DE3039131C2

DE3039131C2 - Verstärker

Info

Publication number: DE3039131C2
Application number: DE3039131A
Authority: DE
Inventors: Shingo Hamamatsu Shizuoka Kamiya
Original assignee: Nippon Gakki Seizo Hamamatsu Shizuoka KK; Nippon Gakki Co Ltd
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 1979-10-16
Filing date: 1980-10-16
Publication date: 1983-08-04
Also published as: JPS5657316A; DE3039131A1; US4329657A; JPS5935522B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Verstärker mit Leistungsversorguhgsümschaltung, und zwar insbesondere auf einen Verstärker der beschriebenen Art; der in Obereinstimmung mit dem Pegei eines einem Eingangssigna! entsprechenden Signal die Leistungsversorgungsspannungspegel umschaltet, weiche an die ■ Verstärkungselemente der Ausgangsstufe geliefert werden.

Es ist bereits ein Leistungsverstärker bekannt, der zur Verbesserung des Leistungswirkungsgrades derart ausgebildet ist, daß im Falle eines niedrigen Eingangssignalpegels eine Leistungsversorgung mil niedrigem Spannungspegel an der Ausgangsstufe des Verstärkers liegt, während im Falle eines Eingangssignals mit hohem Pegel die Ausgangsstufe an einer Leistungsversorgung mit hohem Spannungspegel liegt Fig. 1 zeigt ein Beispiel eines derartigen bekannten Leistungsverstärkers, der eine Gegentakt-Endstufe mit Eintaktausgang aufweist und zur Bauart mit symmetrischer Leistungsversorgung gehört Mit. den Bezugszeichen 1 und 2 sind Transistoren der Ausgangsstufe bezeichnet die derart angeordnet sind, daß der eine der Transistoren 1 entweder mit einer Gleichspannungsversorgung 4 oder den Leistungsversorgungen 3 und 4 verbunden werden kann, wohingegen der andere Transistor mit entweder einer Gleichstromleistungsversorgung 5 oder Leistungsversorgungen 5 und 6 verbunden werden kann. Wenn bei diesem Beispiel der Pegel des an eine Eingangskiemme 7 angelegten Eingangssignals niedrig liegt, so sind die Transistoren 1 und 2 mit den Gleichspannungsleistungsversorgungen 4 bzw. 5 verbunden, wohingegen dann, wenn der Eingangssignalpegel hoch liegt, die Schaltkreise 8 und 9 beide in ihren leitenden Zustand gebracht iverden, so daß die Transistoren 1 und 2 mit den Gleichspannungsleitungsversorgungen 3 und 4 bzw. die Gleichspannungsversorgungen 5 und 6 verbunden werden. Die Schaltkreise 8 und 9 können durch eine Vergleichs- oder Komparatorschaltung 11 betrieben werden, die eine Ausgangsgröße von einer Absolutwer'schaltung 10 empfängt Die Absolutwertschaltung 10 ist speziell eine Schaltung, welche den Absolutwert eines an der Ausgangsklemme 13 anstehenden Ausgangssignals ermittelt. Der Pegel einer Ausgangsgröße dieser Absolutwertschaltung 10 wird mit dem Bezugsspannungspegel V₁ in der Vergleichsschaltung 11 verglichen, so daß die Ein/Auswirkungen der Schaltkreise 8 und 9 durch das Vergleichsergebnis gesteuert werden. Diese bekannte Leistungsvefstärkersehaltung ist derart ausgelegt, daß der Pegel des Ausgangssignals detektiert wird, und zwar anstelle der direkten Detektierung des Pegels eines Eingangssignals. Ferner ist ein Widerstand 14 in der Schaltung ein Lastwiderstand.

Bei der eben beschriebenen Leistungsverstärkerschaltung treten Probleme hinsichtlich der Zeitsteuerung des Ümschaltens Oer Schaltkreise 8 und 9 auf. Im einzelnen sei dazu folgendes ausgeführt. Wenn der Pegel der Bezugsspannüng V₃ im wesentlichen gleich dem Pegel der Spannung von entweder der Leistiingsversorgung 4 oder 5 eingestellt ist, so tritt ein Nachteil insofern auf, als dann, wenn, an die Eingangsklemme 7 ein einen hohen Pegel besitzendes Eingangssignal mit schnellem Anstieg angelegt wird, die Zeitsteuerung der Leistungsversorgung von entweder der deichspannüngsleistungsversorgung 3 oder 6 nicht den schnellen Änderungen des Eingangssignalpegels folgen kann, und

to zwar infolge der Verzögerung des Betriebs der Schaltkreise 8 und 9, so daß sich ergebende Ausgangssignal verzerrt wird. Ferner könnte dann, wenn der Bezugsspannungspegel V₃ niedrig eingestellt ist, um eine derartige Verzerrung zu vermeiden, ein Fall auftreten, wo selbst dann, wenn das Eingangssignal einen derartigen Pegel besitzt, der in hinreichender Weise durch die Gleichspannungsleistungsversorgungen 4 und 5 abgedeckt werden kann, die Transistoren 1 und 2 mit Spannungen eines Pegels versorgt werden, welche die Spannungen dieser Gleichspa^'iungsleistungsversorgungen 4 und 5 repräsentieren, und zv 'ar addiert mit der Spannung der Gleichspannungsversorgungen 3 bzw. 6. Aus diesem Grund tritt das Problem eines erhöhten Leistungsverlustes und eines verminderten Leistungs-Wirkungsgrads bei den Transistoren 1 und 2 auf.

