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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Leistungsverstärkersystem
für den
Einsatz in den verschiedensten Arten von Audiogeräten.
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Hintergrund der Erfindung
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Ein
Beispiel eines Leistungsverstärkersystems
des Stands der Technik wird unter Bezugnahme auf 11 beschrieben.
Ein in einen Eingangsanschluss 1 eingespeistes Signal fließt durch
einen spannungsgesteuerten Verstärker 2 und
steuert einen Lautsprecher 6, nachdem es durch das Leistungsverstärkersystem 9 verstärkt wurde,
das eine Gegenkopplungsschaltung 4, einen Spannungsverstärker 3 und
einen Leistungsverstärker 5 umfasst. Damit
dem Lautsprecher 6 keine überhöhte Leistung zugeführt wird
oder um verzerrten Klang zu vermeiden, der dadurch entsteht, dass
die Wellenform beim Überschreiten
des Dynamikbereichs elektrisch begrenzt wird, wurde in der Vergangenheit
eine Begrenzereinrichtung verwendet, die den Ausgang eines spannungsgesteuerten
Verstärkers 2 erfasst,
zum Beispiel eine Eingangsspannung des Leistungsverstärkersystems 9,
diesen durch einen Spannungsvergleicher 7 in eine Pulsfolge
umwandelt, die Spannung durch Integration über eine Integrationsschaltung 8 in
ein Gleichstromsignal umwandelt und einen Verstärkungsfaktor des spannungsgesteuerten
Verstärkers 2 reduziert,
um die Wellenformverzerrung des Ausgangs zu unterdrücken.
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Da
jedoch die Gestaltung des Stands der Technik nur die Amplitude des
Eingangssignals erfasst und steuert, ist sie nicht in der Lage,
die Begrenzung im Leistungsverstärkersystem 9 oder
die durch Schwankung der Netzspannung verursachte Begrenzung an
einer Ausgangsstufe zu steuern, was zu dem Problem führt, dass
eine Verzerrung durch den Lautsprecher erzeugt wird.
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Die
Patentzusammenfassungen der japanischen Offenlegung Vol. 0080, Nr.
13 (E-222) (20/01/1984)
und
JP 58 177 022 A (17/10/1983)
beschreiben eine automatische Pegelsteuerschaltung, um den Maximalpegel
eines Ausgangssignals von einem Ausgangsanschluss beliebig einzustellen
und eine Beschädigung
des Lautsprechersystems zu verhindern, indem der Pegel einer Schaltung
zum Einstellen des Ausgangspegels eingestellt wird. Ein Ausgangssignal
des Leistungsverstärkers
wird einem Eingangsanschluss einer Vergleichsschaltung über eine
Pegelerfassungsschaltung zugeführt,
und ein Pegeleinstellungssignal einer Schaltung zum Einstellen des
Ausgangspegels wird dem anderen Eingangsanschluss der Vergleichsschaltung
zugeführt. Die
Schaltung stellt den maximalen Ausgangspegel ein und erhält ein Pegeleinstellungssignal
als Antwort auf die Einstellung des maximalen Ausgangspegels. Der
Ausgangsanschluss der Vergleichsschaltung ist mit der anderen Eingangsschaltung
einer R-Schaltung verbunden, und der Ausgang der R-Schaltung steuert
das Spiel einer Spielsteuerungsschaltung, um den Maximalpegel des
Ausgangssignals einzustellen.
