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Die Erfindung betrifft einen Niederfrequenz-Rerstärker (im
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folgenden kurz NF-Verstärker genannt) für Rurldfunkempfänger, insbesondere
Autoradios, mit einem BetriebssTlannungseingang, an dem eine Betriebsspannung anliegt.
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I Bekannter NF-Verstärker der eingangs genannten Art für Autoradios
werden an einer festen Batterie-Gleichspannung von 14,4 V betrieben. Mit einer solchen
Betriebsspannung können diese bekannten NF-Verstärker eine niax Nutz- oder Ausgangsleistung
von ca. 6 W erzeugen.
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Für größere Verstärkerleistungen bei gleicher Batteriespannung sind
sog. Brückenverstärker bekannt. Mit einem Brückenverstärker läßt sich eine max.
Ausgangsleistung von ca. 20 W erzielen.
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Allerdings muß dabei in Kauf genommen werden. daß die Verlustleistung-eines
solchen Brückenverstärkers bei jeder Ausgangsleistung, also auch in dem Bereich
der Ausgangsleistung bis zu 6 W, der von den eingangs genannten NF-Verstärkern abgedeckt
wird, größer ist als bei den letzteren. Sie beträgt etwa das Vierfache der Verlustleistung
der eingangs beschriebenen NF-Verstärker. Bei niedriger Ausgangsleistung haben diese
Brückenverstärker im Vergleich zu diesen bekannten NF-Verstärkern einen deutlich
schlechteren Wirkungsgrad.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen NF-Verstärker
der eingangs genannten Art zu schaffen, der gegenüber den eingangs beschriebenen
NF-Verstärkern der gleichen Art eine wesentlich größere max. Ausgangsleistung hat,
ohne daß die Verlustleistung im Bereich kleinerer Ausgangsleistung dabei ansteigt.
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Diese Aufgabe ist bei einem NF-Verstärker der eingangs genannten Art
gemäB der Erfindung durch die Merkmale im Kennzeichnungsteil des Anspruchs 1 gelöst.
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Der erfindungsgemäße NF-Verstärker weist also die Vorteile beider,
eingangs beschriebener Verstärkerarten auf, ohne gleichzeitig deren Nachteile zu
besitzen. Im Bereich kleiner Ausgangsleistungen verhält sich der erfindungsgemäße
NF-Verstärker wie de zuerst beschriebene sog. "normale" NF-Verstärker. Er hat dessen
relativ kleine Verlustleistung. Die Schwelle der Ausgangsleistung, bei welcher die
Betriebsspannung automatisch erhöht wird, ist bei dem erfindungsgemäßen NF-Verstärker
so eingestellt, daß dieser gerade noch nicht anstößt. Sobald diese Schwelle erreicht
wird, wird schlagartig die Betriebsspannung erhöht. Dadurch wird auch gleichzeitig
die max. Ausgangsleistung des Verstärkers angehoben, wobei natürlich in diesem Bereich
der größeren Ausgangsleistung auch die Verlustleistung des Verstärkers anwächst.
Diese Verlustleistung tritt aber nur solange auf, wie der NF-Verstärker bis in diesen
oberen Bereich der Ausgangsleistung ausgesteuert wird. Die Verlustleistung wird
wieder wesentlich kleiner, wenn die einstellbare Schwelle unterschritten wird. In
dem Bereich der Ausgangsleistung des erfindungsgemäßen NF-Verstärkers, der auch
ublicherweise von den eingangs beschriebenen bekannten "normalen" NF-Verstärkern
abgedeckt wird, etwa bis 6 W Ausgangsleistung, arbeitet der erfindungsgemäße NF-Verstärker
mit der diesen bekannten NF-Verstärkern eigenen niedrigen Verlustleistung.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ergibt sich aus Anspruch
2. Durch diese Maßnahme wird in einfacher Weise ein automatischebAnheben der Betriebsspannung
uninittelbar, kurz bevor der NF-Verstärker anstößt, sichergestellt. Vorzugsweise
wird dabei der NF-Verstärker unsymmetrisch gegen den Pluspol der Batterie so eingestellt,
daß er etwa bei 2 W-Ausgangsleistung anstößt. Sobald die Ausgangsleistung wieder
unter die Schwelle absinkt, wird die Betriebsspannung wiederum automatisch auf den
normalen Spannungswert abgesenkt.
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Eine weitere besonders vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen
NF-Verstärkers ergibt sich aus Anspruch 3. Diese Ausführungsform stellt eine schaltungstechnisch
besonders zweckmäßige Realisierung der Erfindung dar. Die Si annungserhöhung erfolgt
nach dem sog. "Bootstrap"-Prinzip. Durch Hintereinanderschalten zweier auf den normalen
Spannungswert der Betriebsspannung aufgeladener Xondensatoren wird die Betriebsspannung
I für den NF-Verstärker kurzzeitig verdoppelt.