Zusammenfassung der Erfindung. Ein Hauptziel der Erfindung besteht darin, einen Verstärker vorzusehen, der in der Lage ist, gleichzeitig sowohl das Entstehen einer Signalverzerrung als auclr einen erhöhten

w Leistungswirkungsgrad zu erreichen. Die Erfindung bezweckt, einen Verstärker der beschriebenen Bauart vorzusehen, bei dem die Steuerung des Schaltkreises, basierend auf dem Pegel und der Aufbauzeit oder Aufbaugeschwindigkeit eines Signals, entsprechend einem Eingangssignal erfolgt. Weiterhin bezweckt die Erfindung, einen Verstärker der beschriebenen Bauart vorzusehen, der verminderte Schaltgeräusche während des Ümschaltens der Leistungsversorgungsspannungen durch die Schaltkreise erzeugt.

Weitere Vorteile, Ziele und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich insbesondere aus den Ansprüchen sowie aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung; in der Zeichnung zeigt
F i g. 1 ein Blockschaltbild eines bekannten Leistungs-

•j"> Verstärkers mit Mitteln zur Umschaltung der Leistungsversorgungsspannungen;

F i g. 2 ein Blockschaltbild des Grundaufbaus des erfindungsgemäßen Leistungsverstärkers;

Fig.3 eine graphische Darstellung zur Erläuterung

ii> der Arbeitsweise des Leistungsverstärkers der F i g. 2 für den Fall, daß das Eingangssignal ein Niederfrequenz-Signal ist;

Tig.4 eine graphische Darstellung zur Erläuterung der Arbeitsweise des Leistungsverstärkers der F i g. 2

v> für den Fall, daß das Eingangssignal ein Kochfrequenzsignal ist;

Fig.5 ein Schaltbild eines konkreten Ausführungsbeispiels eines Leistungsverstärkers gemäß der Erfindung;

so Fig.6A bis 6E ZeitsteueFdarstellungen zur Erläuterung der Arbeitsweise des Leistungsverstärkers der Fig. 5;

Fig. 7 ein Schaltbild eines weiteren konkreten Ausführungsbeisp^;sls eines erfindungsgemäßen Leistungsverstärkers.

Im folgenden seien nunmehr bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben.
F i g. 2 zeigt ein Blockdiagramm des Grundaufbaus

eines erfindupgsgemäßen Leistungsverstärkers. Gemäß Fig.2 ist eine Eingangsklemme 20 mit der Basis eines Transistors 22 über eine Gleichspannungsleistungsversorgung (im folgenden einfach »Gleichspannungsquelle«) 21 und ebenfalls mit der Basis eines Transistors 24 über eine Gleichspannungsleistungsversorgung (im folgenden einfach »Gleichspannungsquelle«) 23 verbunden. In diesem Ausführungsbeispiel sollen die Gleichspannungsquellen 21 und 23 zur Vorspannung der Transistoren 22 bzw. 24 dienen. Der Kollektor des Transistors 22 liegt an einer positiven Quelle einer Gleichspannungsleistungsversorgung (im folgenden »Gleichspannungsquelle«) 26, und zwar über eine einen Rückwärtsstrom verhindernden Diode 25; der Kollektor des Transistors 22 liegt auch über einen Schaltkreis 27 an einer positiven Spannungsklemme einer Gleichspannungsleistungsversorgung (»Gleichspannungsquelle«) 28. Eine negative Spannungsklemme dieser Gleichspannungsquelle 28 liegt ebenfalls an der positiven Klemme der Gleichspannungsquelle 26. Der Kollektor des Transistors 24 liegt an einer negativen Spannungsklemme einer Gleichspannungsleistungsversorgung (»Gleichspannungsquelle«) 30. und zwar über eine den Rückwärtsstrom verhindernde Diode 19, und der Kollektor liegt ferner über einen Schaltkreis 31 an .?> der negativen Spannungsklemme einer Gleichspannungsleistungsversorgung (»Gleichspannungsquelle«) 32. Ferner liegt die positive Spannungsklemme der Gleichspannungsquelle 32 an der negativen Spannungsklemme der Gleichspannungsquelle 30. Der Emitter der Transistoren 22 und 24 liegen über Widerstände 33 bzw. 34 an einer Ausgangsklemme 35. Die negative Spannungsklemme der Gleichspannungsquelle 26 und die positive Spannungsklemme der Gleichspannungsquelle 30 sind beide geerdet. Ein Lastwiderstand 36 sitzt J5 zwischen Ausgangsklemme 35 und Erde.

