DE2607443A1

DE2607443A1 - Verstaerker fuer pulsbreitenmoduliertes signal

Info

Publication number: DE2607443A1
Application number: DE19762607443
Authority: DE
Inventors: Osamu Hamada
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1975-02-24
Filing date: 1976-02-24
Publication date: 1976-10-07
Also published as: US4015213A; NL7601896A; FR2301970B1; FR2301970A1; JPS5843922B2; DE2607443C2; CA1061468A; NL187882C; GB1511752A; AU1123776A; NL187882B; AU502699B2; JPS5197359A

Description

Verstärker für pulsbreitenmoduliertes Signal

Die Erfindung bezieht sich auf einen Pulsbreitenmodulator, wie er im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegeben ist.

Allgemein betrifft die vorliegende Erfindung, einen Verstärker für pulsbreitenmoduliertes Signal (PWM) und speziell ist sie auf einen Pulsbreitenmodulator gerichtet, bei dem der Integralwert bzw. das Integral eines pulsbreitenmodulierten Signals, integriert über eine Periode, proportional dem Integralwert eines Eingangssignals ist, das in dieser Periode, die der obigen einen Periode des pulsbreitenmodulierten Signals entspricht, zu modulieren ist.

Gegenüber dem Stand der Technik ist die noch unten näher zu beschreibende vorliegende Erfindung eine Verbesserung eines Pulsbreitenmodulations-Verstärkers der selbsterregten Art. In einem solchen Verstärker wird ein Eingangssignal einem anderen Signal aufaddiert und das Summensignal wird integriert und einem Hystereseschaltkreis zugeführt, um ein pulsbreitenmoduliertes Signal zu erzeugen. Dieses Signal wird in einem D-Typ-Verstärker verstärkt und über einen aegenkopplungskreis an das Addierglied gegeben, womit das

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zweite Signal geschaffen wird. Das Ausgangssignal des D-Verstärkers wird außerdem durch ein Tiefpaßfilter hindurch an die last bzw. den Verbraucher gegeben.

Wenn die Frequenz eines derartigen selbsterregten pulsbreitenmodulierten Signals Fluktuationen erfährt oder aufweist, wird dessen Seitenband mit dem Tonfrequenzband gemischt und sowohl das Ausgangssignal des Filters als auch das demodulierte Signal können Verzerrungen aufweisen, die in dem Eingangssignal nicht vorhanden waren.

Die vorliegende Erfindung stellt auch eine Verbesserung eines Pulsbreitenmodulationssignal-Verstärkers der Art mit äußerer Synchronisation dar. Dieser Typ mit externer Synchronisation hat einen Sample-and-hold-Schaltkreis, auch als Prüf- und Halteschaltung bezeichnet, der so angeschlossen ist, daß er sowohl das Summensignal als auch ein Sägezahnsignal vorgegebener Frequenz erhält. Das Ausgangssignal des Sample-and-hold-Schaltkreises hat die Form eines pulsbreitenmodulierten Signals und wird an einen D-Typ-Verstärker gegeben und geht von dort durch ein Tiefpaßfilter um zu dem ursprünglichen Signal demoduliert zu werden. Dieses demodulierte Signal wird auf das Addierglied als dasjenige Signal rückgekoppelt, das dem Eingangssignal hinzuzuaddieren ist, um das Summensignal zu bilden. Das demodulierte Signal geht außerdem an einen Lastoder Verbraucherschaltkreis.

Falls die Frequenz des Sägezahnsignals, das dem Sample-andhold-Schaltkreis zugeführt wird, nicht verändert wird, bzw. sich nicht ändert, ist das Auftreten von Verzerrungen im demodulierten Signal, die auf Fluktuationen oder Schwankungen der Oszillationsfrequenz beruhen, vermieden. Jedoch wird die relative Einschaltdauer oder das Tastverhältnis des PuIsbreitenmodulations-Ausgangssignals des Sample-and-hold-Schaltkreises in Übereinstimmung mit dem Pegel des Eingangssignals derart verändert, daß keine proportionale Beziehung zwischen dem integrierten Wert bzw. Integralwert des PuIs-

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breitenmodulationssignals über eine Periode desselben und dem Integralwert des Eingangssignals über eine Periode vorliegt, die der einen Periode des Pulsbreitenmodulationssignals entspricht. Das Ergebnis ist, daß in dem demodulierten Signal, das am Tiefpaßfilter zu erhalten ist, Verzerrungen erzeugt sind bzw. auftreten.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Verstärker für Impulsbreitenmodulations-Signal derart zu verbessern, daß er frei von denjenigen Mangeln ist, die beim Stand der Technik vorliegen. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Verstärker für pulsbreitenmoduliertes Signal zu finden, in dem der integrierte Wert oder das Integral über das pulsbreitenmodulierte Signal über die eine seiner Perioden in richtigem Verhältnis zum Integralwert eines Eingangssignals über eine Periode ist, die der einen Periode des pulsbreitenmodulierten Signals entspricht.

