DE3328201A1 - Leistungsaudioverstaerker mit automatischer anpassung des von der endstufe aufgenommenen ruhestromes - Google Patents

Description

SGS-ATES Componenti Elettronici S.p.Α., Catania / Italien

Leistungsaudioverstärker mit automatischer Anpassung des von der Endstufe aufgenommenen Ruhestromes

BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft einen Leistungsaudioverstärker mit der Fähigkeit, den von der Endstufe aufgenommenen Ruhestrom automatisch anzupassen.

Es ist bekannt, daß Leistungsaudioverstärker "cross-over"-Verzerrungen aufweisen, wovon, insbesondere im Fall von Radioübertragungen, unangenehme Geräusche resultieren.

Gleicherweise ist es bekannt, daß solche Verzerrungen verhindert werden können, indem der von der Endstufe aufgenommene Ruhestrom, bzw. "bias-Strom" auf einem relativ hohen Wert wie 10 bis 15 mA gehalten wird.

Falls solch ein Strom im Betrieb bei normaler Last akzeptiert werden kann, ist er jedoch im Betrieb ohne Last außerordentlich hoch, insbesondere falls die Stromversorgung durch eine Batterie erfolgt und der Verstärker in einem ziemlich kleinen Gehäuse enthalten sein soll. In solch einem Fall verursacht der während des Betriebes ohne Last aufgenommene Ruhestrom einerseits die schnelle Entladung der Batterie und,

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andererseits, eine unerwünschte Wärmedissipation.

Andererseits würde ein begrenzterer Ruhestrom, wie z.B. 1 mA, die Batterie nicht entladen und vie L weniger Hitze dissipieren, würde aber während des Lastbetriebes die oben erwähnten "cross-over"-Phänomene verursachen.

Dies in Betracht gezogen, ist es Aufgabe der Erfindung, einen Leistungsaudioverstärker zu schaffen, der beide Notwendigkeiten vereint, nämlich "cross-over"-Phänomene während des Lastbetriebes zu verhindern und das Entladen der Batterie und die Wärmedissipation während des Betriebes ohne Last zu begrenzen.

Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Verstärker, dadurch gekennzeichnet, daß er eine mit seiner Endstufe verbundene Strom-Steuer-Schaltung zum automatischen und kontinuierlichen Verändern des Ruhestromes der Endstufe von einem tieferen V/ert auf einen höheren Wert beim Schalten von der Betriebsbedingung ohne Last zu der Betriebsbedienung mit Last aufweist.

Mit anderen Worten löst der erfindungsgemäße Verstärker das oben erläuterte Problem, indem er den Ruhestrom der Endstufe veranlaßt, sich gemäß der Betriebsbedingung zu verändern. Genauer gesagt wird in der Betriebsbedingung ohne Last der oben erwähnte Ruhestrom auf einem niedrigeren Wert (z.B. 1 mA) gehalten, der auf geeignete Weise den Stromverbrauch und die Wärmedissipation begrenzen kann, während in der Betriebsbedingung mit Last der gleiche Strom automatisch auf einen höheren Wert gesteigert wird, der von der Signal amplitude und dem Wert des Last.wLderstandes abhängt und nach oben begrenzt ist (z.B. 15 mA) und die "cross-over"-Verzerrungen

verhindern kann. Die beiden oben erwähnten Notwendigkeiten werden so erfüllt ohne weitere Probleme.

Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand der Figuren. Von den Figuren zeigen:

Fig. 1 ein allgemeines Blockdiagramm des erfindungsgemäßen Verstärkers;

Fig. 2 Schaltungseinzelheiten eines Teiles des Verstärkers einschließlich der Stromsteuerungsschaltung.

In Fig. 1 ist ein Leistungsaudioverstärker gezeigt, an dessen Ausgang eine Last 2 gelegt ist.

Der Verstärker 1 weist eine oder mehrere Verstärkungsstufen 3 auf, auf die eine Leistungsendstufe aus zwei Halbstufen 4, wobei die obere für die positive Halbwelle und die untere für die negative Halbwelle der Versorgungsspannung dient, folgt. Jede dieser beiden Halbstufen weist eine Vorspannungskette einer an sich bekannten Art auf.

Zusätzlich zu den oben erwähnten bekannten Schaltungsteilen weist der Verstärker 1 eine Stromsteuerungsschaltung 6 auf, die von der oberen Halbstufe 4 (bezüglich der positiven Halbwelle) einen Strom I erhält, der einen Teil des von der Last

benötigten Stromes darstellt. Abhängig von diesem Strom I

erzeugt diese Schaltung ihrerseits einen Strom I, , der auf aic Vorspannungsketl.en b der beiden HaLbstufen einwirken kann um den von denselben Halbstufen aufgenommenen Strom von einem niedrigeren V/erL (ungefähr 1 mA) im Betriebszustand ohne Last auf einen höheren nach oben begrenzten Wert (ungefähr 15 mA)

im Betriebszustand mit Last zu verändern.

