DE2511887A1

DE2511887A1 - Verstaerker fuer ein in der impulsbreite moduliertes signal

Info

Publication number: DE2511887A1
Application number: DE19752511887
Authority: DE
Inventors: Osamu Hamada
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1974-03-28
Filing date: 1975-03-18
Publication date: 1975-10-02
Also published as: JPS50128519A; IT1034719B; JPS5758864B2; US3956716A; FR2266377B1; FR2266377A1; NL7503589A; DE2511887C2; CA1055125A; GB1505181A

Description

Verstärker für ein in der Impulsbreite moduliertes Signal

Die Erfindung betrifft einen Verstärker für ein in der Impulsbreite moduliertes Signal, insbesondere einen Verstärker dieser Art, der mit geringem schaltungstechnischen Aufwand eine große Ausgangsleistung erzeugt.

Um bei bekannten Verstärkern für in der Impulsbreite modulierte Signale ein großes Ausgangssignal zu erzielen, erfolgt nach der Demodulation des in der Impulsbreite modulierten Signales eine Spannungsverstärkung des demodulierten Signales durch einen Niederfrequenz-Transformator, dessen Ausgangssignal dann einer Last, beispielsweise einem kapazitiven Lautsprecher, zugeführt wird. Bei dieser bekannten Schaltung kann jedoch die HP-Charakteristik des Signales durch die Übertragungseigenschaften des Niederfrequenz-Transformators verschlechtert werden.

Man könnte nun erwägen, ein in seiner Impulsbreite moduliertes Signal zunächst über einen Hochfrequenz-Impulstransformator (Zusatz-Transformator) zu führen, ehe das Signal demoduliert wird. Da jedoch das in seiner Impulsbreite modulierte Signal ein Trägersignal, die Seitenbandsignalkomponenten und die modulierten Signalkomponenten enthält, muß der Hochfrequenz-Impulstransformator eine ausreichende Bandbreite besitzen, um

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ORIGINAL INSPECTED

Signale einerseits niedriger Frequenz und andererseits hoher Frequenz (beispielsweise die höheren Seitenbandkomponenten des Trägers) durchzulassen, was praktisch nicht zu realisieren ist.

Wird dagegen ein Verfahren mit Impulsphase-Modulation verwendet j so enthält ein in der Impulsphase moduliertes Signal ein Trägersignal und obere und untere Seitenbandkomponenten; hier könnte ein Hochfrequenz-Impulstransformator verwendet werden; der zugehörige Demodulator wird jedoch schaltungstechnisch aufwendig.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Verstärker für ein in der Impulsbreite moduliertes Signal zu schaffen, der mit einfachem schaltungstechnischen Aufbau ein großes Ausgangssignal liefert, der ferner zur Speisung einer symmetrisch angeschlossenen Last geeignet ist, insbesondere auch zur Speisung eines kapazitiven Lautsprechers.

Die Erfindung geht aus von einem Verstärker für ein in der Impulsbreite moduliertes Signal, enthaltend

a) eine Signaleingangsschaltung,

b) Schaltungselemente zur Erzeugung eines Taktimpulssignales,

c) Schaltungselemente zur Modulation der Impulsphase, die mit einem Ausgangssignal der Signaleingangsschaltung sowie mit dem Taktimpulssignal gespeist werden und zwei Impulssignale erzeugen, deren Phasendifferenz proportional dem Pegel des Ausgangssignales der Signaleingangsschaltung ist.

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Bei einem derartigen Verstärker sind erfindungsgemäß weiterhin vorgesehen

d) Schaltungselemente zur Umformung der beiden Impulssignale in ein in seiner Impulsbreite moduliertes Signal und

e) eine Last, die über einen Tiefpaßfilter mit dem in seiner Impulsbreite modulierten Signal gespeist wird.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung veranschaulicht. Es zeigen

Pig. I ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Verstärkers für ein in der Impulsbreite moduliertes Signal,

Fig. 2 ein Blockschaltbild eines bei einem erfindungsgemäßen Verstärker verwendbaren Impulsphase-Modulators,

Fig. 3A bis 3E Diagramme von ImpulsSignalen zur Erläuterung dertPunktion de! Modulators gemäß Fig. 2,

läuterung dertPunktion des Impulsphase-

Fig. 4a bis ¹JF Diagramme von Impulssignalen zur Erläuterung der Funktion des Verstärkers gemäß Fig. 1.

