DE69735169T2

DE69735169T2 - Funknetzwerk mit geringer Leistung

Info

Publication number: DE69735169T2
Application number: DE69735169T
Authority: DE
Inventors: Duncan Henleaze Grant
Original assignee: University of Bristol
Current assignee: University of Bristol
Priority date: 1996-06-21
Filing date: 1997-06-18
Publication date: 2006-08-03
Anticipated expiration: 2017-06-19
Also published as: EP1130770A2; DE69735169D1; EP1130770A3; GB9613049D0; EP0906660A1; AU3181297A; ES2167001T3; DE69709736D1; WO1997050172A1; EP1130770B1; EP0906660B1; GB2314474B; JP2000513159A; DE69709736T2; US6762645B1; GB2314474A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Audiogerät mit geringem Stromverbrauch wie z. B. ein Radio mit geringem Stromverbrauch. Solch ein Gerät mit geringem Stromverbrauch kann dramatisch den Batterieverbrauch reduzieren, die Rolle einer Batterie zu der einer sekundären Speichereinrichtung reduzieren oder die Batterien zu Gunsten einer solaren oder mechanischen Energiequelle redundant machen.
Das Radio bleibt ein leistungsfähiges Kommunikationsmedium in vielen Teilen der Welt. Herkömmliche Radios sind relativ leistungshungrige Geräte. Dies ist nicht ein Problem in reichen Gesellschaften, sondern in entlegeneren Gesellschaften können die Batteriekosten für die lokale Bevölkerung sich verbietend teuer sein, wodurch Radios unterbenutzt werden. Somit wird die Möglichkeit, Nachrichten betreffend die öffentliche Gesundheit und Sicherheit zu senden, verringert, da viele in der angesprochenen Zuhörerschaft nicht zuhören können.
Die WO 94/11799 beschreibt einen Audio-Verstärker, welcher eine H-Transistorbrücke mit einer Leistungsversorgung verwendet, die von dem Audio-Eingangssignal abhängig ist und bei welchem ein Strom durch einen Lautsprecher, der über der Brücke angeordnet ist, mit einer Frequenz umgekehrt wird, die der Eingangs-Audiofrequenz entspricht. Innerhalb des Lautsprechers gespeicherte Energie wird verteilt, in dem der Lautsprecher innerhalb der H-Brücke abwechselnd kurzgeschlossen wird. Der Verstärker umfasst ebenfalls einen Schaltkreis, um das Eingangssignal in dem Leistungssignal der H-Brücke zu normieren und zu formen. Somit scheint der Verstärker ein Verstärker der Klasse H zu sein.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein elektrisches Gerät mit einem Audio-Ausgang vorgegeben, wobei das Gerät einen Signalverarbeitungsschaltkreis, einen Verstärker der Klasse D und ein Audio-Ausgangselement umfaßt und der Verstärker und der Signalverarbeitungsschaltkreis mit entsprechenden Versorgungsspannungen arbeiten, wobei der Verstärker der Klasse D eine im Wesentlichen konstante Versorgungsspannung besitzt, dadurch gekennzeichnet, dass die Versorgungsspannung für den Verstärker der Klasse D durch einen Gleichstrom/Gleichstrom-Erhöhungwandler erzeugt wird.
Es ist somit möglich, die Versorgungsspannungen der einzelnen Teile des elektrischen Gerätes so vorzugeben, daß sie mit der minimalen mit ihrer Funktion übereinstimmenden Versorgungsspannung arbeiten.
Vorzugsweise ist der Verstärker der Klasse D angeordnet, um die Leistungsversorgung für den Signalverarbeitungsschaltkreis zu erzeugen.
Der Verstärker der Klasse D kann konfiguriert sein, um eine Eintakt-Ausgangsstufe zu besitzen. Solch eine Anordnung gestattet der Spannungsschwebung über dem Ausgangselement, daß sie im wesentlichen gleich mit der Versorgungsspannung des Verstärkers der Klasse D ist.
Vorzugsweise ist der Verstärker der Klasse D konfiguriert, um eine "H"-Brücken-Ausgangsstufe zu besitzen. Dies ergibt eine verbesserte Spannungsschwebung von Spitze zu Spitze über dem Audio-Ausgangselement. Die Spannung von Spitze zu Spitze ist im wesentlichen zweimal so groß wie die Versorgungsspannung des Verstärkers der Klasse D.
Vorzugsweise ist der Audio-Ausgang ein Lautsprecher. Der Lautsprecher kann ein Tauchspulen-Lautsprecher sein. Für eine verbesserte Leistung speziell bei höherem Volumen, kann jedoch ein piezoelektrischer Wandler verwendet werden.
Vorzugsweise ist der Verstärker der Klasse D in einem abgeschirmten Gehäuse angeordnet, wobei die Leitungen in und aus dem Gehäuse gefiltert sind, um eine elektromagnetische Störung zu reduzieren.
Vorteilhafterweise ist ein Taktgenerator und ein Komparator zur Erzeugung einer impulsbreitenmodulierten Ansteuerung für den Verstärker der Klasse D ebenfalls in dem Gehäuse enthalten. Vorteilhafterweise liegt die Schalt-Taktfrequenz in dem Bereich von 25 kHz bis 120 kHz.
Vorzugsweise beträgt die Schaltfrequenz 90 Khz, wenn das Ausgangselement ein piezoelektrischer Wandler ist. Solch eine Frequenz stellt einen Kompromiß zwischen der Reduzierung des Wellenstromes zu dem Wandler (der Wellenstrom reduziert sich bei höherer Schaltfrequenz) und dem Geringhalten der Schaltverluste (Schaltverluste erhöhen sich mit wachsender Frequenz) dar. Eine geringere Schaltfrequenz kann verwendet werden, um einen Tauchspulen-Lautsprecher anzusteuern.
Vorzugsweise wird der Taktgenerator zur Verwendung bei dem Impulsbreiten-Modulationsschema verwendet, um ein Flip-Flop anzusteuem das konfiguriert ist, um einen Rechteckwellenausgang bei der halben Taktfrequenz zu erzeugen. Die mittlere Spannung der Rechteckwelle beträgt die Hälfte der Versorgungsspannung des Flip-Flops. Somit kann das Ausgangssignal des Flip-Flops tiefpaßgefiltert werden, um eine Gleichstromversorgung von im wesentlichen 1,5 Volt herzuleiten, wenn das Flip-Flop mit einer 3 Volt-Versorgung angesteuert ist. Diese verminderte Versorgungsspannung kann verwendet werden, um den Signalverarbeitungsschaltkreis mit Leistung zu versorgen. Alternativ kann ein Komparator verwendet werden, um die Spannung, die an den Signalverarbeitungsschaltkreis geliefert mit, mit einer Bezugsspannung zu vergleichen. Dieser Schaltkreis kann angeordnet sein, um eine Ladung auf einem Speicherkondensator hervorzurufen, die über ein in einem Schaltmodus verwendetes Halbleiterelement draufgesetzt wird, wenn die Spannung unter einen voreingestellten Schwellwert fällt.
