DE2704509A1

DE2704509A1 - Leistungsverstaerker

Info

Publication number: DE2704509A1
Application number: DE19772704509
Authority: DE
Inventors: Toshitada Doi; Akira Iga
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1976-02-06
Filing date: 1977-02-03
Publication date: 1977-08-18
Also published as: NL189636C; JPS5295148A; DE2704509C2; FR2340644A1; JPS5916443B2; NL189636B; AU507000B2; FR2340644B1; AU2185977A; US4121205A; CA1088162A; GB1565611A; NL7701112A

Description

It 3810

SONY CORPORATION Tokyo / Japan

Leistungsverstärker

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf einen Leistunasverstärker und insbesondere auf einen Leistungsverstärker zur Demodulation eines PCM-Signals und zur Durchführung einer Leistungsverstärkung.

Es ist bekannt, in der Tontechnik die Digitaltechnik anzuwenden. Dies bedeutet, daß ein Tonsignal wie ein Sprach- oder Musiktonsignal in ein PCM-Signal umgewandelt und dann aufgezeichnung und/oder wiedergegeben wird. Die übertragung eines digitalen Signals erfordert jedoch ein breites Übertragungsband im Vergleich zu der Ubertragunq eines analogen Signals, und es ist auch notwendig, einen in dem übertragungssystem erzeugten Fehler zu ermitteln und zu korrigieren, so daß die digitale Signalübertragung nur in einem engen Bereich durchgeführt wird.

Derzeit wird die PCM-Technik in der Tontechnik hauptsächlich im Aufzeichnungssystem bei der Siqnalübertraguna von einem Mikrophon zu einem Lautsprecher angewandt, nicht jedoch in einem Verstärker und einem Lautsprecher. Dies bedeutet, daß ein digitales Signal, das in einem PCM-Aufnahmegerät aufgezeichnet wird, als Analogsignal demoduliert wird, und daß dieses Analogsignal dann von

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einem Analogverstärker verstärkt und dem Lautsprecher zugeführt wird. Somit werden die Frequenzkennlinie des Verstärkers selbst und seine Verzerrungskennlinie zu einem Problem, und es wird sehr viel Leistung verbraucht, was zu einem sehr geringen Wirkungsgrad führt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Leistungsverstärker zu schaffen, der von den Nachteilen des bekannten Analogverstärkers frei ist, ein Tonsignal demoduliert, das in ein PCM-Signal umgewandelt wird, und gleichzeitig eine Leistungsverstärkung durchführt. Der Leistungsverstärker soll einen geringen Leistungsverbrauch und damit einen hohen Wirkungsgrad haben und ein großes Ausgangssignal erzeugen.

Der Leistungsverstärker gemäß der Erfindung ist in der Lage, eine PCM-PAM-Umsetzung und Leistungsverstärkung mittels eines gemeinsamen Elements durchzuführen und hat daher einen einfachen Schaltungsaufbau.

Die verwendeten Schaltelemente haben im durchgeschalteten Zustand einen Widerstand, der jedoch aufgrund einer neqativen Rückkopplung vernachlässigt werden kann.

Der Leistungsverstärker gemäß der Erfindung besteht aus einem Eingang, dem ein PCM-Eingangssignal zugeführt wire¹., einem Ausgang, der ein analoges Ausgangssignal in Abhängigkeit von dem PCM-Eingangssignal erzeugt, Rpannungsquellen, die einen Spannungswert haben, der entsprechend der Stelle der Bits des PCM-Eingangssignals bemessen ist,und Schaltkreise, die von dem PCM-Fingangssignal so gesteuert werden, daß die Spannungsquellen wahlweise zwischen den Ausgang und einen Bezugspunkt in Abhängigkeit von dem PCM-Eingangssignal geschaltet werden.

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Die Erfindung wird nachstehend anhand der Fiauren 1 und 2 beispielsweise erläutert. Es zeigt:

Figur 1 ein Schaltbild eines Beispiels des Leistuncrsverstärkers und

Figur 2 ein Ersatzschaltbild der Fig. 1.

