-13
Filing date: 1996-09-13
Publication date: 1998-04-02
Anticipated expiration: 2016-09-14
Also published as: DE19637292B4

Description

Die Erfindung betrifft eine Verstärkerschaltung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art, insbesondere zur Verstärkung von Audiosignalen.

Eine derartige Verstärkerschaltung ist bekannt. Sie weist eine erste Verstärkerstufe und eine von der ersten Ver stärkerstufe angesteuerte zweite Verstärkerstufe auf. Bei Betrieb der Verstärkerschaltung treten im Bereich des Null punktes der Spannungsübertragungskennlinie, die die Abhängig keit der Ausgangsspannung der Verstärkerschaltung von ihrer Eingangsspannung darstellt, als Übernahmeverzerrungen be zeichnete Verzerrungen in der Ausgangsspannung auf. Zur Redu zierung dieser Verzerrungen weist die bekannte Verstärker schaltung ein Gegenkopplungsnetzwerk zur Gegenkopplung des Ausgangssignales der zweiten Verstärkerstufe auf den Eingang der ersten Verstärkerstufe auf, die eine sogenannte "Über alles-Gegenkopplung" bildet. Ein Nachteil dieser bekannten Verstärkerschaltung besteht darin, daß das Gegenkopplungs netzwerk die Verzerrungen zwar reduziert, die verbleibenden Verzerrungen jedoch insbesondere bei der Verstärkung von Au diosignalen als störend empfunden werden.

Bei einer anderen bekannten Verstärkerschaltung ist an stelle eines Gegenkopplungsnetzwerkes für eine Überalles-Ge genkopplung für die erste Verstärkerstufe und die zweite Ver stärkerstufe jeweils ein eigenes Gegenkopplungsnetzwerk vorgesehen, derart, daß jeweils das Ausgangssignal einer Verstärkerstufe auf ihren Eingang rückgekoppelt ist. Auch bei dieser bekannten Verstärkerschaltung treten trotz Gegenkopp lung noch Verzerrungen auf, die insbesondere bei der Verstär kung von Audiosignalen als störend empfunden werden.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Verstärkerschaltung der betreffenden Art anzugeben, bei der die Verzerrungen des Ausgangssignales reduziert sind.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegegebene Lehre gelöst.

Der Grundgedanke der erfindungsgemäßen Lehre besteht darin, eine Überalles-Gegenkopplung mit einer Gegenkopplung des Ausgangssignales der ersten Verstärkerstufe auf den Ein gang der ersten Verstärkerstufe zu kombinieren. Es hat sich überraschend gezeigt, daß auf diese Weise gegenüber den be kannten Verstärkerschaltungen die verbleibenden Verzerrungen wesentlich reduziert sind. Dies hat zur Folge, daß bei einer Verstärkung von Audiosignalen mit der erfindungsgemäßen Ver stärkerschaltung eine wesentliche Verbesserung des Hörein drucks erzielt ist.

Die erfindungsgemäße Verstärkerschaltung ist vielfältig einsetzbar, beispielsweise in HiFi-Verstärkern. Sie ist ein fach und kostengünstig herstellbar.

Die Gegenkopplungsnetzwerke der erfindungsgemäßen Ver stärkerschaltung können in vielfältiger Art und Weise aufge baut sein. Sie können beispielsweise Reihenschaltungen und/oder Parallelschaltungen von Bauelementen aufweisen und passive Bauelemente (Ohmsche Widerstände, Spulen, Kondensato ren) und/oder aktive Bauelemente (z. B. Bipolar-Transistoren, Feldeffekt-Transistoren, Mosfets-Transistoren, Darlington-Transistoren, Operationsverstärker, Verstärker) enthalten.

Vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen der Lehre des Anspruchs 1 sind in den Unteransprüchen angegeben.

Anhand der beigefügten Zeichnung soll die Erfindung nachfolgend näher erläutert werden.