Vorzugsweise ist der Signalverarbeitungsschaltkreis ein Radioempfänger.
Vorteilhafterweise besitzt der Empfänger einen Superheterodyn-Aufbau.
Vorzugsweise sind wenigstens die Resonanzschaltkreise in dem Zwischenfrequenz-Verstärkerabschnitt des Superheterodyn-Empfängers aus Spulen/Kondensator-Kombinationen gebildet. Die Verwendung von LC-Resonanzschaltkreisen war üblich in den frühen Tagen des Radios, wurde aber wegen Verwendung von Widerstandslasten speziell im Fall von integrierten Schaltkreisen aufgegeben, wobei keramische Filter zwischen den Stufen werwendet wurden, um der Anordnung die erforderliche Selektivität zu geben. Widerstandslasten sind relativ ineffizient und breitbandig. Keramische Filter geben ein Schmalbandverhalten vor, sind aber Dämpfungseinrichtungen. Die Verwendung eines LC-Resonanzschaltkreises gibt eine abgestimmte Last mit einer hohen Impedanz bei Resonanz vor und demzufolge gestattet sie, daß der erforderliche Verstärkungsbetrag mit weniger Verstärkungsstufen erzielt wird, wobei die Stufen mit einem geringeren Ruhestrom als der arbeiten, der normalerweise gewählt wird. Somit können die Leistungsversorgungsanforderungen des Radioempfängers vermindert werden, was weitere Gewinne in der Batterielebensdauer zu erzielen ermöglicht.
Vorzugsweise ist der Signalverarbeitungsschaltkreis zumindest teilweise innerhalb eines integrierten Schaltkreises verwirklicht und die Transistorschaltkreise innerhalb des Schaltkreises sind optimiert, um Bandbreitenprodukte mit hoher Verstärkung und geringem Ruhestrom vorzugeben. Der integrierte Schaltkreis kann die Verbindung zu externen abgestimmten Lasten einschließen, wodurch sowohl die Vorteile der IC-Herstellung, als auch von effizienten Lasten ermöglicht werden.
Vorteilhafterweise gibt das Radio wenigstens einen AM-Empfang im Bereich von 500 kHz bis 1600 kHz, einen FM-Empfang im Bereich von 88 MHz bis 108 MHz und einen Kurzwellenempfang auf irgendeinem oder mehreren Kurzwellenbändern vor. Der FM-Empfängerschaltkreis kann eine herkömmliche Zwischenfrequenz von 10,7 MHz und einen Quadraturdetektor für die Signaldiskriminierung verwenden. Der AM- Empfängerabschnitt kann die herkömmlich Zwischenfrequenz von 465 kHz verwenden.
Die vorliegende Erfindung wird weiter im Wege eines Beispieles unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben in welchen:
1 Schematisch ein Radio veranschaulicht, das ein Ausführungsbeispiel in der vorliegenden Erfindung bildet;
2 Schematisch eine Ausgangsstufe der Klasse D veranschaulicht;
3 Schematisch eine Realisierung des Verstärkers der Klasse D veranschaulicht, der in 2 gezeigt ist;
4 Schematisch eine "H"-Brückenverstärkeranordnung veranschaulicht;
5 Eine Anordnung von 2 zusammen mit Störungs-Reduzierungsmitteln zeigt;
6 Eine Einrichtung veranschaulicht zur Herleitung einer 1,5 Volt-Versorgung aus einem 3 Volt-Eingang;
7 Ein Schallungsdiagramm eines ersten Ausführungsbeispieles eines Verstärkers der Klasse D ist, der einen Sägezahngenerator und einen Komparator umfaßt;
8 Einen Verstärker der Klasse D wie in 7 veranschaulicht, der aber einen "H"-Brückenausgang besitzt;
9 Ein Schaltungsdiagramm eines FM-Empfängers ist der geringe Stromverbrauchs-Anforderungen besitzt; und
10 Ein Diagramm ist, das f_T Index C über IC für einen typischen bipolaren Transistor mit kleinem Signal veranschaulicht.
Bekannte tragbare Radioempfänger für den Sendeempfang arbeiten typischerweise mit vier 1,5 Volt-Trockenzellen (was eine Gesamtspannung von 6 Volt ergibt), und ziehen einen Strom in der Größenordnung von 20–35 mA in Abhängigkeit von dem Entwurf des Schaltkreises und der Einstellung der Lautstärkesteuerung. Dies entspricht einer Leistungsanforderung an die Batterien zwischen 120 und 210 mW. Unter der Annahme eines mittleren Leistungsverbrauches von 150 mW werden vier Alkalin-Zellen vom C-Typ und mit guter Qualität an das Radio für ungefähr 200 Stunden mit Leistung versorgen (d. h. 10 Stunden pro Tag bei 20 Tagen) bevor sie entladen sind.
Das hier beschriebene Radio benötigt nur eine Leistung von 3–5 mW in Abhängigkeit von der Lautstärkeeinstellung. Unter der Annahme eines mittleren Leistungsverbrauches von 4 mW wird der Batterieverbrauch ungefähr 1/37 von dem eines gewöhnlichen Radios betragen. Demzufolge werden vier Batterien vom C-Typ das Radio für ungefähr 7400 Stunden (d. h. 10 Stunden pro Tag während 2 Jahren) mit Leistung versorgen. Solche eine geringe Leistungsanforderung ermöglicht es, die Option des Vorsehens einer Netzversorgung als eine alternative Versorgung für das Radio unberücksichtigt zu lassen. Somit werden die Anzahl der Komponenten und die Kosten des Radios vermindert. Ferner kann die Leistung durch eine Solarzellenanordnung oder durch einen Windgenerator vorgegeben werden.
Die Schaltkreise des Radioempfängers können in zwei Hauptfunktionen unterteilt werden. Diese sind:
Radio-Signalempfang, wobei ein Schaltkreis das Radiosignal einfängt, es demoduliert und ein schwaches Audiosignal erzeugt. Dies wird üblicherweise als der Empfängerschaltkreis bezeichnet.
Audioverstärkung wobei das schwache Audiosignal verstärkt wird, bis es eine ausreichende Leistung besitzt, um einen Lautsprecher anzusteuern.
Um eine in einem großen Umfang erweiterte Batterie-Lebensdauer vorzugeben, muß der Leistungsverbrauch in beiden Schaltkreisen vermindert werden.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines tragbaren Radioempfängers, der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung bildet. Eine 3 Volt-Batterie 2 liefert Leistung an einen Verstärker 4 der Klasse D. Der Verstärker 4 steuert einen Lautsprecher 6 an. Der Verstärker 4 erzeugt ebenfalls eine 1,5 Volt-Versorgung für den Empfänger 8. Bislang sind die Verstärker und Empfänger von tragbaren Radios mit der gleichen Versorgungsspannung betrieben worden. Die Spannungsschwankungen, die innerhalb der Transistoren eines Radioempfängers auftreten, sind typischerweise sehr klein und demzufolge ist der Betrieb des Empfängers mit der gleichen Versorgungsspannung wie die des Audio-Ausgangsverstärkers sehr verschwenderisch für die Batterieenergie. Der Anmelder hat realisiert, daß beträchtliche Leistungseinsparungen durch Verminderung der Versorgungsspannung des Empfängers erzielt werden können, wodurch unnötige Verluste innerhalb des Empfängers reduziert werden.