Diese Aufgabe wird mit einem wie im Oberbegriff des Patentanspruches angegebenen Modulator gelöst, der erfindungsgemäß gekennzeichnet ist, wie dies im Kennzeichen des Patentanspruches 1 angegeben ist. Aus den Unteransprüchen lassen sich weitere Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ersehen.

Gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist ein Verstärker für ein pulsbreitenmoduliertes Signal geschaffen, der einen Eingangsanschluß hat, an den ein zu modulierendes Eingangssignal anzulegen ist. Der Verstärker hat des weiteren einen Generator für ein Sägezahnsignali einen ersten Amplitudenvergleicher, dem das Eingangssignal und das Ausgangssignal des Sägezahngenerators derart zuzuführen ist, so daß ein Wellenzug eines ersten Steuersignals erzeugt wird, wenn die Amplituden der beiden Signale gleich groß werden; einen bistabilen Schaltkreis mit ersten, zweiten und dritten Anschlüssen, wovon dem ersten Anschluß ein

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erstes Steuersignal zugeführt wird; einen Schaltkreis zur Integration des Eingangssignals und des vom zweiten Anschluß des "bistabilen Schaltkreises kommenden Ausgangssignals und zur davon erfolgenden Subtraktion des Integrationsergebnisses," einen zweiten Amplitudenvergleicher, dem das Aus gangs signal des Integrations- und Subtraktionsschaltkreises einerseits und ein Referenzsignal andererseits zugeführt wird, so daß ein Wellenzug eines zweiten Steuersignals erzeugt wird, wenn die Amplituden der beiden verglichenen Signale gleich groß werden und hat schließlich einen Schaltkreis zur Zuführung der zweiten Steuersignale an den dritten Anschluß des bistabilen Schaltkreises, um auf diese Weise ein pulsbreitenmoduliertes Signal am zweiten Anschluß des bistabilen Schaltkreises zu erzeugen.

Weitere Erläuterungen der Erfindung werden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren gegeben.

Die Pig. 1 und 2 zeigen Blockschaltbilder zweier Ausführungsformen von Verstärkern für pulsbreitenmoduliertes Signal.

Pig. 3 zeigt ein Schaltbild, teilweise als Blockschaltbild, einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verstärkers für pulsbreitenmoduliertes Signal und

die Pig.4A bis 4E zeigen Wellen- bzw. Impulsformen, die zur Erläuterung der Betriebsweise eines der Pig. 3 entsprechenden Verstärkers dienen.

Pig. 1 zeigt einen Verstärker für pulsbreitenmoduliertes Signal, und zwar einen solchen der selbsterregten Art, demgegenüber die vorliegende Erfindung eine Verbesserung bringt. Der Verstärker hat einen Eingangsanschluß 1, an den ein Eingangssignal, z. B. ein !Eonfrequenzsignal oder dgl., anzulegen ist. Weiter hat der Verstärker ein Addierglied 2, dem ein Eingangssignal über den Eingangsanschluß 1 zuzuführen ist. Das Ausgangesignal des Addiergliedes 2 geht

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an einen Integrationsschaltkreis 3 und dessen Ausgangssignal gelangt an einen Hystereseschaltkreis 4. Von dem Hystereseschaltkreis 4 ist ein pulsbreitenmoduliertes Signal zu erhalten, das an einen D-Typ-Verstärker 5 gegeben wird, um von diesem verstärkt zu werden. Das Ausgangssignal des Verstärkers 5 geht an ein Tiefpaßfilter 6, um von diesem integriert zu werden und gelangt dann an einen Verbraucher 7. Das Ausgangssignal des Verstärkers 5 geht außerdem über einen Gegenkopplungsschaltkreis 8 an den zweiten Eingangsanschluß des Addiergliedes 2.