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JP 6045518 U (30/03/1985)
beschreibt eine automatische Pegelsteuerungsschaltung, die eine
zu begrenzende Verzerrung auf Grund einer überhöhten Eingangsspannung verhindert,
indem der Eingangsspannungspegel unterdrückt wird, wenn die zu begrenzende
Verzerrung in einer Ausgangswellenform generiert wird. Eine Pegelsteuerungsschaltung
ist mit einem Eingangsanschluss verbunden, und ein Leistungsverstärker mit
einem positiven Eingangsanschluss ist mit der Pegelsteuerungsschaltung
und mit einem negativen Eingangsanschluss verbunden, dem ein Gegenkopplungssignal
zugeführt
wird. Ein Vergleicher vergleicht die Ausgangsspannung der Pegelsteuerungsschaltung
und das Gegenkopplungssignal und gibt die Differenz aus. Eine Erfassungsschaltung
zum Erfassen eines Ausgangspegels des Vergleichers ist ausgebildet,
wobei die Pegelsteuerungsschaltung durch die Ausgangsspannung der
Erfassungsschaltung gesteuert wird.
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Alle
diese Schaltungen des Stands der Technik weisen sehr unterschiedliche
Eigenschaften und Verzerrungsfaktoren auf. Das Ziel der Erfindung
ist die Ausbildung einer anderen Schaltung, die zu einem verringerten
Verzerrungsfaktor mit auswahlbaren Eingangsparametern führt. Der
Gegenstand von Anspruch 1 und 2 sieht ähnliche und vergleichbare Lösungen vor.
In der folgenden "Beschreibung
der Zeichnungen" werden
insgesamt fünf
unterschiedliche Ausführungsformen
beschrieben, aber nur die Ausführungsformen
gemäß 5 und 7 sind
in den Ansprüchen
enthalten. Die anderen Ausführungsformen
dienen nur der Veranschaulichung.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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1 ist
ein Blockdiagramm, das ein Leistungsverstärkersystem einer ersten beispielhaften Ausführungsform
darstellt;
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2 ist
ein Schaltplan eines Spannungsvergleichers, der eine Begrenzerschaltung
desselben Systems bildet;
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3A und 3B sind
Darstellungen der Wellenformen einer Eingangsspannung und einer Ausgangsspannung
desselben Spannungsvergleichers;
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4 ist
ein typisches Diagramm, das eine Netzspannung im Vergleich zu einem
Verzerrungsfaktor der Ausgangsspannung für dasselbe System und für ein Vergleichsbeispiel
zeigt;
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5 ist
ein Blockdiagramm, das ein Leistungsverstärkersystem einer zweiten beispielhaften Ausführungsform
darstellt, die die erste Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist;
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6 ist
ein Schaltplan, der einen Spannungsvergleicher desselben Systems
darstellt;
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7 ist
ein Blockdiagramm, das ein Leistungsverstärkersystem einer dritten beispielhaften Ausführungsform
darstellt, die die zweite Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist;
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8 ist
ein Blockdiagramm, das ein Leistungsverstärkersystem einer vierten beispielhaften Ausführungsform
darstellt;
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9 ist
ein Blockdiagramm, das ein Leistungsverstärkersystem einer fünften beispielhaften Ausführungsform
darstellt;
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10 ist
ein Blockdiagramm, das ein weiteres Beispiel desselben Systems von 9 darstellt; und
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11 ist
ein Blockdiagramm, das ein Leistungsverstärkersystem des Stands der Technik
darstellt.
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Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsformen
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Erste beispielhafte Ausführungsform
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1 ist
ein Blockdiagramm, das eine Struktur einer Begrenzerschaltung eines
Leistungsverstärkersystems
einer ersten beispielhaften Ausführungsform
darstellt. In 1 wird ein in einen Eingangsanschluss 1 eingespeistes
Signal einem spannungsgesteuerten Verstärker 2 zugeführt, wobei
die Amplitude begrenzt wird. Ein Ausgang des spannungsgesteuerten
Verstärkers 2 ist
mit einem Spannungsverstärker 3 in
einer ersten Stufe des Leistungsverstärkersystems 9 verbunden.
