-
Die vorliegende Erfindung betrifft
Verstärker mit
Vorkehrungen zum Verringern der Stabilisierungszeit für vorübergehende
Betriebszustände
und insbesondere Störspitzenunterdrückungsschaltungen
zum Verringern der Auswirkung von Störspitzen, die das Eingangssignal
in einen Verstärker
begleiten können.
-
Stand der
Technik
-
Zum Schützen eines Tonfrequenzverstärkers gegen Übergangsvorgänge sind
verschiedene Verfahren bekannt. Als Beispiel beschreibt Morris Jr.
et al. in US-Patent 5,224,169 ein System mit Steuerverstärkern, die
jeweils mit doppelten Versorgungsspannungen (+V und –V) versorgt
werden. Ein an die Verstärkerausgänge angekoppelter
Detektor erfaßt
die Verstärkerausgangsspannung
und schaltet die positiven und negativen Versorgungen ab, wenn ein
bleibender Gleichstrom vorhanden ist oder wenn eine der Versorgungen
ausfällt.
Kurze (d. h. nicht "bleibende") Gleichstromstöße, die
das Eingangssignal begleiten können,
werden möglicherweise
nicht erfaßt. Lendaro
beschreibt im US-Patent 5,157,353 eine Schutzschaltung, bei der
die doppelten Stromversorgungen eines Operationsverstärkers mit "Langsamstart"-Schaltungen versehen
sind, die die Änderungsgeschwindigkeit
der Versorgungsspannungen begrenzen, um Ein-/Ausschaltstromstöße zu unterdrücken. Es
sind jedoch keine Vorkehrungen zum Unterdrücken von Störspitzen getroffen, die das
Eingangssignal begleiten können.
-
Andere Beispiele für Verstärkerschutzschaltungen
werden beispielsweise durch Griffis im US-Patent 4,405,948 beschrieben,
bei dem Versorgungsspannungsstöße erfaßt und zum
Verringern der Verstärkung
eines einem Tonfrequenzverstärker vorgeschalteten
Regelverstärkers
benutzt werden. Im US-Patent 5,199,079 beschreiben Anderson et al. eine
Anordnung mit einem Verstärker,
bei dem Vorspannungs- und Versorgungsspannungen aus mit Dioden isolierten
Filtern erhalten werden, die die Spannungen langsam verringern,
wenn die Hauptstromversorgung abgeschaltet wird.
-
Von Herbert Sax wird in seinem Artikel „HIFI IM
FERNSEHGERÄT
ANSPRUCH ODER WIRKLICHKEIT" FUNKSCHAU,
Nr. 25/26, 1981, Seiten 65–67,
XP002104648 MÜNCHEN
DE, eine Verstärkervorrichtung
mit einer Rückkopplungsschaltung zum
Unterdrücken
einer statistischen Amplitudenverteilung offenbart. Die Vorrichtung
enthält
zwei an ein Schaltnetzteil angekoppelte Spannungsteilerwiderstände zur
Bereitstellung eines Mittelpotentials. Die zwei Spannungsteilerwiderstände sind über einen Mittelanschluß in Reihe
geschaltet. Zwei ebenfalls an das Netzteil angekoppelte Kondensatoren
sind in Reihe über
denselben Mittelanschluß und
parallel zu den zwei jeweiligen Spannungsteilerwiderständen geschaltet.
Ein Anschluß eines
Lautsprechers ist an den Ausgang eines Verstärkers und der andere an den
Mittelanschluß angekoppelt.
Die aus einem Widerstand bestehende Rückkopplungsschaltung verbindet
den Mittelanschluß und
den nichtinvertierenden Ausgang des Verstärkers. Der Widerstand in der Rückkopplungsschaltung
muß niederohmig
sein, so daß ein
möglicher
Ausgangsoffsetstrom der IS das Mittelpotential nicht zu stark verschiebt.
-
Kurze Beschreibung
der Erfindung
-
Die vorliegende Erfindung beruht
teilweise auf der Entdeckung eines bislang unerkannten Problems
hinsichtlich von Übergangsvorgängen, die
in gewissen Arten von Verstärkern
auftreten können. Insbesondere
kann bei gewissen Verstärkeranwendungen
nur eine einpolige Stromversorgung zum Betreiben eines Verstärkers zur
Verfügung
stehen, der normalerweise eine zweipolige Versorgung erfordert (wie
ausführlich
später
beschrieben).