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Weitere Ausführungsformen der Erfindung mit erfindungswesentlichen
Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche 4 und 5,
auf die hier ausdrücklich Bezug genommen wird.
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Der vollständige Wortlaut der Ansprüche ist vorstehend allein zur
Vermeidung unnötiger Wiederholungen nicht wiedergegeben, sondern statt dessen lediglich
durch Nennung der Anspruchsnummern darauf Bezug genommen. Alle diese Anspruchsmerkmale
haben jedoch dadurch als an dieser Stelle ausdrücklich und erfindungswesentlich
offenbart zu gelten.
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Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles
im folgenden näher beschrieben.
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Es zeigen: Fig. 1 ein Schaltbild einer Endstufe eines NF-Verstärkers,
Fig. 2 eine schematische Darstellung des Spannungsverlaufs an verschiedenen Stellen
der Endstufe bei einem sinusförmigen Ausgangssignal, Fig. 3 eine schematische Darstellung
des Zusammenhangs Verlustleistung-Ausgangsleistung bei dem NF-Ver- | stärker gem.
Fig. 1.
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Von dem NF-Verstärker ist in Fig. 1 nur der Schaltplan der für das
Verständnis der Erfindung wesentlichen Endstufe dargestellt.
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Diese Endstufe weist zwei Komplementärtransistoren 10 und 11 auf,
die in Reihe geschaltet sind und im Gegentakt arbeiten.
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Die Reihenschaltung der beiden Transistoren 10 und 11 ist an dem Betriebsspannungseingang
12 angeschlossen, zwischen dessen positiver Anschlußklemme 13 und negativer Anschlußklemme
14 die Batteriespannung UB angelegt ist.
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Zwischen dem Betriebsspannungs-Eingang 12 und der aus den Transistoren
10 und 11 bestehenden Gegentaktstufe ist eine Steuerschaltung 15 angeordnet. Mittels
der Steuerschaltung 15 läßt sich die Betriebs spannung des NF-Verstärkers auf einen
höheren, vorzugsweise doppelt so hohen, Spannungswert anheben und wieder auf den
Spannungswert der Batteriespannung UB zurücksetzen. Der Spannungswert liegt jeweils
als Betriebsspannung U3 an den
Ausgangsklemmen 16, 17 der Steuerschaltung
15. Die Spannungsumschaltung erfolgt jeweils dann, wenn die Ausgangsleistung des
NF-Verstärkers eine einstellbare Schwelle U5 (vgl. Fig 2.) über oder unterschreitet.
Dies wird nachfolgend noch näher ausgeführt. Die Betriebsspannung U3 an den Ausgangsklemmen
16, 17 der Steuerschaltung 15 ist die Versorgungsspannung des gesamten NF-Verstärkers
und liegt unmittelbar an der Gegentaktstufe aus den beiden Transistoren 10 und 11.
Die Steuerschaltung 15 weist eine Spannungserhöhungsschaltung 18, eine die Spannungserhöhungsschaltung
18 zu- bzw. abschaltende Umschalte!nrichtung 19 und einen die Umschalteinrichtung
19 beim Uber- bzw. Unterschreiten der einstellbaren Schwelle der Ausgangsleistung
betätigenden Schwellwertschalter 20 auf. Die Spannungserhöhungsschaltung 18, hier
eine Spannungsverdoppelungsschaltung, weist zwei Kondensatoren 21 und 22 auf. Der
erste Kondensator 21 ist dem Betriebsspannungseingang 12 parallelgeschaltet. Die
Umschalteinrichtung weist zwei Komplementärtransistoren 23 und 24 auf, die in Reihe
geschaltet sind. Der positiven Anschlußklemme 13 des Betriebsspannungseingangs 12
ist eine Gleichrichterdiode 25 unmittelbar nachgeschaltet, und zwar derart, daß
ihre Anode mit der positiven Anschlußklemme 13 verbunden ist. Die Reihenschaltung
der beiden Komplementärtransistoren 23 und 24 ist dem ersten Kondensator 21 parallelgeschaltet.
Der zweite Kondensator 22 ist einerseits an der Kathode der Gleichrichterdiode 25
und andererseits an dem Verbindungspunkt 26 von Emitter des einen Transistors 23
und Kollektor des anderen Transistors 24 angeschlossen. Die beiden Basen der Transistoren
23 und 24 sind miteinander und mit dem Ausgang des Schwellwertschalters 20 verbunden.
Die Ausgangsspannung des Schwellwertschalters 20 ist mit U2 gekennzeichnet. Der
Schwellwertschalter 20 ist hier als Schmitt-Trigger
ausgebildet.