Die Dioden 25 und 29 versorgen die Kollektoren der Transistoren 22 und 24 mit einer positiven Spannung + V, der Gleichspannungsquelle 26 und einer negativen Spannung — Vi der Gleichspannungsquelle 30, und zwar -»o in dem Falle, daß sich die Schaltkreise 27 und 31 in ihren »Aus«-Zuständen befinden. Die Schallkreise 27 und 31 sind derart ausgelegt, daß sie durch eine Ausgangsgröße einer Steuerschaltung 37 in ihre Ein/Aus-Wirkungen gesteuert werden. Wenn sich diese beiden Schaltkreise *ϊ 27 und 31 beide in ihrem »Ein«-Zustand befinden, so wird an den Kollektor des Transistors 22 eine Spannung -f Vj geliefert, die die Summe der entsprechenden Ausgangsspannungen der Gleichspannungsquellen 26 und 28 ist, und es wird ferner an den Kollektor des Transistors 24 eine Spannung — V₂ angelegt, die die Summe der entsprechenden Ausgangsspannungen der Gleichspannungsquellen 30 und 32 ist

Zusammen damit wird ein an der Ausgangsklemme 35 anstehendes Ausgangssignal an eine der Eingangsklemmen einer Vergleichs- oder Komparatorschaltung 38 (erstes Detektormittei) über eine Absolutwertschaltung 44 angelegt, und ferner auch an eine der Eingangsklemmen einer Vergleichs- oder Komparatorschaltung 40 über eine Differenzierschaltung 39. An die anderen Klemmen der Eingangsklemmen der Vergleichsschaltungen 38 und 40 werden Bezugsspannungen Vg und V_c von den Gleichspannungsquellen 41 bzw. 42 angelegt. Die Ausgangsgrößen der Vergleichsschaltungen 38 und 40 können an die Steuerschaltung 37 geliefert werden. &s Die Vergleichsschaltung 38 vergleicht den Pegel der Ausgangsgröße der Absolutwertschaltung 44 mit dem Pegel der Bezugsspannung Vt, und im Falle, daß der Pegel der Ausgangsgröße der Absolutwertschaltung 44 größer ist als der Pegel der Bezugsspannung Vi, so liefert diese Vergleichsschaltung 38 ein »0«-Signal als binären Logikpegcl, während in dem Falle, wo die Ausgangsgröße der Absolutwertschaltung 44 niedriger ist als die Bezugsspannung, die Komparatorschaltung ein »!«-Signal als binären Logikpegel liefert. Es sei hier darauf hingewiesen, daß der Pegel der Bezugsspannung Vl, auf einen Wert eingestellt ist, der etwas niedriger liegt als der Pegel der Ausgangsspannungen Vl der Gleichspannungsvcrsorgungen 26 und 30. Auch ist der Pegel der Bezugsspannung V_c auf einen Wert eingestellt, der wesentlich niedriger liegt als der Wert der erwähnten Bezugsspannung Vj* oder aber die Einstellung auf Null. Typischerweise erfolgt die Einstellung auf einen Wert von ungefähr '/3 des Pegels der Bezugsspannung Vb. Die Differenzierschaltung 39 und die Vergleichsschaltung 40 bilden gemeinsam ein Mittel 43 (zweite Detektor- oder Deiekiiermiüei) zum Detektieren eines Eingangssignals mit schnellem Aufbau oder Anstieg, d. h. ein Hochfrequenzeingangssignal. Wenn die Absolutwertschaltung 44 ein Signal abgibt, dessen Anstiegszeit kürzer ist als eine vorbeslimmte Anstiegszeit, so gibt die Vergleichsschaltung 40 ein Signal mit dem »0«-Pegel ab. Wenn ferner die Absolutwertschaltung 44 ein Signal abgibt, welches eine Anstiegszeit besitzt, die langer ist als eine vorbestimmte Anstiegszeit, so gibt dktje Vergleichsschaltung 40 ein Signal mit dem »!«-Pegel ab. Die vorbestimmte Anstiegszeit oder Aufbauzeit bedeutet eine Zeitperiode, bestimmt durch die Bezugsspannung V_t> und durch eine Zeitkonstante, die definiert ist durch die Differenzierschaltung 39. Auch ist die Steuerschaltung 37 eine Schaltung, die ein Steuersignal S abgibt, um die Schaltkreise 27 und 31 leitend zu machen, und zwar im Falle, daß das eine oder andere der Ausgangssignale dor Komparatorschaltungen 38 ur\ä 4Q ein »0«-Signa! wurde.