Dem Spannungsverstärker 3 wird
auch die Spannung zugeführt,
die vom Ausgang des Leistungsverstärkers 5 über eine
Gegenkopplungsschaltung 4 rückgekoppelt wird. Ein Ausgang
des Spannungsverstärkers 3 ist
mit dem Leistungsverstärker 5 verbunden,
und die Ausgangsleistung steuert den Lautsprecher 6. Da
der Punkt der Verbindung des Spannungsverstärkers 3 und des Leistungsverstärkers 5 sich
in einer Gegenkopplungsschleife der Gegenkopplungsschaltung 4 befindet,
wird eine Wellenform des Ausgangs in eine Form umgewandelt, in der
eine Erhebung nahe der Spitzenamplitude der sinusförmigen Welle
auftritt, wie anhand der Spannungswelle in 3A dargestellt, wenn
die Welle begrenzt wird. Dies ist auf die Gegenkopplungssteuerung
zurückzuführen, die
eine Kompensation des Ausgangssignals bewirkt, da ein Begrenzersignal
der Ausgangsspannung durch die Gegenkopplungsschaltung 4 an
den Spannungsverstärker 3 rückgekoppelt
wird, so dass die Information über
die Begrenzung durch Verbinden der Spannung mit dem Spannungsvergleicher 7 erhalten
werden kann.
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Wie
beschrieben, bildet die vorliegende Ausführungsform die Begrenzereinrichtung
mit einem Spannungsvergleicher 7 zum Vergleich der Spannung
am Punkt der Verbindung zwischen dem Spannungsverstärker 3 und
dem Leistungsverstärker 5 mit einer
Bezugsspannung und steuert den spannungsgesteuerten Verstärker 2,
indem die Ausgangsspannung des Spannungsvergleichers 7 durch
eine Integrationsschaltung 8 in einen Gleichstrom umgewandelt
wird.
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Ein üblicherweise
so genannter Fenstervergleicher, wie in 2 dargestellt,
wird als Spannungsvergleicher 7 verwendet. Der Fenstervergleicher
ist so gestaltet, dass ein Eingangsanschluss 10 mit einem
invertierenden Eingangsanschluss und mit einem nicht invertierenden
Eingangsanschluss der Vergleicher 15 und 16 verbunden
ist, wobei dem nicht invertierenden Eingangsanschluss von Vergleicher 15 und
dem invertierenden Eingangsanschluss von Vergleicher 16 die
Bezugsspannung durch die Widerstände 11,12 und 13 zugeführt wird,
und ein allgemeiner Ausgangsanschluss der Vergleicher 15 und 16, der
mit einer Netzspannung durch den Widerstand 14 versorgt
wird, mit dem Ausgangsanschluss 17 verbunden ist. Eine
Ausgangspulsfolge für
den Fenstervergleicher ist so gestaltet, dass ein wie in 3B dargestellter
Puls generiert wird, wenn eine Ausgangsstufe auf Grund einer ungewöhnlichen
Spannung in Form einer am Verbindungspunkt zwischen dem Spannungsverstärker 3 und
dem Leistungsverstärker 5 erzeugten
Erhebung begrenzt wird, wie in 3A dargestellt.
Das Ausgangssignal des Spannungsvergleichers 7 wird durch
die Integrationsschaltung 8 in einen Gleichstrom umgewandelt,
und ein Verstärkungsfaktor
des spannungsgesteuerten Verstärkers 2 wird
gesenkt, um so letztendlich das Begrenzen des Ausgangs des Leistungsverstärkersystems 9 zu
vermeiden.
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4 ist
ein Diagramm einer Netzspannung im Verhältnis zum Verzerrungsfaktor
für die
oben beschriebene erste Ausführungsform
und für
ein Vergleichsbeispiel. 4 zeigt, dass ein Ausgang eines nicht
mit einem Begrenzer ausgestatteten Leistungsverstärkersystems,
wie im Vergleichsbeispiel dargestellt, begrenzt wird, so dass die
Verzerrung mit sinkender Netzspannung schlimmer wird. Mit Einführung der
Begrenzerschaltung der vorliegenden Ausführungsform kann jedoch der
Verzerrungsfaktor im Allgemeinen konstant gehalten werden, und die
Wellenform wird selbst bei der Schwankung der Netzspannung nicht
begrenzt, da die Eingangsspannung durch Steuerung des spannungsgesteuerten
Verstärkers 2 als
Reaktion auf die Schwankung der Netzspannung gesenkt wird.
