DE2524072A1

DE2524072A1 - Signalverstaerker fuer impulsbreitenmodulierte signale

Info

Publication number: DE2524072A1
Application number: DE19752524072
Authority: DE
Inventors: Osamu Hamada
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1974-06-06
Filing date: 1975-05-30
Publication date: 1975-12-18
Also published as: IT1038760B; NL189330B; FR2274170A1; FR2274170B1; JPS50156860A; CA1034215A; GB1495435A; NL189330C; JPS5754968B2; NL7506710A; US4004246A; DE2524072C2

Description

It 3264

SONY CORPORATION Tokyo / Japan

Signalverstärker für impulsbreitenmodulierte Signale

Die Erfindung betrifft allgemein einen Signalverstärker für impulsbreitenmodulierte Signale und insbesondere einen solchen, der eine Last mit zwei in komplementärer Phasenbeziehung zueinander stehenden Ansteuersignalen ansteuert.

Bei einem bekannten D-Verstärker/ bei dem eine Last in einem BTL ("blanced transless")-System angesteuert wird, werden zwei Impulsmodulatoren verwendet, um zwei Modulationssignale zu modulieren, die gegenphasig sind, um ein impulsbreitenmoduliertes positives Signal und ein impulsbreitenmoduliertes negatives, zu ersterem gegenphasiges Signal zu erzeugen, und diese Signale werden dann über Tiefpaßfilter den beiden Anschlüssen der Last zugeführt.

Um ein impulsbreitenmoduliertes Signal zu erhalten, wird im allgemeinen, wie Fig. IA zeigt, ein Sägezahnsignal S mit einem Modulationssignal, z.B. einem NF-Signal S^ abgetastet, um ein impulsbreitenmoduliertes Signal P, zu erzeugen, wie Fig. IB zeigt. Beim Stand der Technik wird das gemeinsame Sägezahnsignal S gleichzeitig mit einem NF-Signal S_b abgetastet, das zu ersterem gegenphasig ist,

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um ein impulsbreitenmoduliertes Signal P, zu erzeugen, das in Fig. IC gezeigt ist, so daß die impulsbreitenmodulierten Signale P_a und P. nicht vollkommen gegenphasig gemacht werden können. Daher können Störungen nicht vollkommen beseitigt werden. Beim Stand der Technik sind außerdem zwei Systeme von Gegenkopplungsschleifen für die jeweiligen Modulatoren erforderlich, die den Schaltungsaufbau kompliziert machen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Signalverstärker für impulsbreitenmodulierte Signale zu schaffen, der von den Nachteilen des Standes der Technik frei ist, der eine Last mit gegenphasigen Signalen ansteuert, der eine Rückkopplungsschleife hat, um den Pegel der Signale, die die Last gegenphasig ansteuern, zu balancieren, und bei dem die beiden Signale, die die Last ansteuern, vollständig gegenphasig sind.

Gelöst wird diese Aufgabe bei einem Signalverstärker für impulsbreitenmodulierte Signale, bestehend aus einer Signaleingangseinrichtung, einem Verstärker zur Verstärkung des Eingangssignals der Signaleingangseinrichtung, einem Impulsbreitenmodulator zum Empfang eines AusgangssignaIs von dem Verstärker und zur Erzeugung eines impulsbreitenmodulierten Signals, einem Phasenspalter zum Empfang des impulsbreitenmodulierten Signals und zur Erzeugung zweier entsprechender impulsbreitenmodulierter Signale mit verschiedenen Polaritäten, einem ersten Demodulator zum Empfang eines der beiden impulsbreitenmodulierten Signale und zur Demodulation eines ersten Ausgangssignals mit der einen Polarität in Abhängigkeit von dem Eingangssignal, einem zweiten Demodulator zum Empfang des anderen der beiden impulsbreitenmodulierten Signale und zur Erzeugung eines zweiten Ausgangssignals mit der anderen Polarität in Abhängigkeit von dem Eingangssignal, und ein er Last, der das erste und zweite Ausgangssignal zuführt wird, gemäß der Erfindung durch

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eine Amplitudenkomparator zum Vergleich der Amplituden des ersten und zweiten Ausgangssignals und zur Erzeugung eines Steuersignals in Abhängigkeit von dem Vergleichsergebnis , und eine Rückkopplungseinrichtung zum Empfang des Steuersignals und zu dessen übertragung auf den Verstärker, um die Amplituden des ersten und zweiten Aus— gangssignals zu balancieren.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Figuren 1 bis 6 beispielsweise erläutert. Es zeigt:

Figur IA, IB und IC den Verlauf von Signalen zur Erläuterung der Arbeitsweise eines bekannten Signalverstärkers für impulsbreitenmodulierte Signale,

Figur 2 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform des Signalverstärkers für impulsbreitenmodulierte Signale gemäß der Erfindung,

Figur 3 ein Schaltbild einer Ausführungsform des Impulsbreitenmodulators, der bei der in Fig. 2 gezeigten Erfindung verwendet werden kann,

Figur 4A bis 4E den Verlauf von Signalen zur Erläuterung der Arbeitsweise der in Fig. 3 gezeigten Schaltung , und

Figur 5 und 6 Schaltbilder von Phasenspaltern, die bei der in Fig. 2 gezeigten Erfindung verwendbar sind.

