DE2802259C3

DE2802259C3 - Anordnung zur Korrektur des Wechselspannungs-Ausgangssignals einer elektronischen Einrichtung

Info

Publication number: DE2802259C3
Application number: DE19782802259
Authority: DE
Inventors: Wai Lit Hongkong Yen
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1978-01-19
Filing date: 1978-01-19
Publication date: 1980-10-23
Also published as: DE2802259B2; DE2802259A1

Description

Die Erfindung be/ieht sich auf eine Korrektur,inoriliiiiiig der im Oberbegriff ties Patentanspruchs I beschriebenen, aus »Wireless World«, Februar l^l)7i. VnI. 79, 11.1448, S. 54-57, insbesondere l-'ig. 1, 2 auf Seile 54, bekannten Art.

D.is Wechselspanruings-Ausgangssignal einer auf ein W cc hsu Is pa η mi ngs-Eingangssignal ansprci h em Ie n

elektronischen Einrichtung wird durch die Last nachteilig beeinflußt, auf die das Signal arbeitet, sowie ferner durch die Auslegungsbeschränkungen der elektronischen Einrichtung und äußere Einwirkungen, beispiels-■> weise Störungen oder parasitäre Kapazitäten, die die das Ausgangssignal führende Einrichtung aufnimmt oder dieser eingeprägt sind. Jeder dieser Faktoren verschlechtert die Amplituden- und Phasengenauigkeit des Ausgangssignals gegenüber dem Eingangssignal.

ίο Die Genauigkeit, mit der das Ausgangssignal dem Eingangssignal entspricht, ist jedoch für die Benutzung der elektronischen Einrichtung häufig wichtig. Aus diesem Grunde ist die Verzerrung des Ausgangssignals gegenüber dem Eingangssignal eine bekannte Art der Eichung bzw. Bewertung der Qualität von Verstärkern.

Ein bekannter Anwendungszweck von Verstärkern, bei denen die Genauigkeit des Ausgangssignals gegenüber dem Eingangssignal wesentlich ist, sind Hi-Fi-Tonwiedergabegeräte. Bei diesen Komponenten werden aufgezeichnete oder über Rundfunk empfangene Musik- und Stimmsignale verstärkt und einem oder mehreren Lautsprechern zugeführt. Der Verstärker muß das Eingangssignal genau verstärken, so daß der Lautsprecher den aufgezeichneten Klang genau wieder-

.'"· geben Kann.

Auslegungseinschränkungen hinsichtlich Kosten und technischer Gründe, beispielsweise hinsichtlich der Verstärkung, erfordern jedoch häufig einen Kompromiß zwischen den Koslen des Verstärkers oder seiner

M) Verstärkung und der Genauigkeit der Signalwiedergabe. Ebenso machen es Kosten- und Raumgründe oft schwierig, die Ausgangsseite des Verstärkers gegen Störungen und parasitäre Kapazitäten abzuschirmen, die das Ausgangssignal beeinträchtigen. Diese Faktoren

(■') treten jedoch hauptsächlich innerhalb des Verstärkerbausteins auf und können so innerhalb der Auslegungsoder Bemessungsgrenzen vom Hersteller gesteuert werden.

Viele Hi-Fi-Verstärkerbausteine werden getrennt

•in von den vom Verstarker zu treibenden Lautsprechern verkauft. Da nicht sämtliche Lautsprecher gleich sind, können die genauen Werte der an den Baustein anzuschließenden Last nicht im Voraus bestimmt werden. Zusätzlich ist die Lastcharakteristik der

•γι Lautsprecher nicht gleichmäßig, was bei der Auslegung von Hi-Fi-Verstärkern oft vorausgesetzl wird. Viele Lautsprecher haben /.. B. eine Resonanzfrequenz innerhalb der hörbaren Frequenz, wodurch die elektrische Charakteristik der durch den Lautsprecher gebildeten

in Last merklich beeinflußt wird. Zusätzlich haben viele Lautsprecher fre(|iien/abhängige Überschneidungsschaltungen zwischen einer Keine einzelner Lautsprecher innerhalb der Lautsprecherbox, wodurch sich dielektrischen Werte des Lautsprechers weiter in

Vi Abhängigkeit von der Frequenz des Ausgungssignals ändern können.