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Zweite beispielhafte Ausführungsform
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5 ist
ein Blockdiagramm, das eine Struktur einer Begrenzerschaltung eines
Leistungsverstärkersystems
einer zweiten beispielhaften Ausführungsform darstellt, die die
erste Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung ist;
Die Begrenzereinrichtung verbindet
ein Ausgangssignal des spannungsgesteuerten Verstärkers 2 mit dem
Eingang eines Spannungsvergleichers 44. Ebenso verbindet
sie ein Ausgangssignal des Spannungsverstärkers 3 mit einem
Spannungsvergleicher 18, nachdem die Phase durch Durchleitung
durch einen Phaseninvertierer 19 mit einem Verstärkungsfaktor
von 1 invertiert wurde, wandelt eine Summe von zwei Ausgängen aus
den Spannungsvergleichern 44 und 18 durch die
Integrationsschaltung 8 in einen Gleichstrom um, und steuert
den spannungsgesteuerten Verstärker 2.
Ein üblicherweise
so genannter Fenstervergleicher, wie in 6 gezeigt,
wird für
die Spannungsvergleicher 44 und 18 verwendet.
Der Fenstervergleicher 44 ist derselbe wie in der ersten beispielhaften
Ausführungsform.
Im anderen Fenstervergleicher wird ein Eingangsanschluss 22 mit
einem invertierenden Eingangsanschluss und einem nicht invertierenden
Eingangsanschluss der Vergleicher 26 und 27 verbunden,
wobei an den nicht invertierenden Eingangsanschluss von Vergleicher 26 und den
invertierenden Eingangsanschluss des Vergleichers 27 eine
Bezugsspannung 27 durch die Widerstände 23, 24 und 25 angelegt
wird und die Ausgangsanschlüsse
der Vergleicher 26 und 27 miteinander verbunden
werden.
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Da
alle Ausgänge
dieser Fenstervergleicher vom Typ eines offenen Kollektors sind,
sind sie direkt miteinander verknüpft und mit einem Netzanschluss durch
einen Pull-up-Widerstand 20 verbunden.
Die Ausgänge
dieser beiden Fenstervergleicher werden durch die Integrationsschaltung 8 in
einen Gleichstrom umgewandelt, um einen Verstärkungsfaktor des spannungsgesteuerten
Verstärkers 2 zu
variieren. Obwohl die beiden Fenstervergleicher 44 und 18 Pulse
erzeugen, wenn einzelne Spannungen überschritten werden, ist der
Fenstervergleicher 44 vor allem bei überhöhtem Eingang wirksam und der
Fenstervergleicher 18 ist beim Begrenzen einer Wellenform
des Leistungsverstärkers
wirksam, wie in der ersten beispielhaften Ausführungsform beschrieben. Auch
verhindert das Durchleiten durch den Phaseninvertierer 19,
dass die Steuerspannung auf Grund einer Überlappung dieser Ausgangspulse
ungenau wird, selbst wenn alle der Vergleicher arbeiten, da die
Spitze der Wellen in Phase um 180° differiert.
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Dritte beispielhafte Ausführungsform
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7 ist
ein Blockdiagramm, das eine Struktur einer Begrenzerschaltung eines
Leistungsverstärkersystems
einer dritten beispielhaften Ausführungsform darstellt, die die
zweite Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist. Die Begrenzereinrichtung erzeugt
eine Summe von Ausgangssignalen durch Verbinden eines Ausgangssignals
eines spannungsgesteuerten Verstärkers 2 und
eines Ausgangssignal eines Spannungsverstärkers 3 mit einem
Addierer 28, verbindet ein Ausgangssignal des Addierers 28 mit
einem Spannungsvergleicher 7 und steuert einen Verstärkungsfaktor
des spannungsgesteuerten Verstärkers 2,
indem der Ausgang des Spannungsvergleichers 7 mit Durchleitung
durch die Integrationsschaltung 8 in einen Gleichstrom
umgewandelt wird. Diese Struktur weist im Allgemeinen dieselben
Eigenschaften auf wie die zweite beispielhafte Ausführungsform.
