DE2921018A1

DE2921018A1 - Leistungsverstaerker

Info

Publication number: DE2921018A1
Application number: DE19792921018
Authority: DE
Inventors: Tadao Suzuki; Tadao Yoshida
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1978-05-23
Filing date: 1979-05-23
Publication date: 1979-11-29
Also published as: NL7903861A; AU4724079A; JPS54152846A; CA1115360A; US4249136A; GB2021889B; JPS6017167B2; GB2021889A; FR2427006A1; AU530130B2; FR2427006B1

Description

Die Erfindung betrifft einen Leistungsverstärker für ein impulsbreitenmoduliertes Signal und insbesondere einen solchen, der trotz Änderungen der Betriebsspannung einen niedrigen Klirrfaktor hat.

Es ist bekannt, zwischen einem Vorverstärker und einem Leistungsverstärker eine Trennung durchzuführen. Dies erfolgt derart, daß der Leistungsverstärker z.B. in einem Lautsprechergehäuse angeordnet ist, um den Ausgang des Vorverstärkers mit dem Eingang des Leistungsverstärkers im Lautsprecher über eine Anschlußleitung zu verbinden. Aus der US-PS 4 021 745 ist es bekannt, ein impulsbreitenmoduliertes Signal, das zu der momentanen Amplitude eines Tonsignals proportional ist, mit niedrigem Klirrfaktor zu erhalten.

Es kann ein Impulsbreitenmodulator zusammen mit dem Vorverstärker vorgesehen werden, dessen Ausgangssignal über z.B. einen Lichtfaserleiter oder dergleichen, dessen Übertragungsverlust gering ist, zum Eingang des Leistungsverstärkers in einem Lautsprecher übertragen wird. Dabei ist es erwünscht, als Leistungsverstärker für ein impulsbreitenmoduliertes Signal solch einen zu verwenden, bei dem die Verzerrungskennlinie trotz einer Änderung der Betriebsspannung nicht verschlechtert wird. Ein derartiger Leistungsverstärker ist jedoch bisher nicht vorhanden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung der Nachteile des Standes der Technik einen Leistungsverstärker für ein impulsbreitenmoduliertes Signal zu schaffen, bei dem das impulsbreitenmodulierte Eingangssignal direkt leistungsverstärkt wird, ohne daß der Klirrfaktor bei einer Änderung der Betriebsspannung verschlechtert wird.

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Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen .

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Figuren 1 b is 4 beispielsweise erläutert. Es zeigt:

Figur 1 ein Schaltbild eines bekannten Leistungsverstärkers für ein impulsbreitenmoduliertes Signal,

Figur 2 ein Schaltbild eines Beispiels eines Leistungsverstärkers für ein impulsbreitenmoduliertes Signal gemäß der Erfindung, und

Figur 3A bis 3G und 4A bis 4E den Verlauf von Signalen zur Erläuterung der Arbeitsweise des Beispiels der Fig. 2.

Bei dem bekannten Leistungsverstärker für ein impulsbreitenmoduliertes Signal in Fig. 1 bezeichnet 1 den Eingang, dem ein impulsbreitenmoduliertes Tonsignal zugeführt wird, das leistungsverstärkt werden soll. Der Eingang 1 ist mit der Basis eines NPN-Transistors 2a und eines PNP-Transistors 2b verbunden, die einen Verstärker 2 für ein impulsbreitenmoduliertes Signal bilden. Der Kollektor des Transistors 2a ist mit einem Betriebsspannungsanschluß 3a verbunden, dem eine positive Gleichspannung +Vcc zugeführt wird, und der Kollektor des Transistors 2b ist mit einem Betriebsspannungsanschluß 3b verbunden, dem eine negative Gleichspannung -Vcc zugeführt wird, deren Absolutwert gleich dem der positiven Gleichspannung +Vcc ist. Die Emitter der Transistoren 2a und 2b sind über ein Tiefpaßfilter 4 mit einem Lautsprecher 5 verbunden.

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Der Leistungsverstärker der Fig. 1 arbeitet normal, wenn der Absolutwert der Gleichspannung an den Anschlüssen 3a und 3b konstant ist. Wenn jedoch der Absolutwert der Gleichspannung schwankt, ändert sich auf der positiven bzw. negativen Seite der Bereich des Rechtecksignals, das am Ausgang des Verstärkers 2 erscheint, d.h. am Verbindungspunkt zwischen den Emittern der Transistoren 2a und 2b. Dadurch tritt der Nachteil auf, daß ein Tonsignal verzerrt wird, das als mittleres Signal des Rdchtecksignals am Ausgang des Tiefpaßfilters 4 erhalten wird. Wenn der Leistungsverstärker als Ausgangssignalverstärker verwendet wird, wird die Betriebsspannungsänderung aufgrund der Änderung des Stroms bzw. des Spannungsabfalls am Einschaltwiderstand eines Schaltelements problematisch.