Im folgenden sei nunmehr die Arbeitsweise des Leistungsverstärkers mit der eben erwähnten Anordnung beschrieben. Wenn als erstes an die Eingangsklemme 20 ein Eingangssignal mit einer niedrigen Frequenz und einem relativ niedrigen Pegel angelegt wird, d. h. wenn ein Eingangssignal angelegt wird, derart, daß der Spitzenwert eines Ausgangssignals entsprechend dem Eingangssignal niedriger liegt als der Pegel der angelegten Bezugsspannung, so werden die Ausgangsgrößen der Vergleichsschaltungen 38 und 40 beide ein »1 «-Signal, und demgemäß wird kein Steuersignal 5 von der Steuerschaltung 37 abgegeben, so daß beide Schaltkreise 27 und 31 nicht leitend gemacht werden. Auf diese Weise wird eine Spannung + Vi und eine Spannung — Vj der Gleichspannungsquellen 26 bzw. 30 an die Transistoren 22 bzw. 24 angelegt

Für den Fall, daß an die Eingangsklemme 20 ein Eingangssignal mit einer niedrigen Frequenz und einem relativ hohen Pegel angelegt wird, d. h. ein Signal derart, daß der Spitzenwert eines Ausgangssignals entsprechend diesem Eingangssignal höher liegt als der Pegel der Bezugsspannung Vb, so wird die Ausgangsgröße der Vergleichsschaltung 38 ein »0«-Signal zu dem Zeitpunkt, wo der Pegel der Ausgangsgröße der Absolutwertschaltung 44 den Pegel der Bezugsspannung VJ, überschritten hat Infolgedessen wird ein Steuersignal S von der Steuerschaltung 37 abgegeben, so daß die Schaltkreise 27 und 31 beide leitend gemacht werden. Auf diese Weise wird eine Spannung + Vz und eine Spannung — V₂ an die Transistoren 22 bzw. 24 geliefert Zu dem Zeitpunkt wo der Pegel der Ausgangsgröße der

Absolutwertschaltung 44 größer wurde als der Pegel der Bezugsspannung Vb, wird die Ausgangsgröße der Komparatorschaltung 38 zurück auf das »!«-Pegelsignal geschaltet, und infolgedessen wird die Ausgabe keines weiteren Steuersignals 5 gestattet. Demgemäß werden die Schaltkreise 27 und 31 beide in ihren nicht leitenden Zustand zurückgeschaltet. Während der zuvor beschriebenen Arbeitsweise hält die Ausgangsgröße der Vergleichsschaltung 40 das »!«-Pegelsignal, weil das Eingangssignal eine niedrige Frequenz besitzt.

In Verbindung mit der vorstehenden Arbeitsweise ist die Beziehung zwischen dem an der Ausgangsklemme 35 abgeleiteten Ausgangssignal und dem Kollektorpotential des Transistors 22 in F i g. 3 dargestellt. In dieser Figur stellt die mit A bezeichnete rechteckimpulsförmige Linie das Kollektorpotential des Transistors 22 dar. und die mit D bezeichnete gekrümmte Linie bezeichnet das Ausgangssignal an der Ausgangsklemme 35. Wie man aus dieser Figur klar erkennt, ist eine Zeitspanne ii erforderlich, bevor der Pegel des Ausganngssignals am Pegel der Spannung V\ ankommt, und zwar nach Erreichen des Pegels der Bezugsspannung Vb. und zwar selbst dann, wenn der Pegel der Bezugsspannung V₆ auf einen Pegel eingestellt ist, der etwas tiefer in der Nähe der Spannung V\ liegt. Wenn demgemäß die Gesamtheit der Schaltzeit des Schaltkreises 27 und die Betriebsverzögerungszeit dieser Kreise, wie Vergleichsschaltung 38 und Steuerschaltung 37, kleiner ist als die Zeit h, so tritt keine Verzerrung im Ausgangssignal auf. Wenn jedoch das Ausgangssignal eine hohe Frequenz besitzt, d. h. im Falle eines schnellen Anstiegs oder Aufbaus des Ausgangssignals, so wird die Zeit Λ kleiner oder kurzer als die Gesamtheit der Schaltzeit des Schaltkreises 27 und die Verzögerungszeit in diesen Schaltungen, wie der Vergleichsschaltung 38, so daß die Veränderungen der Kollektorspannung des Transistors 22 nicht mehr in der Lage ist, dem Ausgangssignai zu folgen. Auf diese Weise wird das Ausgangssignal verzerrt. Damit ein derartiger unerwünschter Zustand nicht eintritt, ist eine Schallung vorgesehen, und zwar die Aufbaugeschwindigkeits-Feststellmittel 43.

Als nächstes wird der Fall beschrieben, wo diese Feststellmittel 43 im Betrieb sind.