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Vierte beispielhafte Ausführungsform
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Eine
vierte beispielhafte Ausführungsform wird
im Folgenden mit Bezugnahme auf 8 beschrieben. 8 ist
ein Blockdiagramm, das ein ausgewähltes Leistungsverstärkersystem 9 der
vorliegenden Erfindung im Ausschnitt darstellt. Das Leistungsverstärkersystem 9 umfasst
einen Spannungsverstärker 3,
einen Leistungsverstärker 5 und
eine Gegenkopplungsschaltung 4, wobei ein Gesamtverstärkungsfaktor
durch die Einstellung einzelner Verstärkungsfaktoren festgelegt wird.
Wenn ein erfasster Signalausgang 30 für eine Begrenzerschaltung aus dem
Schaltungsblock genommen wird, wie in der vorliegenden Ausführungsform,
ist ein Verstärkungsfaktor
des Spannungsverstärkers 3 gleich
oder kleiner als der des Leistungsverstärkers 5. Die Einstellung auf
diese Weise kann verhindern, dass das erfasste Signal durch die
Begrenzung des Spannungsverstärkers 3 ungenau
wird, bevor das Begrenzen der Wellenform im Leistungsverstärker 5 durchgeführt wird.
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Fünfte beispielhafte Ausführungsform
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Eine
fünfte
beispielhafte Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung wird durch Bezugnahme auf 9 und 10 beschrieben. 9 und 10 sind
Blockdiagramme, die die im Folgende beschriebene Struktur darstellen. 9 stellt
eine Struktur dar, in der ein Leistungsverstärker 5 einen einzigen
Ausgang liefert (Ausgangsamplitude wird in Bezug zur Erde erhalten)
und die eine Spannungsverstärkungsstufe
bestehend aus einem operativen Verstärker 36 und Widerständen 31 bis 35 an
einer vorhergehenden Stufe des Leistungsverstärkers 5 umfasst. Ein
Verstärkungsfaktor
der Spannungsverstärkungsstufe
wird durch den operativen Verstärker 36 und
die Widerstände 31, 32, 33 und 35 bestimmt. Ein
Gesamtverstärkungsfaktor
wird durch den Widerstand 34 bestimmt, der als Gegenkopplungswiderstand
fungiert. Selbst wenn der Leistungsverstärker 5 nicht mit einem
Ausgang zum Erfassen des Begrenzers versehen werden kann, wie zum
Beispiel im Falle einer integrierten Leistungsschaltung wie im obigen Fall,
kann dies durch Hinzufügen
weniger Schaltungen verwirklicht werden. In ähnlicher Weise ist in 10 ein
Blockdiagramm dargestellt, in dem der Leistungsverstärker 5 eine
BTL-Struktur (zwei Verstärker
geben positive und negative Signale aus) aufweist. Ein Ausgangsanschluss 30 zum
Erfassen des Begrenzers kann auf die gleiche Weise wie oben bereitgestellt
werden, indem ein Differenzverstärker
mit einem Operationsverstärker 43 und
Widerständen 37 bis 42 für die Spannungsverstärkerstufe
geschaffen wird.
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Wie
beschrieben wurde, kann eine in einem Leistungsverstärkersystem
eingesetzte Begrenzerschaltung der vorliegenden Erfindung jederzeit
ein normales Musiksignal liefern, ohne ungewöhnlichen Klang aus dem Lautsprecher
zu erzeugen, da sie auf eine Amplitude einer Eingangsspannung des
Verstärkers
und die Schwankung der Netzspannung usw. reagiert, um das Begrenzen
des Ausgangssignals eines Leistungsverstärkers zu vermeiden.