DE3003833A1

DE3003833A1 - Verstaerker mit einer speiseschaltung und einer damit verbundenen verstaerkerstufe

Info

Publication number: DE3003833A1
Application number: DE19803003833
Authority: DE
Inventors: Eise Carel Dijkmans; Theodorus Jozef Van Kessel; Josephus Hermanus Cor Verbaken
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1979-02-13
Filing date: 1980-02-02
Publication date: 1980-08-14
Also published as: FR2449362A1; SE8001041L; GB2043382A; JPS55109006A; NL7901118A; IT8019824A0; ES8102434A1; ES488449A0; AU5537080A; IT1193375B

Description

.V.n,i:;_ro ,.,:._.-.,... -. -, U,,uVSn 3 Q03833

II-I-I98O /^O PHN 9349

Verstärker mit einer Speiseschaltung und einer damit verbundenen Verstärkerstufe.

Die Erfindung bezieht sich auf einen Verstärker mit einer Speiseschaltung und einer damit verbundenen Verstärkerstufe.

Ein derartiger Verstärker ist aus der US-PS 3,961,280 bekannt.

Die Speiseschaltung des bekannten Verstärkers liefert der Verstärkerstufe eine Speisespannung die abhängig von der Amplitude des Audiosignals zwei verschiedene. Werte annehmen kann. Die Speiseschaltung ist dazu mit einer Schwellenspannung versehen und liefert bei AudioSignalen, deren Amplitude unterhalb dieser Schwellenspannung bleibt, eine Speisespannung eines bestimmten konstanten "Wertes. Überschreitet die Amplitude der Audiosignale die Schwellenspannung, so wird die Speisespannung sprungweise auf einen bestimmten höheren konstanten Wert gebracht. Der Wirkungsgrad des Verstärkers wird dadurch optimiert, dass die Schwellenspannung vorher auf einen bestimmten Wert unmittelbar über dem statistisch häufigsten Amplitudenwert der Audiosignale eingestellt wird.

Die Erfindung hat nun zur Aufgabe, bei

einem Verstärker der eingangs erwähnten Art den Wirkungsgrad zu vergrössern.

Diese Aufgabe wird durch einen erfindungsgemässen Verstärker gelöst, der das Kennzeichen aufweist, dass die Speiseschaltung über einen Dynamikdetektor mit einem Audio-Eingang des Verstärkers zum Liefern einer sich kontinuierlich mit der Ampltidue des Audio-Signals ändernden Speisespannung gekoppelt ist.

Bei Anwendung dieser erfindungsgemässen Massnahme variiert die Speisespannung kontinuierlich mit der Amplitude des zu verstärkenden Audiosignals. Dadurch, dass der momentane Unterschied zwischen der kontinuierlich

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geregelten Speisespannung und der Spannung des Audiosignals möglichst klein gehalten wird, wird ein maximaler Wirkungsgrad erhalten. Durch eine kontinuierliche Vorwärtsregelung der Speisespannung, wobei diese ständig möglichst nahe über g die Amplitude des Audiosignals geregelt wird, ist ein grösserer Wirkungsgrad erreichbar als mit dem bekannten Verstärker, bei dem die Speisespannung nur zwei diskrete Werte annehmen kann.

Eine bevorzugte Ausführungsform eines er-

IQ findungsgemässen Verstärkers weist das Kennzeichen auf, dass dass die Verstärkerstufe über eine Verzögerungsschaltung mit dem Audio-Eingang verbunden ist.

Bei Anwendung dieser Massnahme wird vermieden, dass eine ausreichende Vergrösserung der Speise— spannung plötzlich auftretenden sprunghaften Amplituden— zunahmen des Audiosignals zu spät folgt. Störungen infolge nicht linearer Signalverstärkungen werden dadurch vermieden.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform

eines derartigen erfindungsgemässen Verstärkers weist das 2Q Kennzeichen auf, dass die Speiseschaltung mit einem Netzanschluss zum Zuführen einer Netzspannung zu derselben und einer Regelklemme zum Zuführen des Ausgangssignals des Dynamikdetektors zu derselben versehen ist, sowie mit einem mit dem Netzanschluss und der Regelklemme verbundenen Spannungsvergleicher und einem über einen Schalter mit dem Netzanschluss verbundenen Integrator, wobei ein Ausgang des Spannungsvergleichers mit einem Regeleingang des Schalters verbunden ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist

3Q in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 eine praktische Ausführungsform eines erfindungsgemässen Verstärkers,

Fig. 2 eine praktische Ausführungsform eines Spannungsreglers des Verstärkers aus Fig. 1,

Fig. 3 den Verlauf der Speisespannung bei

einem Spannungsvergleicher und -integrator der vorhergehenden Figur bei zwei unterschiedlichen Pegeln des Audiosignals.

