DE2548907A1

DE2548907A1 - Verstaerker mit impulsbreitenmodulation

Info

Publication number: DE2548907A1
Application number: DE19752548907
Authority: DE
Inventors: Osamu Hamada
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1974-11-02
Filing date: 1975-10-31
Publication date: 1976-05-13
Also published as: JPS5829646B2; CA1033818A; JPS5152765A; DE2548907C2; FR2290091B1; NL186128C; US4059807A; FR2290091A1; GB1505088A; NL186128B; NL7512879A

Description

It 3463

Sony Corporation, Tokyo / Japan

Verstärker mit Impulsbreitenmodulation

Die Erfindung betrifft einen Verstärker mit Impulsbreit emodulation .

Tonfrequenzverstärker, insbesondere B-Klasse—Verstärker, enthalten im allgemeinen zwei Transistoren, die mit ihrer Basis an die bei-den Enden der Sekundärwicklung eines Transformators angeschlossen sind, dessen Mittelanzapfung den Eingangsanschluß bildet. Die Emitter dieser beiden Transis.toren sind mit den beiden Enden der Primärwicklung verbunden, deren Mittelanzapfung den Ausgangsanschluß bildet. Die Mittelanzapfung ist mit einem Pol der Stromquelle verbunden, deren anderer Pol an die Kollektoren der Transistoren angeschlossen ist. Das Eingangssignal wird beiden Enden der Primärwicklung des Transformators zugeführt, während das Ausgangssignal von der Sekundärwicklung abgenommen wird. Ein derartiger, sehr gebräuchlicher Verstärker besitzt einen einfachen Aufbau und ist verhältnismäßig preiswert; sein Wirkungsgrad ist jedoch niedrig. Dies beruht vor allem auf der Tatsache, daß einem der beiden Transistoren eine unnötige Spannung zugeführt wird. Transistoren besitzen jedoch bekanntlich nicht die Fähigkeit, Energie zu speichern; sie verbrauchen daher die dem Produkt ihrer Spannung und des Laststromes entsprechende Leistung.

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Es sind bereits verschiedene Arten von Verstärkern mit Impulsbreitemodulation bekannt, die eine bessere Ausnutzung der Speisespannung als die oben geschilderten Verstärker mit geringem Wirkungsgrad ermöglichen. Zu diesen Verstärkern mit Impulsbreitemodulation gehört auch ein Selbsterregungsverstärker. Ein solcher Verstärker enthält eine Integrationsschaltung, eine Hystereseschaltung, einen Verstärkerkreis sowie eine Schaltung, die die Differenz zwischen dem Verstärkerausgangssignal und dem Eingangssignal aufnimmt und das Differenzsignal der Integrationsschaltung zuführt. Ein derartiger Verstärker schwingt ohne einen äußeren Träger; er ist jedoch mit dem Nachteil behaftet, daß sich die Schwingungsfrequenz mit der Frequenz des Eingangssignales ändert und daß das Seitenband des Spektrums mit dem Tonfrequenzsignal eine Störung hervorruft, durch die die Schallwiedergabe verzerrt wird. Es ist weiterhin ein Verstärker mit Impulsbreitemodulation bekannt, bei dem man durch Vergleich des von einem Bezugsoszillator gelieferten Trägersignales mit dem Eingangssignal ein Rechtecksignal erzeugt. Dieses Rechtecksignal wird über einen Tiefpaßfilter zum Signal-Eingangsanschluß zurückgeführt. Ein derartiger Verstärker besitzt jedoch eine hohe Trägersignalfrequenz; der Tiefpaßfilter kann den Träger nicht ausreichend entfernen, sodaß die Gefahr besteht, daß die Schleife im Frequenzbereich des Trägersignales zu schwingen anfängt. Wird die Grenzfreqeunz des Tiefpaßfilters genügend abgesenkt, um das Trägersignal zu eliminieren, so kann die Folge sein, daß für das Tonfrequenzsignal keine ausreichende Schleifenverstärkung erzielt wird. Wird ferner der Träger nicht einwandfrei entfernt, so kann eine Mischung der Seitenbänder mit dem demodulierten Signal eintreten, was Verzerrungen in der Tonwiedergabe zur Folge hat.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen

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Verstärker mit Inipulsbreitemodulation zu schaffen, bei dem das Tastverhältnis des Ausgangsimpulses dem Pegel des Tonfrequenz-Eingangssignales ebenso wie der Impulsfläche proportional ist, wobei ein nicht verzerrtes, demoduliertes Ausgangssignal gewonnen wird. Der erfindungsgemäße Verstärker soll ferner eine genügend hohe Verstärkung für die Ton— Signalfrequenzen aufweisen und nicht zu Schwingungen aufgrund des Rückkopplungssignales neigen.