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Ein PCM-Impuls, der von dem Leistungsverstärker verarbeitet wird, wird durch Abtasten eines Audiosignals R mit geeigne-

ter Frequenz und Umwandlung der Impulshöhen des abgetasteten Impulses in eine Impulsfolge von N Bits durch eine natürliche binär codierte Größe (wobei N z.B. 13 ist) erzeugt. Die Größe hiervon wird bei der negativen Spitze heim maximalen Pegel des ursprünglichen Tonsignals S der minimale Wert,

wird jedoch bei der positiven Spitze maximal.

Fig. 1 zeigt teilweise in Blockform ein Schaltbild eines Beispiels des Leistungsverstärker^. In Fig. 1 bezeichnet 1 einen Eingang, dem das vorherige PCM-Inpulssignal zugeführt wird. Der Fingarg 1 ist mit einem Schieberegister 2 verbunden, das die dem Anschluß 1 zugeführte Impulsfolge in ein Parallelimpulssignal umwandelt. Ausgänge des Schieberegisters 2, an denen die parallelen Impulse abgegeben werden, sind mit einem digitalen Suhtrahierkreis 3 verbunden, der Impulse durch ein Ausgangssignal von dem PCM-Eingarqsimpuls subtrahiert und eine negative Pückkoppluno durchführt, wie später beschrieben wird. Die Ausgänge des Rubtrahierkreises 3, die einem MSB-Bit <-\j LSB-Bit des PCM-Impulses entsprechen, sind mit den Basen von Schalttransistoren 4A bis 4N und den Basen von Transistoren 6A bis 6N über Inverter 5A bis 5N verbunden. Die Kollektoren der Transistoren 4A bis 4A und 6A bis 6N sind über Widerstände 7A bis 7N und 8A bis 8N mit einem Anschluß 9 für eine positive Vorspannung von +V verbunden und deren Emitter sind zusammen mit einem Anschluß 10 für eine negative Vorspannung von -V verbunden.

In Fig. 1 bezeichnet 11A bis 11N ungeerdete Konstantspannungskreise, die entsprechend den MSB-Bit bis LSB-Bit des PCM-Impulses vorgesehen sind. Die Konstantspannunqskreise 11A bis 11N erzeugen die folgenden Ausgangsgleichspannungen, die entsprechend der Stelle des MSB-Bit bis LSB-Bit des PCM-Impulses gewichtet sind.

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Ausgangsspannung des Kreises 11£ = 2⁽ " ' E Ausgangsspannung des Kreises 11B = 2⁽'~ ' E Ausgangsspannung des Kreises 11N = 2 E

wobei E eine durch Quantisierung erhaltene Einheitsspannuna darstellt. Die positiven Ausgänge der Kons tan tspanr.ungskreise 11A bis 11N sind mit den Drainelektroden vor Rchalt-FETs wie MOS-FETs 12A bis 12N verbunden, und die negativen Ausgänge der Konstantspannungskreise 11A bis 11N sind mit den Drainelektroden von Schalt-FETs wie MOS-FETs 13A bis 13N verbunden. Die Sourceelektroden 12A und 13A, ..., 12N und 13N sind miteinander verbunden. Die Gateelektroden der FETs 12A und 13A, ..., 12N und 13N sind über Widerstände 14A und 15A, ..., 14N und 15N zusammen mit dem Anschluß und auch über Dioden 16A und 17A, ... 16N und 17N mit den Kollektoren der Transistoren 4A und 6A, ..., 4N und 6N verbunden. Dioden 18A bis 18N und 19A bis 19N zur Vorspannung sind nur zwischen die Gate- und Sourceelektroden der FETs 12A bis 12N und 13A bis 13N geschaltet.

