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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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(i) Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Leistungsverstärkervorrichtung,
welche verwendet wird, um den Betriebsstrom eines Ausgangsverstärkers zu reduzieren.
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(ii) Beschreibung des
Stands der Technik
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Als
ein Beispiel der konventionellen Art und Weise, bei dem die Effizienz
eines Verstärkers
vergrößert wird
durch Einstellen der Mittelpunktspannung des Verstärkers sehr
nahe bei einem Massepegel anstelle durch Einstellen auf die Hälfte der
Versorgungsspannung, ist eine Leistungsverstärkervorrichtung in der japanischen
Patentoffenlegungsschrift Nr. 338738/1994 beschrieben. Eine solche
Leistungsverstärkervorrichtung
ist wie in 5 dargestellt ausgebildet.
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In 5 wird
ein Eingangssignal an einem negativen Eingangspol eines ersten Differenzialverstärkers 1 angelegt,
und Ausgangssignale, welche bezogen aufeinander umgekehrte Phasen
aufweisen, werden von positiven und negativen Ausgangspolen des
ersten Differenzialverstärkers 1 erzeugt. Die
positiven und negativen Ausgangssignale des ersten Differenzialverstärkers 1 werden
durch erste und zweite Ausgangsverstärker 2 und 3 verstärkt. Der
erste und der zweite Ausgangsverstärker 2 und 3 bilden
BTL-Verstärker,
und eine Last RL wird durch Ausgangssignale des ersten und des zweiten
Ausgangsverstärkers 2 und 3 BTL-getrieben.
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Ferner
werden die Ausgangssignale des ersten und des zweiten Ausgangsverstärkers 2 und 3 nichtlinear
addiert durch eine nichtlineare Addierschaltung 4. Die
nichtlineare Addierschaltung 4 arbeitet als eine Addierschaltung,
wenn Ausgangssignalpegel des ersten und zweiten Ausgangsverstärkers 2 und 3 kleiner
sind als vorbestimmte Pegel, wohingegen sie als eine Klemmschaltung
arbeitet, wenn die Ausgangssignalpegel größer als die vorbestimmten Pegel
sind. Ein Ausgangssignal der nichtlinearen Addierschaltung 4 wird
an einem negativen Eingangspol eines zweiten Differenzialverstärkers 5 angelegt.
Ein Ausgangssignal, das einer Abweichung eines positiven Eingangspols
von der Referenzspannung Vr entspricht, wird an einen gemeinsamen
Pol C des ersten Differenzialverstärkers 1 angelegt.
Der gemeinsame Pol C bestimmt Ausgangsgleichstromspannungen des
ersten und des zweiten Ausgangsverstärkers 2 und 3,
und die Ausgangsgleichstromspannungen werden in Reaktion auf die
Ausgangssignale des ersten und des zweiten Ausgangsverstärkers 2 und 3 gesteuert/geregelt.
Hierdurch werden die Ausgangsgleichstromspannungen des ersten und
des zweiten Ausgangsverstärkers 2 und 3 auf Spannungen
eingestellt, welche nahe an den Massepegeln sind. Ausgangssignale
a und b des ersten und des zweiten Ausgangsverstärkers 2 und 3 bilden
Halbwellenausgangssignale, wie dies in den 3A und 3B dargestellt
ist.
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Ferner
werden die Ausgangssignale a und b des ersten und des zweiten Ausgangsverstärkers 2 und 3 durch
eine Addierschaltung 6 addiert. Ein Ausgangssignal c der
Addierschaltung 6 wird an einem schaltenden Stromversorgungsgerät 7 angelegt. Durch
das Durchführen
des Schaltens in Übereinstimmung
mit dem Pegel des Ausgangssignals der Addierschaltung 6 wird
eine Versorgungsspannung Vx erzeugt, welche den Ausgangssignalen
des ersten und des zweiten Ausgangsverstärkers 2 und 3 folgt.
Wie in 3C dargestellt, ist im Speziellen
die Versorgungsspannung Vx vom schaltenden Stromversorgungsgerät 7 analog
zu den Ausgangssignalen a und b des ersten und zweiten Ausgangsverstärkers 2 und 3.
Folglich wird die Versorgungsspannung Vx am ersten und zweiten Ausgangsverstärker angelegt.
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Da
die Versorgungsspannung Vx in Übereinstimmung
mit Veränderungen
bei den Ausgangspegeln des ersten und des zweiten Ausgangsverstärkers 2 und 3 verändert wird,
kann bei der Leistungsverstärkervorrichtung
der 5 Energieeinsparung realisiert werden. Da der
erste und der zweite Ausgangsverstärker 2 und 3 allerdings
Dauerströme
von Dauerstromquellen als Betriebsströme verwenden, ist es schwierig,
viel Energie einzusparen, auch wenn die Versorgungsspannung Vx verändert wird.