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Fig. 1 zeigt einen Verstärker nach der

Erfindung mit einer Speiseeinheit 1 mit Netzeingängen 2 und 3 und einem Speiseausgang 22-, einem Dynamikdetektor

4 (das ist eine Schaltung, die eine Regelspannung liefert,

die dem Spitzenwert ihres Eingangssignals proportional ist), über den die Speiseeinheit mit einem- Audio-Eingang 5 gekoppelt ist und mit einer ebenfalls mit dem Audio-Eingang

5 gekoppelten Kaskadenschaltung einer Verzögerung&scbaltung 6, eines Vorverstärkers 7* einer Verstärkerendstufe 8 und

ig eines Lautsprechers 9.

Die Speiseeinheit 1 enthält eine als Zweiweggleichrichter wirksame DiodenbrUcke 11 bis einschliess— lieh l4, die über einen Netζtransformator 10 mit den Netzeingängen 2 und 3 gekoppelt ist. Die Anoden der Dioden Il I^ und 12 liegen an Masse. Die Kathoden der Dioden T3 und 14 sind mit einem Speise-Eingang 15 eines Spannungsreglers 16 verbunden. Der Spannungsregler 16 liefert an einem Speise—Ausgang 22 eine regelbare Speisespannung" zur Speisung des Vorverstärkers 7 und der Verstärkerendstufe 8» Der Spannungsregler 16 ist mit einer Regelklemme 17 versehen, die mit dem Dynamikdetektor 4 verbunden ist. Die Speisespannung am Speise—Ausgang 22 des Spannungsreglers l6 nimmt bei einer zunehmenden Regelspannung an der Regelklemme 17 zu und umgekehrt. Die Regelspannung an der 2g Regelklemme 17 wird in dem Dynamikdetektor 4 durch Gleichrichtung und Glättung des dem Audio—Eingang 5 zugeführten Audiosignals gebildet.

Die Verstärkung bzw. Wiedergabe dieses

Audiosignals erfolgt mittels des Vorverstärkers 7 und der Verstärkerendstufe 8 bzw. des Lautspreehers 9·

Bei einer Zunahme der Amplitude des Audio—

signals nimmt zugleich die Speisespannung am Speise-Ausgang 22 zu, wodurch grössere Änderungen der Signalspannung am Ausgang der Vers tärker endstufe 8 möglich werden.- Weil sich die Speisespannung an der Verstärkerendstufe mit der Dynamik des zu verstärkenden Audiosignals mit ändert, wird es möglich, eine Optimierung des Wirkungsgrades des Verstärkers durch eine kontinuierliche Minimierung des Unter-

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schied.es zwischen der Speisespannung und der Signal spannung am Ausgang der Verstärkerendstufe 8 zu verwirklichen.

Um zu vermeiden, dass das dem Audio-Eingang 5 zugeführte Audiosignal die Verstärkerendstufe erreicht, bevor die Speisespannung auf einen ausreichend hohen ¥ert gebracht ist, wird das Audiosignal in einer zwischen dem Audio-Eingang 5 und dem Vorverstärker 7 liegenden Verzögerungsschaltung 6 um eine gewisse Zeitdauer verzögert. Diese Zeitdauer wird abhängig von den Verzögerungen gewählt, die in dem Dynamikdetektor 4 und in dem Spannungsregler auftreten.

Pig. 2 zeigt detailliert den Spannungsregler 16 mit dem Dynamikdetektor k, wobei die Elemente, die funktionell, denen des vorhergehenden Verstärkers entsprechen, mit denselben Bezugszeichen versehen sind.