Bei der eingangs genannten bekannten Anordnung ist angestrebt, das Aiisgangssigiiul der elektronischen Einrichtung, beispielsweise eines Verstärkers, möglichst

ι,ιι genau dem V₁IiIaI)IeM Eingangssignal anzupassen. Dabei ist das Ausgangsign.il der elektronischen Einrichtung über einen /weiten Differenzverstärker auf den /weilen Eingang des ersten Differenzverstärkers rückgekoppelt. Der Ausgang des Verstärkers ist mit dein /weilen Mingang des /weilen Diifc-ren/verst.irkers ν erblinden. Dieser Aulbaii ist insofern n.iihleilig, .ils die λη/.ihl der aktiven Elemente (i Veisiaikei) veili.ilimsiii.illig grolS ist. Diese bedingen nullt nur einen hüllen sch.iltiuigs

iechnischen Aufwand und eine verhältnismäßig schwierige Einstellung, sondern haben auch entsprechend zahlreiche Fehlermöglichkeiten und Ungenauigkeiten zur Folge.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Korrektur des Wechselspannungs-Ausgangssignals einer elektronischen Einrichtung zu schaffen, die möglichst wenige aktive Elemente enthält.

Diese Aufgabe wird bei der gattungsgemäßen Anordnung erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 beschriebenen Maßnahmen gelöst.

Bei der erfindungsgemäßen Anordnung sind nur ein Differenzverstärker und ein Verstärker notwendig. Sie läßt daher bei billigem Aufbau und hoher Genauigkeit eine einfache und genaue Anpassung an die zu korrigierende elektronische Einrichtung zu.

Bevorzugte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Anordnung sind Gegenstand der Patentansprüche 2 bis 8.

Solange bei der erfindungsgemäßen Anordnung das Eingangssignal und das Ausgangssignal der elektronischen Einrichtung übereinstimmen, wird vom Verstärker kein Wechselspannungssignai erzeugt.

Das Ausgangssignal der elektronischen Einrichtung wird nicht auf diesen Verstärker rückgekoppelt, so daß er der elektronischen Einrichtung ein Signal zur Erzeugung des Ausgangssignals liefert. Tritt jedoch zwischen Eingangs- und Ausgangssignal eine größere Abweichung oder Verzerrung auf, so erzeugen der Differenzverstärker und der Verstärker der Korrekturanordnung Signale. Weil das Ausgangssignal des Differenzverstärkers von der Differenz zwischen dem Eingangs- und dem Ausgangssignal abhängt, ändert sich das Signal des Differenzverstärkers umgekehrt zur Verzerrung des Ausgangssignals. Überlagert man die Ausgangssignale der beiden Verstärker, so liefern sie ein Signal zur elektronischen Einrichtung, das die Verzerrung des Ausgar.gssignals kompensiert.

Ist beispielsweise das Ausgangssignal /u klein, so wird das Ausgangssignal des Differenzverstärkers der Korrektiiranordnung, auf den das Ausgangssignal rückgekoppelt ist, vermindert, wodurch die kombinierten Eingangssignale der elektronischen Einrichtung und damit das Ausgangssignal erhöht werden. Daher werden ein zu hohes Ausgangssignal und ein gegenüber dem Eingangssignal phasenverschobenes Ausgangssignal durch dje Korrekturanordnung entsprechend korrigiert. Die Korrekturanordnung arbeitet somit unabhängig von der Ursache der IJngcnauigkeit des Ausgangssignals und kann innerhalb der elektronischen Einrichtung verursachte Ungenauigkeiten korrigieren, wie beispielsweise durch Störungen oder parasitäre Faktoren am Ausgang der elektronischen Einrichtung, oder durch Änderungen der Belastung der elektronischen Einrichtung verursacht werdrn.

Anhand des in der Zeichnung dargestellten bevorzugten Aiisführungsbeispiels wird clic Erfindung naher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 das schematischc Schaltbild einer crfindungsgeniäßcn Korrekturschaltung >.>..!

[·' i g. 2 ein genaueres Schaltbild tier bevorzugten Korrekturschaltung.

l· i g. 1 zeigt eine Korrekturschaltung mil einem Differenzverstärker 10 und einem 12. Die elektronische Imrichtung 14, an deren Ausg.mg 16 das von der Korrekturschaltung zu korrigierende Ausgangssigiial .ihüciiriffen wird, ist als zweiler Verstärker gezeigt.