Im Falle, daß an die Eingangsklemme 20 ein Eingangssignal mit einer hohen Freuqenz und einem relativ hohen Pegel angelegt wird, so erzeugt wegen des schnellen Aufbaus des Ausgangssignals die Differenzierschaltung 39 eine Ausgangsspannung mit einem bestimmten Pegel. Im Falle, daß dieser Pegel der Ausgangsspannung oberhalb der Bezugsspannung V_c liegt, wird die Ausgangsgröße der Komparatorschaltung 40 ein »0«-Signal, so daß ein Steuersignal 5 von der Steuerschaltung 37 abgegeben wird. Speziell wird in einem solchen Fall ein Steuersignal S zur Zeit T₁ gemäß F i g. 4 abgegeben. Es sei hier darauf hingewiesen, daß die Zeitperiode, innerhalb von der die Ausgangsgröße der Komparatorschaltung 40 ein »0«-Signal wird, nur eine kurze Zeitspanne ist, daß aber das Steuersignal S sukzessiv für eine bestimmte Zeitperiode ausgegeben werden kann, und zwar durch die Wirkung einer in der Steuerschaltung 37 vorgesehenen Halteschaltung. Wenn während der Zeitperiode, innerhalb von der das Steuersignal Ssukzessiv ausgegeben wird, der Pegel des Ausgangssignals, angedeutet durch B in Fig.4, die Bezugsspannung Vb erreicht, ά h. zur Zeit Ta in F i g. 4, so wird die Ausgangsgröße der Komparatorschaltung 38 ein »O«-SignaL Infolgedessen wird das Steuersignal S weiterhin sukzessiv ausgegeben. Wenn der Pegel des Ausgangssignals niedriger wird als die Bezugsspannung Vb, d. h. zur Zeit Ti in Fi g. 4, so wird die Ausgabe des Steuersignals S beendet. Infolgedessen ändert sich das Kollektorpotential des Transistors 22 in der Weise, wie dies durch A in F i g. 4 gezeigt ist. Es sei hier darauf hingewiesen, daß der Zeitmaßstab auf der Horizontalachse in der Darstellung gemäß F i g. 4 übertrieben ist gegenüber dem Zeitmaßstab auf der Horizontalachse in Fig. 3.

ι» Im Falle, daß die Frequenz des Eingangssignals hoch ist, wie im oben erwähnten Beispiel, so wird ein Steuersignal S zur Aufbauzeit 71 der Ausgangswellenform gegeben. Demgemäß ist es möglich, verglichen mit dem Fall, wo ein abgegebenes Steuersignal 5 nur auf dem Pegel des Ausgangssignals basiert, d. h. in dem Fall, wo das Eingangssignal eine niedrige Frequenz besitzt, wie oben bemerkt, ein Steuersignal S um eine Zeitperiode h, wie in F i g. 4 gezeigt, früher auszugeben. Infolgedessen ist selbst dort, wo eine Verzögerungszeit bei der Schaltzeit der Schaltkreise 27 und 31 und in der Steuerschaltung 37 oder einer ähnlichen Schaltung auftritt, die Variation oder Änderung des Kollektorpotentials des Transistors 22 in der Lage der Veränderung des Ausgangssignals zu folgen, so daß es möglich wird,

2> das Entstehen einer Verzerrung zu verhindern. Es wird aber nicht nur dies erreicht, sondern es wird auch möglich, die Bezugsspannung VJ, auf einen Wert einzustellen, der recht dicht zur Spannung Vi liegt, so daß es möglich wird, den Leistungswirkungsgrad dieses

i" Leistungsverstärkers zu erhöhen.

Im folgenden sei ein paar von konkreten Ausführungsbeispielen der Erfindung beschrieben. Die F i g. 5 und 7 sind Schaltbilder konkreter Ausführungsbeispiele der Erfindung. In diesen Figuren sind die Schaltungsgebiete, die der Fig.2 entsprechen, mit gleichen Bezugszeichen und Symbolen versehen.

Der Leistungsverstärker gemäß F i g. 5 ist derart ausgebildet, daß anstelle der im Ausführungsbeispiel gemäß Fig.2 verwendeten Absolutwertschaltung, die

■»ο das Grundprinzip der Erfindung veranschaulicht, zwei Systeme vorgesehen sind, deren jedes eine Komparatorschaltung 38, Signalaufbaugeschwindigkeitsdetektormittel 43 und eine Steuerschaltung 37 aufweist, um so die Schaltkreise 27 bzw. 31 durch diese Schaltungen in diesen beiden Systemen zu steuern. In Fig.5 ist der Zusatzbuchstabe »a« bei denjenigen Bezugszeichen verwendet, die entsprechenden Teilen auf der positiven Seite des Systems zugeordnet sind, welches den Schaltkreis 27 steuert: der Zusatzbuchstabe »b« ist den entsprechenden Teilen auf der negativen Seite des S> stems zugeordnet, welches zur Steuerung des Schaltkreises 31 verwendet wird. Im einzelnen wird gemäß F i g. 5 der Schaltkreis 27 durch ein Steuersignal S\ gesteuert, welches ein Ausgangssignal des Steuerkreises 37a ist Andererseits wird der Schaltkreis 31 durch ein Steuersignal S₂ gesteuert, welches ein Ausgangssignal einer Steuerschaltung 376 ist Die Steuerschaltung 37a weist folgendes auf: Dioden 50a und 51a, einen Kondensator 52a, Widerstände 53a und

m> 54a* sowie einen Transistor 55a. In dieser Steuerschaltung 37a dienen die Dioden 50a und 51a zur Ableitung von Ausgangssignalen der Komparatorschaltungen 38a bzw. 40a. Die Ausgangsgröße dieser ODER-Schaltung wird durch den Transistor 45a verstärkt und als Steuersignal Si an den Schaltkreis 27 geliefert Der Kondensator 52a dient dazu, das Steuersignal Si für eine bestimmte Zeitperiode zu halten. Insbesondere im Falle, daß ein Eingangssignal mit hoher Frequenz an die