Der Steuereingang des Schmitt-Triggers ist an den Verbindungspinkt 27 der beiden
Transistoren-10 und 11 der Gegentaktstufe angeschlossen. An diesem Verbindungspunkt
ist auch der von dem NF-Verstärker gesteuerte Lautsprecher 28 über einen Koppelkonden;ator
29 angeschlossen. Der Steuereingang des Schmitt-Triggers 20 kann aber auch zwischen
Koppelkondensator 29 und Eingang des Lautsprechers 28 angeschlossen werden. Die
Schwellwertspannung US des Schmitt-Triggers ist nun so eingestellt, daß kurz vor
Anstoßen des NF-Verstärkers der Schmitt-Trigger 20 aus seiner Sperrphase in seine
Leitendphase umkippt und am Ausgang die Spannung U2 positiv wird.
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Die Wirkungsweise des NF-Verstärkers ist wie folgt: Der NF-Verstärker
ist unsymmetrisch gegen das an der positiven Anschlußklemme 13 des Betriebsspannungs-Eingangs
12 liegenden positiven Potential so eingestellt, daß er etwa bei einer Ausgangsleistung
von 2 W anstößt. Kurz vorher erreicht die Ausgangsspannung U1 der Endstufe des NF-Verstärkers
die Schwellwertspannung US des Schmitt-Triggers 20.
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Dies ist in Fig. 2 anhand eines sinusförmigen Ausgangssignals schematisch
dargestellt. Solange die Spannung U1 kleiner als die Schwellwertspannung Us des
Schmitt-Triggers 20 ist, ist die Ausgangsspannung U2 des Schmitt-Triggers 20 Null.
Der Transistor 2:3 ist gesperrt und der Transistor 24 ist leitend.
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An den Ausgangsklemmen 16, 17 der Steuerschaltung 15 ist die Betriebsspamiung
U3 gleich der Spannung UB, wie sie von der Batterie geliefert wird, bei Autoradios
üblicherweise 14,4 V.
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Bei dieser Betriebs spannung arbeitet der NF-Verstärker bei kleiner
Ausgangs leistung mit relativ geringer Verlustleistung (Fig. 3). Bei leitendem Transistor
24 wird der Kondensator 22 auf Batteriespannung U3 aufgeladen.
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l Übersteigt nunmehr die Ausgangsspannung U1 des NF-Verstärkers die
Schwellwertspannung Us des Schmitt-Triggers 20, so kippt dieser aus seiner Sperrphase
in die Leitendphase. Am Ausgang des Schmitt-Triggers 20 steht eine positive Gleichspannung
U2 an, wie sie in Fig. 2, unteres Diagramm, verelel.tlicht ist. Damit sperrt der
Transistor 24 und der Transistor 23 wird leitend. Damit sind die beiden auch jeweils
auf die Batteriespannung UB aufgeladenen Kondensatoren 21 und 22 über den leitenden
Transistor 23 in Reihe geschaltet. Die Betriebs spannung U3 an den Ausgangsklemmen
16, 17 der Steuerschaltung 15 nimmt den Spannungswert 2UB an. Dies ist nunmehr die
Versorgungs- oder Betriebsspannung für den gesamten- NF-Verstärker. Wie in Fig.
3 verdeutlicht, wird die Ausgangs leistung des NF-Verstärkers schlagartig vergrößert.
Allerdings vergrößert sich damit auch seine Verlustleistung.
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Sobald die Spannung U1 am Ausgang des NF-Verstärkers wieder unter
die Schwellwertspannung US des Schmitt-Triggers 20 absinkt, kippt letzterer wieder
in seine Sperrphase zurück. Die Spannung U2 am Ausgang des Schmitt-Triggers ist
wiederum Null (Fig. 2, unteres Diagramm). Der Transistor 23 wird gesperrt, der Transistor
24 wird leitend. Die Betriebs spannung U3 zwischen den Ausgangsklemmen 16, 17 der
Steuerschaltung 15 sinkt wieder r
auf die Spannung U3 ab. Der NF-Verstärker
arbeitet wieder im Bereich kleiner Ausgangsleistung (Fig. 3), in welchem auch die
Verlustleistung wesentlich geringer ist. Der Kondensator 22 wird wieder auf Endspannungswert
UB aufgeladen.
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Dieser Vorgang wiederholt sich immer, kurz bevor der NF-Verstärker
anstößt, d.h., kurz bevor er bis zu seiner max. Ausgangsleistung ausgesteuert wird.
In diesem Moment wird aber die von dem NF-Verstärker erzeugbare max. Ausgangsleistung
schlagartig vergrößert, so daß der NF-Verstärker nicht anstößt, sondern kurzzeitig
in dem Bereich größerer Ausgangs leistung bei größerer Verlustleistung arbeitet.
Wird nur eine kleine Ausgangsleistung des NE-Verstärkers benötigt, so arbeitet er
bei kleiner Betriebsspannung mit wesentlich kleinerer tverlustleistung.