-
Nach einem Aspekt der Erfindung hat
sich herausgestellt, daß bei
derartigen Anwendungen eine Eingangssignalstörspitze einen Zustand ergeben
kann, bei dem die Spannungen von Stromversorgungsfilterkondensatoren
durch das Verstärkereingangssignal
begleitende Störspitzen
gestört
werden können
und diese Störung
das Einschwingverhalten des Verstärkers verschlechtern kann.
-
Es ist eine Aufgabe der Erfindung,
eine Stabilisierungsanordnung bereitzustellen, mit der die Auswirkung
von Eingangssignalstörspitzen
auf die Versorgungsspannungen eines Verstärkers verringert wird.
-
Diese Aufgabe wird durch eine Stabilisierungsanordnung
nach Anspruch 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen
der Erfindung sind in den abhängigen
Ansprüchen
definiert.
-
Kurze Beschreibung
der Zeichnung
-
Die obigen und weitere Aspekte der
Erfindung sind in der beiliegenden Zeichnung dargestellt, in der
die einzige Figur ein Schaltbild (teilweise in Blockform) einer
Fernsehvorrichtung einschließlich einer
Tonfrequenzverstärkereinheit
ist, in der die Erfindung verwirklicht ist.
-
Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsform
-
Die Fernsehvorrichtung 10 der 1 enthält einen Stromeingangsanschluß 12,
der an eine Reservestromversorgung 14 und über einen
Schalter 16 an ein Hauptnetzteil 18 angekoppelt
ist. Die Reservestromversorgung 14 liefert fortlaufend
Betriebsstrom an eine Steuereinheit 20, die einen Fernsteuerungsempfänger 20 enthalten
kann. Bei Empfang eines Einschaltbefehls von einem Fernsteuerungssender des
Benutzers sendet die Steuereinheit ein Einschaltsignal zum Schalter 16,
der das Hauptnetzteil 18 aktiviert, das wiederum Betriebsstrom
an eine Ton-/Videosignalverarbeitungseinheit 22 und an
eine Videoanzeigeeinheit 24 liefert, die an einen Ausgang der
Ton-/Videosignalverarbeitungseinheit 22 angekoppelt ist.
Die Einheit 22 weist eine Mehrzahl von Ton-/Videoeingängen 27 auf
und kann einen Tuner und sonstige herkömmliche Ton-/Videosignalverarbeitungsschaltungen
enthalten. Die Steuereinheit 20 reagiert auf Benutzereingaben
zur Bereitstellung von Kanalauswahlsignalen, Eingangsauswahlsignalen und
verschiedenen anderen Steuersignalen (z. B. Lautstärke, Farbe,
Farbton usw.) über
einen Bus 26 zur Ton-/Videoverarbeitungseinheit 22,
die wiederum ein Videosignal für
die Anzeigeeinheit 24 und ein Tonausgangssignal für den Tonausgangsanschluß 28 zur
Verstärkung
und Speisung eines Lautsprechers durch eine die Erfindung verwirklichende
(gestrichelt umrissene) Tonfrequenzverstärkereinheit 30 bereitstellt.
Zur Vereinfachung der Zeichnung sind nur ein einziger Tonausgangsanschluß 28 und
eine einzige Verstärkereinheit 30 dargestellt,
die für
einkanalige Tonanwendungen geeignet sein würden. Für Stereoanwendungen würden ein
zweiter Tonausgangsanschluß und
eine zweite Tonfrequenzverstärkereinheit
bereitgestellt werden.
-
Das Hauptnetzteil 18 ist
vorzugsweise ein Schaltnetzteil, um eine Erzeugung von Gleichspannungen
für Einheiten 22 und 24 mit
hohem Wirkungsgrad und eine Wechselstromquelle zum Betreiben der
Tonfrequenzverstärkereinheit 30 bereitzustellen. Insbesondere
enthält
das Netzteil 18 einen Transformator 32 mit (nicht
gezeigten) Wicklungen zur Erzeugung verschiedener Spannungen für die Verarbeitungs- und Anzeigeeinheiten 22 und 24.
Nach der Darstellung weist der Transformator 32 auch eine
Sekundärwicklung 34 zur
Bereitstellung von Wechselstrom für die Einheit 30 auf.
Es ist zu beachten, daß die
Sekundärwicklung 34 eine
Einzelwicklung ohne Mittelanzapfung ist und innerhalb der Hauptnetzteileinheit 18"schwebt" (d. h. nicht geerdet
ist).