Diese elektronische Einrichtung 14 kann beispielsweise ein bekannter Verstarker sein, wie er in handelsüblichen Hi-Fi-Tonwiedergabebausteinen verwendet wird. Die an den Ausgang 16 angeschlossene Last kann aus einem ■5 Lautsprecher bestehen. Bei anderen Ausführungsformen jedoch kann die elektronische Einrichtung 14 aus einem anderen elektronischen Gerät bestehen, das ein einem Wechselspannungs-Eingangssignal entsprechendes Wechselspannungs-Ausgangssignal erzeugt.

κι Vom Ausgang 16 ist das Ausgangssignal über einen variablen ersten Widerstand 18 auf einen Eingang des Differenzverstärkers 10 der Korre .aurschaltung rückgekoppelt. Der Differenzverstärker 10 liefert somit am Anschluß 20 ein Ausgangssignal, das von der Differenz

is des am Eingang 22 zugeführten Eingangssignals und des rückgekoppelten Ausgangssignals abhängig ist.

Das über den Eingang 22 eingespeiste Eingangssignal wird ebenso dem Verstärker 12 der Korrekturschaltung zugeführt, und zwar über einen variablen zweiten

_>o Widerstand 24. Das Ausgangssignal des Verstärkers 12 wird über eine Leitung 26 der elektronischen Einrichtung 14 zugeführt. Wie anhand des bevorzugten Verfahrens zum Betreiben der Schaltung erläutert wird, wird das Ausgangssignal des Differenzverstärkers 10

r> mit dem Ausgangssignal des Verstärkers 12 über eine Leitung 28 kombiniert. Dieses kombinierte Signal wird als Teil des Eingangssignals der elektronischen Einrichtung 14 zugeführt. Die Leitung 28 ist gestrichelt dargestellt, um anzuzeigen, daß sie während der ersten

in Schritte des Verfahrens, während deren die Korrekturschaltung mit einer bestimmten elektronischen Einrichtung 14 eingestellt wird, offen ist und dann zum Betreiben der Korrekturschaltung geschlossen und mit der Leitung 26 verbunden wird.

r> Fig. 2 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der Schaltung der Fig. 1, wobei die Verstärker ΊΟ bzw. 12 der Korrekturschaltung genauer gezeigt sind. Gemäß Fig. 2 enthalten die beiden Verstärker 10 und 12 je einen Transistor 30 bzw. 32 (2SC945 der N.E.C.). Die

4» Gasen der Transistoren 30 und Ϊ2 sind an den Eingang 22 angeschlossen; ihre Kollektoren sind im Betrieb über die Leitungen 26 und 28 miteinander verbunden; sie liefern so das kombinierte Eingangssignal für die elektronische Einrichtung 14.

r> Der zweite Widerstand 24 kann einen Widerstandsbereich von etwa dem Zehnfachen der Ausgangsimpedanz der elektronischen Einrichtung 14 oder, für viele kommerziell erhältliche Verstärkerbausteine, die die elektronische Einrichtung 14 darstellen, einen Wider-

-,Ii stand von etwa 100 bis 300 0hm haben. Der zweite Widerstand 24 sollte verhältnismäßig hohe Widerstandswerte haben, beispielsweise im Bereich von etwa 500 kOhm. Die Werte der anderen Widerstände, Kondensatoren und Vorspannpotentiale der F i g. 2

v, können in bekannter Weise gewählt werden.

Um sicherzustellen, daß die Korrekturschaltung keine zusätzlichen Ungenauigkeiten im Ausgangssignal am Ausgang 16 bewirkt, wird sie vorzugsweise voreingestellt, so daß sie das Ausgangssignal nicht beeinflußt,

;,i. wenn es am genauesten dem Eingangssignal am Eingang 22 entspricht. Es werden daher zunächst die Bedingungen beispielsweise der Frequenz, des Eingangssignals, die Verstärkung der elektronischen Eir'ichtung 14 und die Ausgangslast bestimmt, hei

ι denen das Ausgangssignal am Ausgang Ib Jem Eingangssignal am genauesten entspricht. Dieser Zustand wird oft bei einer bestimmten Frequenz des EingangssigiKiis und bei voller Verstärkung des

Verstärkers erreicht. Der genaueste Zustand kann jedoch mit einer Vielzahl bekannter Instrumente und Verfahren festgelegt werden, beispielsweise mit einem Oszillographen.