Bei dem in Pig. 1 dargestellten Verstärker für pulsbreitenmoduliertes Signal werden das Eingangssignal am Anschluß 1 und das pulsbreitenmodulierte Signal des Verstärkers 5 zusammenaddiert und an das Integrationsglied 3 gegeben. Das kombinierte Signal wird integriert und an den Hystereseschaltkreis 4 gegeben. Durch die Integration wird das pulsbreitenmodulierte Signal in ein Sägezahnsignal umgewandelt, dessen Abfall oder Neigung durch den Hystereseschaltkreis 4 entsprechend dem Pegel des Eingangssignals gesteuert wird, und zwar derart, daß man ein pulsbreitenmoduliertes Signal erhält, das eine Impulsbreite hat, die dem Pegel des Eingangssignals entspricht.

Ein in Pig. 2 gezeigter Verstärker für pulsbreitenmoduliertes Signal, und zwar eines Verstärkers der Art mit externer Synchronisation, ist bekannt. Die Einzelheiten des Verstärkers nach Pig. 2 entsprechen denjenigen nach Pig. 1 und haben soweit gleiche Bezugszeichen und auf eine nochmalige Beschreibung kann verzichtet werden. Der Schaltkreis nach Pig. 2 hat einen Sample-and-hold-Schaltkreis 10 mit einem Eingangsanschluß 9, an den ein Sägezahnsignal vorgegebener Frequenz anzulegen ist. Das Ausgangssignal des Addiergliedes 2 wird zusammen mit dem Eingangssignal dem Sample-and-hold-Schaltkreis 10 zugeführt. Letzterer erzeugt ein pulsbreitenmoduliertes Signal, das eine Impulsbreite hat, die von der Amplitude des Eingangssignales abhängt, das an den Eingangsanschluß 1 gegeben wird. Das pulsbreitenmodulierte Signal

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des Sample-and-hold-Schaltkreises 10 wird an den D-Typ-Verstärker 5 gegeben. Das von dem Verstärker 5 verstärkte Ausgangssignal geht an das Tiefpaßfilter 6, um zu dem ursprünglichen Eingangssignal demoduliert zu werden. Dieses demodulierte Signal geht an den Verbraucher 7. Das demodulierte Signal oder Ausgangssignal des Tiefpaßfilters 6 geht außerdem über den Gegenkopplungskreis 11 an das Addierglied 2.

Eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verstärkers für pulsbreitenmoduliertes Signal wird nachfolgend mit Bezug auf die Pig. 3 beschrieben, in der bereits im Zusammenhang mit den Figuren 1 und 2 beschriebene Einzelheiten gleiche Bezugszeichen wie dort haben. Beim Verstärker nach Fig. 3 ist der Eingangsanschluß 1 mit einem Kombinat ions schaltkreis 2 verbunden, in dem Signale unter Subtraktion miteinander kombiniert werden, und der dementsprechend als Subtrahierglied anzusehen ist. Die Schaltung nach Fig. 3 hat auch ein Integrationsglied 3, einen D-Typ-Verstärker 5, das Tiefpaßfilter 6, den Verbraucherschaltkreis 7 und den Rückkopplungsschaltkreis 8, der zusammen mit den vorangehenden Figuren beschrieben worden ist.

Die Schaltung nach Fig. 3 hat zwei Amplitudenvergleicher 13 und 14. Der Vergleicher 13 hat einen Eingangsanschluß, der mit dem Ausgangsanschluß des Integrationsgliedes 3 verbunden ist. Der andere Eingangsanschluß ist mit einer Quelle für eine Bezugsspannung, z. B. mit Masse verbunden. Der Ausgangsanschluß des Vergleichers 13 ist mit einem Eingangsanschluß t^ einer R-S-Flip-Flop-Schaltung 15 verbunden. Der Anschluß t^ ist der Setz-Eingangsanschluß der Flip-Flop-Schaltung. Das Q-Ausgangssignal der Flip-Flop-Schaltung 15, das an einem Anschluß t₂₁ zu erhalten ist, wird an den Verstärker 5 und an einen Sägezahngenerator 16 gegeben. Zwischen dem Eingangsanschluß 1 und einem der Eingangsanschlüsse des Vergleichers 14 liegt ein Dämpfungsglied 17. Der Ausgangsanschluß des Sägezahngenerators ist mit dem anderen Eingangsanschluß des Vergleichers 14 verbunden.