Der Spannungsregler 16 ist mit einem als

Schalter wirksamen Transistor 50 versehen, dessen Emitter über eine in der Leitungsrichtung des Schalttransistors geschaltete Diode 53 mit dem Speiseeingang 15 verbunden ist, dessen Kollektor über einen an Masse liegenden als Spannungsintegrator wirksamen Pufferkondensator 18 am Speise-Ausgang 22 liegt. Die Basis des Schalttransistors 50 ist über einen Widerstand 60 mit dem Kollektor eines Transistors 52 verbunden, der zusammen mit einem Transistor 5I einen Spannungsvergleicher bildet. Der Kollektor des Transistors 52 bildet dabei den Ausgang dieses Spannungsvergleichers. Die Emitterelektroden der beiden Transistoren 51, 52 liegen über eine Stromquellenschaltung 56 bis einschliesslich 59 an Masse.

Diese Stromquellenschaltung 56 bis einschliesslich 59 enthält einen Transistor 58, dessen Kollektor an den Emitterelektroden der Transistoren 5I und 52 liegt und dessen Emitter über einen Emitterwiderstand 59 an Masse liegt. An Masse liegt über einen Widerstand 57 auch der Emitter des Transistors 56, dessen Kollektor-Basis-Diode kurzgeschlossen ist. Die Basis des Transistors 56 ist mit der Basis des Transistors 58 verbunden. Der Kollektor des Transistors 56 ist über einen Spannungs-

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teiler 351 5^ mit dem Speise-Eingang 15 verbunden. Der Verbindungspunkt zwischen den Widerständen 5^ und 55 des Spannungsteilers 5^·» 55 ist mit der Basis des Transistors 51 verbunden. Die Basis des Transistors 52 liegt über einen Anpasswiderstand 61 an der Regelklemme 17·

Die Regelklemme 17 ist über eine Gleichrichterdiode 80 des Dynamikdetektors k mit dem Audio-Eingang 5 verbunden. Dabei ist die Kathode dieser Grleichrichterdiode 80 mit der Regelklemme 17 und die Anode mit dem Audio-Eingang 5 verbunden. Die Kathode ist ebenfalls mit einem integrierenden Netzwerk verbunden, das aus einer Parallelschaltung des Kondensators 81 und eines Widerstandes 82 besteht, die an Masse liegen.

Die Wirkungsweise des Spannungsreglers 16 und des Dynamikdetektors h wird anhand der Fig. 3 beschrieben. Darin zeigt die Kurve a₁ den Verlauf der zweiweggleichgerichteten Netzspannung, die an dem Speiseeingang 15 liegt, und a„ die Spannung, die der Basis des Transistors 51 zugeführt wird, die Kurve b den Spannungs— verlauf an der Basis des Transistors 52 und die Kurve c. bis einschliesslich Cr den Verlauf der Ausgangsspannung an dem Speiseausgang 22. Zur Vereinfachung ist dabei von einem derartigen Verlauf des Audiosignals an dem Audio-Eingang 5 und von einer derartigen Zeitkonstante des inte— grierenden Netzwerkes 81, 82 ausgegangen, dass die Spannung an der Basis des Transistors 52 über wenigstens eine Periode der Speisespannung nahezu konstant ist.

überschreitet die Basisspannung des Transis tors 51 zu dem Zeitpunkt t die des Transistors 52 (Kurve b), so sperrt der Transistor 52 und dadurch auch der Schalttransistor 50. Der Verstärker belastet den Pufferkondensator 18, so dass die Spannung daran von dem Punkt a entsprechend der Kurve C₁ exponentiell abnimmt.

Zu dem Zeitpunkt t_ wird die Basisspannung des Transistors 51 kleiner als die des Transistors 52, wodurch der Schalttransistor 50 und die Diode 53 leitend werden. Der Pufferkondensator 18 wird schnell aufgeladen und die Speisespannung nimmt von dem Punkt B exponentiell

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zu (Kurve c_?). Zu dem Zeitpunkt t wird die Spannung am Speise—Eingang 15 niedriger als die Speisespannung am Speise—Ausgang 22 (Punkt c) und sperrt die Diode 53> so dass vermieden wird, dass der Pufferkondensator 18 fiber

g den Spannungsteiler 54 > 55 und die Stromquellenschaltung 56 - 59 entladen wird. Der Verstärker belastet nun wieder den Pufferkondensator 18, wodurch, die Speisespannung gemäss der Kurve c„ von dem Punkt C exponentiell abnimmt. Zu dem Zeitpunkt t. wird a±e Diode 53 wieder leitend, weil die

1Q Netzspannung die Speisespannung überschreitet (Punkt D). Der Pufferkondensator f8 wird dadurch, entsprechend der Kurve Cl· aufgeladen.