Eingangsklemme 20 angelegt wird, und im Fall, daß ein Ausgangssignal gemäß Fig.6A an der Ausgangsklemme 35 angeleitet wird, wird die Ausgangsgröße der Komparatorschaltung 38a eine Wellenform gemäß Fig.6B besitzen. Ferner wird die Ausgangsgröße der s Komparatorschaltung 40a eine Wellenform gemäß Fig.6C aufweisen-. Es sei nunmehr angenommen, daß die Schaltung nicht mit dem Kondensator 52a ausgestattet ist. Sodann wird das Steuersignal S\ nicht für eine Zeitperiode h gemäß Fig.6B zur Bewirkung in einer Abschaltperiode ausgegeben. Da jedoch das Steuersignal S\ für eine bestimmte Zeitperiode durch den Kondensator 52a gehalten wird, so hat das Steuersignal Si die Wellenform gemäß Fig. 6D, so daß das Auftreten dieser Ausschalt- oder Abtrennperiode π verhindert wird. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß in der Darstellung gemäß Fig.6 die Zeit U ebenfalls eine Zeit ist. die durch die Haltewirkung des Kondensators 52a erhalten wird.

Der Schaltkreis 27 besteht aus Widerständen 60a bis -'■< 62a, Kondensatoren 63a bis 65a, einem Transistor 66a und einer Diode 67a. Bei dieser Anordnung ist der Transistor 66a ein Schalttransistor. Die Zeitkonstantenschaltung, gebildet durch die Widerstände 60a bis 62a und die Kondensatoren 63a bis 65a dient zur -'"> Verhinderung des Entstehens von Schaltgeräuschen des Transistors 66a. Im Falle, daß ein Steuersignal Si, gezeigt in F i g. 6D, an den Schaltkreis 27 angelegt wird, steigt das Kollektorpotential des Transistors 22 mit einer Zeitkonstante an, die bestimmt ist durch die J<> Widerstände 60a und 61a und die Kondensatoren 63a bis 65a, wobei der Abfall des Kollektorpotentials mit einer Zeitkonstante erfolgt, die bestimmt ist durch die Kondensatoren 63a bis 65a und den Widerstand 62a. Infolgedessen nimmt das Kollektorpotential des Transi- r> stors 22 eine Wellenform an, die ein glattes Anstiegsund Abfalimuster besitzt, wie dies durch Symbol C in Fig.6E dargestellt ist, so daß die Erzeugung von Schaltgeräuschen im Transistor 66a verhindert werden kann. Die durch Symbol D in Fig.6E gezeigte 4n Wellenform ist identisch mit der Wellenform des Ausgangssignals, gezeigt in Fig.6A. Auch ist die Anordnung und die Arbeitsweise der Steuerschaltung 376 und des Schaltkreises 31 ähnlich der oben erwähnten Steuerschaltung 37a und des Schaltkreises - > 27. Aus diesem Grund kann eine nähere Erläuterung hier weggelassen werden.

Wie oben erwähnt, gestattet das Vorsehen der Aufbaugeschwindigkeits-Detektormittel 43a und 436 eine Arbeitsweise derart, daß im Falle eines schnell so ansteigenden Ausgangs- oder Eingangssignals die Leistungsversorgung schnell umgeschaltet werden kann auf eine mit einem hohen Spannungspegel, und zwar zu einem Zeitpunkt, der hinreichend weit vor dem Zeitpunkt liegt, wo das Signal einen bestimmten Pegel 5ϊ Vr erreicht Demgemäß kann die Umschaltung der Verbindung mit der Leistungsversorgung gerade zum richtigen Zeitpunkt vor der Erzeugung von Schaltgeräuschen liegen, und zwar selbst dann, wenn dieses Schalten verhältnismäßig langsam mit einer bestimmten Zeitkonstanten erfolgt Es sei darauf hingewiesen, daß die Komparatorschaltungen 38a, 386 und 40a, 406 mit einem sehr kleinen Strom arbeiten, so daß sie von Rausch- oder Geräuscherzeugung frei sind. Demgegsnüber arbeiten die Transistoren 36a und 366 roit einem bS großen Strom, um! somit werden die Schaltgeräusche ein Problem.