Es zeigt

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung zur Erläuterung des Prinzips der erfindungsgemäßen Verstärkerschal tung,

Fig. 2 ein schematisches Schaltbild eines ersten Aus führungsbeispieles der erfindungsgemäßen Lehre,

Fig. 3 in gleicher Darstellung wie Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel,

Fig. 4 in gleicher Darstellung wie Fig. 2 ein drittes Ausführungsbeispiel,

Fig. 5 in gleicher Darstellung wie Fig. 2 ein viertes Ausführungsbeispiel,

Fig. 6 in gleicher Darstellung wie Fig. 2 ein fünftes Ausführungsbeispiel und

Fig. 7 in gleicher Darstellung wie Fig. 2 ein sechstes Ausführungsbeispiel.

Gleiche Bauteile sind in den Figuren der Zeichnungen mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

In Fig. 1 ist schematisch eine Verstärkerschaltung dar gestellt, die eine erste Verstärkerstufe 4 aufweist, an deren Eingang ein zu verstärkendes Signal anliegt. Die erste Ver stärkerstufe 4 steuert eine zweite Verstärkerstufe 6 an, de ren Ausgangssignal das Ausgangssignal der Verstärkerschaltung 2 bildet. Die Verstärkerschaltung 2 weist ein erstes Gegen kopplungsnetzwerk 8 zur Gegenkopplung des Ausgangssignales der zweiten Verstärkerstufe 6 auf den Eingang der ersten Verstärkerstufe 4 auf. Das erste Gegenkopplungsnetzwerk 8 besteht bei der in Fig. 1 dargestellten Verstärkerschaltung 2 aus einem Ohmschen Widerstand 10 und bildet eine Überalles-Gegenkopplung. Ferner weist die in Fig. 1 dargestellte Ver stärkerschaltung 2 ein zweites Gegenkopplungsnetzwerk 12 zur Gegenkopplung des Ausgangssignales der ersten Verstärkerstufe 4 auf den Eingang der ersten Verstärkerstufe 4 auf. Das zwei te Gegenkopplungsnetzwerk 12 besteht bei der in Fig. 1 dar gestellten Verstärkerschaltung 2 aus einem Ohmschen Wider stand 14.

In Fig. 2 ist ein erstes Ausführungsbeispiel der erfin dungsgemäßen Verstärkerschaltung 2 dargestellt, das einen Leistungsverstärker bildet und insbesondere in einem Audio verstärker zur Verstärkung von Audiosignalen einsetzbar ist. In Fig. 2 ist die erste Verstärkerstufe 4, die bei diesem Ausführungsbeispiel eine spannungsverstärkende Vorstufe bil det, durch eine gestrichelte Umrahmung markiert, während die zweite Verstärkerstufe 6, die bei diesem Ausführungsbeispiel eine Endstufe bildet, in Fig. 2 durch eine strichpunktierte Umrahmung markiert ist.

Die erste Verstärkerstufe 4, an deren Eingang bei Be trieb der Verstärkerschaltung 2 ein zu verstärkendes Audio signal anliegt, weist an ihrem Eingang ein Paar von Bipolar-Transistoren 16, 18 auf, die als Differenzverstärker wirken und deren Emitter miteinander und mit dem Kollektor eines als Stromquelle wirkenden Bipolar-Transistors 20 verbunden sind. Ferner weist die erste Verstärkerstufe 4 an ihrem Eingang ein weiteres Paar von Bipolar-Transistoren 22, 24 auf, die einen Differenzverstärker bilden und deren Emitter miteinander und mit dem Kollektor eines weiteren als Stromquelle wirkenden Bipolar-Transistors 26 verbunden sind. Die Basis des Transi stors 16 ist mit der Basis des Transistors 24 verbunden, und die Basis des Transistors 18 ist mit der Basis des Transi stors 22 verbunden. An ihrem Ausgang weist die erste Verstär kerstufe 4 einen als Stromquelle wirkenden Bipolar-Transistor 28 auf, dessen Basis direkt und dessen Emitter über einen Widerstand 30 mit dem Kollektor des Transistors 16 verbunden ist. Ferner weist die erste Verstärkerstufe 4 an ihrem Aus gang einen weiteren als Stromquelle wirkenden Bipolar-Transi stor 32 auf, dessen Basis direkt und dessen Emitter über ei nen Widerstand 34 mit dem Kollektor des Transistors 24 ver bunden ist. Der Kollektor des Transistors 28 ist über eine als Spannungsteiler wirkende Reihenschaltung eines Widerstan des 36 (Rx) und eines einstellbaren Widerstandes 38 (Ry) mit dem Kollektor des Transistors 32 verbunden. Der Widerstand 36 und der einstellbare Widerstand 38 dienen zur Einstellung des Ruhestromes der zweiten Verstärkerstufe 6. Ferner weist die erste Verstärkerstufe 4 einen weiteren Bipolar-Transistor 40 auf, dessen Basis-Kollektor-Spannung an dem Widerstand 36 und dessen Basis-Emitter-Spannung an dem einstellbaren Widerstand 38 abfällt. Der Transistor 40 dient zur Wärmestabilisierung.