Fig. 2 ist ein Blockschaltbild, das ein Beispiel der Erfindung zeigt. In Fig. 2 bezeichnet 1 einen Eingangsanscnluß, auf den ein Modulationssignal (NF-Signal) gegeben wird, 2 einen Verstärker zum Empfang des Modulationssignals und zu dessen Verstärkung, 3 einen Oszillator, der ein Impulssignal mit einem Tastverhältnis von 50 % (Trägersignal)

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erzeugt, und 4 einen Impulsbreitenmodulator, dem das Ausgangssignal des Verstärkers 2 und des Oszillators 3 zugeführt wird.

Ein impulsbreitenmoduliertes Signal des Impulsbreitenmodulators 4 wird auf einen Phasenspalter 5 gegeben, der auf seiner Ausgangsseite ein Signal mit positiver Polarität und ein Signal mit negativer Polarität erzeugt. Beide Signale des Phasenspalters 5 werden dann nötigenfalls von Verstärkern 6a und 6b verstärkt und dann über Tiefpaßfilter 7a und 7b, die die Trägersignalkomponenten aus den auf sie gegebenen Signalen entfernen und die NF-Signale erzeugen, einer Last 8 zugeführt.

Die Signale, die die beiden Tiefpaßfilter 7a und 7b durchlaufen haben, werden auch auf einen Amplitudenkomparator 9 gegeben, der an seiner Ausgangsseite ein Differenzsignal zwischen den Ausgangssignalen der Tiefpaßfilter 7a und 7b erzeugt. Das so erzeugte Differenzsignal wird auf den Verstärker 2 gegengekoppelt. Bei dem in Fig. 2 gezeigten Beispiel sind alle Elemente direkt gekoppelt, so daß auch die Gleichspannungskomponenten in den Signalen durch die Schaltung übertragen werden.

Es wird nun anhand der Fig. 3 ein Beispiel des Impulsbreitenmodulators 4 beschrieben. In Fig. 3 bezeichnet 16 allgemein einen Impulsgenerator, der ein Impulssignal P, erzeugt, das in Fig. 4B gezeigt ist. Ein Impulssignal P_Q mit einem Tastverhältnis von 50 % (in Fig. 4A gezeigt) des Oszillators 3 wird auf den Setzanschluß S eines bistabilen Kreises 10 gegeben (bei diesem Beispiel wird der bistabile Kreis IO bei der Sückf lanke des Impulses P gesetzt) , Das Ausgangssignal des bistabilen Kreises 10 wird über einen Parallelkreis 13 aus einem Widerstand 11 und einem Kondensator 12 auf die Basis eines Transistors 14 gegeben, und das an dem Kollektor des Transistors 14 erhaltene Ausgangssignal wird über eine Diode 15 auf den Rückstellanschluß R

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des bistabilen Kreises 10 gegeben (bei diesem Beispiel wird der bistabile Kreis 10 zurückgestellt, wenn der Transistor 14 geöffnet wird). Damit wird der in Fig. 4B gezeigte Impuls P. an dem Ausgangsanschluß Q des bistabilen Kreises 10 erhalten.

In Fig. 3 bezeichnet 17 allgemein einen Sägezahngenerator, bei dem ein Anschluß 18 einer Gleichspannungsquelle über einen Widerstand 19, die Emitter-Kollektor-Strecke eines Transistors 20 und einen Kondensator 21 geerdet ist. Eine Diode 22 ist zwischen den Gleichspannungsquellenanschluß 18 und die Basis des Transistors 20 geschaltet und ein Signal über dem Kondensator 21 (Gleichspannung) wird nötigenfalls von einem Verstärker 23 verstärkt. Der Kollektor des Transistors 14 des Impulsgenerators 16 ist mit dem Verbindungspunkt des Kollektors des Transistors 20 und des Kondensators 21 verbunden.