Der Verstärker der Klasse D, der schematisch in 2 veranschaulicht ist, ist effizient aufgrund der Tatsache, daß die Halbleitereinrichtungen Q1 und Q2 vollständig eingeschaltet und vollständig ausgeschaltet betrieben werden, wodurch die Verluste innerhalb der Halbleiter reduziert werden. Ferner ist der Verstärker geeignet zur effizienten Ansteuerung einer kapazitiven Last. Diese elektrischen Lautsprecher stellen eine im Wesentlichen kapazitive Last dar. Diese Lautsprecher sind verfügbar mit Durchmessern von mindestens 4 Zoll und besitzen eine geringere Grenzfrequenz von 300 Hz. Während der Grund-Klanggehalt von dieser Art von Lautsprechern nicht stark ist, ist die Gesamt-Klangqualität ganz akzeptierbar. Zusätzlich kann ein kurzer Konus verwendet werden, um den Lautsprecher vorzuspannen, so daß er die Grundtöne verstärkt. Die Impedanz eines piezoelektrischen Lautsprechers beträgt ungefähr 1 Mikrofarad und die Einrichtung ist wirksam bei der Umwandlung von elektrischer Energie in Klangenergie. Um jedoch die erforderliche Verschiebung des Wandlerelementes zu erzielen, müssen große Ladungsbeträge (und daher Energie) in und aus dem Lautsprecher bei jedem Zyklus des Audiosignales fließen. Um eine hohe Gesamtleistung zu realisieren, muß der zur Ansteuerung des Lautsprechers verwendete Verstärker in der Lage sein, die in der kapazitiven Last, die der Lautsprecher darstellt, gespeicherte Energie zurückzugewinnen. Ein Verstärker der Klasse D ist in der Lage, diese Energie rückzugewinnen.
Es sei vermerkt, daß der Verstärker ebenfalls einen Lautsprecher mit einem Permanentmagneten ansteuern kann, der eine Tauchspule besitzt. Diese Lautsprecher sind typischerweise nur mit 1–2 % wirksam. Dieses ist teilweise auf die Schwierigkeit der Ankopplung des Lautsprecherkonus mit der Luft, ohne die Verwendung eines nicht akzeptierbaren langen Horns zurückzuführen. Es ist jedoch ebenfalls auf die Tatsache zurückzuführen, daß Lautsprecher mit Tauchspule einen Widerstand von ungefähr 8 Ohm über den größten Teil ihres Frequenzbereiches darstellen. Bei bestimmten Frequenzen kann die Impedanz ein reaktives Element umfassen, aber die meisten Verluste sind dem Strom zugeordnet, der durch den Spulenwiderstand fließt. Diese Verluste sind proportional zu dem Quadrat des Stromes in der Spule. Somit steigen die Verluste scharf an, wenn ein größerer Strom erforderlich ist.
Ein Lautsprecher mit Permanentmagnet kann jedoch verwendet werden in Radios, die ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung bilden, wobei ein geringer Anstieg in der Leistungsanforderung auftritt, wenn das Radio mit geringer Lautstärke betrieben wird. Bei größeren Lautstärkepegeln steigt jedoch die Leistungsanforderung scharf an, obgleich ein lauter Klang noch mit einem Lautsprecher mit Permanentmagnet mit nur 10 % des Leistungsverbrauches erzielt werden kann, den ein herkömmliches Radio erfordert.
Wie in 2 gezeigt, sind die Schaltelemente Q1 und Q2, die durch Feldeffekt-Transistoren verwirklicht werden können, in Reihe angeordnet und in Gegentakt angesteuert. Somit ist der Lautsprecher 6 entweder mit der Versorgungsschiene 10 oder mit der 0-Volt-Schiene 12 verbunden. Eine Spule 14 ist Reihe zu dem Lautsprecher 6 geschaltet, um Schaltspitzen zu glätten, die aufgrund der im wesentlichen digitalen Natur des Verstärkers auftreten. Ein Kondensator 16 ist vorgesehen, um einen Gleichstromfluß zu blockieren. Die Dioden D1 und D2 sind parallel zu den Halbleiterschaltern Q1 und Q2 angeordnet, um als Rücklaufdioden zu arbeiten und hierdurch die Halbleiterschalter gegen einen induktiven Stromfluß während des Schaltens des Gerätes zu schützen.
Der Verstärker der Klasse D wird durch ein impulsbreitenmoduliertes Signal angesteuert, das durch Vergleich eines Audiosignales mit einem Referenzsignal erhalten wird, welches eine Sägezahn- oder Rechteckswelle ist. 3 veranschaulicht schematisch ein Ausführungsbeispiel des Verstärkers. Ein Signalgenerator 20 (der eine Sägezahn- oder Dreieckwelle erzeugt) ist an den nicht-invertierenden Eingang eines Komparators 22 angeschlossen. Ein Audiosignal wird an den invertierenden Eingang des Komparators geliefert. Der Ausgang des Komparators ist daher ein impulsbreitenmoduliertes Signal, das die Größe des Audiosignales repräsentiert. Erste und zweite Feldeffekt-Transistoren 24 und 26 sind in Reihe zwischen die Spannungsversorgungsschiene 10 und die Masseschiene 12 geschaltet. Der erste Feldeffekttransistor 24 ist vom N-Kanaltyp, während der zweite Feldeffekttransistor 20 vom B-Kanaltyp ist. Die Steuerelektroden der Feldeffekt-Transistoren 24 und 26 sind an den Ausgang des Komparators 22 angeschlossen. Ein Ausgang wird an der Verbindung zwischen den Feldeffekt-Transistoren abgenommen und über eine Spule L1 einem piezoelektrischen Lautsprecher 28 zugeführt, der als ein Kondensator C 1 dargestellt ist. Eine Ferritperle 30 ist in dem Anschluß zwischen dem ersten Feldeffekt-Transistor 24 und der Spannungsversorgungsschiene 10 enthalten, um den überschießenden Strom zu begrenzen. In gleicher Weise sind Dioden D1 und D2 vorgesehen, um den überschießenden Strom zu sperren. Die Dioden D1 und D2 können extern vorgesehene Schottky-Dioden wegen der Leistung sein, oder sie können interne in dem Körper der MOSFET-Transistoren enthaltene Dioden sein.
Die Schaltfrequenz (d. h. die Frequenz der Sägezahn- oder Dreieck-Welle) des Verstärkers der Klasse D sollte wenigstens das Zweifache der höchsten Frequenzkomponente in dem Audiosignal betragen. 25 kHz sind gewöhnlicherweise ausreichend. Ein geringerer Spulen-Wellenstrom kann jedoch für einen vorgegebenen Wert der Induktivität durch Betrieb bei einer höheren Schaltfrequenz erzielt werden. Wie zuvor vermerkt, zieht die Verwendung einer höheren Schaltfrequenz höhere Schaltverluste und Leistungsverluste bei der Ladung und Entladung der Steuerelektroden der MOSFET's in der Ausgangsstufe nach sich. Versuche haben jedoch gezeigt, daß eine Schaltfrequenz von ungefähr 90 kHz befriedigend für die Ansteuerung eines piezoelektrischen Lautsprechers ist.