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Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine Last in sog. BTL-Schaltung (d.h. in abgeglichener, transformatorIoser Schaltung) angeschlossen, wobei zwei Signale entgegengesetzter Phase den beiden Lastenden zugeführt werden und ein zweifaches Ausgangssignal erhalten wird. In Fig. 1 bezeichnet 1 einen Taktimpulsgenerator und 2 einen Impuls-Phase-Modulator, dem ein Taktimpulssignal vom Generator 1 sowie ein Signal von einer Signalquelle 3 niedriger Frequenz zugeführt wird und der ein Impuls-Phasen-Modulations-Signal erzeugt.

Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Phasen-Modulators 2. Hierbei wird ein Taktimpulssignal S (vgl. Fig. 3A) vom Taktimpulsgenerator 1 einem Sägezahn-Signalgenerator 10 zugeführt, der ein Sägezahnsignal S₁, mit derselben Frequenz wie das Taktimpulssignal S erzeugt (vgl. Fig. 3B). Das Sägezahnsignal S_ des Generators 10 und das Signal niedriger Frequenz der Signalquelle 3 werden einer Amplituden-Vergleichsschaltung 11 zugeführt. Ein durch Amplitudenvergleich gewonnenes Ausgangssignal S (vgl. Fig. 3C) wird von der Vergleichsschaltung 11 einem Flip-Flop 12 zugeführt. Ist das Flip-Flop 12 so ausgebildet, daß dann, wenn das Signal niedriger Frequenz und das Sägezahnsignal S

die der Vergleichsschaltung 11 zugeführt werden, in ihrem Pegel gleich sind, das Ausgangssignal der Vergleichsschaltung 11 das Flip-Flop 12 einstellt und es bei der Abfallflanke des Sägezahnsignales S„ zurückstellt, so erhält man an dem Ausgang des Flip-Flop 12 ein Ausgangsimpulssignal S₂ (vgl. Fig. 3D). Ein Flip-Flop 13 wird von dem Taktimpulssignal S des Taktimpulsgenerators 1 gespeist und hierdurch eingestellt und zurückgestellt. Das Flip-Flop 13 erzeugt damit an seinem Ausgang

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- 5 ein Ausgangsimpulssignal S^ (vgl. Pig. 3E).

Die Impulssignale S. und S„ besitzen eine Phasendifferenz proportional zu den Eingangssignalen; sie werden den Primärwicklungen 4a bzw. 5a von Hochfrequenz- bzw. Impulstransformatoren 4 bzw. 5 zugeführt (vgl. Pig. I), die Zusatztransformatoren bilden. Die in den Sekundärwicklungen 4b, 4b' des Transformators 4 und in den Sekundärwicklungen 5b, 5b' des Transformators 5 gewonnenen Ausgangssignale werden addiert bzw. subtrahiert und dann durch Gleichrichterschaltungen 6, 6' gleichgerichtet; auf diese V/eise werden die Impulssignale S. und Sp in zwei hinsichtlich der Impulsbreite modulierte Signale von entgegengesetzter Phase umgeformt. Die Ausgangssignale der Gleichrichterschaltungen 6 und 6^r werden Tiefpaßfiltern 7 bzw. 7' zugeführt, die zwei niederfrequente Signalkomponenten von entgegengesetzter Phase durchlassen. Diese Signalkomponenten, die die Tiefpaßfilter 7, 7' passieren, werden einer Last 8 zugeführt. Als Bezugs-Impulssignal S., kann beispielsweise ein Rechtecksignal mit einer Frequenz von 100 KHz und einem Tastverhältnis von 50$ verwendet werden.

Als Hochfrequenz-Transformatoren 4 und 5 werden sog. Impulstransformatoren benutzt, die die Frequenzkomponenten des Bezugs-Impulssignales S. genügend übertragen, so daß Signale ausreichender Spannung erhalten werden, um die Last 8, beispielsweise einen kapazitiven Lautsprecher, zu betreiben.