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Der Sägezahngenerator 16 hat einen PNP-Transistor Q₁, dessen Basisanschluß mit dem Ausgangsanschluß t₂₁ der Flip-Flop-Schaltung 15 verbunden ist. Ein Widerstand 13 liegt zwischen dem Emitter des Transistors Q. und dem positiven Pol einer Versorgungsspannung, der mit +B bezeichnet . Der Kollektor des Transistors Q₁ ist mit der Basis eines zweiten Transistors Q₂ verbunden. Zwischen dem Kollektor und dem Emitter des NPF-Transistors Q„ liegt ein Kondensator 19 an der die Sägezahnspannung erzeugt wird. Der Emitter des Transistors Qp ist mit dem negativen Pol -B der Versorgungsspannung verbunden. Zwischen dem positiven und dem negativen Pol (+B und -B) der Versorgungsspannung liegt in Reihe mit dem Kondensator 19 eine Stromquelle 20 für konstanten Strom. Der gemeinsame Anschlußpunkt zwischen dem Kondensator und dieser Stromquelle ist mit dem zweiten Eingangsanschluß des Vergleichers 14 verbunden.

Die einzelnen Schaltkreise der Schaltung nach Fig. 3 können entsprechend ihrer !Funktionen zusammengefaßt werden. Eine zusammengefaßte Gruppe ist als Steuerschaltkreis 21 zu bezeichnen, der aus dem Sägezahngenerator 16, dem Vergleicher und der bistabilen Flip-Flop-Schaltung 15 besteht. Der Ausgangsanschluß des Vergleichers 14 ist mit einem Eingangsanschluß t₁₂ verbunden, der der Rlicksetzanschluß der Flip-Flop-Sehaltung 15 ist. Der Kombinationsschaltkreis 2 und das Integrationsglied 3 können als ein Vergleicherschaltkreis 22 betrachtet werden. Ein anderer Steuersehaltkreis 23 umfaßt den Vergleicher 13 und die Flip-Flop-Schaltung 15.

Am Ausgangsanschluß t₂₁ der Flip-Flop-Schaltung 15 erhält man ein Impulssignal, das eine seitliche Breite hat, die direkt dem Pegel des Eingangssignales entspricht, das an den Eingangsanschluß 1 angelegt ist. Dieses Impulssignal ist ein pulsbreit enmoduliert es Signal und es wird mittels des Verstärkers 5 verstärkt. Wenn das pulsbreitenmodulierte Signal in das Tiefpaßfilter 6 gegeben wird, wird das Signal in diesem Filter 6 demoduliert und das demodulierte Signal gelangt an

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den Verbraucher 7.

Die Betriebsweise eines erfindungsgemäßen Verstärkers für pulsbreitenmoduliertes Signal, wie er in der Fig. 3 dargestellt ist, wird nachfolgend mit Bezug auf die Figuren 4A bis 4E beschrieben, in denen Wellen- bzw. Impulsformen gezeigt sind, die für Signale charakteristisch sind, die an jeweiligen Schaltungspunkten des Verstärkers nach Fig. 3 festzustellen sind.

Fig. 4A zeigt das Eingangssignal S.., das an den Eingangsanschluß 1 gegeben wird. Sie zeigt auch ein Sägezahnsignal S₂ (von z. B. 500 IQEIz), das jeweils das Aus gangs signal des Sägezahngenerators 16 ist. Bas Signal S. erscheint so, als habe es einen konstanten Wert, da es vergleichsweise zu den Sägezahnimpulsen des Signals Sp sich sehr langsam ändert. Die Potentiale der Spannungsquellen +B und -B sind als ^+VCC ^unti "^CC J^ewei^^s gekennzeichnet. Der Pegel des Eingangssignals S₁ ist mit V. gekennzeichnet. Fig. 4B zeigt ein Impulssignal S,, das das Ausgangssignal des Vergleichers 14 ist und das an den Eingangsansehluß t₁₂ der Flip-Flop-Schaltung 15 gegeben wird, um die Flip-Flop-Schaltung zurückzusetzen. Fig. 4C zeigt das Ausgangssignal S. des Integrationsgliedes Dieses Signal wird an den Amplitudenvergleicher 13 gegeben. Fig. 4D zeigt ein Impulssignal S,-,. das das Ausgangssignal des Vergleichers 13 repräsentiert, und das an den Eingangsansehluß t.j.j der Flip-Flop-Schaltung 15 gegeben wird. Fig. 4E zeigt ein Impulssignal Sg, das das pulsbreitenmodulierte Signal ist und das das Ausgangssignal der Flip-Flop-Schaltung 15 an deren Anschluß t₂₁ ist, der mit dem Verstärker 5 verbunden ist. Das pulsbreitenmodulierte Signal Sg ist ein Rechteckwellensignal mit einem Pegel, der zwischen +V und -V variiert, wobei, wie Fig. 4E zeigt, die Mittellage das Referenzpotential O oder Massepotential ist. Die Periode oder Periodendauer des Rechtecksignals Sg ist mit T bezeichnet, während die Impulsbreite mit T₁ bezeichnet ist und die Zeitdifferenz T-T₁ mit T₂ bezeichnet ist.