Ein wichtiges Merkmal des Verstärkers der Klasse D ist dieses, daß Leistung in beiden Richtungen fließen kann. Wenn eine rein reaktive Last angesteuert wird, wird Leistung in beiden Richtungen während des vollständigen Audiozyklus fließen. Der Strom in der Gleichspannungsversorgung wird daher zwischen positiven und negativen Werten während jedes Zyklus variieren. Wenn keine Verluste irgendwo in dem Schaltkreis auftreten, wird dieser mittlere Wert des Gleichstromes über einen Audiozyklus 0 betragen. Wenn der piezoelektrische Lautsprecher angesteuert wird, gibt es Verluste im Lautsprecher und es gibt Verluste in den Transistoren, den Dioden und dem Widerstand von anderen Komponenten aber die Gesamt-Wirksamkeit dieser Kombination von Lautsprecher und Verstärker ist hoch im Vergleich mit jener eines herkömmlichen Verstärkers der Klasse AB und der Anordnung eines Lautsprechers mit Permanentmagneten.
Da die Ausgangsspannung über C1 in 3 gebildet wird (C1 stellt einen piezoelektrischen Lautsprecher dar) oder über C1 in 2 gebildet wird (wobei der Lautsprecher 6 vom Tauchspul-Typ ist), muß der Wert der Reiheninduktivität sorgfältig ausgewählt werden. Wenn sie zu gering ist, wird der Wellenstrom bei der Schaltfrequenz hoch sein, und die zugeordneten Verluste in den MOSFET's des Verstärkers werden beträchtlich sein. Wenn die Induktivität zu groß ist, wird sie eine beträchtliche Impedanz für hochfrequente Audioströme darstellen.
In dem Impulsbreitenmodulations-Signalgeneratorschaltkreis und in den Verstärker-Ausgangsstufen wird ein bestimmter Betrag an Strom aus der Versorgung gezogen, der von der Leistung abhängig ist, die an den Lautsprecher geliefert wird. Dieser Strom ist effektiv der Ruhestrom des Verstärkers. Die gezogene Ruheleistung des Verstärkers ist daher der Ruhestrom modifiziert mit der Versorgungsspannung. Es ist erwünscht, die Versorgungsspannung so niedrig wie möglich zu halten, um Spannungsverluste auf ein Minimum zu bringen. Die Lautsprecher (ganz gleich ob Tauchspule oder piezoelektrisch) erfordern jedoch eine bestimmte Spannungsschwebung von dem Verstärker, um ihre dynamische Leistung zu erzielen. Es hat sich herausgestellt, daß die Verwendung einer 6 Volt-Versorgung des Verstärkers bei der Erzielung eines guten dynamischen Ansprechverhaltens nützlich ist. Dies kann jedoch zu nicht akzeptierbaren großen Ruheverlusten führen. Eine Lösung dieses Problems liegt in der Zusammenkopplung zweier Ausgangsstufen in einer "H"-Brückenkonfiguration. Solch eine Anordnung ist in 4 gezeigt. Vergleicht man diese mit 3 so ist erkennbar, daß eine Belegung von C1 in 3 geerdet ist und die andere Belegung zwischen 0 Volt und der Versorgungsschiene (+ 3 Volt) geschaltet werden kann. In 4 kann jede Belegung des Kondensators mit Masse verbunden werden und jede Belegung kann an die Versorgungsschiene angeschlossen werden. Somit wird die wirksame Spannung von Spitze zu Spitze, die an den Kondensator C1 (der den piezoelektrischen Lautsprecher darstellen kann) angelegt werden kann, verdoppelt. Somit werden Q1 und Q4 angesteuert, um zusammen zu öffnen und zu schließen und Q2 und Q3 werden angesteuert, um zusammen zu öffnen und zu schließen. Anderweitig ist der Betrieb des Verstärkers ähnlich zu dem, der in bezug auf 3 beschrieben wurde.
Wie zuvor vermerkt, verwendet der Verstärker der Klasse D ein Schalten mit hoher Geschwindigkeit, um ein impulsbreitenmoduliertes Ausgangs-Signal zu erzeugen. Die scharfen Signalkanten, die dem Schalten zugeordnet sind, können elektromagnetische Strahlung erzeugen, die die Leistung des Radio-Empfängerschaltkreises stören kann. Um diese Probleme zu vermeiden, ist es vorteilhaft, den Verstärker in einer abgeschirmte Umhüllung einzuschließen mit Durchführungskondensatoren für die Leistungs- und Audioanschlüsse. Es ist ebenfalls erwünscht, daß die Schaltkomponenten in dem Ausgangssignal ebenfalls innerhalb des abgeschirmten Gehäuses herausgefiltert werden. Dies kann, wie in 5 gezeigt, erzielt werden durch Aufspaltung der Spule in zwei Spulen, eine für jeden Zweig des Schaltkreises und Hinzufügung eines kleinen Kondensators 34 und 36 zu jedem der Ausgangsanschlüsse. Der Verstärker kann sodann verwendet werden, um entweder einen piezoelektrischen oder einen Lautsprecher mit Permanentmagnet anzusteuern, ohne den Betrieb der Radio-Empfängerschaltkreise zu stören.
Es sei vermerkt, daß es bei der in 5 gezeigten Anordnung keinen Reihenkondensator gibt, um die Gleichstromkomponente zu blockieren. Wenn der Verstärker ideal wäre, würde der Wert der Gleichstromkomponente einer jeden Hälfte der "H"-Brücke genau gleich sein, und es würde keine Gleichstromkomponente zwischen den zwei Ausgangsanschlüssen geben. Aufgrund der Drift in dem impulsbreitenmodulierten Generator und anderer Schaltkreisungenauigkeiten kann es jedoch effektiv einen Gleichstrompegel geben, der in die impulsbreitenmodulierte Ausgangssignalform eingeführt wird. Dies ist kein ernsthaftes Problem für piezoelektrische Lautsprecher, da sie effektiv kapazitive Lasten vorgeben, könnte aber zu Gleichströmen und ernsthaften Leistungsverlusten führen, wenn sie benutzt werden, um Lautsprecher mit Permanentmagnet-Tauchspule anzusteuern und wenn aus Wirtschaftlichkeitsgründen dieser Gleichstrom-Blockierkondensator unterdrückt wird. Es kann in der Tat nützlich sein, den Blockierkondensator auszuschließen, da dort keine polarisierende Spannung verfügbar ist, um die Verwendung eines herkömmlichen elektrolytischen Kondensators möglich zu machen. Um sicher zu stellen, daß jede Brücke mit einem Tastverhältnis von 50 % arbeitet, wenn kein Audio-Eingangssignal vorliegt und daher die mittlere Gleichspannung 0 beträgt, kann die mittlere Ausgangsspannung eines Zweiges der Brücke zu dem Modulatorschaltkreis zurückgeführt werden, um den Grundpegel in dem Verstärker einzustellen. Dies wird vollständiger unter Bezugnahme auf 7 beschrieben. Ein ausgeklügelteres Vorspannungsschema liegt in der Verwendung eines Differentialverstärkers, um die mittlere Spannungsdifferenz über den Ausgangsanschlüssen des Verstärkers zu erfassen und dieses Signal für den impulsbreitenmodulierten Signalgenerator zurückzuführen.
