DE2548907C2 - Verstärker mit Impulsbreitenmodulation - Google Patents
Verstärker mit ImpulsbreitenmodulationInfo
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- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03F—AMPLIFIERS
- H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
- H03F3/20—Power amplifiers, e.g. Class B amplifiers, Class C amplifiers
- H03F3/21—Power amplifiers, e.g. Class B amplifiers, Class C amplifiers with semiconductor devices only
- H03F3/217—Class D power amplifiers; Switching amplifiers
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Description
Die Erfindung betrifft einen Verstärker mit Impulsbreitemodulation.
Tonfrequenzverstärker, Insbesondere B-Klasse-Verstärker, enthalten im allgemeinen zwei Transistoren, die mit
Ihrer Basis an die beiden Enden der Sekundärwicklung eines Transformators angeschlossen sind, dessen Mittelanzapfung
den Eingangsanschluß bildet. Die Emitter dieser beiden Transistoren sind mit den beiden Enden der
Primärwicklung verbunden, deren Mittelanzapfung den "to
Ausgangsanschluß bildet. Die Mlttelanzapfung 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 Ausgangsslgnal
von der Sekundärwicklung abgenommen wird. Ein derartiger, sehr gebräuchlicher Verstärker
besitzt einen einfachen Autbau 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.
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 b5 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 Rechtecksigna! erzeugt. Dieses Rechieckslgnal
wird über einen Tiefpaßfilter zum Signal-Eingangsanschluß zurückgeführt. Ein derartiger Verstärker
besitzt jedoch eine hohe Trägersignalfrequenz; der Tiefpaßfilter kann den Träger nicht ausreichend entfernen, so
daß die Gefahr besteht, daß die Schleife im Frequenzbereich des Trägersignales zu schwingen anfängt. Wird die
Grenzfrequenz 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 Verstärker mit Impulsbreitemodulation zu schaffen, bei
dem das Tastverhältnis des Ausgangsimpulses dem Pegel des Tonfrequenz-Eingangssignales ebensr? wie der
Impulsfläche proportional Ist, wobei ein nicht verzerrtes, demoduliertes Ausgangssignal gewonnen wird. Der erfindungsgemäße
Verstärker soll ferner eine genügend hohe Verstärkung für die Tonsignalfrequenzen 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 zeigt
Fig. 1 das Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Verstärkers mit Impulsbreitemodulation;
Flg. 2 ein Diagramm zur Erläuterung der Beziehung zwischen dem Trägersignal Λ, dem Eingangssignal B und
dem Ausgangssignal C.
Bei dem erfindungsgemäßen Verstärker mit Impulsbreitemodulation
ist die Kombination eines modulierenden Sägezahnträgers und einer Integrationsschaltung vorgesehen,
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 und dadurch eliminiert.
In der Schaltung gemäß Flg. 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.
Dieses Ausgangssignal des Mischers 11 wird einer Integratlonsschaluing 12 rugeführt. .in deren Aus-
gang ein Integrationssignal erscheint, das sich durch folgende
Formel ausdrücken läßt:
= J (ereß dt
15
20
30
35
Hierbei bedeuten e, = Eingangsspannung,
ef = Rückkopplungsspannung,
Δ K = Ausgangsspannung der Integrationsschaltung.
ef = Rückkopplungsspannung,
Δ K = Ausgangsspannung der Integrationsschaltung.
Die integrierte Ausgangsspannung wird einem Impuls- )0
breitemodulaior 13 zugeführt, der eine Vergleichsschaltung enthält. In einem Oszillator 14 wird ein Sägezahnsignal
(beispielsweise ein JOO-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 zugef'ührten
Sägezahnsignales wird; das Tastverhältnis (Impulsdauer bzw. Impulsperiode) des Ausgangssignales des Modulators
13 ändert sich mit der Ausgangsspannung der Integrationsschaltung 12. Dieser Vorgang ist in F1 g. 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, Ii
dem die Signale A und B denselben Pegel aufweisen. Hier verringert sich das Ausgangssignal des Impulsbreitemodulators
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 C gemäß
Flg. 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 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 Impulsperlode)
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 ram 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 einem Impulsbreitemodulator
versehene Verstärker verursacht ferner keine Frequenzänderung und kann Verzerrungen bis auf ein
Minimum reduzieren.
45
55
60
65 Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (3)
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, Schaltungselementen
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.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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