Die Einzelheiten dieser Steuerungsschaltung ü sind in Fig. 2 zusammen mit jenen der oberen Halbstufe 4 und der jeweiligen Vorspannungskette 5 gezeigt. Darin ist zu sehen, daß die obere HaIbstufe 4 einen"NPN-Transistor 7 zwischen einer Wechselstromzuführungsleitung A und der Last angeordnet und an der Basis durch das in einem zentralen Knotenpunkt 8, der mit dem Emitter des Transistors 7 über eine Reihenschaltung einer Diode 9 und eines Widerstandes 10 mit der Zuführungsleitung A über den PNP-Transistor 11 verbunden ist, angesteuert, aufweist. Die Basis des PNP-Transistors 11 ist mit einem zentralen Knotenpunkt 12 zwischen einer Diode 13 und einem NPN-Transistor 14, die in Reihe mit der Zuführungsleitung A geschaltet sind und die Vorspannungskette 5 (oder zumindest ein Teil davon) bilden, verbunden. Von einer weiteren Elektrode des PNP-Transistors 11 wird der Strom I für die Stromsteuerschaltung 6 genommen.

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Die Steuerschaltung 6 weist ihrerseits einen Spannungs- und Impedanzwandler vom Darlington-Typ 15 auf, der von dem Strom I durch einen Detektor 16 mit einer Betriebsschwelle ange-

steuert wird und steuert ihrerseits eine Betätigungsschaltung bestehend aus einem PNP-Transistor 17,und einem NPN-Transistor 18, der als Anpassungsglied für den durch ihn fließenden Strom I, wirkt. Genauer gesagt werden die Funktionen der Betriebsschwelle von in Reihe zwischen der Masse und einem Schaltungsknoten 32, der mit der oben erwähnten zusätzlichen Elektrode des Transistors 11, von dem der Strom I

genommen wird, verbunden ist, geschalteten zwei Dioden 19 und durch einen Widerstand 21 ausgeführt. Der Detektor 16 ist seinerseits durch eine Diode ??. und durch einen Kondensator 23, die in einer an sich konventionellen Woise verbunden sind, gebildet. Die Darlingtonschaltung Ib weist andererseits zwei NPN-Transistoren 24 und 2b auf, von denen der erste an

der Basis durch den Detektor 16 angesteuert wird und der zweite im Leitfähigkeitszustand einen Widerstand 26 versorgt. Mit dem Emitter des Transistors 25 ist die Basis des PNP-Transistors 17, der seinerseits zwischen der Basis des NPN-Transistors 18 und Masse angeordnet ist, verbunden. Ein Widerstand 26 verbindet die oben erwähnte Basis des Transistors 18 mit einem Schaltungsknotenpunkt 27, der von einem Stromgenerator 28 versorgt wird und über eine Reihenschaltung von zwei Dioden 29 und 30 mit Masse verbunden ist. Ein Widerstand 31 ist schließlich zwischen Masse und dem Emitter des Transistors 18, dessen Kollektor mit der Zuführungsleitung A über den Transistor 14 und die Diode 13 zur Leitung des Stromes I. verbunden ist, angeordnet.

Im Betriebszustand ohne Last wird der Transistor 7 der oberen Halbendstufe 4 von einem Ruhestrom oder bias-Strom (bias current)I durchflossen, dessen Wert ungefähr gleich 1 mA ist. Der Energieverlust und die Wärmedissipation sind deshalb außerordentlich begrenzt.

Unter solchen Bedingungen ist der Strom I (ein vorbestimmter Bruchteil des von der Last benötigten Stromes), der am PNP-Transistor 11 abgenommen wird, so niedrig, daß die Spannung am Schaltungsknotenpunkt 32 und infolge dessen an den Enden des Kondensators 23 des Detektors 16 nicht in der Lage ist, den Transistor 24 der Darlington-Schaltung 15 leitfähig zu steuern. Der Transistor 25 der gleichen Darlington-Schaltung ist deshalb abgeschaltet, während der PNP-Transistor 17 eingeschaltet Lst, welcher, indem er den Strom von dem Widerstand 26 nimmt, die Basis des NPN-Transistors 18 auf einem so niedrigen Niveau hält, daß derselbe Transistor 18 abgeschaltet wird und infolge dessen der Strom I. verhindert wird. Der Strom I, hält natürlicherweise den Strom I nied-

b · ο

rig.