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ÜBERBLICK ÜBER DIE
ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung stellt eine Leistungsverstärkervorrichtung gemäß Anspruch
1 bereit.
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Die
Vorrichtung ist angeordnet, um den Betriebsstrom eines Ausgangsverstärkers in Übereinstimmung
mit dem Ausgangspegel des Ausgangsverstärkers zu steuern/regeln. Wenn
der Ausgangspegel des Ausgangsverstärkers zunimmt, kann der Betriebsstrom
erhöht
werden, wenn dagegen der Ausgangspegel abnimmt, kann der Betriebsstrom verringert
werden. Daher kann eine ausreichende Verstärkungskapazität erreicht
werden. Falls nicht erforderlich, kann der Betriebsstrom ferner
reduziert werden, um die Effizienz des Stromverbrauchs zu erhöhen. Wenn
ferner die Versorgungsspannung des Ausgangsverstärkers gesteuert/geregelt wird
in Übereinstimmung
mit dem Ausgangspegel des Ausgangsverstärkers, kann die Effizienz des
Energieverbrauchs weiter erhöht
werden.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
ein Blockdiagramm, welches eine Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung zeigt.
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2 ist
ein Schaltungsdiagramm, welches ein konkretes Beispiel einer Addierschaltung 10 zeigt.
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3A, 3B, 3C und 3D sind Wellenformdiagramme,
welche den Betrieb der vorliegenden Erfindung zeigen.
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4 ist
ein Schaltungsdiagramm, welches ein anderes konkretes Beispiel der
Addierschaltung 10 zeigt.
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5 ist
ein Blockdiagramm, das einen Stand der Technik zeigt.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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1 zeigt
eine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Variable Stromquellen 8 und 9 sind
vorgesehen zum Erzeugen von variablen Betriebsströmen eines
ersten und eines zweiten Ausgangsverstärkers 2 und 3.
Eine Addierschaltung 10 addiert die Ausgangssignale des
ersten und des zweiten Ausgangsverstärkers 2 und 3 und
erzeugt ein Steuersignal zum Steuern/Regeln des schaltenden Stromversorgungsgeräts 7 und
erzeugt Stromsteuersignale zum Steuern/Regeln der variablen Stromquellen 8 und 9,
um die Betriebsströme
des ersten und des zweiten Ausgangsverstärkers 2 und 3 zu
erzeugen. In 1 sind die gleichen Elemente, wie
diejenigen des Stands der Technik gemäß 5, mit den
gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
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Am
Anfang ist der Verstärkungsbetrieb
der Leistungsverstärkervorrichtung
der 1 der gleiche wie derjenige im Stand der Technik,
und eine Beschreibung hiervon wird unterlassen.
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In 1 addiert
die Addierschaltung 10 die Ausgangssignale des ersten und des
zweiten Ausgangsverstärkers 2 und 3.
Im Speziellen wählt
die Addierschaltung 10 ein Signal mit einem höheren Ausgangspegel
aus den Ausgangssignalen des ersten und des zweiten Ausgangsverstärkers 2 und 3 aus
und erzeugt eines der Ausgangssignale a und b als Ausgangssignal
c. Wie in 3C dargestellt, ändert sich
daher der Pegel des Ausgangssignals c von der Addierschaltung 10 in Übereinstimmung
mit einem der Ausgangssignale des ersten und des zweiten Ausgangsverstärkers 2 und 3.
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Das
Ausgangssignal c der Addierschaltung 10 wird an den variablen
Stromquellen 8 und 9 angelegt, und die von den
variablen Stromquellen 8 und 9 erzeugten Betriebsströme ändern sich
in ihrer Stärke in Übereinstimmung
mit dem Ausgangssignal c. Die variablen Stromquellen 8 und 9 erzeugen
minimal notwendige Blindströme
derart, dass der erste und der zweite Ausgangsverstärker 2 und 3 Minimalbetriebszustände beibehalten
zu Zeitpunkten mit keinem Eingangssignal. In diesem Fall, wie dies
in 3D dargestellt ist, werden Ausgangsströme der variablen
Stromquellen 8 und 9 vergrößert, wenn das Ausgangssignal
c groß ist,
und verkleinert, wenn das Ausgangssignal c klein ist. Wenn die Ausgangspegel des
ersten und des zweiten Ausgangsverstärkers 2 und 3 sich
wie in den 3A und 3B ändern, ändern sich
die Betriebsströme
des ersten und des zweiten Ausgangsverstärkers 2 und 3 in Übereinstimmung
mit Veränderungen
beim Ausgangssignal a und b, wie in 3D dargestellt.