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Um bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 die Last in BTL-Schaltung zu speisen, sind die Impulstransformatoren 4 und 5 mit den Sekundärwicklungen 4b¹, 5b¹ versehen, und es sind ferner die Gleichrichterschaltung 6' und der Tiefpaßfilter 7' vorgesehen. Die Ausgangssignale der Spulen 4b^f und 5b¹ werden auf diese Weise addiert, wobei das eine Signal in der Phase umgekehrt wird; dann erfolgt eine Gleichrichtung durch die Gleichrichterschaltung 6' und die Zuführung zur Last 8 über den Tiefpaßfilter 7'· Die Ausgangs-Impulssignale der Wiclungen 4b und 5b werden addiert und dann gleichgerichtet, so daß sich das in der Impulsbreite modulierte Signal ergibt, das der Last 8 über den Gleichrichter 7 zugeführt wird. Für die Gleichrichterschaltungen 6 und 6^f kann ein Vollwellen-Gleichrichter verwendet werden; es ist jedoch auch eine Halbwellen-Gleichrichtung möglich.

Bei einem Verstärker der beschriebenen Art erhält man am Eingang der Gleichrichterschaltung 6 ein Signal S, entsprechend der Summe der Impuls'signale S^ und S₂ (S^ = S₁ + S₂), vgl. Fig. 4C; am Eingang der Gleichrichterschaltung 6' erhält man ein Signal S₁, entsprechend der Differenz der Impulssignale S. und S₂ (S^ = S. + Sp), vgl. Fig. 4D. Diese Signale S, und S₁^ werden durch die beispielsweise aus Vollwellen-Gleichrichter ausgebildeten Gleichrichterschaltungen 6 und 6' zu den Signalen Stund Sß (vgl. Fig. 4E bzw. 4F) gleichgerichtet. Diese Signale S,- und Sg sind die in der Impulsbreite modulierten Signale, die durch Umformung der in der Impulsphase modulierten Signale gewonnen sind und die den Tiefpaßfiltern 7, 7¹ zugeführt werden, so daß zwei niederfrequente Signale entgegengesetzter Phase der Last 8 zugeführt werden.

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Durch die erfindungsgemäße Verwendung von Hochfrequenzbzw. Impulstransformatoren 4, 5 können Signale großer Bandbreite übertragen werden, im Unterschied zum Stand der Technik, bei dem ein Niederfrequenz-Transformator verwendet wird.

Im allgemeinen liegt die Kapazität des kapazitiven Lautsprechers zwischen den Elektroden bei etwa 150 bis 500 pP; die Speisespannung liegt zwischen 1000 und 3000V. Um ein Ausgangssignal von 100 W/Ohm zu erzeugen, liegt das Windungsverhältnis der Spulen des Impulstransformators bei etwa 106, da die Speisespannung 28,2 V beträgt. Es ist daher erforderlich, die Windungszahl der Spulen der Transformatoren 4 und 5 zu vergrößern, um hohe Spannungen an den Sekundärwicklungen 4b, 4b ·, 5b und 5b¹ zu erzielen. Da jedoch erfindungsgemäß Hochfrequenz -Impuls tr ans format or en benutzt werden, ergibt sich dadurch keine Verschlechterung der Übertragungseigenschaften. Der erfindungsgemäße Verstärker ist daher zur Speisung eines kapazitiven Lautsprechers sehr geeignet .

Da der kapazitive Lautsprecher selbst eine Kapazität darstellt, dient diese Kapazitive Komponente als Kapazität für die Tiefpaßfilter.

Bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel sind zwei Gleichrichterschaltungen 6, 6· und zwei Tiefpaßfilter 7» 7¹ vorgesehen. Jeweils ein Element beider Paare kann jedoch ohne Beeinträchtigung der Funktion weggelassen werden. Man kann beispielsweise die Spulen 4b' und 5b¹, die Gleichrichterschaltung 6¹ und den Tiefpaßfilter 7¹ weglassen. In einem solchen Falle gewinnt man

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die niederfrequenten Komponenten der in den Fig. 4E und 4P dargestellten Impulssignale.