Die Kollektoren der Transistoren 28, 32 sind über je weils einen Widerstand 42 (R2), 44 (R3) mit der Basis des Transistors 18 und der Basis des Transistors 22 verbunden. Die Widerstände 42, 44 bilden zusammen mit einem zwischen der Basis des Transistors 18 und Nasse liegenden Widerstand 46 (R(GK)1) das zweite Gegenkopplungsnetzwerk 12 zur Gegenkopp lung des Ausgangssignales der ersten Verstärkerstufe 4 auf den Eingang der ersten Verstärkerstufe 4.

Die bei diesem Ausführungsbeispiel als Endstufe wirkende zweite Verstärkerstufe 6 weist an ihrem Eingang einen Bipolar-Transistor 48 (T1) auf, dessen Basis mit dem Kollek tor des Transistors 28 und dessen Kollektor mit dem Emitter des Transistors 28 verbunden ist. Ferner weist die zweite Verstärkerstufe 6 an ihrem Eingang einen weiteren Bipolar-Transistor 50 (T3) auf, dessen Basis mit dem Kollektor des Transistors 32 und dessen Kollektor mit dem Emitter des Tran sistors 32 verbunden ist. Der Emitter des Transistors 50 ist über einen Widerstand 52 mit dem Emitter des Transistors 48 verbunden. An ihrem Ausgang weist die zweite Verstärkerstufe 6 einen Bipolar-Transistor 54 auf, dessen Basis mit dem Emit ter des Transistors 48 und dessen Kollektor mit dem Kollektor des Transistors 48 verbunden ist. Ferner weist die zweite Verstärkerstufe 6 an ihrem Ausgang einen weiteren Bipolar-Transistor 56 auf, dessen Basis mit dem Emitter des Transi stors 50 und dessen Kollektor mit dem Kollektor des Transi stors 50 verbunden ist. Der Emitter des Transistors 56 ist über eine Reihenschaltung von Widerständen 58, 60 mit dem Emitter des Transistors 54 verbunden. Zwischen der Reihen schaltung der Widerstände 58, 60 und der Basis der Transisto ren 18, 22 der ersten Verstärkerstufe 4 liegt ein Widerstand 62 (R(GK)2). Die Widerstände 62 und 46 bilden das erste Ge genkopplungsnetzwerk 8 zur Gegenkopplung des Ausgangssignals der zweiten Verstärkerstufe 6 auf den Eingang der ersten Ver stärkerstufe 4. Zwischen den Kollektoren der Transistoren 50, 46 und Masse sowie zwischen den Kollektoren der Transistoren 48, 54 und Masse liegt jeweils eine Spannungsquelle 64 bzw. 66.