Außerdem sind z.B. die Sourceelektroden der FETs 12A und 13A zusammen mit dem positiven Ausgann des Konstantspannungskreises 11B verbunden, wobei die Sourceelektroden der FETs, die einem bestimmten Bit entsprechen, mit dem positiven Ausgang eines Konstantspannungskreises verbunden sind,der einem um 1 niedrigeren Bit als dem vorherigen entspricht. Die Sourceelektroden der FETs 12N und 13N sind zusammen geerdet. Der positive Ausgang des Konstantspannungskreises 11A ist über ein Filter 21, das Trägerkomponenten beseitigt, mit einem Ausgang 22 verbunden. Ein Teil des Ausgangssignals, das an dem Anschluß 22 erhalten wird, wird einem Analog-Digital-Umsetzer 2 3 zugeführt und in einen Impuls ähnlich dem PCM-Eingangsimpuls umgewandelt. Dieser umgewandelte Impuls wird dann zu dem Subtrahierkreis 3 als Negativrückkopplungssignal rückgekoppelt.

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Die Vorspannung -V am Anschluß 9 hat eine Größe entspre-

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chend der Ausgangsspannung 2 E des Konstantspannungskreises 11A, während die Vorspannung -V am Anschluß 10 eine Größe entsprechend der Pinch-off-Spannung der FETs 12A bis 12N und 13A bis 13N hat.

Wenn bei diesem Aufbau des Leistungsverstärkers das Signal z.B. des LSB-Bits in den Ausgangssignalen des Subtrahierkreises 3 O ist, wird der Transistor 4N gesperrt, der Transistor 6N jedoch von dem LSB-Signal 0 geöffnet. Da der Transistor 6N offen ist, wird die Diode 17N über den Widerstand 15N von der positiven Vorspannung +V in Durchlaßrichtung vorgespannt und geöffnet. Somit wird die Gateelektrode des FETs 13N über die Diode 17N und den Transistor 6N auf die Spannung -V geklemmt, die dem Anschluß 10 zugeführt wird, so daß der FET 13N gesperrt wird. Da der Transistor 4N gesperrt ist, ist auch die Diode 16N gesperrt. Daher wird die Gateelektrode des FETs 12N auf eine Spannung geklemmt, die die durch den Widerstand 14N und die Diode 18N geteilte Spannung +V an dem Anschluß 9 ist.

Wenn das Ausgangssignal des Subtrahierkreises 3 entsprechend dem LSB-Bit 1 ist, wird der Transistor 4N geöffnet, der Transistor 6N jedoch gesperrt. Daher wird der FET 12N gesperrt, der FET 13N jedoch geöffnet.

Die Schaltung der Spannungsquelle 11N und der FETs 12N, 13N kann daher durch die Spannungsquelle 11N und die Schalter 12N, 13N in Fig. 2 ersetzt werden. Die Schalter (FETs) 12M, 13M, die einem um 1 höherem Bit als dem LSB-Bit entsprechen, bilden eine Reihenschaltung der Spannunasquelle 11N und des Schalters 13N in dem um 1 niedrigeren LSB-Bit bzw. sind über den Schalter 12N vorgespannt und werden entsprechend dem Bit geöffnet und gesperrt. Das gleiche gilt für die anderen Bits. Fig. 2 kann somit als Ersatzschaltbild der Fig. 1 angesehen werden. In Fig. 2

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jedoch werden die Schalter 12A bis 12N geöffnet, wenn ihre entsprechenden Bits 0 sind, jedoch gesperrt, wenn ihre entsprechenden Bits 1 sind, und die Schalter 13A bis 13N werden gesperrt und geöffnet, wenn die Bits 0 und 1 sind.