Die Erfindung geht aus von einem Verstärker mit Impulsbreitemodulation, enthaltend einen Mischer mit einem Tonfrequenzeingang, einem Rückkopplungseingang sowie einem Ausgang, ferner einen Impulsbreitemodulator, einen Filter für das in seiner Impulsbreite modulierte Signal, Schaltungselementen zur Zuführung des gefilterten Signales zu einer Last sowie Schaltungselementen zur Rückkopplung eines Teiles des gefilterten Signales zum Mischer.

Bei einem derartigen Verstärker besteht die Erfindung darin, daß eine Integrationsschaltung zwischen dem Mischer und dem Impulsbreitemodulator angeordnet ist und das vom Ausgang des Mischers abgenommene Signal integriert.

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

Fig. 1 das Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Verstärkers mit Impulsbreitemodulation;

Fig. 2 ein Diagramm zur Erläuterung der Beziehung zwischen dem Trägersignal A, dem Eingangssignal B und dem Ausgangssignal G.

Bei dem erfindungsgemäßen Verstärker mit Impulsbreitemodulation ist die Kombination eines modulierenden Sägezahnträgers und einer Integrationsschaltung vorgesehen,

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wobei letztere in Reihe mit dem Signalweg geschaltet ist, der das Differenzsignal zwischen Tonfrequenz-Eingangssignal und Rückkopplungssignal enthält. Bei dieser Anordnung wird jeder im Signalweg vorhandene Träger integriert μηά dadurch eliminiert.

In der Schaltung gemäß Fig. 1 wird ein Eingangssignal von einem Eingangsanschluß lla einem Mischer 11 zugeführt. Dieser Mischer 11 erhält ferner ein Rückkopplungssignal von einem Rückkopplungskreis 17. Am Ausgang des Mischers 11 wird ein Signal abgegeben, das der Differenz von Eingangs- und Rückkopplungssignal entspricht. Diese Ausgangssignal des Mischers 11 wird einer Integrations— schaltung 12 zugeführt, an deren Ausgang ein Integrationssignal erscheint, das sich durch folgende Formel ausdrücken läßt:

J (ei - e_f) dL

Hierbei bedeuten e. = Eingangsspannung,

e_f = Rückkopplungsspannung, Av= Ausgangsspannung der Integrationsschaltung.·

Die integrierte Ausgangsspannung wird einem Impulsbreitemodulator 13 zugeführt, der eine Vergleichsschaltung enthält. In einem Oszillator 14 wird ein Sägezahnsignal (beispielsweise ein 100 kHz-Träger) entwickelt und dem Modulator 13 zugeführt; in diesem Modulator werden das Ausgangssignal der Integrationsschaltung 12 und das genannte Sägezahnsignal (Träger) in ihrem Pegel verglichen. Beispielsweise wird das Ausgangssignal der Vergleichsschaltung in der Phase jedesmal dann umgekehrt, wenn das Ausgangssignal der Integrationsschaltung 12 gleich der Spannung des vom Oszillator 14 zugeführten Sägezannsignales wird; das Tastverhältnis (Impulsdauer bzw. Impuls-

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Periode) des Ausgangssignales des Modulators 13 ändert sich mit der Ausgangsspannung der Integrationsschaltung 12. Dieser Vorgang ist in Fig. 2 durch ein Zeitdiagramm veranschaulicht, wobei das Sägezahn-Trägersignal als A und das Ausgangssignal der Integrationsschaltung 12 als B bezeichnet sind. Man erkennt, daß sich das Ausgangssignal des Impulsbreitemodulators 13 (Impulszug C) in der Impulsbreite vergrößert, wenn das Signal A ansteigt, und zwar bis zu dem Punkt, in dem die Signale A und B den selben Pegel aufweisen. Hier verringert sich das Ausgangssignal des Impulsbrei-* temodulators 13 sprunghaft und behält einen niedrigen Wert, solange das Signal A größer als das Signal B ist. Die Signale A und B werden auf diese Weise in ihrem Pegel verglichen; als "Ergebnis wird das dem Mischer 11 "zugeführte Tonfrequenz-Eingangssignal in ein in seiner Impulsbreite moduliertes Signal (Kurvenform G gemäß Fig. 2) umgewandelt. Die Impulsfolge C wird durch den Impulsverstärker 15 verstärkt und dann zur Entfernung von Hochfrequenzkomponenten einem Tiefpaßfilter 16 zugeführt. Das Signal wird durch diesen Filter 16 in ein Tonfrequenzsignal umgewandelt und einer Last 19 zugeführt. Das Ausgangssignal des Tiefpaßfilters 16 gelangt ferner zum Rückkopplungskreis 17, der einen Widerstand enthalten kann;, das Rückkopplungssignal 18 wird zum Mischer 11 rückgekoppelt.