-
Gleichstrom für die Tonfrequenzverstärkereinheit
wird durch eine Gleichrichtereinheit 36 mit einer mit der
Wechselstromversorgung vom Netzteil 18 in Reihe geschalteten
Diode D1 bereitgestellt, die den Wechselstrom gleichrichtet und
eine Ausgangs-Gleichspannung V erzeugt, die an den ersten (T1) und
dritten (T3) Anschluß eines
Filters 40 zum Glätten
der gleichgerichteten Spannung und zum Umwandeln der einpoligen
Spannung V in zweipolige Form angelegt wird. Insbesondere umfaßt das Filter 40 ein
Paar Kondensatoren C1 und C2, die in Reihe an Anschlüsse T1 und
T3 angekoppelt sind, an die die gleichgerichtete Spannung V angelegt
wird, und einen zweiten, an eine gemeinsame Verbindung der Kondensatoren
angeschlossenen Anschluß (T2), wodurch
am Anschluß T1
eine positive Spannung +V/2 zum Anschluß T2 und am Anschluß T3 eine
negative Spannung –V/2
zum Anschluß T2
erzeugt wird. Parallel zu Kondensatoren C1 und C2 ist ein Paar Widerstände R1 bzw.
R2 geschaltet, um die Filterausgangsimpedanz zu stabilisieren und
die Filterzeitkonstante einzustellen und zur Bereitstellung einer
gleichförmigen
Kondensatorentladung, wenn der Wechselstrom ausgeschaltet wird.
Beispielhafte Werte für
die Filterkondensatoren C1 und C2 sind 1000 Mikrofarad, und beispielhafte
Werte für
Filter-Lastwiderstände
R1 und R2 sind jeweils 250 Ohm.
-
Die an den Kondensatoren C1 und C2
entwickelten Ausgangsspannungen +V/2 und –V/2 sind an Versorgungsanschlüsse A1 bzw.
A2 eines Verstärkers 50 angekoppelt,
bei dem ein Ausgangsanschluß A3 über eine
Last 52 (z. B. die Sprechspule eines Lautsprechers) an
die gemeinsame Verbindung des Kondensatorenpaars (d. h. an Anschluß T2) angekoppelt
ist. Ein bevorzugter Verstärker
zur Verwendung als Verstärker 50 ist
der von ST Microelectronics, Inc. hergestellte D-Tonfrequenzverstärker des Typs
TDA7480. Der Gleichstrombezugseingangsanschluß A5 des Verstärkers 50 ist
an den Filterausgangsanschluß T2 angekoppelt
und im vorliegenden Beispiel der Erfindung auch an die Systemerde
der Fernsehvorrichtung 10. Wie dargestellt und später beschrieben
kann ein beliebiger Anschluß des
Filters 40 auf die Systemerde bezogen werden. Der Signaleingangsanschluß A4 des
Verstärkers 50 (im
vorliegenden Beispiel der nichtinvertierende Eingang) ist über einen
Koppelkondensator CC galvanisch getrennt an den Tonausgangsanschluß 28 der
Verarbeitungseinheit 22 angekoppelt.
-
Gleichstromstöße können das Toneingangssignal
begleiten, wenn beispielsweise das Hauptnetzteil 18 ein-
oder ausgeschaltet wird. Derartige Stromstöße können auch beispielsweise eintreten, wenn
ein Benutzer Verbindungen zu den Eingängen 27 des Ton-/Videoprozessors 22 wechselt
oder wenn die Einheit 22 zwischen verschiedenen an die
Eingänge 27 angekoppelten
Tonfrequenzquellen umschaltet.
-
Nach einem Aspekt der Erfindung wird
hier erkannt, daß das
Toneingangssignal begleitende Gleichstromstöße die Symmetrie der Filterkondensatorspannungen
stören
können
und durch einen derartigen Unsymmetriezustand die Zeit, die für das Abklingen
des Stromstoßes
und das Einschwingen des Verstärkers 50 notwendig
ist, auf unerwünschte
Weise verlängert
werden kann. Beispielsweise kann ein positiver Gleichstromstoß in bezug
auf die Spannung am Anschluß A5
bewirken, daß der
Verstärker 50 mehr
Strom vom Kondensator C1 als vom Kondensator C2 verlangt und dadurch
die Kondensatorspannungen unsymmetrisch werden. Dies ist besonders wahrscheinlich,
wenn die Zeitkonstante des Gleichstromstoßes größer als die Zeitkonstante des
Filters 40 ist.
-
Erfindungsgemäß werden das an den Verstärker 50 angelegte
Eingangssignal begleitende Gleichstromstöße mittels einer Rückkopplungsschaltung
unterdrückt,
die aktiviert wird, wenn ein Unsymmetriezustand der Kondensatorspannungen
auftritt.
-
Die Rückkopplungsschaltung umfaßt eine Vorspannungsversorgung 60,
die vom Betrieb des Verstärkers 50 unabhängig ist.