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Das Sägezahnsignal S₂, das das Ausgangssignal des Sägezahngenerators 16 ist, beginnt mit dem Pegel -V_cc und beginnt zu dem Zeitpunkt anzusteigen, in dem der Impuls S,- oder das Ausgangssignal des Vergleichers 13 an den Setzanschluß t₁₁ der Flip-Flop-Schaltung 15 gelangt. Wenn das Sägezahnsignal S₂ den Pegel Y^ erreicht, erzeugt der Vergleicher 14 einen Ausgangsoder Steuersignalimpuls S,. Der Impuls S~ geht an den Rücksetzeingang t₁₂ der Flip-Flop-Schaltung. Der Transistor Q₂ wird plötzlich derart leitend, daß das Sägezahnsignal S₂ steil abfällt. Das Rücksetzen der Flip-Flop-Schaltung 15 durch den Impuls S, erfolgt zu dem Zeitpunkt, in dem die im Vergleicher 14 miteinander verglichenen Signale S₁ und S₂ einander gleich sind. Andererseits wird die Flip-Flop-Schaltung 15 bei Auftreten eines jeden Impulssignals S,- zu dem Zeitpunkt gesetzt, zu dem innerhalb einer Periode T der integrierte Wert des pulsbreitenmodulierten Signals Sg gleich dem integrierten Wert des Eingangssignals S₁ in derselben Periode oder Zeitdauer ist. Die Integration des Eingangssignals S₁, das über die Zeitdauer T in Fig. 4E praktisch konstanten Wert hat, erzeugt ein konstant und linear ansteigendes Signal. Die Integration des pulsbreitenmodulierten Signals Sg über das Intervall T hinweg erzeugt einen ansteigenden Anteil während der Zeitdauer T_-., gefolgt von einem abnehmenden Anteil während der Zeitdauer T₂. Wenn die Referenzspannung des Vergleichers 13 in diesem Falle in passender Weise verändert wird, wird es für den Integralwert des Eingangssignals S₁ möglich sein, innerhalb einer vorgegebenen Periode oder Zeitdauer T proportional dem in der entsprechenden Zeitdauer integrierten Wert des pulsbreitenmodulierten Signals Sg zu sein. Als Ergebnis dessen ist am Ausgangsanschluß t₂₁ der Flip-Flop-Schaltung 15 das Impulssignal oder pulsbreitenmodulierte Signal Sg zu erhalten, das die Pulsbreite T₁ in Übereinstimmung mit dem Pegel des Eingangssignales S₁ und der Periode T derart hat, daß der in einer Periode aufintegrierte Wert desselben im Verhältnis zu dem des Eingangssignals S₁ in derselben Periode ist. Dadurch erreicht das an den einen Eingang des Vergleichers 13 angelegte Signal S. den Wert Null, nämlich den

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Wert des an den anderen Eingang des Vergleichers 13 angelegten Referenzsignals. Dies "bewirkt, daß dieser Vergleieher das Signal Sj. am Ende des Int ervalles T erzeugt. Anstatt die Signale S. und Sg getrennt in zwei Schaltkreisen zu integrieren und dann die integrierten Signale mit entgegengesetzter Polarität zu kombinieren (sie voneinander abzuziehen) werden diese subtraktiv in dem Subtrahierglied 2 miteinander kombiniert und das sich daraus ergebende Signal wird in einem einzigen Schaltkreis 3 integriert.

