DE3927175A1 - Impulsbreitenmodulationsverstaerkerschaltung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Impulsbreitenmodulations­ verstärkerschaltung, und insbesondere eine Impulsbreiten­ modulationsverstärkerschaltung mit einem verringerten Grad an Störung auf andere Einrichtungen durch ein Hochfrequenz­ trägersignal, das in ein Impulsbreitenmodulationssignal mit einem analogen Eingangssignal moduliert werden soll.

Ein Typ eines Impulsbreitenmodulationsverstärkers (PWM-Ver­ stärker) ist so ausgebildet, daß ein hochfrequentes Drei­ eckwellenträgersignal mit einem analogen Signal, beispiels­ weise einem Tonsignal oder dgl., moduliert wird, so daß es in ein Impulsbreitenmodulationssignal umgesetzt wird. Das Impulsbreitenmodulationssignal wird leistungsverstärkt und dann durch Entfernen des Trägersignals mit einem Filter demoduliert. Das demodulierte Signal wird dann an eine Last, beispielsweise einen Lautsprecher oder dgl., angelegt. In neuerer Zeit werden PWM-Verstärker dieser Art in beweglichen akustischen Einrichtungen oder dgl. aufgrund des hervor­ ragenden Wirkungsgrades der PWM-Verstärker bei der Leistungs­ verstärkung angewendet.

Die Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform eines herkömmlichen PWM (Impulsbreitenmodulation)-Verstärkers. Mit Bezugsziffer 1 ist eine Eingangsklemme für den Empfang eines Analogsignals bezeichnet. Das Analogsignal wird einer invertierenden Ein­ gangsklemme eines Vergleichers 2 zugeführt. Das hochfrequente Ausgangssignal eines Dreieckträgerwellenoszillators 3 wird an eine nichtinvertierende Eingangsklemme des Vergleichers 2 angelegt, so daß das Trägersignal mit dem Analogsignal moduliert wird und in ein Impulsbreitenmodulationssignal umgewandelt wird. Das vom Vergleicher 2 erhaltene Impuls­ breitenmodulationssignal wird durch eine Treiberstufe 4 geleitet und dann von einem Impulsverstärker (Leistungs­ verstärker) 5, der aus Leistungs-MOS-FETs besteht, verstärkt. Nachdem das Trägersignal aus dem verstärkten Impulsbreiten­ modulationssignal durch eine Filterschaltung, bestehend aus einer Drosselspule 6 und einem Kondensator 7, entfernt worden ist, wird das demodulierte Signal zum Antrieb eines Laut­ sprechers 9 oder dgl., welcher mit einer Ausgangsklemme 8 verbunden ist, verwendet.

Bei der beschriebenen Ausführungsform wird ein Hochfrequenz­ signal, beispielsweise mit einer Frequenz von etwa 200 kHz, als Dreieckträgerwellensignal verwendet, das mit einem ana­ logen Eingangssignal in ein Impulsbreitenmodulationssignal moduliert werden soll. Bei dem Trägersignal besteht ein Nachteil darin, daß es höhere harmonische Komponenten auf­ weist und sowohl die harmonischen Komponenten als auch die Grundwelle des Trägersignals abgestrahlt werden, wodurch verschiedene Störungen an den Radioempfängern oder dgl. ver­ ursacht werden können.

Um derartige Störungen zu verringern, ist vorgeschlagen wor­ den, die Grundwelle von etwa 200 kHz einer Frequenzmodulation mit einer spezifischen Frequenz von beispielsweise etwa 20 Hz zu unterziehen, um dabei die Trägerwellenenergie zu zerstreuen und die Pegel der abgestrahlten Grundwelle und ihrer harmonischen Komponenten auf einen bestimmten Umfang zu verringern.