Die unabhängige
Vorspannungsversorgung 60 ist parallel zum Filter 40 gekoppelt
und weist einen über
eine Schwellwertvorrichtung 70 an den Eingangsanschluß A4 des
Verstärkers 50 angekoppelten
Ausgangsknoten N auf. Die unabhängige
Vorspannungsversorgung 60 umfaßt ein Paar gleichwertige Widerstände R3 und
R4, die vom Knoten N an Filteranschlüsse T1 und T3 angekoppelt sind.
Beispielhafte Werte für
die Widerstände
R3 und R4 sind jeweils 4,7 kOhm. Die Schwellwertvorrichtung 70 umfaßt ein Paar
gleichwertige Zenerdioden Z1 und Z2, die gegeneinander in Reihe
zwischen den Knoten N der Vorspannungsversorgung 60 und
den Signaleingangsanschluß A4 des
Verstärkers 50 gekoppelt
sind. Ein beispielhafter Wert für
die Zenerspannung der Dioden Z1 und Z2 ist 5,6 Volt. Diese Spannung
ist ausreichend höher
als die erwartete Spitzen-Eingangssignalspannung
am Anschluß A4,
um die Zenerdioden normalerweise am Leiten zu hindern, so daß der Rückkopplungsweg
unter normalen Signalzuständen
offen ist und die Dioden Z1 und Z2 nur leiten, wenn Störspitzen
auftreten, um die vorübergehende
Eingangssignalenergie an den Knoten N der unabhängigen Vorspannungsversorgung 60 abzuleiten.
Eine andere Betrachtungsweise dieses Vorgangs ist, daß der Knoten
N einen Strom für
den Eingangsanschluß A4
bereitstellt, um Störspitzen
zu unterdrücken
oder aufzuheben, wenn sie auftreten.
-
Als weiteres Funktionsbeispiel der
Verstärkereinheit 30 werden
die Spannungen an den Kondensatoren C1 und C2 gleich sein, wenn
keine Störspitzen
vorhanden sind, da von beiden vom Verstärker 50 gleiche Ströme entzogen
werden. Dementsprechend wird die Spannung an der gemeinsamen Verbindung
der Kondensatoren (Anschluß T2)
gleich der von der Vorspannungsversorgung 60 erzeugten Spannung
am Knoten N sein. Unter diesen Bedingungen sind die Zenerdioden
Z1 und Z2 nicht leitend, da, wie schon bemerkt, die Zenerspannung
größer als
der Höchstwert
des erwarteten Tonfrequenzeingangssignals ist.
-
Wenn eine positive Störspitze
mit einer längeren
Dauer als die Filterzeitkonstante auftritt, wird der Verstärker 50 dazu
neigen, den Kondensator C1 wegen des größeren Strombedarfs an seinem
positiven Stromanschluß A1
mehr als den Kondensator C2 zu entladen. Da die Spannungen am Filter
durch die Vorspannungsversorgung 60 gemittelt werden, wird die
verringerte Spannung am Kondensator C1 bewirken, daß die Spannung
am Knoten N in bezug auf die Spannung am Anschluß T2 (Erde) negativ wird, wodurch
die Zenerdioden Z1 und Z2 eingeschaltet werden und der Eingangsstromstoß zum Knoten
N abgeleitet wird (d. h. ein Strom vom Knoten N zum Anschluß A4 zum
Unterdrücken
oder Löschen
der Störspitze
geliefert wird), wodurch die Amplitude der Störspitze verringert und das
Einschwingen von der Störspitze
durch den Verstärker 50 beschleunigt
wird. Dieselbe Wirkung tritt bei negativen Eingangsstörspitzen
ein, wobei die Spannung des Knotens N aufgrund der größeren Entladung
des Kondensators T2 in Bezug auf den Anschluß T2 positiv wird.
-
An dem Tonfrequenzverstärker der 1 können verschiedene Abänderungen
durchgeführt werden.
Beispielsweise kann der Eindiodengleichrichter 36 durch
einen Vollweg-Brückengleichrichter ersetzt
werden. Das wäre
vorteilhaft bei Anwendungen, wo das bevorzugte Schaltnetzteil durch
ein nichtgeschaltetes Netzteil ersetzt wird, das ein Wechselstromsignal
mit niedrigerer Frequenz für
die Tonfrequenzeinheit 30 bereitstellt. Auch kann der nichtinvertierende
Verstärker 50 mit
geringen Abänderungen
durch einen invertierenden Verstärker
ersetzt werden. Die System-Bezugserde kann an einen der Anschlüsse T1 oder
T3 des Filters 40 anstatt an Anschluß T2 angekoppelt werden.