Der Leistungsverstärker gemäß Fig. 5 ist derart angeordnet, daß die Schaltkreise 27 und 31 derart vorgesehen sind, daß die Kollektorpotentiale der Transistoren 22 und 24 sich glatt (nicht sprunghaft) verändern, um die Erzeugung von Schaltgeräuschen in den Transistoren 66a und 666 zu verhindern. Der Grund dafür, daß der Verstärker in der oben genannten Weise angeordnet werden kann, ist darin zu sehen, daß der Verstärker die oben erwähnten Detektormittel 43a und 436 aufweist, wodurch die Steuersignale S\ und Si zu einem Zeitpunkt ausgegeben werden können, der früher liegt als der Zeitpunkt für den Fall der Feststellung von nur allein einem Signalpegel, und weil dadurch ein hinreichender Zeitrest für die Zeitsteuerung der Umschaltung zwischen den Leistungsversorgungen ermöglicht ist.

Als nächstes sei ein weiteres konkretes Ausführungsbeispiel gemäß Fig.7 beschrieben. Der gezeigte Leistungsverstärker ist derart ausgebildet, daß sowohl die positive als auch die negative Leistungsversorgung gleichzeitig un.geschaltet werden kann durch Verwendung einer Absolutwertschaltung 44. Diese Absolutwertschaltung 44 ist eine bekannte Vollwellengleichrichterschaltung, bestehend aus einem phaseninvertierenden Verstärker 70, Widerständen 71 und 72 sowie Dioden 73 und 74. Die Steuerschaltung 37 wird gebildet durch Elemente, wie beispielsweise Dioden 75, 76. Transistoren 77 bis 79 und einen Kondensator 80. In dieser Schaltung bilden die Dioden 75 und 76 eine ODER-Schaltung.

Die Ausgangsgröße von dieser ODER-Schaltung wird durch die Transistoren 77 bis 79 verstärkt und sodann als Steuersignale Si und Si an die entsprechenden Basen der Schalttransistoren 81 und 82 angelegt, so daß diese Transistoren 81 und 82 gleichzeitig durch ein Ausgangssignal gesteuert werden können, und zwar unabhängig davon, ob dies ein positives oder ein negatives Signal ist. Der Kondensator 80 dient zum Aufrechterhalten der Steuersignale Si und Si für eine bestimmte Zeitperiode, und zwar im wesentlichen in der gleichen Weise wie dies durch die Kondensatoren 52a und 526 in F i g. 5 geschieht.

In den Leistungsverstärkerschaltungen gemäß F i g. 2, 5 und 7 wird die Feststellung des Pegels und der Anstiegszeit des Eingangs- oder Ausgangssignals jeweils ausgeführt durch ein Ausgangssignal, abgeleitet an der Ausgangsklemme 35. Diese Detektion kann mit gleichen Wirkungen durch ein Eingangssignal, abgeleitet an der Eingangsklemme 20, erfolgen.

Zusammenfassend sieht die Erfindung somit einen Verstärker mit einer Leistungsversorgungsumschaltung vor, und zwar in der Weise, daß die Pegel der an die Verstärkungselemente der Ausgangsstufe zu liefernden Leistungsversorgungsspannungen umgeschaltet werden, und zwar entsprechend dem Pegel und der Anstiegszeit eines einem Eingangssignal des Verstärkers entsprechenden Signal, um auf diese Weise den Leistungswirkungsgrad zu erhöhen und eine Vergrößerung der Verzerrung zu verhindern, wobei ferner auch Schaltgeräusche vermindert werden, die tendenziell während des Umschaltens der Leistungsversorgungs-Soannungen auftreten.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verstärker mit Leistungsversorgungsumschaltung und mit Verstärkungsmitteln zur Verstärkung eines Eingangssignals zum Verstärker sowie mit Leistungsversorgungsmitteln, die selektiv an die Verstärkungsmittel hohe und niedrige Spannungen liefern, gekennzeichnet durch

erste Detektormittel (38) zur Detektierung eines Pegels eines Signals entsprechend dem Eingangssignal und zur Erzeugung eines ersten Detektorsignals dann, wenn der Pegel in einer bestimmten Beziehung mit einem ersten Bezugssignal steht, und
zweite Detektormittel (43) zur Detektierung einer Anstiegszeit des Signals entsprechend dem Eingangssignal und zur Erzeugung eines zweiten Detektorsignals dann, wenn die Anstiegszeit in einer bestimmten Beziehung mit einem zweiten Bezugssignal steht, und

Schaltkreiajyttel (27, 31), weiche auf das eine oder andere der ersten und zweiten Detektorsignaie ansprechen, um die Pegel der von den Leitungsversorgungsmitteln an die Verstärkungsmittel gelieferten Spannungen entsprechend den ersten und zweiten Detektorsignalen umzuschalten.

2. Verstärker nach Ansprucfe 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Detektormittel folgendes aufweisen:

einen ersten Bezugsspannungsgenerator zur Erzeugung des ersten Bezugssignals, welches eine w Spannung mitcinem ersten Bezugspegel ist, und
einen Komparator, ,der &&; erwähnte Signal entsprechend dem Eingangssignal empfängt und dessen Pegel mit dem ersteil Bezu»spegel vergleicht.