Das Signal, bei dem die Verzerrung des Ausgangssignals am Ausgang 16 am geringsten ist, wird dann am Eingang 22 eingespeist und der zweite Widerstand 24 wird so eingestellt, daß das Ausgangssignal des Verstärkers 12, das über die Leitung 26 der elektronischen Einrichtung 14 als Eingangssignal zugeführt wird, eine geeignet hohe Amplitude hat, um am Ausgang 16 ein minimal verzerrtes Ausgangssignal zu erhalten. Während dieses Vorganges ist die Leitung 28 offen, so daß nur das Signal auf der Leitung 26 vom Verstärker 12 der elektronischen Einrichtung 14 zugeführt wird.

Darauf wird das zum Differenzverstärker 10 rückgekoppelte Signal mit Hilfe des ersten Widerstandes 18 eingestellt, bis das Wechselspannungssignal am offenen Ausgang 20 des Differenzverstärkers 10 gleich 0 ist. Die Korrekturschaltung wird dann so eingestellt, daß sie das Ausgangssignal nicht beeinflußt, wenn das Ausgangssignal am Ausgang 16 gegenüber dem Eingangssignal am Eingang 22 minimal verzerrt ist. Somit kann die Korrekturschaltung das Ausgangssignal nicht zusätzlich verzerren.

Die Leitung 28 wird dann mit der Leitung 26 verbunden, so daß das Signal vom Verstärker 10 auf die Leitung 26 gelangt und der elektronischen Einrichtung 14 zugeführt wird. Das Eingangssignal am Eingang 22 braucht nun nicht weiter auf dem Signal gehalten zu werden, bei dem das Ausgangssignal minimal verzerrt ist. Somit wird die Korrekturschaltung so eingestellt, daß die minimale Verzerrung des Ausgangssignals unverändert bleibt. Wie sich aus dem folgenden ergibt, ist die Korrekturschaltung dabei so aufgebaut, daß größere Verzerrungen des Ausgangssignals korrigiert werden.

Solange das Eingangssignal am Eingang 22 auf der Frequenz und Amplitude liegt, bei der die Verzerrung des Ausgangssignals am Ausgang 16 minimal ist, bleibt das Ausgangssignal des Differenzverstärkers 10 auf 0. Das vom zweiten Widerstand 24 und vom Verstärker 12 beeinflußte Eingangssignal wird jedoch über die Leitung 26 der elektronischen Einrichtung 14 zugeführt, so daß am Ausgang 16 ein Wechselspannungs-Ausgangssignal entsteht, das dem Eingangssignal sehr genau entspricht. Ändert sich jedoch das Eingangssignal am Eingang 22, so erzeugen die Verstärker 10 und 12 Signale, die kombiniert und als Eingangssignale der elektronischen Einrichtung 14 zugeführt werden, so daß am Ausgang 16

Die elektronische Einrichtung 14 wurde als Hi-Fi-Tonsignalverstärker beschrieben. Derartige Verstärker sind linear. Ebenso sind die Verstärker 10 und 12 der F i g. 2 linear. Eine Erhöhung der Amplitude des Eingangssignals am Eingang 22 führt daher zu einem Signal auf der Leitung 26, das um den Verstärkungsfaktor des Verstärkers 12 erhöht ist, und am Ausgang 16 zu einem Ausgangssignal, das um die Verstärkung der elektronischen Einrichtung 14 erhöht ist. Die absolute Verstärkung mehr als eines dieser Verstärker sei größer als 1. Dann wird die Amplitude des Ausgangssignals am

^r) Ausgang 16 gegenüber der des Eingangssignals erhöht. Ist die Erhöhung der Amplitude des Ausgangssignals um die Verstärkung des Verstärkers 12 und der elektronischen Einrichtung 14 proportional zu der des Eingangssignals, so bleibt das Ausgangssignal des Verstärkers 10