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Beim
oben erwähnten
Betrieb können
die Betriebsströme
des ersten und des zweiten Ausgangsverstärkers 2 und 3 vergrößert werden,
wenn der Eingangssignalpegel hoch ist und der hochpegelverstärkte Ausgang
erzeugt wird. Eingangssignale können
ausreichend verstärkt
werden. Wenn der Eingangssignalpegel tief ist und eine große Verstärkungskapazität unnötig ist,
können
ferner die Betriebsströme
verringert werden, um das Bereitstellen unnötiger Betriebsströme zu verhindern.
Durch Verändern
der Betriebsströme
des ersten und des zweiten Ausgangsverstärkers 2 und 3 in Übereinstimmung
mit den Ausgangssignalen a und b kann daher die Effizienz der Betriebsströme verbessert
werden.
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Wenn
das Ausgangssignal c der Addierschaltung 10 am schaltenden
Stromversorgungsgerät 7 angelegt
wird, wird zusätzlich
das schaltende Stromversorgungsgerät 7 in Reaktion auf
das Ausgangssignal c geschaltet. Entsprechend wird die von dem schaltenden
Stromversorgungsgerät 7 erzeugte Versorgungsspannung
Vx einer Wellenform gemäß 3C erzeugt.
Wie in 3C dargestellt, ändert sich
die Versorgungsspannung Vx daher in Übereinstimmung mit der Pegelveränderung
des Ausgangssignals von einem der ersten und zweiten Ausgangsverstärker 2 und 3.
Im Speziellen wird die Versorgungsspannung Vx erhöht, wenn
die Ausgangssignale des ersten und zweiten Ausgangsverstärkers 2 und 3 hohe
Pegel aufweisen. Wenn die Ausgangssignale a und b abgesenkt werden,
wird auch die Versorgungsspannung Vx abgesenkt.
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Der
Stromverbrauch wird im Allgemeinen bestimmt durch das Produkt der
Versorgungsspannung Vx und des Stroms, d. h. des Betriebsstroms,
der durch den ersten und den zweiten Ausgangsverstärker 2 und 3 fließt. In der
Schaltung der 1 werden sowohl der Betriebsstrom
als auch die Versorgungsspannung Vx erhöht, um den Stromverbrauch zu
erhöhen,
wenn die Ausgangspegel des ersten und des zweiten Ausgangsverstärkers 2 und 3 hoch
sind. Wenn andererseits die Ausgangspegel tief sind, werden sowohl
der Betriebsstrom als auch die Versorgungsspannung Vx abgesenkt,
um den Stromverbrauch zu verringern. Durch Kombinieren der Steuerungen/Regelungen
des Betriebsstroms und der Versorgungsspannung Vx kann daher der
Stromverbrauch besser gesteuert/geregelt werden.
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2 ist
ein Schaltungsdiagramm, das ein konkretes Beispiel der Addierschaltung 10 zeigt.
Dabei sind vorgesehen: ein Transistor 21, an dem das Ausgangssignal
a des ersten Ausgangsverstärkers 2 angelegt
wird; ein Transistor 22, an dem das Ausgangssignal b des
zweiten Ausgangsverstärkers 3 angelegt
wird; Transistoren 23 und 24, deren Basen verbunden
sind mit Emittern von Transistoren 21 und 22 und
mit denen ein Emitter und ein Kollektor gemeinsam verbunden sind;
eine Stromspiegelschaltung 25 zum Umkehren von Kollektorströmen der Transistoren 23 und 24;
einen Transistor 26, dessen Basis mit den Emittern der
Transistoren 21 und 22 verbunden ist; eine Mehrzahl
von Diodentyp-Transistoren 27,
welche zwischen der Stromspiegelschaltung 25 und dem Emitter
des Transistors 26 verbunden sind; Transistoren 28 und 29,
welche spiegelverbunden mit der Stromspiegelschaltung 25 sind;
Dauerstromquellen 30 und 31 zum Erzeugen der Blindströme des ersten
bzw. zweiten Ausgangsverstärkers 2 und 3;
und Stromspiegelschaltungen 32 und 33 zum Umkehren
der Kollektorströme
der Transistoren 28 und 29, um diese zu dem ersten
und zweiten Ausgangsverstärker 2 und 3 zu
liefern.
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Wenn
in 2 für
die Transistoren 21 und 22 beispielsweise der
Transistor 21 durch das Ausgangssignal a des ersten Ausgangsverstärkers 2 eingeschaltet
wird, wird die Basisspannung des Transistors 21 entsprechend
dem Ausgangssignal a um die Spannung Vbe zwischen der Basis und
dem Emitter des Transistors 21 und 23 abgesenkt.
Eine Spannung (Ausgangssignal a – 2·Vbe) wird beim Emitter erzeugt,
der den Transistoren 23 und 24 gemein ist. Da
der Transistor 26 und eine Mehrzahl von Diodentyp-Transistoren 27 eingeschaltet
sind, wird die Emitterspannung des Transistors 23 weiter
erhöht
um das Fünffache
der Spannung Vbe zwischen Basis und Emitter der Transistoren 26 und 27.