Wie zuvor festgestellt worden ist, ist es wichtig für die Wirksamkeit, daß jeder Teil des Schaltkreises mit der geringsten realistisch möglichen Spannung betrieben wird. Es wird später gezeigt, daß eine Versorgung von 1,5 Volt für den Radio-Empfängerschaltkreis vollkommen ausreichend ist. Während diese Versorgung von einer getrennten Batterie erhalten werden kann oder von einem Abgriff der Batteriekette, erschöpfen sich unterschiedliche Batterien zu verschiedenen Zeitpunkten und rufen bei dem Anwender eine Verwirrung hervor. Es ist daher besser, eine Hilfsversorgung von 1,5 Volt innerhalb des Radios zu erzeugen. Dies kann geschehen durch Verwendung des Taktsignales von dem impulsbreitenmodulierten Generator des Audioverstärkers zum Takten eines Flip-Flops, wie dies in 6 gezeigt ist. Ein JK-Flip-Flop 40 ist so geschaltet, daß mit jedem Taktsignal seine Ausgänge Q und Q' abwechselnd zwischen logisch 1 und logisch 0 umschalten. Eine ähnliche Anordnung kann in anderen Flip-Flop-Aufbauten verwirklicht werden. Somit ist der Ausgang Q des Flip-Flops 40 eine Rechteckwelle mit der halben Frequenz des impulsbreitenmodulierten Taktes. Der Ausgang Q wird zu einem Speicherkondensator 42 über eine Spule 44 geführt. Die Spulen/Kondensator-Kombination mittelt den Ausgang des Flip-Flops, um eine Versorgung von 1,5 Volt zu erhalten. Eine Zener-Diode 46 gibt einen Schutz des Flip-Flops gegen induktiv induzierte Ströme während des Schaltens des Ausganges Q vor.
Ein vollständiger Audioverstärker ist in 7 veranschaulicht. Ein Sägezahngenerator 50 umfaßt eine Konstantstromquelle (basierend um den Transistor 52), welcher einen Kondensator 54 lädt. Somit steigt die Spannung über dem Kondensator 54 linear an. Ein Komparator 56 überwacht die Spannung über dem Kondensator 54 und wenn die Spannung einen vorbestimmten Pegel überschreitet, betätigt er den Transistor 58, um den Kondensator 54 zu entladen. Somit wird ein sich wiederholendes Sägezahnsignal erzeugt. Dieser Sägezahn wird dem nicht-invertierenden Eingang eines Komparators 60 über einen Kondensator 62 zugeführt. Der nicht-invertierende Eingang ist ebenfalls an eine Gleichspannungsquelle angeschlossen, die durch das Potentiometer 64 und die Widerstände 66 und 68 gebildet wird. Der Rest des Schaltkreises ist effektiv wie unter Bezugnahme auf 3 beschrieben, wobei die MOSFET-Transistoren innerhalb einer MOSFET-Treiberpackung 70 verwirklicht sind. Alternativ kann ein integrierter logischer Inverterschaltkreis an Stelle des MOSFET-Treibers verwendet werden. Der Ausgang einer der MOSFET-Treiber (Anschluß 5, wie in 7 gezeigt) wird zu dem impulsbreitenmodulierten Generator zurückgeführt, um sicherzustellen, daß das impulsmodulierte Signal ein Ruhe-Tastverhältnis von 50 % (wie durch das Potentiometer 64 eingestellt) besitzt. Die Ausgänge der MOSFET's innerhalb des MOSFET Treibers 70 werden den Ausgangsanschlüssen des Verstärkers OP1 und OP2 über Spulen L1 und L2 und Kondensatoren C1 und C2 zugeführt. Dioden D1–D4 können als diskrete Komponenten vorgesehen sein, oder, da die Ausgangstransistoren in einigen Logikpackungen integrale antiparallele Dioden umfassen, können diese Dioden verwendet werden, um die Funktionen von D1–D4 auszuführen.
Wenn die Verstärker erforderlich sind, um einen Lautsprecher mit Permanentmagnet bei hohen Leistungspegeln anzusteuern, können die Verluste in dem Widerstand der MOSFET-Treiber-Ausgangstransistoren zu hoch für eine gute Wirksamkeit und Lastverzerrung sein. Es ist sodann erforderlich, diskrete MOSFET-Ausgangseinrichtungen 72, 74, 76 und 78 hinzuzufügen, wie dies in 8 gezeigt ist. Diese diskreten MOSFET's besitzen einen geringeren Einschaltwiderstand (RDS) und der Leistungsverlust in diesen Einrichtungen bei hohen Ausgangsleistungen ist akzeptabel. Der Leistungsverlust, der der Ansteuerung der Steuerelektrodenkondensatoren dieser Einrichtungen zugeordnet ist, wird durch die Leistungsersparnis ausgeglichen, die aus einem geringeren (RDS) der Endstufe resultiert.
Wie zuvor vermerkt, ist es übliche Praxis, daß die Radio-Empfängerschaltkreise in einem tragbaren Radio mit der gleichen Spannung versorgt werden, wie sie in dem Audio-Verstärkerschaltkreis verwendet wird. Die Spannungsschwebungen, die den Signalen zugeordnet sind, die in dem Radioschaltkreis angetroffen werden, sind jedoch verschwindend gering im Vergleich zu den Spannungsschwebungen, die in der Audioverstärker-Ausgangsstufe angetroffen werden. Daher ist entgegen der Audioverstärkerstufe die Spannungsversorgung, die für den Radioschaltkreis erforderlich ist, nicht durch die Ampitude der verarbeiteten Signale vorgegeben. In der Radioempfängerstufe muß die Spannungsversorgung nur ausreichend sein, um sicherzustellen, daß die Transistoren in dem Schaltkreis einen geeigneten Verstärkungspegel liefem. Für bipolare Transistoren erfordert dies eine Versorgungsspannung von wenigstens 1 Volt. Eine Spannungsversorgung von 1,5 Volt liefert einen geeigneten Spielraum über diesem Minimalpegel.
Das Verstärkungs/Bandbreiten-Produkt eines Transistors ist eine Funktion des Grundstromes. Der geringste praktische Grundstrom für jede Transistorstufe sollte verwendet werden in Übereinstimmung mit dem Erhalt der erforderlichen Verstärkung von dieser Verstärkungsstufe. Die Transistoren sollten ausgewählt werden nach ihrer Fähigkeit, ein hohes Verstärkungs/Bandbreiten-Produkt bei geringen Grundströmen zu erzielen.