Zu dem Zeitpunkt tj. überschreitet die Basisspannung des Transistors 5I d±e des Transistors 52, so dass

t5 dieser Transistor 52 sperrt und dadurch auch der Schalttransistor 50 und der Verstärker den Pufferkondensator 18 belastet. Dieser Zustand entspricht dem Zustand zu dem Zeitpunkt t., Die Speisespannung nimmt dann ausgehend von dem Punkt E wieder exponentiell ab entsprechend Kurve C₁.

Auf die obenstehend beschriebene Art und Weise für die Punkte B und C durchläuft die Speisespannung die Punkte P und G.

Nimmt die Amplitude des Audiosignals an dem Audio-Eingang 5 zu, so nimmt auch die Regelspannung der Regelklemme 17 zu und es wird ein Spannungsverlauf an der Basis des Transistors 52 erhalten, wie dieser beispielsweise durch die Kurve b^l dargestellt ist. Diese Kurve b¹ schneidet die Kurve a.„_% die, wie bereits erwähnt, die Basisspannung des Transistors 51 darstellt, zu den Zeitpunkten t.. · , t · , t' · und t,- · , der Schalttransistor 50 sperrt dadurch zu einem späteren Zeitpunkt in jeder Periodenhälfte der Netzspannungskurve, wodurch der Pufferkondensator 18 auf einen höheren Spannungswert aufgeladen wird (Punkte A¹ und E^r). Ausserdem öffnet der Schalttransistor 50 früher und ist auf diese Weise über kürzere Perioden (t' - t · und t_^r - tg·) geschlossen, wodurch der Pufferkondensator 18 auch kürzer belastet wird.

Zwar ist die Dauer des Sperr-Zustandes der

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Diode 53 (t„' - *λ') ^nun länger als im vorhergehenden Fall (t„ - t. ), aber durch eine genaue· Bemessung kann die etwas grössere SpannungsSenkung, die mit der längeren Belastungsdauer (t · - t.') einhergeht, innerhalb akzeptabler Grenzen gehalten werden.

Die Folge davon ist, dass die Speisespannung am Speise-Ausgang 22 gegenüber dem obenstehend beschriebenen Fall (Kurve b) zunimmt.

Eine Zunahme der Amplitude des Audiosignals führt auf diese Weise zu einer Zunahme der Speisespannung zu dem Speise-Ausgang 22 und umgekehrt.

In einer praktischen Ausführungsform hatten die Elemente die nachfolgenden Werte :

Widerstände	Werte	Kondensatoren	Werte
5h	47OiI	18	1000 /uF
55	470 i'i	81	5 /uP
57	33Λ
59	10/1
6o	100Ü
61	2Κ2Π.
82	2K2fl

Die Dioden 53 und 80 waren von dem Typ

BYX 22 bzw. BAX 13, der Transistor 50 von dem Typ BD und die Transistoren 51, 52, 56 und 58 vom Typ BC I07.

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Claims

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PATENTANSPRÜCHE.

ι. 1« Verstärker mit einer Speise schaltung und

einer damit verbundenen Verstärkerstufe, dadurch gekennzeichnet, dass die Speiseschaltung (i) über einen Dynamikdetektor (h) mit einem Audio-Eingang (15) des Verstärkers (8) zum Liefern einer sich kontinuierlich mit der Amplitude des Audio—Signals ändernden Speisespannung gekoppelt ist.

2. Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkerstufe (8) über eine Verzögerungsschaltung (7) mit dem Audio-Eingang (5) verbunden ist.

3. Verstärker nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Speiseschaltung mit einem Netzanschluss (2, 3) zum Zuführen einer Netzspannung zu derselben und einer Regelklemme (17) zum Zuführen des Ausgangssignals des Dynamikdetektors (4) zu derselben versehen ist, sowie mit einem mit dem Netzanschluss (2, 3) und der Regelklemme 0?) verbundenen Spannungsvergleicher (51 j 5^- ··· 61) und einem über einen Schalter (50) mit dem Netzanschluss verbundenen Integrator (18), wobei ein Ausgang des Spannungsvergleichers mit einem Regeleingang des Schalters (50) verbunden ist.

h. Verstärker nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungsvergleicher eine Differenz-Verstärkerstufe enthält.

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