Bei dem erfindungsgemäßen Beispiel in Fig» 2„ bei dem gleiche Elemente wie in Fig« 1 mit den gleichen Bezugsziffern versehen sind, ist ein Signaleingang _g dem ein impulsbreitenmoduliertes Signal z.B. ein Tonsignal, das leistungsverstärkt werden soll, über einen Widerstand 6_ff dessen Widerstandswert R1 ist, mit dem Eingang eines Integrierkreises, ζ.B₀ eines Miller-Integrators 7 verbunden,, der als Phasenumkehrverstärker ausgebildet ist» Das Aus= gangssignal des Miller-Integrators 7 wird dem Eingang eines Nulldurchgangs-Schaltkreises 8 zugeführt^ dessen Ausgangssignal sich von dem Spannungspegel -V_n zum Spannungspegel +V_n beim Nulldurchgang der Spannung ändert» Das impulsbreitenmodulierte Signal, das am Ausgang des Schaltkreises 8 erscheint, wird auf die Basen von Transistoren 2a und 2b gegeben _B die einen Verstärker 2 für ein impulsbreitenmoduliertes Signal bilden. Das Ausgangssignal des Verstärkers 2 wird über das Tiefpaßfilter 4 dem Lautsprecher 5 zugeführt„ Der Verbindungspunkt der Emitter der Transistoren 2a und 2b bzw. der Ausgang des Verstärkers 2 ist über einen Widerstand 9 mit dem Widerstandswert R2 mit dem Eingang des Miller-Integrators 7

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verbunden. Wenn angenommen wird, daß der maximale Spannung spegel des dem Signaleingang 1 zugeführten Signals V1 und der maximale Spannungspegel des am Ausgang des Verstärkers 2 erhaltenen Signals (das etwa gleich dem der Betriebsspannung +Vcc ist) V2 ist, und wenn die folgende Bedingung

VI \ V2
R1 ' R2

erfüllt ist, kann der Modulationsgrad hoch gewählt werden.

Wenn bei dem obigen Aufbau des Verstärkers ein impulsbreitenmoduliertes Signal V1, das leistungsverstärkt werden soll, wie Fig. 3A zeigt, auf den Eingang 1 gegeben wird, erzeugt der Miller-Integrator 7 ein Ausgangssignal mit dem integrierten Verlauf der Fig. 3B. Der erste bis vierte schräg verlaufende Anteil a bis d des integrierten Verlaufs kann wie folgt ausgedrückt werden:

VJ CEI	V2 CR2
V1 CR1	V2 CR2
" crT	⁺ CR2
V1 . CRT ⁺	V2 CR2

wobei C den Kapazitätswert des Miller-Integrators 7 dar stellt. Der obige integrierte Verlauf besteht somit aus den schräg verlaufenden Anteilen a.-bis d_f die sich in dieser Reihenfolge wiederholen, wenn keine Schwankungen der Spannungen V1 und V2 auftreten. Die obigen Anteile haben dabei die folgenden Beziehungen!

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a( = je j und Jb I - jd|

Wenn der integrierte Verlauf in Fig. 3B auf den NuIldurchgangs-Schaltkreis 8 wie ein Verstärker mit hoher Spannung gegeben wird, wird ein impulsbreitenmoduliertes Signal, das sich auf die Spannung -VO oder +VO beim Nulldurchgang des integrierten Verlaufs gleich dem impulsbreitenmodulierten Signal, das auf den Eingang 1 gegeben wird, ändert, wie Fig. 3C zeigt, am Ausgang des Schaltkreises 8 erzeugt. Das Signal des Schaltkreises 8 wird auf den Verstärker 2 gegeben, an dessen Ausgang ein Signal erhalten wird, das wie beim Stand der Technik leistungsverstärkt ist, wie Fig. 3D zeigt. Dieses verstärkte Signal wird über das Tiefpaßfilter 4 dem Lautsprecher 5 zugeführt und dann als Tonsignal wiedergegeben.

Wenn die Impulsbreite eines auf den Eingang 1 gegebenen Signals sich wie in Fig. 3E ändert, erhält man den integrierten Verlauf wie in Fig. 3F. Der erste bis vierte schräg verlaufende Anteil a bis d des integrierten Verlaufs ändert sich dabei entsprechend der Impulsbreite des auf den Miller-Integrator 7 gegebenen Signals, so daß am Ausgang des Verstärkers 2 ein Signal wie in Fig. 3G erhalten wird.