Es ist üblich bei der Radioentwicklung, daß die Grundströme ausgewählt werden, um die Stromverstärkung β und f_T des Gerätes auf ein Maximum zu bringen. Wie in 10 gezeigt, wächst f_T mit anwachsendem Grundstrom an, bis er einen Wendepunkt erreicht, der für Hochfrequenz und bipolare Transistoren für kleine Signale typischerweise bei ungefähr 1–3 mA liegt. Eine Verminderung des Grundstromes vermindert f_T. Die Anmelder haben jedoch realisiert, daß die Reduzierung des Grundstromes von dem Strom, der ein maximales f_T ergibt, nur Anlaß gibt für eine relativ geringe Reduzierung in f_T. Wenn somit die Betonung auf der Leistungsersparnis liegt, ist die Reduzierung in Grundstrom klar nützlich, da eine beträchtliche Reduzierung im Grundstrom Anlaß gibt zu einer nur bescheidenen Reduzierung in f_T. Ein traditioneller Radioempfängerentwurf kann eine HF-Verstärkerstufe umfassen, die bei 6 Volt mit 1 mA Grundstrom arbeitet, was zu einem Verlust von 6 mW im eingeschwungenen Zustand führt. Der gleiche Transistor kann wohl in der Lage sein, akzeptierbar mit einer Versorgungsspannung von 1,5 V und 0,4 mA Grundstrom zu arbeiten, wodurch sich ein Leistungsverlust im eingeschwungenen Zustand von 0,6 mW ergibt, d. h. von nur 10 % des herkömmlichen Entwurfes.
Es ist übliche Praxis geworden, integrierte Schaltkreisverstärker in Radioempfängern zu verwenden. Dies gilt besonders für ZF (Zwischenfrequenz)-Stufen und oftmals für HF (Hochfrequenz)-Stufen ebenso. Da es nicht üblich ist, Spulen in integrierte Schaltkreise einzuschließen, ist die Verwendung von abgestimmten Lasten in Verstärkerstufen in großem Umfang aufgegeben worden, zugunsten von weniger wirksamen Widerstandslasten, wobei der Verstärkungsverlust durch mehr Verstärkungsstufen angepaßt wurde. Leistungsreduzierungen können jedoch erzielt werden durch Rückkehr zur Verwendung von abgestimmten Lasten. Ein weiterer Vorteil von abgestimmten Lasten liegt darin, daß sie entgegen keramischen Filtern keine Dämpfung innerhalb des Durchlaufsbandes einführen. Ferner kann die erforderliche Selektivität ebenfalls durch geeignete Abstimmung der abgestimmten Lasten erzielt werden. Ein bedeutender Vorteil einer abgestimmten Kollektorlast liegt darin, daß sie einen geringen Widerstand für den Grundstrom vorgibt, während eine hohe Impedanz im Hinblick auf das ausgewählte HF- oder ZF-Signal beibehalten wird, wodurch die Erzielung einer größeren Verstärkung ermöglicht wird. Im Gebrauch kann der Radioempfänger innerhalb eines integrierten Schaltkreises verwirklicht werden, der externe Anschlüsse für den Anschluß der verschiedenen abgestimmten Lasten besitzt. Integrierte Schaltkreise besitzen den Vorteil, daß dimensionsmäßig kleine Transistoren erzeugt werden können. Da das Verstärkungs/Bandbreiten-Produkt und f_T (die Frequenz bei der die Stromverstärkung auf 1 abfällt) zu einem gewissen Ausmaß von der Stromdichte abhängen, besitzt ein kleiner Transistor die Fähigkeit, ein gutes Verstärkungs/Bandbreiten-Produkt und f_T zu erzielen, wenn er bei geringen Grundströmen betrieben wird. Die keramischen Filter können ebenfalls verwendet werden, wenn die Verbesserung in der Diskriminierung ausreichend ist, um den Nachteil der Signaldämpfung auszugleichen, welche diese Filter einführen.
Da das Verstärkungs/Bandbreiten-Produkt und f_T gewöhnlicherweise auf Kosten eines hohen Grundstromes erhalten werden, ist es weise, wenn ein geringerer Leistungsverbrauch gefordert ist, die Frequenz des Signales sobald wie möglich zu reduzieren. Dies bedeutet eine Umwandlung in die Zwischenfrequenz sobald wie möglich, und sodann erneut in die Audiofrequenz sobald wie möglich. Selbstverständlich besitzen Verstärker mit Amplitudenmodulation mit geringeren HF- und ZF-Frequenzen einen Vorteil bezüglich des Leistungsverbrauches, der erforderlich ist, um einen vorgegebenen Pegel der Signalverstärkung zu erhalten.
9 ist ein Schaltungsdiagramm eines Radioempfängers zur Verwendung beim Empfang von frequenzmodulierten Signalen im VHF-Band 2 (88–108 MHz). Ein AM-Empfänger verwendet die gleichen Grundprinzipien zur Verminderung des Leistungsverbrauches, obgleich er eine unterschiedliche Antennenkonfiguration (d.h. Ferritstangenantenne) und eine unterschiedliche Zwischenfrequenz von 465 kHz an Stelle von 10,7 MHz besitzt. Die ZF-Stufen sind in der Verstärkung nicht beschränkt und der Detektor ist ein Amplitudendetektor anstelle eines Verhältnis- oder Quadraturdetektors, wie er in dem FM-Empfänger verwendet wird.
Das HF-Signal wird durch die Antenne 80 eingefangen und einem abgestimmten Schaltkreis zugeführt, der durch den Kondensator 82 und die Spule 84 gebildet wird. Das Signal wird sodann durch den Transistor 86 verstärkt, der in einer Konfiguration mit gemeinsamer Basis betrieben wird, und der die Spule 88 und die Kondensatoren 90–92 als seine Last verwendet. Der Resonanzschaltkreis, der durch die Spule 88 und die Kondensatoren 90–92 gebildet wird, ist abstimmbar und mechanisch mit einem abgestimmten Schaltkreis 94 gekoppelt, der die Frequenz eines lokalen Oszilators steuert, der allgemein als 96 angezeigt ist. Der Kondensator 100 reicht das Signal von einem Transistor 86 zu dem lokalen Oszillator 96, der ebenfalls als eine Mischerstufe wirkt. Der kombinierte lokale Oszillator und der Mischer ist um den Transistor 102 gebaut, der in der Konfiguration mit gemeinsamer Basis arbeitet. Der Ausgang des kombinierten Mischers und des lokalen Oszillators wird erhalten an einer Sekundärwicklung eines abgestimmten Schaltkreises, der durch den Leiter 104 und den Kondensator 106 gebildet wird. Der lokale Oszillator ist von der Frequenz des abgestimmten Schaltkreises, der durch L2 und die Kondensatoren 90–92 gebildet wird, um eine vorbestimmte Frequenz entsprechend der Zwischenfrequenz verschoben. Der Ausgang des lokalen Oszilators/Mischers 102 wird sodann in einem Zwischenfrequenz-Verstärkerstreifen 110 verstärkt, der drei Verstärkungsstufen 112, 114 und 116 umfaßt. Jede Stufe besitzt einen Transistor, der in einem Modus mit gemeinsamem Ermitter betrieben wird und eine abgestimmte Kollektorlast verwendet. Nur eine sehr einfache Vorspannanordnung ist in 9 gezeigt worden, obgleich der Fachmann versteht, daß andere Vorspannanordnungen verwendet werden können, die eine bessere thermische Stabilität und einen Schutz gegen Draft vorgeben. Der Ausgang des ZF-Verstärkerstreifens 110 wird einem Detektor 120 mit bekanntem Entwurf zugeführt. In diesem Fall ist der Detektor ein Verhältnisdetektor. Um die Signalamplitude zu vermindern, welche der ZF-Endverstärker erzeugen soll, kann vorteilhaft ein Quadraturdetektor verwendet werden. Der Ausgang des Detektors wird durch eine herkömmliche Verstärkerstufe 122 der Klasse A verstärkt, bevor er dem Verstärker der Klasse D zugeführt wird.