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Claims

Patentansprüche

\XyVerstärker für ein in der Impulsbreite moduliertes Signal, enthaltend

a) eine Signaleingangsschaltung,

b) Schaltungselemente zur Erzeugung eines Taktimpulssignales,

c) Schaltungselemente zur Modulation der Impulsphase, die mit einem Ausgangssignal der Signaleingangsschaltung sowie mit dem Taktimpulssignal gespeist werden und zwei Impulssignale erzeugen, deren Phasendifferenz proportional dem Pegel des Ausgangssignales der Signaleingangsschaltung ist, dadurch gekennzeichnet, daß weiterhin vorgesehen sind:

d) Schaltungselemente zur Umformung der beiden Impulssignale in ein in seiner Impulsbreite moduliertes Signal und

e) eine Last, die über einen Tiefpaßfilter mit dem

in seiner Impulsbreite modulierten Signal gespeist wird.
2. Verstärker nach Anspruch I₉ dadurch gekennzeichnet, daß die zur Umformung der beiden Impulssignale in ein in seiner Impulsbreite moduliertes Signal dienenden Schaltungselemente zwei Impulstransformatoren enthalten, deren Primärwicklungen mit den beiden ImpulsSignalen gespeist sind und deren Sekundärwicklungen so zusammengeschaltet sind, daß die in ihnen

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erzeugten Impulssignale addiert oder subtrahiert werden, und daß weiterhin zu diesen Schaltungselementen Gleichrichterschaltungen gehören, die mit einem Ausgangssignal der Sekundärwicklungen gespeist werden und ein in seiner Impulsbreite moduliertes Signal proportional den Pegel des Ausgangssignales der Signaleingangsschaltung erzeugen.
3. Verstärker nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Last durch einen kapazitiven Lautsprecher gebildet wird und daß der Tiefpaßfilter wenigstens ein kapazitives Element enthält, das mit einer Kapazität des kapazitiven Lautsprechers verwendet wird.
4. Verstärker nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichrichterschaltung einen Vollwellen-Gleichrichter enthält.
5- Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungselemente zur Umformung der Impulssignale enthalten

a) eine erste Signalkombinations-Schaltung, die die beiden Impulssignale _in ein erstes, in seiner Impulsbreite moduliertes Signal umformt und

b) eine zweite Signalkombinations-Schaltung, die die beiden Impulssignale in ein zweites, in seiner Impulsbreite moduliertes Signal umformt, das die

entgegengesetzte Phase wie das erste, in der Impulsbreite modulierte Signal besitzt, wobei diese beiden modulierten Signale den beiden Anschlüssen der Last zugeführt werden.

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6. Verstärker nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Signalkombinations-Schaltung zwei Impulstransformatoren enthält, deren Primärwicklungen mit den beiden ImpulsSignalen gespeist werden und deren Sekundärwicklung so geschaltet ist, daß die in dieser Sekundärwicklung auftretenden Impulssignale addiert werden, wobei weiterhin eine erste Gleichrichterschaltung vorgesehen ist, die mit einem Ausgangssignal der Sekundärwicklungen gespeist wird und das erste, in der Impulsbreite modulierte Signal erzeugt, und daß die zweite Signalkombinations-Schaltung zwei weitere Sekundärwicklungen enthält, die so geschaltet sind, daß die in ihnen auftretenden Impulssignale subtrahiert werden, wobei ferner eine zweite Gleichrichterschaltung mit dem Ausgangssignal dieser beiden weiteren Sekundärwicklungen gespeist wird und das zweite, in der Impulsbreite modulierte Signal liefert.
7. Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungselemente zur Modulation der Impulsphase enthalten

a) einen mit dem Taktimpulssignal gespeisten Sägezahn-Generator, der ein Sägezahnsignal erzeugt, dessen Frequenz mit der des Taktimpulssignales synchronisiert ist,

b) Schaltungselemente zum Amplitudenvergleich des Ausgangssignales der Signaleingangsschaltung und des Sägezahnsignales, wodurch ein Steuersignal erzeugt wird,

c) ein mit dem Steuersignal gespeistes erstes Flip-Flop, das ein in der Impulsphase moduliertes Signal proportional dem Pegel des Ausgangssignales der Signaleingangsschaltung erzeugt und

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d) ein mit dem Taktimpulssignal gespeistes zweites Flip-Flop, das ein Impulssignal erzeugt, dessen Frequenz mit der des Taktimpulssignales zusammenfällt.

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