Bei dem obigen Schaltungsaufbau bilden der Transistor 20 und die Diode 22 einen Konstantstromkreis, und damit wird der Kondensator 21 über die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors 20 stets mit einem konstanten Strom versorgt. Hierbei wird innerhalb einer Zeitperiode T, in der der Transistor 14 mit dem Impulssignal P geöffnet wird, die in dem Kondensator 21 gespeicherte Ladung über den Transistor 14 entladen. Damit erhält man ein Sägezahnsignal S_Q, das in Fig. 4C gezeigt ist, über dem Kondensator 21 (an dem Ausgangs ans chluß des Verstärkers 23) .

In Fig. 3 bezeichnet 24 allgemein einen Abtastkreis für das Sägezahnsignal S mit dem Modulationssignal, bei dem zwei Transistoren 25a und 25b einen sogenannten Differentialverstärker 26 bilden. Das Sägezahnsignal S_Q wird von dem Verstärker 23 der Basis des Transistors 25a zugeführt, während das Modulationssignal S (z.B. ein NF-Signal), das in Fig. 4C gezeigt ist, der Basis des anderen Transistors 25b

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von dem Eingangsanschluß 1 über den Verstärker 2 zugeführt wird. Die Emitter der beiden Transistoren 25a und 25b sind zusammen mit einer Konstantstromquelle 27 verbunden, die Kollektoren der Transistoren 25a und 25b sind über Widerstände 38 und 39 mit dem GleichspannungsqueIlenanschluß verbunden, die Basis eines Ausgangstransistors 28 ist mit dem Kollektor des Transistors 25b verbunden, der Emitter des Ausgangstransistors 28 ist mit dem Anschluß 18 verbunden, der Kollektor des Transistors 2 8 ist über einen Widerstand 40 geerdet, und ein Ausgangsanschluß 29 ist von dem kollektor des Transistors 28 herausgeführt.

Bei dem oben beschriebenen Abtastkreis 24 wird der Betrieb des Differentialverstärkers 26 mit dem NF-Signal S (in Fig. 4C gezeigt), das eine Grenze bildet, umgekehrt, so daß ein impulsbreitenmoduliertes Signal P, das in Fig. 4D gezeigt ist, an dem Ausgangsanschluß 29 erhalten werden kann.

Es wird nun anhand der Fig. 5 ein Beispiel des bei der Erfindung verwendeten Phasenspalters 5 beschrieben. Wie Fig. 5 zeigt, bilden zwei Transistoren 30a und 30b einen sogenannten Differentialverstärker 31. Wenn das Impulssignal P, das an dem Ausgangs ans chluß 29 (Fig. 3) erhalten wird und das in Fig. 4D gezeigt ist, über einen Eingangsanschluß 32 auf die Basis des Transistors 30a gegeben wird, werden impulsbreitenmodulierte Signale P und P¹, die verschiedene Polarität haben, wie die Fig. 4D und 4E zeigen, an den Ausgangsanschlüssen 33a und 33b erhalten, die von den Kollektoren der Transistoren 30a und 30b herausgeführt sind. Bei dem Beispiel der Fig. 5 sind die Emitter der Transistoren 30a und 30b mit einer Konstantstromquelle 34 verbunden, ihre Basen sind über Widerstände 41 und 43 mit dem Anschluß 18 verbunden und über Widerstände 42 und 44 geerdet, und ihre Kollektoren sind über Widerstände 45 und 46 mit dem Anschluß 18 verbunden.

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Fig. 6 zeigt ein weiteres Beispiel des Phasenspalters 5, das bei der Erfindung verwendbar ist, und bei dem das Impulssignal P, das in Fig. 4D gezeigt ist, über einen Eingangsanschluß 36 der Basis eines Transistors 35 zugeführt wird und gegenphasige Signale über Koppelkondensatoren 49 und 50 Ausgangsanschlüssen 37a und 37b zugeführt werden, die von dem Kollektor und dem Emitter des Transistors 35 herausgeführt sind. Der Kollektor des Transistors 35 ist über einen Widerstand 47 mit dem Anschluß 18 verbunden und sein Emitter ist über einen Widerstand 48 geerdet.

Da der AmpIitudenkomparator 9, der bei der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform verwendet wird, bekannt ist, wird er nicht im einzelnen beschrieben.

Bei der oben beschriebenen Erfindung wird das Impulssignal, das bereits der Breitenmodulation unterworfen wurde, von dem Phasenspalter 5 in der Phase gespalten und die gegenphasigen Modulationssignal werden über die Tiefpaßfilter 7a und 7b der Last 8 zugeführt, so daß die Signale des Phasenspalters 5, die die Elemente der beiden Systeme durchlaufen, danach völlig gegenphasig sind.