Es wird nun der Fall beschrieben, daß sich die Betriebsspannung ändert. Dabei wird ein impulsbreitenmoduliertes Signal wie in Fig. 4A auf den Eingang 1 des Miller-Integrators 7 gegeben, der ein integriertes Signal wie in Fig. 4B erzeugt und der Verstärker 2 gibt ein verstärktes Signal wie in FIg. 4C durch die durchgehende Linie angegeben ist, ab, und das Tiefpaßfilter 4 gibt eine Signalkomponente mit einem mittleren Pegel des impulsbreitenmodulierten Signals des Verstärkers 2 ab, wie die gestrichelte Linie in Fig. 4C zeigt. Wenn die Spannung am Betriebsspannungsanschluß 3b sich auf. -(V2 + ÄV2) ändert,

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V1 .	V2	+ V2
CR1		CR2
V1 CR1	V2	+ V2
	CR2

ändert sich der erste und zweite Anteil a und b des integrierten Verlaufs auf al und b2, die wie folgt ausgedrückt werden können:

al = -

bi =

Der dritte und vierte Anteil c und d des integrierten Verlaufs ändert sich nicht, so daß die folgenden Beziehungen aufgestellt werden können:

fa1/ < ja/, |b1| >|b|, |c1( = fc| und /di| = /d/

Der Miller-Integrator 7 gibt daher ein integriertes Signal wie in Fig. 4D ab, und der Verstärker 2 gibt ein impulsbreitenmoduliertes Signal wie in Fig. 4E ab. Der mittlere Pegel des am Ausgang des Tiefpaßfilters 4 erhaltenen Signals ist dabei gleich der konstanten Signalkomponente, die durch die gestrichelte Linie in Fig. 4C angegeben ist, da der vergrößerte Bereich A. SP (doppelt schraffierter Bereich in Fig. 4E) auf der positiven Seite des impulsbreitenmodulierten Signals durch den erhöhten Bereich ^X SN (schraffierter Bereich in Fig. 4E) auf der negativen Seite des Signals aufgehoben wird. Da bei dem Verstärker der Fig. 2 auf das impulsbreitenmodulierte Signal eine Gegenkopplung angewandt wird, können die Betriebsspannungsänderung und Verzerrung des Impulssignalverstärkers beseitigt werden.

Wie zuvor erläutert, wird das impulsbreitenmodulierte Signal zur Leistungsverstärkung direkt auf den Signaleingang gegeben, und die Verzerrung des Ausgangssignals aufgrund der Betriebsspannungsänderung kann verbessert werden.

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Claims

SONY CORPOEATION

TOKYO / JAPAN It 4482

Le i s tungs vers tärker

Ansprüche

("O Leistungsverstärker für ein impulsbreitenmoduliertes Signal, bestehend aus einem Signaleingang, dem ein in der Leistung zu verstärkendes impulsbreitenmoduliertes Signal zugeführt wird, einem Integrator, dessen Eingang das impulsbreitenmodulierte Signal vom Signaleingang zugeführt wird, einem Nulldurchgangs-Schaltkreis, dessen Eingang mit dem Ausgang des Integrators verbunden ist, einem Impulsverstärker, dessen Eingang mit dem Ausgang des Nulldurchgangs-Schaltkreises verbunden ist, und einem Tiefpaßfilter, das mit dem Ausgang des Verstärkers verbunden ist und an dessen Ausgang eine Last angeschlossen ist, gekennzeichnet durch einen Gegenkopplungskreis, der zwischen den Ausgang des Impulsverstärkers und den Eingang des Integrators geschaltet ist.
2. Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Signaleingang dem Eingang des Integrators einen Signalstrom über einen ersten Widerstand zuführt.

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3. Verstärker nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenkopplungskreis einen zweiten Widerstand aufweist, und daß der Gegenkopplungsstrom dem Eingang des Integrators über den zweiten Widerstand zugeführt wird.
4. Verstärker nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalstrom größer als der Gegenkopplungsstrom ist, um ein hohes Modulationsverhältnis zu bewirken.
5. Verstärker nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulsverstärker eine Gleichspannungsquelle mit einem ersten und einem zweiten Gleichspannungsanschluß, einen ersten Schalttransistor mit einer Steuerelektrode und zwei Ausgangselektroden, die zwischen den ersten Gleichspannungsanschluß der Gleichspannungsquelle und den Eingang des Tiefpaßfilters geschaltet sind, einen zweiten Schalttransistor mit einer Steuerelektrode und zwei Ausgangselektroden, die zwischen den zweiten Gleichspannungsanschluß der Gleichspannungsquelle und den Eingang des Tiefpaßfilters geschaltet sind, und einen Kreis aufweist, der den Ausgang des Nulldurchgangs-Schaltkreises mit den Steuerelektroden des ersten und zweiten Schalttransistors verbindet.
6. Verstärker nach anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und zweite Schalttransistor komplementäre NPN- bzw. PNP-Transistoren sind, und daß die Steuerelektrode die Basis und die Ausgangselektroden der Kollektor bzw. der Emitter der Transistoren sind.

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