Die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Verstärker schaltung 2 ist wie folgt:
Bei Betrieb der Verstärkerschaltung 2 liegt am Eingang der ersten Verstärkerstufe 4 ein zu verstärkendes Signal, beispielsweise ein Audiosignal, an. Die erste Verstärkerstufe 4 bewirkt eine Spannungsverstärkung des Eingangssignales und steuert mit ihrem Ausgangssignal den Eingang der zweiten Ver stärkerstufe 6 an, die eine Leistungsverstärkung dieses Si gnales bewirkt und mit ihrem Ausgangssignal beispielsweise einen in Fig. 2 nicht dargestellten Lautsprecher ansteuert.

Bei Betrieb der Verstärkerschaltung 2 bildet das erste Gegenkopplungsnetzwerk 8 eine Überalles-Gegenkopplung zur Gegenkopplung des Ausgangssignales der zweiten Verstärker stufe 6 auf den Eingang der ersten Verstärkerstufe 4. Das zweite Gegenkopplungsnetzwerk 12 bildet eine Gegenkopplung über die erste Verstärkerstufe 4, also eine zusätzliche Ge genkopplung. Durch diese zusätzliche Gegenkopplung der ersten Verstärkerstufe 4 werden Verzerrungen, die sonst alle Stufen der Verstärkerschaltung 2 durchlaufen würden, früher als bei herkömmlichen Verstärkerschaltungen gegengekoppelt. Die Über alles-Gegenkopplung der Verstärkerschaltung 2 ist daher sehr niedrig (je nach Ausführung 5- bis 10fach). Der Dämpfungs faktor der Verstärkerschaltung 2 bleibt trotzdem relativ hoch (ca. 200).

Auf diese Weise sind bei der Verstärkung des Eingangs signales auftretende Verzerrungen gegenüber bekannten Ver stärkerschaltungen wesentlich reduziert. Dies ist insbesonde re dann von Vorteil, wenn die Verstärkerschaltung 2 zur Ver stärkung von Audiosignalen eingesetzt wird, weil in diesem Fall die Reduzierung der bei der Verstärkung auftretenden Verzerrungen im Vergleich zu bekannten Verstärkerschaltungen zu einer wesentlichen Verbesserung des Höreindrucks führt.

In Fig. 3 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der erfin dungsgemäßen Verstärkerschaltung 2 dargestellt, das sich von dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel vor allem dadurch unterscheidet, daß die Widerstände 42, 44 des zweiten Gegenkopplungsnetzwerkes 12 durch einen einzigen Widerstand 66 ersetzt sind. Der Widerstand 36 ist durch eine Reihen schaltung zweier Widerstände 36′ und 36′′ gebildet und liegt parallel zu dem Widerstand 38. Der Widerstand 66 liegt zwi schen den Widerständen 36′ und 36′′ und der Basis der Transi storen 18, 22. Ferner ist bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel der zur Wärmestabilisierung dienende Transistor 40 weggelassen. Auf diese Weise ist der Aufbau der Verstärkerschaltung 2 weiter vereinfacht.

In Fig. 4 ist ein drittes Ausführungsbeispiel der erfin dungsgemäßen Verstärkerschaltung 2 dargestellt, das sich von dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 dadurch unterscheidet, daß die Bipolar-Transistoren 48, 54 durch einen MOSFET 68 als Endtransistor und die Bipolar-Transistoren 50, 56 durch einen MOSFET 70 als Endtransistor ersetzt sind. Die Gate-Elektrode des MOSFETs 68 ist mit dem Kollektor des Transistors 28 ver bunden, während seine Drain-Elektrode mit dem Emitter des Transistors 28 und seine Source-Elektrode über die Widerstän de 58, 60 mit der Source-Elektrode des MOSFETs 70 verbunden ist. Die Drain-Elektrode des MOSFETs 70 ist mit dem Emitter des Transistors 32 und seine Gate-Elektrode mit dem Kollektor des Transistors 32 verbunden.

In Fig. 5 ist ein viertes Ausführungsbeispiel der erfin dungsgemäßen Verstärkerschaltung 2 dargestellt, das sich von dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 dadurch unterscheidet, daß der Transistor 40 weggelassen ist und in zur Fig. 4 ent sprechender Weise die MOSFETs 68, 70 die Endtransistoren bil den.