Wenn daher der PCM-Impuls dem Eingang 1 zugeführt wird, werden die Schalter 12A bis 12N und 13A bis 13N bei jeder einzelnen Periode der PCM-Eingangsimpulsfolge entsprechend dem Code des Impulses geöffnet und gesperrt. Daher werden die Spannungsquellen 11A bis 11N wahlweise entsprechend dem Impulscode in Peihe geschaltet, so daß das Filter den aus dem PCM-Impuls umgewandelten PAF-Impuls= erhalt. Somit kann das ursprüngliche Audiosignal S₌ am Ausgangsanschluß 22 erhalten werden. Dabei wird ein Teil des Audiosignals S am Anschluß 22 von dem Analog-Digital-

el

Umsetzer 23 in den PCM-Impuls umgewandelt und dann dem Subtrahierkreis 3 zugeführt, in dem dieser PCM-Impuls von dem PCM-Eingangsimpuls subtrahiert wird, um dadurch die negative Rückkopplung durchzuführen.

Wenn das demodulierte Ausgangssignal am Ausgangsarschluß 22 erhalten wird, s nd die gewichteten Spannungsquellen 11A bis 11N selektiv entsprechend den PCM-Eingangsimpulsen in Reihe geschaltet. Damit kann das demodulierte Ausaangssignal in Form von Leistung abgegeben werden, d.h., daß durch die Schaltung der Fig. 1 eine LeistungsverstSrkung erreicht wird.

Wie zuvor beschrieben wurde, kann durch den Leistunasverstärker der PCM-Impuls demoduliert und gleichzeitia das demodulierte Ausgangssignal leistungsverstärkt werden. Da die FETs 12A bis 12N und 13A bis 13N den Schaltvorgang durchführen, verbraucht der Leistunosverstärker theoretisch im wesentlichen keine Leistung hat daher einen hohen Wirkungsgrad und kann ein großes Ausgangssignal erzeugen.

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Die PCM-PAM-Umsetzung und die Leistungsverstarkunq werden von gemeinsamen Elementen durchgeführt, so daß der Schaltungsaufbau im Vergleich zum Stand der Technik einfach wird, bei dem die PCM-PAM-Umsetzung und danach die Leistungsverstärkung durchgeführt werden.

Selbst wenn die FETs 12A bis 12N und 13A bis 13N im offenen Zustand Widerstände haben, können sie aufgrund der negativen Rückkopplung vernachlässigt werden.

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Leerseite

Claims

Ansprüche

'1• Leistungsverstärker mit einem Eingang, dem ein PCM-E inaancrssignal zugeführt wird, und einem Ausgang, der ein analoges Ausgangssignal in Abhängigkeit von dem PCM-Eincrangssignal abgibt, gekennzeichnet durch Spannungsquellen, von denen jede einen Spannungswert hat, der entsprechend der Stelle der Bits des PCM-Eingangssignals besessen ist, und Schaltkreise, die von dem PCM-Eingangssignal derart gesteuert werden, daß die Spannungsquellen wahlweise zwischen den Ausgang und einen Bezugspunkt in Abhängigkeit von dem PCM-Eingangssignal geschaltet werden.
2. Leistungsverstärker nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Filter zwischen den Spannungsquellen und dem Ausgang zur Unterdrückung eines Abtastträgers des PCM-Signals.
3. Leistungsverstärker nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Umsetzer zur Umwandlung des PCM-Serienirpulssignals des Eingangs in ein PCM-Paralleliirpulssignal zur Steuerung der Schaltkreise.
4. Leistungsverstärker nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Analog-Digital-Umsetzer, der mit dem Ausgang zur Umwandlung des analogen Ausgangssignals in ein digitales Signal verbunden ist, und einen digitalen Subtrahierkreis zwischen dem Eingang und dem Wandler zur Subtraktion des digitalen Signals von dem PCM-Eingangssignal.
5. Leistungsverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsquellen über die Schaltkreise in Reihe geschaltet sind.
6. Leistungsverstärker nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Schaltkreis zwei Schaltelemente aufweist, von denen das eine mit einer der Spannungsquellen in Reihe und das andere zu dieser Reihenschaltung parallel geschaltet ist.

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7. Leistungsverstärker nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Schaltelement aus einem MOS-FET besteht.

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