Jedoch beseitigt das Ergebnis einer derartigen Zerstreuung der Trägersignalenergie nicht das Hochfrequenzsignal, son­ dern verringert es nur, und die Störungen auf die Empfänger treten immer noch auf, obgleich in einem verringerten Umfang im Vergleich zu den Fällen, bei denen keinerlei Gegenmaß­ nahmen unternommen werden. Eine weitere Schwierigkeit besteht darin, daß das 20 Hz-Signal und seine harmonischen Komponen­ ten demoduliert und wiedergegeben werden.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, zur Beseitigung der ge­ nannten Schwierigkeiten eine Impulsbreitenmodulations­ verstärkerschaltung zu schaffen, bei welcher die Energie des Trägersignals zerstreut wird, woraus eine Störung auf andere Einrichtungen in verringertem Umfang resultiert und bei welcher die Störung aufgrund eines Modulationssignals zur Durchführung der Energiezerstreuung problemlos ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Bei der Erfindung wird zur Lösung der gestellten Aufgabe das Trägersignal einer Frequenzmodulation (FM) mit einem zufallsveränderlichen Signal ohne jegliche Periodizität unterworfen. Hieraus ergibt sich, daß die Energie des Trägersignals und seiner harmonischen Komponenten zerstreut werden und der Grad an Störung auf andere Einrichtungen verringert werden kann. Selbst wenn das Frequenzmodulations­ signal auf AM (Amplitudenmodulations)-Empfänger wirkt und bei diesen Störungen verursacht, sind diese Störungen kaum wahrnehmbar, da das zufallsveränderliche Signal keine Perio­ dizität aufweist.

Zur Erläuterung der Erfindung dienen die beigefügten Figu­ ren. Es zeigt:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels der Erfindung;

Fig. 2 ein charakteristisches Diagramm zur Erläute­ rung des Betriebs des in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiels; und

Fig. 3 ein Blockschaltbild einer herkömmlichen PWM-Schaltung.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 1 wird ein Ausführungs­ beispiel einer Impulsbreitenmodulationsverstärkerschaltung nach der Erfindung erläutert. Hierin sind die Teile, welche mit den Bezugsziffern 1, 2 und 4 bis 9 bezeichnet sind, die gleichen Bauelemente, welche beim herkömmlichen Ausführungs­ beispiel der Fig. 3 verwendet werden. Eine nähere Erläute­ rung dieser Bauelemente erübrigt sich daher.

Das Ausführungsbeispiel der Fig. 1 unterscheidet sich gegenüber der herkömmlichen Ausführungsform der Fig. 3 durch zusätzliche Anwendung von Bauelementen 31 bis 34.

Mit der Bezugsziffer 31 ist ein Dreieckwellensignalgenerator bezeichnet, welcher beispielsweise einen Kondensator auf­ weist, der mit einem fest eingestellten Strom von einer geregelten Konstantstromquelle geladen wird. Ferner wird er mit dem gleichen fest eingestellten Strom entladen, so daß eine Dreieckwelle erzeugt wird.

Mit der Bezugsziffer 32 ist eine Steuerschaltung bezeich­ net, die ein Triggersteuersignal dem Dreieckwellensignal­ generator 31 zuführt, so daß der Dreieckwellensignalgenerator 31 zum Initiieren eines Lade- und Entladezyklusses veran­ laßt wird. Die Steuerschaltung 32 besteht aus einer Frequenz­ modulations(FM)-Schaltung, welche ein Grundfrequenzsignal von beispielsweise etwa 200 kHz von einem Grundfrequenz­ signaloszillator 33 sowie ein zufallsveränderliches Signal, welches keine Periodizität aufweist, von einem Zufalls­ signaloszillator 34 empfängt.

Die Steuerschaltung 32 frequenzmoduliert das Grundfrequenz­ signal von 200 kHz, welches vom Grundfrequenzsignaloszilla­ tor 33 kommt, mit dem zufallsgesteuerten Signal, welches vom Zufallssignaloszillator 34 geliefert wird, so daß ein Modulationsbereich von etwa ± 20 kHz erreicht wird. Hieraus ergibt sich ein resultierendes Frequenzmodulationssignal, von dem die Pegel der Grundwelle und ihrer harmonischen Komponenten in der Fig. 2 dargestellt sind.