Der Übergang von dem Betriebszustand ohne Last zu dem Betriebszustand mit Last kann von der oberen Halbstufe 4 sowohl als Anstieg des von der Last benötigten Stromes als auch an den Knotenpunkt 8 angelegtes Signal festgestellt werden. Auf jeden Fall resultiert eine größere Leitfähigkeit der Transistoren 7 und 11 und infolge dessen ein Anstieg von

I , welcher in dem Knotenpunkt 32 eine größere Spannung als a

die Betriebsschwelle der Darlington-Schaltung 15 produziert. Durch Aufladen des Kondensators 23 verursacht diese Spannung das "Einschalten" der Darlington-Schaltung 15 und deshalb das allmähliche "Abschalten" des PNP-Transistors 17, der seinerseits den NPN-Transistor 18, durch den dann ein Strom I. von wachsendem Wert bis zu einem Maximum, das gleich dem Verhältnis zwischen der Basis-Emitter-Spannung des Transistors 18 und dem Ohm-Wert des Widerstandes 31 ist, einschaltet.

Dieser Strom I. beeinflußt seinerseits die bias-Kette 5 der b

oberen Halbstufe 4, genauso wie die entsprechende bias-Kette der unteren Halbstufe, wodurch ein Ansteigen des Ruhestromes I auf einen größeren Wert (z.B. bis 15 mA), der "crossover"-Verzerrungen verhindert, bewirkt wird.

Diese während der positiven Halbwelle der Versorgungsspannung A geschaffene Situation, d.h. während der Leitfähigkeit der oberen Halbstufe 4, hält während der nachfolgenden negativen Halbwelle an, d.h. während der Leitfähigkeit der unteren Halbstufe, wegen des Kondensators 23, der über die Darlington-Stufe 15 und den Widerstand 26 mit einer Entladungszeit, die hoch genug ist, um das System in der vorher festgelegten Betriebsbedingung für die ganze Laufzeit der unteren Halbwelle zu halten, entlädt; die Entladungszeit wird vom Ohm-Wert des Widerstandes 26 multipliziert mit der Verstärkung der Darlington-Stufe 15 festgelegt. Dies gilt zweifellos dann, wenn

die in Betracht kommende Frequenz hoch genug ist für eine Halbwellenzeit niedriger als die Entladungszeit des Kondensators 23; anderenfalls wird der Wert I während der negativen Halbwelle abnehmen. Andererseits würde dieser Nachteil durch die Tatsache kompensiert, daß für niedrige Frequenzen die "cross-over"-Verzerrung weniger bedeutsam ist.

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Claims (5)

1. PATENTANWALT DIPL.-PHYS. LUTZ H. PRÜFER · D-8OOO MÜNCHEN QO

   MM 8-2816 P/M/hu

   SGS-ATES Component! Elettronici S.p.A., Catania / Italien

   Leistungsaudioverstärker mit automatischer Anpassung des von der Endstufe aufgenommenen Ruhestromes

   PATENTANSPRÜCHE

   \ΐΛ Leistungsaudioverstärker,
   dadurch gekennzeichnet, daß er eine mit seiner Endstufe verbundene Stromsteuerschaltung (6) zum automatischen Verändern des Ruhestromes der Endstufe von einem tieferen Wert auf einen höheren Wert beim Schalten von der Betriebsbedingung ohne Last zu der Betriebsbedingung mit Last aufweist.
2. 2. Verstärker nach Anspruch 1,

   dadurch gekennzeichnet, daß die Stromsteuerschaltung (6) eine 'Detektiereinrichtung (16) zum Detektieren eines Stromanteiles abhängig von dem von der Endstufe aufgenommenen Strom, einen

   PATENTANWALT DIPL.-PHYS. LUTZ H. PRÜFER · D-BOOO MÜNCHEN 90 · WILLROIDERSTR. θ · TEL. (Ο80)β40β4Ο

   Detektor (16) mit einer Betriebsschwelle, eine von dem durch den Detektor fließenden Strom angesteuerte Wandlerschaltung, und von der Wandlerschaltung angesteuerte Betätigungseinrichtungen zum Aufbau eines Ruhe-Lade-Stromes der Endstufe, wenn der Strom die Betriebsschwelle übersteigt, aufweist.
3. 3. Verstärker nach Anspruch 2,

   dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor einen Kondensator (23) mit durch einen Widerstand (26) in Kaskadenschaltung mit der Wandlerschaltung festgelegten Entladungszeit aufweist.
4. 4. Verstärker nach Anspruch 2 oder 3,

   dadurch gekennzeichnet, daß die Wandlerschaltung eine Darlingtonschaltung (15) enthält.
5. 5. Verstärker nach einem der Ansprüche 2 bis 4,

   dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungseinrichtung einen NPN-Transistor (18), gesteuert von einem PNP-Transistor (17), der seinerseits von der Wandlerschaltung gesteuert wird, aufweist.