Bei einem bekannten Schaltungsaufbau wird ein Signal von einigen Hundert Kilo-Hertz (100 bis 500 KHz) verarbeitet, so daß zwischen den Verstärkern 6a und 6b und der Last 8 ein HF-Störsignal erzeugt werden kann. Da bei der Erfindung jedoch die Signale der beiden Systeme gegenphasig sind, wie oben beschrieben wurde, heben sich die HF-Störsignale gegenseitig auf, so daß Störungen verringert werden.

Bei dem bekannten Verstärker dieser Art sind zwei Signalsysteme erforderlich, von denen eines ein Signalsystem zur Rückkopplung der Spannung über der Last ist, um den Klirrfaktor zu verbessern und das andere ein Rückkopplungssystem ist, um den Impuls auf einem Tastverhältnis von 50 %

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zu halten, wenn kein Signal auftritt. Außerdem ist es beim Stand der Technik notwendig, einen Kreis vorzusehen, der die Synchronisierung zwischen den beiden Impulsbreitenmodulatoren usw. bewirkt. Bei der Erfindung dagegen können die Spannungen an den beiden Enden der Last balanciert werden und der Klirrfaktor kann allein dadurch verringert werden, daß die Spannungsdifferenz zwischen den beiden Enden der Last 8 auf den Verstärker 2 rückgekoppelt wird. Da bei der Erfindung die beiden Systeme nach dem Phasenspalter 5 im wesentlichen gleichen Aufbau haben können, kann die gesamte Schaltung der Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik vereinfacht werden.

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Claims

Ansprüche

Signalverstärker für impulsbreitenmodulierte Signale, bestehend aus einer Signaleingangseinrichtung, einem Verstärker zur Verstärkung des Eingangssignals der Signaleingangseinrichtung, einem Impulsbreitenmodulator zum Empfang eines Ausgangssignals von dem Verstärker und zur Erzeugung eines impulsbreitenmodulierten Signals, einem Phasenspalter zum Empfang des impulsbreitenmodulierten Signals und zur Erzeugung zweier entsprechender impulsbreitenmodulierter Signale mit verschiedenen Polaritäten, einem ersten Demodulator zum Empfang eines der beiden impulsbreitenmodulierten Signale und zur Demodulation eines ersten Ausgangssignals mit der einen Polarität in Abhängigkeit von dem Eingangssignal, einem zweiten Demodulator zum Empfang des anderen der beiden impulsbreitenmodulierten Signale und zur Erzeugung eines zweiten Ausgangssignals mit der anderen Polarität in Abhängigkeit von dem Eingangssignal, und einer Last, der das erste und zweite Aus gangs signal zugeführt wird, gekennzeichnet durch einen Amplitudenkomparator zum Vergleich der Amplituden des ersten und zweiten AusgangssignaIs und zur Erzeugung eines Steuersignals in Abhängigkeit von dem Vergleichsergebnis, und eine Rückkopplungseinrichtung zum Empfang des Steuersignals und zu dessen übertragung auf den Verstärker, um die Amplituden des ersten und zweiten Ausgangssignals zu balancieren.
2. Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und zweite Demodulator einen Impulsverstärker und ein Tiefpaßfilter aufweisen.
3. Verstärker nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Phasenspalter einen Differentialverstärker aufweist.

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4. Verstärker nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Phasenspalter wenigstens einen Transistor aufweist, dessen Kollektor-Emitter-Kreis zwischen eine Spannungsquelle und einen Bezugspunkt über eine Kollektorlast und eine Emitterlast geschaltet ist, und dessen Basiselektrode das impulsbreitenmodulierte Signal der Modulatoren zugeführt wird, so daß zwei impulsbreitenmodulierte Signale mit verschiedenen Polaritäten von dem Kollektor bzw. dem Emitter des Transistors abgegeben werden.
5. Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsbreitenmodulatoren einen Sägezahngenerator und einen Abtastkreis zum Empfang des Ausgangssignals des Sägezahngenerators und des Eingangssignals der Signaleingangseinrichtung aufweisen, um das impulsbreitenmodulierte Signal zu erzeugen.
6. Verstärker nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Abtastkreis einen Differentialverstärker aufweist.
7. Verstärker nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Sägezahngenerator eine Konstantstromquelle und einen Kondensator aufweist, die in Reihe parallel zu einer Spannungsquelle geschaltet sind, sowie einen Transistor, dessen Kollektor-Emitter-Strecke parallel zu dem Kondensator geschaltet ist, und dessen Basis ein Triggerimpulssignal zugeführt wird, so daß das Sägezahnsignal synchron mit dem Triggerimpulssignal über dem Kondensator erzeugt wird.

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