Die voranstehend beschriebenen Vorgänge werden nachfolgend anhand von Gleichungen beschrieben. Da die Impulsdauer oder zeitliche Breite T. des pulsbreitenmodulierten Signals Sg entsprechend dem Pegel V. des Eingangssignals S. verändert wird, läßt sich die Impulsbreite T. durch die folgende Gleichung (1) beschreiben:

OJ₁ = T₀ + m V₁ (1)

worin T_Q eine Konstante ist und m ein Proportionalfaktor ist. Des weiteren ist aus der obigen Beschreibung und der Fig. 4E ersichtlich, daß die nachfolgende Gleichung (2) abgeleitet werden kann:

T = T₁ + T₂ (2)

Der Umstand, daß der in einer Periode oder Zeitdauer aufintegrierte Wert des Impulssignals oder des pulsbreitenmodulierten Signals Sg proportional dem Integral über das Eingangssignal derselben Periode oder Zeitdauer ist, läßt sich in einer Gleichung (3) wie nachfolgend ausdrücken:

V₁T₁ - V₁T₂ = k V₁(T₁ + T₂) (3)

worin k ein Proportionalitätsfaktor ist, der jedoch entsprechend der Festsetzung der Referenzspannung des Vergleichers 13 veränderbar ist. In diesem Falle gibt die

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linke Seite der Gleichung (3) das Integral des pulsbreitenmodulierten Signals Sg nach Pig. 4E über eine Periode oder Dauer T an. Die rechte Seite der Gleichung dagegen gibt abgesehen von der Konstante k das Integral über das Eingangssignal S₁ nach Fig. 4A für dieselbe Periode T an.

Wenn man die Gleichung (3) nach Tp auflöst, ergibt sich:

- k V.

und wenn man Gleichung (4) in Gleichung (2) einsetzt läßt sich der Faktor T wie folgt ausdrücken:

2Y₁

φ _ . φ

Wenn man noch Gleichung (1) in Gleichung (5) einsetzt, läßt sich der Faktor T wie folgt ausdrücken:

2Y₁

2T₀ / m V. V, ⁼ V +kV.

Wenn die Beziehung zwischen den Faktoren m, T_n, k und V^ in Gleichung (6) dem Ausdruck (7) genügen

V T

m = nr²— (7)

läßt sich der Faktor T durch die folgende Gleichung (8) darstellen:

T = 2 T₀ (8).

Aus Gleichung (8) ist ersichtlich, daß der Faktor oder die Periodendauer T konstant wird.

Um die Gleichung (7) zu erfüllen, d. h. den Faktor m

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k T
gleich, -y— zu machen, genügt es z. B., die Dämpfung des

Dämpfungsgliedes 17 genügend einzujustieren, "bzw. zu verändern. Um desweiteren den integrierten Wert bzw. das Integral des Impulssignals oder des pulsbreitenmodulierten Signals Sg über eine Periode T gleich dem Integral des Eingangssignals S. über dieselbe Periode T zu machen, ist es ausreichend, die Konstante k für die Ausführung nach Fig. 3 gleich. 1 zu wählen.

Mit einem wie erfindungsgemäßen, voranstehend beschriebenen Verstärker für ein pulsbreitenmoduliertes Signal läßt sich, ein pulsbreitenmoduliertes Signal gewinnen, das eine konstante Frequenz hat und dessen Integral über eine Periode proportional dem Integral über das Eingangssignal über dieselbe Periode ist. Selbst wenn das pulsbreitenmodulierte Signal demoduliert worden ist, hat das demodulierte Ausgangssignal weniger Verzerrungen und ist ein getreues Abbild des Eingangssignals.

Nachfolgend soll die Erfindung nochmals kurz zusammengefaßt wiedergegeben werden. Mit der Erfindung wird ein pulsbreitenmoduliertes Signal Sg mit Hilfe eines bistabilen Schaltkreises 15 nach Fig. 3 erzeugt. Der Sägezahngenerator 16 erzeugt Sägezahnsignale Sp, die mit dem Eingangs-Modulationssignal S. verglichen werden. Das Signal S₁ hat keinen festen Wert, wie dies aus Fig. 4A angenommen werden könnte, sondern S₁ variiert langsam vergleichsweise zum Signal S„. Das Signal S₁ kann dementsprechend als konstant betrachtet werden. Wenn das Signal S₂ gleich dem Signal S₁ ist, erzeugt der Vergleicher 14 ein Rücksetzsignal S^ für die Flip-Flop-Schaltung 15.