Weitere Ersparnisse im Leistungsverbrauch können erzielt werden durch Verwirklichung einer Squelchfunktion innerhalb des Radios dergestalt, daß die Ausgangsleistungs-Verstärkerstufe während Perioden der Ruhe abgeschaltet wird. Zusätzlich ist es möglich, den Empfänger auf einer periodischen Basis z. B. 45.000 mal pro Sekunde zu betätigen, um die volle Audioqualität zu erhalten, oder weniger häufig, wenn eine eingeschränkte Bandbreite akzeptierbar ist. Dies ist so, weil es machbar ist, die Verstärker und den lokalen Oszillator an Spannung zu schalten, sie auf dem Radiosignal zu verriegeln, den momentanen Wert des Signales festzustellen und es zu der Verstärkerstufe weiterzureichen, und den Empfänger in einer kurzen Zeitperiode im Vergleich zu der Zykluszeit der höchsten Frequenzkomponente in dem Audioausgang abzuschalten.
Das vollständige Radio, das einen piezoelektrischen Lautsprecher einschließt, erfordert ungefähr 3 mW Leistung, wenn ein Sprach- und ein komfortabler Hörpegel vorgegeben wird. Dies kann vorgegeben werden durch eine Solarzelle mit relativ geringen Kosten, wenn sie durch schwaches Sonnenlicht beleuchtet wird. Die Solarzellenspannung variiert beträchtlich, wenn sich der Beleuchtungspegel verändert. Die einfachste Weise der Handhabung, der Spannungsveränderung ist die Verwendung eines Klemmschaltkreises mit einer Zener-Diode oder einem aktiven Transistor, um die Spannungsschwebungen zu begrenzen. Eine zweite Solarzelle kann verwendet werden, um die Hilfsversorgung von 1,5 Volt für den Radioempfänger zu erhalten. Alternativ kann der Ausgang der Solarzelle an einen Wandler im Schaltmodus angelegt werden, welcher der Solarzelle gestattet, immer in ihrem maximalen Leistungspunkt zu arbeiten. Da ferner ein herkömmlicher Wandler im Schaltmodus eine Impulsbreitenmodulation verwendet, wie es der Audioverstärker der Klasse D tut, gibt es eine Gemeinsamkeit zwischen den Schaltkreisen dieser Einrichtungen und demzufolge können Komponenten gemeinsam benutzt werden. Alternativ kann der Ausgang der Solarzelle direkt einer Sekundärbatterie zugeführt werden, um die Spannung der Solarzelle festzuhalten und Energie zu speichern zur Verwendung, wenn Sonnenlicht nicht verfügbar ist.
Es liegt auf der Hand, daß das Radio durch mehrere Quellen mit Leistung versorgt werden kann, wie z. B. Solarzellen, Primärzellen, Sekundärzellen oder mechanische Quellen, die einen Generator antreiben. Ein Energie-Verwaltungsschaltkreis kann innerhalb des Radios vorgesehen sein, um die Quellen in der Reihenfolge der Bevorzugung auszuwählen oder auf der Basis des höchsten Spannungspegels. Somit kann ein häusliches Radio mit einer Solarzelle ausgerüstet sein, welche die bevorzugte Leistungsquelle ist, aber wenn unzureichende Leistung von der Solarzelle erhältlich ist, kann es alle oder einige der erforderlichen Leistung aus einer sekundären Speicherbatterie beziehen, die zuvor durch die Solarzelle aufgeladen wird, oder als ein letzter Ausweg kann es Leistung aus einer Gruppe von Trockenzellen (ersetzbare Primärbatterie) beziehen.
Testergebnisse in Bezug auf die in den beiliegenden Figuren gezeigten Schaltkreise demonstrieren, daß der Verstärker der Klasse D, wenn er mit einem piezoelektrischen Lautsprecher zusammen arbeitet, einen Ruhestrom von 0,4 mA besitzt, wenn er mit einer Versorgung von 3 Volt arbeitet. Der durch den Radioempfänger gezogene Strom beträgt 1,1 mA. Der Ruhestrom, der aus der 3 Volt-Versorgung gezogen wird, wenn der Radioempfänger mit 1,5 Volt versorgt wird und den Hilfs-Versorgungswandler verwendet, betrug 1,0 mA. Unter Verwendung eines Permanent-Magnetlautsprechers und diskreter MOSFET's in der Ausgangsstufe des Verstärkers betrug der Ruhestrom 1,7 mA bei 3 Volt. Somit besitzt das Radio einen sehr viel geringeren Stromverbrauch als herkömmliche Radios.
Der Empfängerschaltkreis kann ebenfalls eine automatische Verstärkungssteuerung und eine automatische Frequenzsteuerung umfassen. Diese Funktionen tragen zum Gesamt-Leistungsverbrauch des Radios bei, aber nicht beträchtlich. Der Audioverstärker kann modifiziert werden, um eine negative Rückführung zu umfassen und seine Linearität zu erhöhen. In einer weiteren Modifikation kann das Radio aus einer 1,5 V-Batterie mit einem Gleichspannungswandler gespeist werden, um eine 3 V-Versorgung (oder mehr) zur Verwendung in dem Audioverstärker zu erzeugen.
Es ist somit möglich, einen Radioempfänger mit geringem Stromverbrauch vorzugeben.

Claims

Elektrisches Gerät mit einem Audio-Ausgang (6), wobei das Gerät einen Signalverarbeitungsschaltkreis (8), einen Verstärker (4) der Klasse D und ein Audio-Ausgangselement (6) umfasst und der Verstärker (4) und der Signalverarbeitungsschaltkreis (8) mit entsprechenden Versorgungsspannungen arbeiten, wobei der Verstärker der Klasse D eine im Wesentlichen konstante Versorgungsspannung besitzt, dadurch gekennzeichnet, dass die Versorgungsspannung für den Verstärker der Klasse D durch einen Gleichstrom/Gleichstom-Erhöhungswandler erzeugt wird.