3. Verstärker nach Anspruch 2, dadurch gekenn- « zeichnet, daß der erste Bezugspegel auf einem Pegel eingestellt ist, der etwas niedriger liegt als der Pegel der Spannung entsprechend der niedrigen, von den Leistungsvorsorgungsmitteln gelieferten Spannung.

4. Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Detektormittei (43) folgendes aufweisen:

eine Differenzierschaltung, welche das Signal entsprechend dem Eingangssignal empfängt, um ein Differenziersignal zu erzeugen, und zwar mit einem Pegel entsprechend einer Anstiegszeit des Signals entsprechend dem Eingangssignal,
einen zweiten Bezugsspannungsgenerator zur Erzeugung des zweiten Bezugssignals mit einer Spannung eines zweiten Bezugspegels, und einen Komparator, der das Differenziersignal empfängt und dessen Pegel mit dem zweiten Bezugspegel vergleicht.

5. Verstärker nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Bezugspegel auf einen wesentlich niedrigeren Pegel als der erste Bezugspegel eingestellt ist.

6. Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltmittel ein Schaltelement aufweisen, und zwar zum Umschalten durch dessen to Ein/Auswirkungen der an die Verstärkermittel gelieferten Spannungen zwischen hohen und niedrigen Pegeln.

7. Verstärker nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltkreismittel ferner folgendes aufweisen:

eine erste und zweite Zeitkonstanten-Schaltung, vorgesehen an der Steuereingangsseite des Schaltelements, um eine glatte »Ein«-Wirkung des Schaltelemerits durch eine erste Zeitkonstanten-Schaltung vorzusehen, und um eine glatte »Aüs«- Wirkung des Schaltelements durch die zweite Zeitkonstanten-Schaltung vorzusehen.

8. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker ferner Steuerschaltungsmittel aufweist, die mindestens -das, zweite Detektorsignal empfangen, um das zweite Signal für eine bestimmte Zettperiode zu halten, um das zweite Detektorsignal an die Umschaltungsmittel zu liefern.

9. Verstärker nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltungsmittel folgendes aufweisen:

ODER-Schaltungsmittel, weiche die ersten und zweiten Detektorsignale empfangen,
Halteschaltungsmittel, welche das Ausgangssignal von den ODER-Schaltungsmitteln empfangen, um das empfangene Signal für eine bestimmte Zeitperiode zu halten, und

ein Verstärkungseiement zur Verstärkung eines Signals, geliefert von den Halteschaltungsmitteln vor Lieferung desselben an die Umschaltkreis-Mittel (Umschalt-Schaltungsmtttel).

10. Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker eine Gegentaktschaltung mit Eintakiausgang ist, und zwar mit im Gleichgewicht befindlichen (symmetrischen) Letstungsversorgungsmitteln, die eine positive Leistungsversorgusg und eine negative Leistungsversorgung aufweisen, und wobei ferner Schaltkreismittel für jeweils die positiven und negativen Leistungsversorgungen vorgesehen sind, um gesondert voneinander betätigt zu werden, um die Umschaltung zu bewirken zwischen Spannungspegeln der positiven Leistungsversorgung, gesondert von der Wirkung der Umschaltung zwischen Spannungspegeln der negativen Leistungsversorgung.

11. Verstärker nach Anspruch tO, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Detektormittel zwei Paare bilden, wobei eines der Paare vorgesehen ist, um eine positive Seile des Signals entsprechend dem Eingangssignal zu detektieren, während das andere der Paare vorgesehen ist, um eine negative Seite des gleichen Signals zu detektieren.

12. Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dpr Verstärker eine Gegentaktschaltung mit Eintaktausgang ist, und zwar unter Verwendung von im Gleichgewicht befindlichen Leistungsversorgungsmitteln, die eine positive und eine negative Leistungsversorgung aufweisen, und wobei die Schaltkreismittel jeweils für die positiven und negativen Leistungsversorgungen vorgesehen sind, um gleichlaufend betätigt zu werden, um auf diese Weise gleichzeitig das Umschalten zwischen Spannungspegeln der positiven und negativen Leistungsversorgung zu bewirken.

13. Verstärker nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch Absolutwertschaltungsmiuel zur Detektierung eines Absolutwerts des erwähnten Signals entsprechend dem Eingangssignal und zur Lieferung einer Ausgangsgröße an die ersten und zweiten Detektormittel, wobei eine Ausgangsgröße der ersten und zweiten Detektormittel gemeinsam an die Schaltkreismittel jeder der positiven und negativen Leistungsversorgungen der im Gleichgewicht befindlichen Leistungsversorgungsmittel an-

gekoppelt ist ;

14. Verstärker nach Anspruch 13, dadurch ge_T kennzeichnet, daß die Absolütwertschaltkreismittel eine VollweUenglpichrichterschaltung aufweisen.

15. Verstärker nach Anspruch 1, dadurch¹ gekennzeichnet, daß das Signal entsprechend dem Eingangssignal ein Ausgangssignal der Verstärkungsmittelist