Das als Ausgangssignal auftretende pulsbreitenmodulierte Signal Sg läßt sich integrieren und das Eingangssignal S₁ kann ebenfalls integriert werden. Integrale dieser Signale werden verglichen und können über eine Periode (mit der Zeitdauer T) des pulsbreitenmodulierten Signals Sg gleich groß gemacht werden. Am Ende der Periode erreicht der Wert

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des kombinierten integrierten Signals S. einen Wert, der gleich dem Referenzsignal ist, das an den Vergleicher 13 angelegt wird. Dadurch wird "bewirkt, daß der Vergleicher 13 ein Ausgangs-Impulssignal S₁- erzeugt, mit dem die Flip-Flop-Schaltung 15 gesetzt wird und wodurch ein neuer Sägezahn "beginnt.

Statt das Signal S. in einem Integrationsglied zu integrieren und das Signal S^ in einem zweiten Integrationsglied zu integrieren und dann die Integrale voneinander abzuziehen, können zunächst die Signale S₁ und Sg voneinander abgezogen werden und es wird das resultierende Signal in einem Integrationsglied 3 integriert. Auf beiden Wegen kann die Zeit T konstant gehalten werden, während das Verhältnis von T. zu T₂ entsprechend der Amplitude oder dem Pegel des modulierenden Signals verändert wird.

Aus der vorangehenden Beschreibung nur eines bevorzugten Ausfuhrungsbeispiels der Erfindung lassen sich für den einschlägigen Fachmann im Rahmen des Erfindungsgedankens weitere Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ableiten, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

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ORiGINAL INSPECTED

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Pulsbreitenmodulator, gekennzeichnet durch einen Eingangsanschluß (1), dem ein zu modulierendes Eingangssignal (S.) zugeführt wird; durch einen Sägezahngenerator (16); durch einen ersten Amplitudenvergleicher (14), der mit dem Eingangsanschluß (1) verbunden ist, um als ein erstes Vergleichssignal das Eingangssignal (S₁) zu erhalten und der mit dem Sägezahngenerator (16) verbunden ist, um als zweites Vergleichssignal das Sägezahnsignal (S„) zu erhalten, und um einen Wellenzug erster Steuersignale (S,) zu erzeugen, wenn die Amplituden der miteinander zu vergleichenden Signale (S₁ und Sp) gleich groß werden; durch einen bistabilen Schaltkreis (15) mit ersten (^₁₂)' ^zwei^^en (^pi^ ¹^ fritten ("^₁₁) Anschlüssen, wobei dem ersten Anschluß (^₁₂) <ü^e ersten Steuersignale (S.*) zugeführt werden; durch Schaltungsmittel (2,3), mit denen das Eingangssignal (S₁) und ein Ausgangssignal (Sg), das von dem zweiten Anschluß (t_?1) des bistabilen Schaltkreises (15) zu erhalten ist, unter Subtraktion miteinander kombiniert werden, und mit denen die subtrahierten kombinierten Signale integriert werden; durch einen zweiten Amplitudenvergleicher (13), dem das Ausgangs signal (S-) der subtrahierenden und integrierenden Schaltungsmittel (2,3) und dem ein Referenzsignal (Masse) zugeführt werden, um einen Wellenzug zweiter Steuersignale (S₁-) zu erzeugen, wenn die Amplituden dieser am zweiten Vergleicher (14) anliegenden Signale (S. und Masse) gleich groß werden; und durch Schaltungseinrichtungen, mit denen die zweiten Steuersignale (S^) dem dritten Anschluß (t^) des bistabilen Schaltkreises (15) zugeführt werden, um ein pulsbreitenmoduliertes Signal (Sg) an dem zweiten Anschluß (t₂₁) des bistabilen Schaltkreises (15) zu erhalten.

2. Pulsbreitenmodulator nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der bistabile Schaltkreis eine R-S-Plip-Flop-Schaltung (15) ist, deren erster Anschluß ein Rücksetzanschluß

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(t^ρ) ist, deren dritter Anschluß ein Setzanschluß Ct₁₁) ist und deren zweiter Anschluß ein Ausgangsanschluß (t₂₁) für nicht-invertiertes Signal ist.