Gerät wie in Anspruch 1 beansprucht, bei welchem der Verstärker (4) der Klasse D angeordnet ist, um die Leistungs-Versorgungsspannung für den Signalverarbeitungsschaltkreis (8) zu erzeugen.
Gerät wie in Anspruch 1 oder 2 beansprucht, bei welchem der Verstärker (4) der Klasse D als einzige geerdete Ausgangsstufe konfiguriert ist.
Gerät wie in Anspruch 1 oder 2 beansprucht, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker (4) der Klasse D konfiguriert ist, um eine "H"-Brücken-Ausgangsstufe zu besitzen.
Gerät wie in irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche beansprucht, dadurch gekennzeichnet, daß das Audio-Ausgangselement (6) ein Lautsprecher ist.
Gerät wie in Anspruch 5 beansprucht, dadurch gekennzeichnet, daß der Lautsprecher (6) ein Tauchspulen-Lautsprecher ist.
Gerät wie in Anspruch 5 beansprucht, dadurch gekennzeichnet, daß der Lautsprecher (6) ein piezoelektrischer Wandler ist.
Gerät wie in irgendeinem der vorangehenden Ansprüche beansprucht, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker (4) der Klasse D in einem abgeschirmten Gehäuse angeordnet ist, wobei die Leitungen in und aus dem Gehäuse gefiltert sind, um eine elektromagnetische Störung zu reduzieren.
Gerät wie in Anspruch 8 beansprucht, dadurch gekennzeichnet, daß ein Taktgenerator (20) und ein Komparator (22) zur Erzeugung einer impulsbreitenmodulierten Ansteuerung für den Verstärker (4) der Klasse D ebenfalls in dem Gehäuse enthalten sind.
Gerät wie in irgendeinem der vorangehenden Ansprüche beansprucht, dadurch gekennzeichnet, daß eine Taktfrequenz zur Erzeugung einer impulsbreitenmodulierten Ansteuerung für den Verstärker (4) der Klasse D im Bereich von 25 kHz bis 120 kHz liegt.
Gerät wie in Anspruch 10 beansprucht, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltfrequenz im Wesentlichen 90 kHz beträgt, wenn das Ausgangselement (6) ein piezoelektrischer Wandler ist.
Gerät wie in irgendeinem der Ansprüche 9 bis 11 beansprucht, dadurch gekennzeichnet, daß der Taktgenerator (20) zur Verwendung bei dem Impulsbreiten-Modulationsschema verwendet wird, um ein Flip-Flop (40) anzusteuern, das konfiguriert ist, um ein Rechteckwellenausgang bei der halben Taktfrequenz zu erzeugen.
Gerät wie in Anspruch 12 beansprucht, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal des Flip-Flops (40) tiefpassgefiltert ist, um eine Gleichstromversorgung von im wesentlichen 1,5 Volt herzuleiten, wenn das Flip-Flop mit einer 3-Volt Versorgung angesteuert ist.
Gerät wie in Anspruch 13 beansprucht, dadurch gekennzeichnet, daß die abgeleitete Gleichstromversorgung verwendet wird, um den Signalverarbeitungsschaltkreis (8) mit Leistung zu versorgen.
Gerät wie in irgendeinem der vorangehenden Ansprüche beansprucht, dadurch gekennzeichnet, daß ein Komparator verwendet wird, um die Spannung, die an den Signalverarbeitungsschaltkreis geliefert wird, mit einer Bezugsspannung zu vergleichen.
Gerät wie in Anspruch 15 beansprucht, dadurch gekennzeichnet, daß der Komparator angeordnet ist, um eine Ladung auf einem Speicherkondensator hervorzurufen, die über ein in einem Schaltmodus verwendetes Halbleiterelement draufgesetzt wird, wenn die Spannung unter einen voreingestellten Schwellwert fällt.
Gerät wie in irgendeinem der vorangehenden Ansprüche beansprucht, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalverarbeitungsschaltkreis (8) ein Radioempfänger ist.
Gerät wie in Anspruch 17 beansprucht, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfänger (8) einen Superheterodyn-Aufbau besitzt.
Gerät wie in Anspruch 18 beansprucht, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens die Resonanzschaltkreise in dem Zwischenfrequenz-Verstärkerabschnitt (112, 114, 116) des Superheterodyn-Empfängers aus Spulen/Kondensator-Kombinationen gebildet sind.
Gerät wie in irgendeinem der vorangehenden Ansprüche beansprucht, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalverarbeitungsschaltkreis (8) wenigstens teilweise in einem integrierten Schaltkreis verwirklicht ist und die Transistorschaltkreise in dem Schaltkreis optimiert sind, um Bandbreitenprodukte mit hoher Verstärker bei geringem Ruhestrom zu erzielen.
Gerät wie in Anspruch 20 beansprucht, wenn dieser von irgendeinem der Ansprüche 17 bis 19 abhängt, dadurch gekennzeichnet, daß der integrierte Schaltkreis Verbindungen zu extern abgestimmten Lasten umfaßt, wodurch man sich der Vorteile der IC-Herstellung und wirksamer Lasten erfreuen kann.
Gerät wie in irgendeinem der Ansprüche 17 bis 19 beansprucht, dadurch gekennzeichnet, daß das Radio wenigstens einen AM-Empfang im Bereich von 500 kHz bis 1600 kHz, einen FM-Empfang im Bereich von 88 MHz bis 108 MHz und einen Kurzwellenempfang auf irgendeinem oder mehreren Kurzwellenbändern vorgibt.
Gerät wie in Anspruch 22 beansprucht, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfängerschaltkreis eine Zwischenfrequenz von 10,7 MHz und einen Quadraturdetektor für die Signaldiskriminierung verwendet.
Gerät wie in Anspruch 22 beansprucht, dadurch gekennzeichnet, daß der AM-Empfängerabschnitt im Wesentlichen eine Zwischenfrequenz von 465 kHz verwendet.
Gerät wie in irgendeinem der vorangehenden Ansprüche beansprucht, dadurch gekennzeichnet, daß es ferner eine Solarfeld-Spannungsversorgung umfaßt.
Gerät wie in Anspruch 25 beansprucht, dadurch gekennzeichnet, daß es ferner einen Leistungswandler im Schaltmodus für den Empfang des Ausganges des Solarfeldes und zur Lieferung von Leistung an das Gerät umfaßt.
Gerät wie in Anspruch 25 beansprucht, dadurch gekennzeichnet, daß es ferner eine Sekundärbatterie zur Speicherung von von der Solarzelle empfangener Leistung umfaßt.
Gerät wie in irgendeinem der vorangehenden Ansprüche beansprucht, dadurch gekennzeichnet, daß es ferner wenigstens eine Primärzelle (2), eine Sekundärzelle oder eine mechanische Speichereinrichtung zur Ansteuerung eines Generators umfaßt.
Gerät wie in Anspruch 28 beansprucht, dadurch gekennzeichnet, daß es ferner eine Energie-Verwaltungseinrichtung umfaßt zur Auswahl der Leistungsquellen gemäß einer vorbestimmten Strategie.