Daher wird das Ausgangssignal c, das durch Verschieben des Pegels
des Ausgangssignals a des ersten Ausgangsverstärkers 2 erzeugt ist,
vom Ausgangspol A erzeugt und am schaltenden Stromversorgungsgerät 7 angelegt.
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Die
Emitterspannung des Transistors 21 wird ferner erhöht durch
Einschalten des Transistors 21, und der Transistor 23 wird
eingeschaltet. Der Kollektorstrom des Transistors 23 wird
durch die Stromspiegelschaltung 25 umgekehrt. Da die Transistoren 28 und 29 spiegelverbunden
mit der Stromspiegelschaltung 25 sind, werden die Ausgangsströme der Transistoren 28 und 29 ebenfalls
erhalten durch Umkehren des Kollektorstroms des Transistors 23.
Ferner werden die Kollektorströme
der Transistoren 28 und 29 umgekehrt durch die
Stromspiegelschaltungen 32 bzw. 33. Nachdem sie
zu den Blindströmen der
Dauerstromquellen 30 und 31 addiert worden sind,
fließen
die Ausgangsströme
der Stromspiegelschaltungen 32 und 33 durch den
ersten und den zweiten Ausgangsverstärker 2 und 3.
Daher werden bei der Vergrößerung des
Ausgangssignals des ersten Ausgangsverstärkers 2 die Betriebsströme des ersten
und des zweiten Ausgangsverstärkers 2 und 3 erhöht.
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Wenn
andererseits das Ausgangssignal b des zweiten Ausgangsverstärkers 3 vergrößert wird und
der Transistor 22 eingeschaltet wird, wird die Spannung
um Vbe der Transistoren 22 und 24 verringert,
und dann durch Vbe der Transistoren 26 und 27 erhöht. Daher
wird die Ausgangsspannung c, welche dem Ausgangssignal b entspricht,
vom Ausgangspol A erzeugt. Wenn das Einschalten des Transistors 22 weiter
das Einschalten des Transistors 23 mit sich bringt, wird
ferner der Kollektorstrom des Transistors 24 durch die
Stromspiegelschaltung 25 umgekehrt, und die Transistoren 28 und 29 werden
mit der Schaltung spiegelverbunden, und der Kollektorstrom wird ferner
durch die Stromspiegelschaltungen 32 und 33 umgekehrt.
Die Betriebsströme
des ersten und des zweiten Ausgangsverstärkers 2 und 3 werden
daher vergrößert.
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Wenn
die Ausgangssignale des ersten und des zweiten Ausgangsverstärkers 2 und 3 tief
sind, sind zusätzlich
die Kollektorströme
der Transistoren 28 und 29 auch klein. Die Ausgangsströme der Dauerstromquellen 30 und 31 werden
daher vorzugsweise so klein wie möglich eingestellt für den Zeitpunkt ohne
Eingang. Hierdurch kann der Stromverbrauch reduziert werden.
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4 zeigt
ein anderes Beispiel der Addierschaltung 10. Dauerstromquellen 34 und 35 sind
bereitgestellt, welche Dauerbetriebsströme an den Ausgangsverstärkern 2 und 3 von
der Seite der Versorgungsspannung Vcc liefern. Der Strom, welcher durch
Addieren der Ausgangsströme
der Dauerstromquellen 34 und 35 erhalten wird,
und die Kollektorströme
der Transistoren 28 und 29 werden dem ersten und
dem zweiten Ausgangsverstärker 2 und 3 geliefert.
Wenn die Ausgangssignale des ersten und des zweiten Ausgangsverstärkers 2 und 3 vergrößert werden,
werden auch die Kollektorströme
der Transistoren 28 und 29 vergrößert. Daher
werden die Betriebsströme
des ersten und des zweiten Ausgangsverstärkers 2 und 3 erhöht. Der
erste und der zweite Ausgangsverstärker 2 und 3 können ausreichend
betrieben werden. Wenn andererseits die Ausgangssignale des ersten
und des zweiten Ausgangsverstärkers 2 und 3 klein
sind, werden die Betriebsströme verringert,
so dass der Stromverbrauch reduziert werden kann. Wenn, in der gleichen
Weise wie in 2, die Ausgangssignale des ersten
und des zweiten Ausgangsverstärkers 2 und 3 tief
sind, sind zusätzlich
die Kollektorströme
der Transistoren 28 und 29 auch klein. Die Ausgangsströme der Dauerstromquellen 34 und 35 sind
daher vorzugsweise so klein wie möglich eingestellt für den Zeitpunkt
keines Eingangs.