In der Figur sind mit C 1, C 2 und C 3 die Spektren der Grund­ welle und ihrer harmonischen Komponenten vor der Modulation bezeichnet und mit D 1, D 2 und D 3 sind die Grundwelle und ihre harmonischen Komponenten nach der Spektraldispersion durch Frequenzmodulation dargestellt.

Wie aus der Fig. 2 zu ersehen ist, sind die Spitzen der Grundwelle und ihrer harmonischen Komponenten durch die Spektraldispersion von etwa ± 20 kHz im Vergleich zu den ursprünglichen Signalpegeln verringert, wobei die Verringe­ rung G etwa 10 dB beträgt.

Hieraus resultiert, daß unerwünschte Störungseinflüsse auf Radioempfänger und dgl. verringert werden können. Selbst wenn das zufallsveränderliche Signal oder seine harmonischen Komponenten im Tonfrequenzausgang eines Radioempfängers oder dgl. aus verschiedenen Gründen wiedergegeben werden, sind unerwünschte Störungseinflüsse kaum bemerkbar, da das zufallsveränderliche Signal keine Periodizität aufweist.

Aus obiger Erläuterung ergibt sich, daß in einer Impuls­ breitenmodulationsverstärkerschaltung nach der Erfindung ein Trägersignal, welches mit einem analogen Eingangssignal in ein Impulsbreitenmodulationssignal moduliert werden soll, mit einem zufallsveränderlichen Signal, das keine Periodi­ zität aufweist, frequenzmoduliert wird. Hierbei wird eine Energiedispersion bzw. Energiezerstreuung am Trägersignal und seinen harmonischen Komponenten durchgeführt, so daß ihre Spitzenpegel verringert werden. Auf diese Weise können unerwünschte Störungseinflüsse auf Radioempfänger oder dgl. verringert werden.

Da ferner ein zufallsveränderliches Signal, welches keine Periodizität aufweist, als Signal zur Durchführung der Frequenzmodulation verwendet wird, sind selbst dann, wenn das Frequenzmodulations(FM)-Signal auf die Radioempfänger oder dgl. einwirkt, die Störungseinflüsse kaum wahrnehmbar.

Obgleich ein zufallsveränderliches Signal als Signal zur Frequenzmodulation eines Trägersignals beim obigen Ausfüh­ rungsbeispiel verwendet wird, lassen sich die gleichen er­ läuterten Wirkungen erzielen, wenn anstelle des zufalls­ veränderlichen Signals sogenanntes weißes oder rosa Rauschen verwendet wird.

Claims (3)

1. Impulsbreitenmodulationsverstärkerschaltung mit einem Trägerfrequenzgenerator, der eine Trägerwelle erzeugt, die in einem Impulsbreitenmodulator durch ein Eingangssignal impulsbreitenmoduliert wird, und in welchem die impuls­ breitenmodulierte Trägerwelle anschließend verstärkt und demoduliert wird, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (32, 33, 34) zur Frequenzmodulation der Trägerwelle, mit einem zufallsveränderlichen Signal, bevor die Trägerwelle dem Impulsbreitenmodulator (2) zugeführt ist.

2. Impulsbreitenmodulationsverstärkerschaltung nach An­ spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (32, 33, 34) für die Frequenzmodulation der Trägerwelle

• - einen Dreieckwellengenerator (31) zur Erzeugung eines Dreieckwellenausgangssignals mit einer Frequenz, die von einer Frequenz eines Eingangstriggersignals abhängt,
• - einen Oszillator (33) zur Erzeugung eines Oszillator­ frequenzausgangssignals,
• - eine Zufallssignalquelle zur Erzeugung eines Zufalls­ frequenzsignals, und
• - einen Frequenzmodulator (32) zur Frequenzmodulation des Oszillatorfrequenzausgangssignals mit dem Zufallsfrequenz­ signal aufweist, wobei
• - das Ausgangssignal des Frequenzmodulators (32) dem Drei­ eckwellengenerator (31) als Triggersignal zugeführt ist.

3. Impulsbreitenmodulationsverstärkerschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zufalls­ veränderliche Signal ein Störsignal ist.