In Fig. 6 ist ein fünftes Ausführungsbeispiel der erfin dungsgemäßen Verstärkerschaltung 2 dargestellt, das sich von dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel dadurch un terscheidet, daß die Endtransistoren der zweiten Verstärker stufe 6 durch Darlington-Transistoren 72, 74 gebildet sind.

In Fig. 7 ist ein sechstes Ausführungsbeispiel der er findungsgemäßen Verstärkerschaltung 2 dargestellt, das sich von dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel dadurch unterscheidet, daß die Transistoren der beiden Verstärker stufen 6 in zu Fig. 6 entsprechender Weise durch Darlington-Transistoren gebildet sind.

Aufbau und Dimensionierung des ersten Gegenkopplungs netzwerkes 8 und des zweiten Gegenkopplungsnetzwerkes 12 sind in weiten Grenzen wählbar. Anstelle von oder ergänzend zu einem oder mehreren Ohmschen Widerständen können die Gegen kopplungsnetzwerke 8, 12 z. B. auch eines oder mehrere der nachfolgend genannten Bauteile oder Baugruppen, auch in Rei hen- und/oder Parallelschaltung, aufweisen: Spulen, Kondensa toren, Bipolar-Transistoren, Operationsverstärker, Verstär ker, Feldeffekt-Transistoren, MOSFETs und Darlington-Transi storen.

Claims

1. Verstärkerschaltung, insbesondere zur Verstärkung von Audiosignalen,
mit einer ersten Verstärkerstufe,
mit einer der ersten Verstärkerstufe nachgeordneten zweiten Verstärkerstufe und
mit einem ersten Gegenkopplungsnetzwerk zur Gegen kopplung des Ausgangssignales der zweiten Verstär kerstufe auf den Eingang der ersten Verstärkerstufe, gekennzeichnet durch
ein zweites Gegenkopplungsnetzwerk (12) zur Gegen kopplung des Ausgangssignales der ersten Verstär kerstufe (4) auf den Eingang der ersten Verstärker stufe (4).

2. Verstärkerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß das erste Gegenkopplungsnetzwerk (8) und/oder das zweite Gegenkopplungsnetzwerk (12) wenig stens ein passives Bauelement aufweist.

3. Verstärkerschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß das passive Bauelement ein Ohmscher Wi derstand (46, 62; 46, 42, 44) ist.

4. Verstärkerschaltung nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Gegen kopplungsnetzwerk (8) und/oder das zweite Gegenkopp lungsnetzwerk (12) wenigstens ein aktives Bauelement aufweist.

5. Verstärkerschaltung nach Anspruch 4, dadurch gekenn zeichnet, daß das aktive Bauelement ein Transistor ist.

6. Verstärkerschaltung nach Anspruch 4, dadurch gekenn zeichnet, daß das aktive Bauelement ein Verstärker, ins besondere ein Operationsverstärker, ist.

7. Verstärkerschaltung nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Gegen kopplungsnetzwerk (8) und/oder das zweite Gegenkopp lungsnetzwerk (12) wenigstens eine Parallelschaltung von Bauelementen und/oder wenigstens eine Reihenschaltung von Bauelementen aufweist.

8. Verstärkerschaltung nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärker schaltung zweistufig ausgebildet ist, derart, daß das Ausgangssignal der ersten Verstärkerstufe (4) die zweite Verstärkerstufe ansteuert.

9. Verstärkerschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkerschaltung drei- oder mehrstufig ausgebildet ist.

10. Verstärkerschaltung nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Verstär kerstufe (4) eine spannungsverstärkende Vorstufe ist.

11. Verstärkerschaltung nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Verstär kerstufe (6) eine Endstufe ist.

12. Audioverstärker, dadurch gekennzeichnet, daß er mit ei ner Verstärkerschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 versehen ist.