Selbst wenn das durch den Tiefpaßfilter 16 nicht ausreichend entfernte Trägersignal noch im Rückkopplungssignal enthalten sein sollte, so wird dieses Signal durch die Integrationsschaltung 12 integriert und auf diese Weise noch vor dem Impulsbreitemodulator im wesentlichen entfernt,, Man kann daher eine genügend große Schleifenverstärkung für das Eingangs-tonfrequenzsignal im Tonfrequenzbereich (beispielsweise kleiner als 20 kHz) vorsehen, wobei dieser Tonfrequenzbereich hinreichend niedriger als die Frequenz des Trägersignales ist. Auf diese Weise können die Vorteile

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einer negativen Rückkopplung, insbesondere die Vermeidung einer Signalverzerrung, voll ausgenützt werden.

Da bei dem erfindungsgemäßen Verstärker mit Impulsbreitemodulator ein Sägezahnsignal als Trägersignal vom Oszillator 14 verwendet wird und da dieses Signal in seinem. Pegel mit dem Tonfrequenzeingangssignal verglichen wird, fällt der Pegel des Tonfrequenz-Eingangssignales mit dem Tastverhältnis (bzw. der Impulsperiode) des Impulsbreitemodulators 13 zusammen; dieses Tastverhältnis ist proportional der Impulsfläche; das vom Tiefpaßfilter gelieferte demodulierte Signal ist daher verzerrungsfrei. Die Trägerkomponente im Rückkopplungssignal 18 wird durch Integration verringert, was den Einfluß des Trägerrestes zum Zeitpunkt der Modulation durch den Impulsbreitemodulator 13 eliminiert; es tritt daher keine Störung mit dem Tonfrequenzsignal ein. Das Rückkopplungssignal besitzt ferner üblicherweise eine gewisse Phasenverzögerung in der Schleife aufgrund des Vorhandenseins des Tiefpaßfilters 16 oder anderer derartiger Schaltungselemente; Schwingungen setzen ein, wenn eine solche Phasenverzögerung 180° erreicht; da jedoch die Phasenverzögerung der Integrationsschaltung 12 stets 90° beträgt, wird die Gefahr von Schwingungen beim Vorhandensein der Integrationsschaltung 12 vermieden. Dieser mit einen Impulsbreitemodulator versehene Verstärker verursacht ferner keine Frequenzänderung und kann Verzerrungen bis auf ein Minimum reduzieren.

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Claims

Patentansprüche

1. Verstärker mit Impulsbreitemodulation, enthaltend einen Mischer mit einem Tonfrequenzeingang, einem Rückkopplungseingang sowie einem Ausgang, ferner einen Impulsbreitemodulator, einem Filter für das in seiner Impulsbreite modulierte Signal, Schalungselementen zur Zuführung des gefilterten Signales zu einer Last sowie Schaltungselementen zur Rückkopplung eines Teiles des gefilterten Signales zum Mischer, dadurch gekennzeichnet , daß eine Integrationsschaltung zwischen dem Mischer und dem Impulsbreitemodulator angeordnet ist und das vom Ausgang des Mischers abgenommene Signal integriert.

2. Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Impulsbreitemodulator eine Schaltung zur Erzeugung eines Sägezahnsignales zugeordnet ist, wobei dieses Sägezahnsignal zur Modulation des vom Ausgang des Mischers abgenommenen Signales dient.

3. Verstärker nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Tiefpaßfilter vorgesehen ist und zwischen diesem Filter und dem Impulsbreitemodulator ein Verstärker zur Verstärkung des impulsbreitemodulierten Signales angeordnet ist.

4-, Verstärker mit Impulsbreitemodulation, enthaltend eine Eingangsschaltung, einen Impulsbreitemodulator, Schaltungselemente zur Zuführung eines Trägersignales sowie des von der Eingangsschaltung abgenommenen Ausgangssignales zum Impulsbreitemodulator, ferner enthaltend einen mit dem Ausgang des Modulators verbundenen Tiefpaßfil- ter sowie eine an den Ausgang des Tiefpaßfilters ange-

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schlossene ßückkopplungsschaltung zur Rückkopplung des Aungangssignales des Tiefpaßfilters zur Eingangsschaltung, dadurch gekennzeichnet , daß eine Integrationsschaltung zwischen der Eingangsschaltung und dem Impulsbreitenodulator angeordnet ist und das Ausgangssignal der Eingangsschaltung integriert, sodaß der Impulsbreitemodulator ein Signal erzeugt, dessen Impulsbreite dem Pegel des von der Integrationsschaltung abgenommenen Ausgangssignales entspricht.

5. Verstärker nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Impulsbrextemodulator und dem Tiefpaßfilter eine Verstärkerschaltung angeordnet ist und daß dem Impulsbreitemodulator als Trägersignal ein Sägezahnsignal zugeführt wird.

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