3. Pulsbreitenmodulator nach Anspruch 2, gekennzeichnet dadurch, daß ein Rückkopplungsschaltkreis (8) vorgesehen ist, der mit dem zweiten Anschluß Ct₂₁) der Flip-Flop-Schaltung (15) verbunden ist, um von dieser das pulsbreitenmodulierte Signal (Sg) zu erhalten, und dadurch, daß die Schaltungsmittel (2,3) ein Subtrahierglied (2), dem das Eingangssignal (S₁) und das Aus gangs signal (Sg) des Rückkopplungsschaltkreises (8) zugeführt werden, und ein Integrationsglied (3) umfassen, das in Reihe mit dem Ausgangsanschluß des Subtrahiergliedes

(2) geschaltet ist, wobei der Ausgangsanschluß des Integrationsgliedes (3) mit dem einen lingangsanschluß des zweiten Amplitudenvergleichers (13) verbunden ist_a

4. Pulsbreitenmodulator nach Anspruch 3, gekennzeichnet dadurch, daß der andere Eingangsanschluß des zweiten Vergleichers (13) mit Masse verbunden ist, so daß das dem zweiten Amplitudenvergleicher (13) zugeführte Referenzsignal Massepotential ist.

5. Pulsbreitenmodulator nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch ein Dämpfungsglied (17), das zwischen den Eingangsanschluß (1) und den ersten Amplitudenvergleicher (14) zwisehengesehaltet ist.

6. Pulsbreitenmodulator nach Anspruch 5, gekennzeichnet dadurch, daß der Sägezahngenerator (16) einen ersten Schalttransistor (Q₁) mit einer ersten (b), einer zweiten (e) und einer dritten (c) Elektrode hat", eine Grleichstrom-Versorgungsspannungsquelle (+B, -B) hat; einen Widerstand (18) hat, der die zweite Elektrode (e) mit einem Anschluß (+B) der Gleichstrom-Versorgungsspannungsquelle verbindet, wobei die erste Elektrode (b) mit dem zweiten Anschluß der Flip-Flop-Schaltung (15)verbunden ist", einen Generator (20) für konstanten

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Strom und einen Kondensator (19) hat, die in Reihe zwischen dem einen Pol (+B) und dem anderen Pol (-B) der Grleiehstrom-Versorgungsspannungsquelle liegen, und einen zweiten Schalttransistor (Q₂) mit einer ersten (b), einer zweiten (e) und einer dritten (c) Elektrode hat, wobei die erste Elektrode (b) des zweiten Schalttransistors (Q₂) mit der dritten Elektrode (c) des ersten Schalttransistors (Q₁) verbunden ist und die zweite (e) und die dritte (c) Elektrode des zweiten Schalttransistors (Q₂) über den Kondensator (19) hinweg miteinander verbunden sind und dadurch, daß der Pulsbreitenmodulator des weiteren Schaltungseinrichtungen hat, die den Kondensator (19) mit dem ersten Amplitudenvergleicher (14) verbinden, um die Spannung (Vqq) über den Kondensator (19) an den ersten Vergleicher (14) anzulegen.

7. Pulsbreitenmodulator nach Anspruch 6, gekennzeichnet dadurch, daß der erste Schalttransistor (Q₁) ein PNP-Transistor ist, daß der zweite Schalttransistor (Q₂) ein NPET-Transistor ist und daß die ersten, zweiten und dritten Elektroden des ersten und zweiten Schalttransistors (Q₁,Q₂) Basis-, Emitter- und Kollektor-Elektroden jeweils sind.

8. Pulsbreitenmodulator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet dadurch, daß ein Verstärker (5) vorgesehen ist, der mit.dem zweiten Anschluß Ct₂₁) des bistabilen Schaltkreises (15) verbunden ist, um das pulsbreitenmodulierte Signal (Sg) von diesem zu erhalten, und dadurch, daß ein Tiefpaßfilter (6) mit dem Ausgangsanschluß des Verstärkers

(5) verbunden ist, um ein demoduliertes Signal zu erzeugen, wobei der Ausgangsanschluß des Verstärkers (5) mit dem Eingangsanschluß der Schaltungsmittel (2,3) zur Subtraktion und Integration über den Riickkopplungsschaltkreis (8) derart verbunden ist, so daß ein pulsbreitenmoduliertes Ausgangssignal (Sg) an diese Schaltungsmittel (2,3) gegeben wird.

tentanwalt

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