ίο auf 0. Ist jedoch das Ausgangssignal am Ausgang 16 gegenüber dem Eingangssignal beispielsweise durch die Verzerrung in der elektronischen Einrichtung 14, eine Änderung der nichlgezeigten Ausgangsbelaslung oder eine Änderung der am Ausgang der elektronischen Einrichtung 14 aufgefangenen Störungen zu hoch, so gleicht das über den ersten Widerstand 18 auf den Differenzverstärker 10 rückgekoppelte Signal das Eingangssignal zum Differenzverstärker 10 nicht mehr aus, so daß das Wechselspannungs-Ausgangssignal des Differenzverstärkers 10 abnimmt. Das verringerte Ausgangssignal des Differenzverstärkers 10 wird mit dem Ausgangssignal des Verstärkers 12 auf der Leitung 26 so kombiniert, daß das Eingangssignal der elektronischen Einrichtung 14 und damil das Ausgangssignal am Ausgang 16 proportional zur Verzerrung abnimmt. Vermindert umgekehrt die Verzerrung des Wechsclspannungs-Ausgangssignals das Ausgangssignal gegenüber dem Eingangssignal, so vermindert sich das über den Widersland 18 zum Differenzverstärker 10 rückgekoppelte Ausgangssignal und das Ausgangssignal des Differenzverstärkers 10 wird erhöht, wodurch das Eingangssignal der elektronischen Einrichtung 14 und damit das Ausgangssignal am Ausgang 16 ebenfalls erhöht wird.

Die Korrekturschaltung korrigiert also die Amplitude des Ausgangssignals gegenüber der des Eingangssignals auf einen Pegel, der den der geringsten Amplitudenverzerrung des Ausgangssignals erreicht, für das die Korrekturschaltung eingestellt wurde. Ähnliche Operationen erfolgen für Phasenabweichungen des Ausgangssignals. Eilt das Ausgangssignal dem Eingangssignal nach, so erzeugt das Eingangssignal ein Signal vom Differenzverstärker 10 vor dem Rückkopplungssignal, so daß die Phase des Signals auf der Leitung 26 zur elektronischen Einrichtung 14 und damit die Phase des Ausgangssignals am Ausgang 16 vorgeschoben wird. Eilt das Ausgangssignal dagegen dem Eingangssignal voraus, so verzögert das Ausgangssignal des Differenzverstärkers 10 das Eingangssignal, so daß das Ausgangssignal entsprechend eingestellt wird.

Aus der beschriebenen Arbeitsweise der Korrekturschaltung ergibt sich, daß diese ImpuIssignal-(Rechteckwellen-)Geräten oder nichtlinearen Verstärkern angepaßt werden kann, und daß die Wechselspannungssigna-Ie Signale mit variabler Amplitude sind, jedoch nicht notwendigerweise Signale, bei denen die absolute Polarität umgekehrt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Korrektur des Wechselspan-' nungs-Ausgangssignals einer elektronischen Einrichtung, beispielsweise eines Verstärkers, mit einem •an den Eingang der elektronischen Einrichtung angeschlossenen Differenzverstärker und einem Verstärker, denen das Eingangssignal zugeführt ist, wobei das Ausgangssignal der elektronischen Einrichtung auf den zweiten Eingang des Differenzverstärkers rückgekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgänge des Differenzverstärkers (10) und des Verstärkers (12) an den Eingang der elektronischen Einrichtung (14) angeschlossen sind und der Ausgang der elektronischen Einrichtung über einen ersten Widerstand (18) an den zweiten Eingang des Differenzversiärkers angeschlossen ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker(12) über einen zweiten Widerstand (24) mit dem Eingang der Anordnung verbunden ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstände (18, 24) aus Potentiometern bestehen.

4. Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß den Eingängen des Differenzverstärkers (10) und des Verstärkers (12) ein Kondensator vorgeschaltet ist.

5. Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an den Ausgang der elektronischen Einrichtung (14) ein Kondensator angeschlossen ist.

6. Anordnung nach Anspruch 1 und J, dadurch gekennzeichnet, daß der Differenzverstärker (10) und der Verstärker (12) Linearverstärker sind, daß die Funktion, nach der der Widerstand (18) das Ausgangssignal des Differenzverstärker ändert, linear ist, und daß die elektronische Einrichtung (14) aus einem dritten Linearverstärker besteht, so daß eine Änderung des Ausgangssignals, die der Änderung des Eingangssignals nicht entspricht, eine umgekehrt proportionale Änderung des Eingangssignals der elektronischen Einrichtung (14) bewirkt, so daß das Ausgangssignal der elektronischen Einrichtung entsprechend korrigiert wird.

7. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Differenzverstärker (10) und der Verstärker (12) aus Transistorverstärkern bestehen, und daß die Basis des Transistors (30) des Differenzverstärkers (10) an den Eingang (22) der Anordnung angeschlossen ist.

8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollektoren oder Emitter der Transistoren (30, 32) des Differenzverstärkers (10) und des Verstärkers (12) über eine aufirennbare Leitung (28) miteinander verbunden sind.